Thiết kế hệ thống vi xử lý

11 Electrical Engineering KHOA ĐIỆN BỘMÔN TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI XỬ LÝ Dr. Nguyễn Hồng Quang Electrical Engineering 2 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 2Electrical Engineering 3 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 Electrical Engineering 4 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 3Electrical Engineering 5 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 Electrical Engineering 6 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 ThểMinh • Internet – code project 4Electrical Engineering 7 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 Electrical Engineering 8 Thời gian biểu TuÇn 1 Giíi thiÖu hÖ thèng sè TuÇn 2 Các mạch số cơ bản, flip-flop, mạch nhớ TuÇn 3 Giới thiệu hệ Vi xử lý, vi điều khiển, cầu trúc phần cứng TuÇn 4 Cấu trúc phần cứng và nguyên lý hoạt động của vi điều khiển 8051 TuÇn 5 GiớI thiệu về phần mềm Assembler 8051, chưong trình dịch, phần 1 TuÇn 6 GiớI thiệu về phần mềm Assembler 8051, chưong trình dịch, phần 2 TuÇn 7 Bộ dịnh thời và nguyên lý hoạt động TuÇn 8 Ngắt và cách xử lý tín hiệu ngắt TuÇn 9 HÖ thèng truyÒn tin, A/D, D/A, TuÇn 10 Thí nghiệm ghép nối thiết bị ngoại vi, phương pháp xử lý TuÇn 11 Thí nghiệm điểu khiển động cơ bước, động cơ một chiều TuÇn 12 GiảI đáp thắc mắc, đề thi 5Electrical Engineering 9 Nguyên lý chung hệ thống cơ điện tử C¬ cÊu chÊp hµnh C¶m biÕn (sensor) HÖ thèng ra quyÕt ®Þnh §èi t−îng thùc Electrical Engineering 10 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 6Electrical Engineering 11 Ví dụ Electrical Engineering 12 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 7Electrical Engineering 13 Phản ứng hệ thống • Lý thuyết hệ thống • Lý thuyết điều khiển Electrical Engineering 14 Mô phỏng hệ thống HÖ thèng Hệ thống §Çu vµo §Çu ra Ph−¬ng tr×nh vi ph©n B¶ng t×m kiÕm HÖ logic 8Electrical Engineering 15 M« pháng hÖ thèng 2 Desired Velocity Motor Sensor PID Actual Velocity Measured Velocity Load + + + - Voltages ? Electrical Engineering 16 M« pháng hÖ thèng 