Bài giảng Thiết kế hệ thống vi xử lý: Chương 1

KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI XỬ LÝ

Dr. Nguyễn Hồng Quang

1 Electrical Engineering

Đề cương môn học

• Địa chỉ liên hệ • Nội dung môn học • Tài liệu tham khảo • Bài tập dài và đề thi • Những yêu cầu từ sinh viên

2 Electrical Engineering

Địa chỉ

• Khoa Tự động hoá, C9-106, Tel 8692306 • Thầy giáo

– Nguyễn Hồng Quang,

quangnh@mail.hut.edu.vn – Võ Công Thành, thanhvd- auto@mail.hut.edu.vn

3 Electrical Engineering

Mục đích môn học

• Trang bị kiến thức cơ sở về:

– Kỹ thuật số – Nguyễn lý làm việc hệ thống vi xử lý – Nghiên cứu tính năng vi điều khiển 8051 • Trang bi kỹ năng làm việc với hệ Vi xử lý

– Phương pháp thiết kế phần cứng – Phương pháp thiết kế phần mềm

4 Electrical Engineering

Kết quả môn học

• Phân biệt được các phần tử cơ bản dùng

trong hệ thống điều khiển số

• Xây dựng mô hình điều khiển số sử dụng hệ

thống Vi xử lýkhác nhau

5 Electrical Engineering

Tài liệu tham khảo

• Điều khiển logic, Nguyễn Trọng Thuần • Họ Vi điều khiển 8051, Tống Văn On • Đo lường và điều khiển bằng máy tính, Ngô

Diên Tập

• Kỹ thuật vi xử lý, Văn Thể Minh • Internet – code project

6 Electrical Engineering

Yêu cầu

• Bài giảng

– Đến nghe đủ các buổi giảng – Cố gắng hỏi các câu hỏi trong thời gian cho

phép • Thí nghiệm

– Làm đầy đủ các thí nghiệm, có viết báo cáo

7 Electrical Engineering

Thời gian biểu

TuÇn 1

Giíi thiÖu hÖ thèng sè

Các mạch số cơ bản, flip-flop, mạch nhớ

TuÇn 2

Giới thiệu hệ Vi xử lý, vi điều khiển, cầu trúc phần cứng

TuÇn 3

Cấu trúc phần cứng và nguyên lý hoạt động của vi điều khiển 8051

TuÇn 4

GiớI thiệu về phần mềm Assembler 8051, chưong trình dịch, phần 1

TuÇn 5

GiớI thiệu về phần mềm Assembler 8051, chưong trình dịch, phần 2

TuÇn 6

Bộ dịnh thời và nguyên lý hoạt động

TuÇn 7

Ngắt và cách xử lý tín hiệu ngắt

TuÇn 8

TuÇn 9

HÖ thèng truyÒn tin, A/D, D/A,

Thí nghiệm ghép nối thiết bị ngoại vi, phương pháp xử lý

TuÇn 10

Thí nghiệm điểu khiển động cơ bước, động cơ một chiều

TuÇn 11

GiảI đáp thắc mắc, đề thi

TuÇn 12

8 Electrical Engineering

Nguyên lý chung hệ thống cơ điện tử

HÖ thèng ra quyÕt ®Þnh

C¶m biÕn (sensor)

C¬ cÊu chÊp hµnh

§èi t−îng thùc

9 Electrical Engineering

Định nghĩa

• Hệ thống điều khiển thời gian thực (real

time system) là hệ thống phải đáp ứng yêu cầu điều khiển trong khoảng thời gian xác định.

• Sai sót trong việc đáp ứng thời gian này sẽ dẫn tới hậu quả khác nhau hoặc làm hư hỏng toàn bộ hệ thống

10 Electrical Engineering

Ví dụ

11 Electrical Engineering

Hệ thống lái máy bay tự hành

• Yêu cầu máy bay lái theo quỹ đạo định trước • Hệ điều khiển cánh lái, cánh nâng, động cơ • Xác định vị trí

tương đối so với các chuẩn mặt đất và độ cao của máy bay

12 Electrical Engineering

Phản ứng hệ thống

• Lý thuyết hệ thống • Lý thuyết điều khiển

13 Electrical Engineering

Mô phỏng hệ thống

Hệ thống

HÖ thèng

§Çu ra

§Çu vµo

Ph−¬ng tr×nh vi ph©n

B¶ng t×m kiÕm

HÖ logic

14 Electrical Engineering

M« pháng hÖ thèng 2

Load

Actual Velocity

+

Desired Velocity

PID

Motor

+

-

Voltages ?

Measured Velocity

Sensor

15 Electrical Engineering

M« pháng hÖ thèng 3

ny +

(

)

−

u K x d

x m

1 dy + dx T

y +

+

-

x m

Ay b

16 Electrical Engineering

Khối sử lý lệnh

• Khối tín hiệu tương tự • Khối PLC • Sử dụng máy tính điều khiển

17 Electrical Engineering

Tín hiệu tương tự

18 Electrical Engineering

Programmable logic controller (PLC)

• Thực hiện các phép toán lôgic

– Nếu A và B thì C

• Các mạch trễ, tạo xung vuông (PMW) • Sơ đồ hình thang (ladder diagram) • Thực hiện xử lý song song

19 Electrical Engineering

Digital Computer

D/A

Amplifier

Digital Control Law

A/D

Resolver

20 Hugh Durrant-Whyte 1540 Introduction To Mechatronics 20 Electrical Engineering

Lợi ích

• Độ phức tạp • Tốc độ • Tính ổn định • Giá thành • Tính mềm dẻo

21 Electrical Engineering

Cảm biến (sensor)

• Hệ thống chuyển đổi vật lý • Gia công tín hiệu (signal conditioning) • Chuyển đổi số tín hiệu

22 Electrical Engineering

Chuyển đổi vật lý

• Chuyển đổi cơ khí • Chuyển đổi quang • Chuyển đổi từ • Chuyển đổi nhiệt

23 Electrical Engineering

Cơ cấu chấp hành

• Động cơ 1 chiều DC servo • Xoay chiều servo • Step motor • Piezo • Thuỷ lực, thuỷ khí

24 Electrical Engineering

Hệ thống truyền tin

• Nằm trong hệ thống điều khiển phân tán

(DCS)

• Liên lạc giữa các cấp

– Máy điều hành tới máy điều khiển – Máy điều khiển tới hệ vi xử lý

• Chuẩn truyền thông, CAN, RS232/485,

FieldBus, ProfiBus

25 Electrical Engineering

Phân biệt tín hiệu tương tự và số

• Tín hiệu tương tự là

dải tín hiệu

• TÝn hiÖu rêi r¹c • X thuéc tËp [x1, x2

..xn ]

• VÝ dô: Thêi gian trong ngµy, tiÒn ...

• x thuộc tập hợp (xmin – xmax) • Ví dụ: nhiệt độ, áp suốt, dòng điện

26 Electrical Engineering

Tín hiệu nhị phân

• Tín hiệu biểu diễn bởi 2 trạng thái [0, 1], • Trạng thái bóng đèn • Trạng thái công tắc [0n, Off]

27 Electrical Engineering

Tập hợp 2 trạng thái

• X1 = {0, 1} • X2 = {0, 1}

• Tập hợp X = {X1, X2} = {00, 01, 10, 11}

28 Electrical Engineering

Tập hợp 3 trạng thái

• X1 ∈ {0,1}, X2 ∈ {0,1}, X2 ∈ {0,1} • X ∈ {X1, X2, X3} 8 trạng thái khác nhau

X3 X2 X1 X 0 0 0 000 0 0 1 001 0 1 0 010 0 1 1 011 1 0 0 100 1 0 1 101 1 1 0 110 1 1 1 111

29 Electrical Engineering

Tổ hợp n bit

• N bit Xi = {0, 1}

n • Tổ hợp trạng thái 2 trạng thái khác nhau

30 Electrical Engineering

Tổ hợp N bít

KILO n

0 2 1

1 4 2

0 16 4

1 256 8

1 KILO 1024 10

4 KILO 4096 12

64 KILO 65534 16

1024 KILO = 1 MEGA 1048576 20

107374824 1024 MEGA = 1 GIGA 30

4294967296 4 GIAGA 32

31 Electrical Engineering

Hiển thị các số thập phân

284 7 284 7

• 2*1000 + 8*100+ 4* 10 + 7*1

• 2* 10^3 + 8* 10^2 + 4*10^1 + 7*10^0

32 Electrical Engineering

Số thực (floating point)

28.47 28.47

• 2*10 + 8*1+ 4* 0.1 + 7*0.01

• 2* 10^1 + 8* 10^0 + 4*10^(-1) + 7*10^(-2)

33 Electrical Engineering

Hệ cơ số

• Hệ thập phân – {0, 1, ....., 9} - 10 • Hệ nhị phân - {0, 1}- 2 • Hệ cơ số hex {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15} {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F}

34 Electrical Engineering

Chuyển đổi từ hệ cơ số 2 - 16

0 2^2

0 2^0

1 2^1 2

• 1 2^3 8 10

35 Electrical Engineering

HÖ c¬ sè 2 C¬ sè 16 C¬ sè 10 0000 0 0 0001 1 1 0010 2 2 0011 3 3 0100 4 4 0101 5 5 0110 6 6 0111 7 7 1000 8 8 1001 9 9 1010 A 10 1011 B 11 1100 C 12 1101 D 13 1110 E 14 1111 F 15

36 Electrical Engineering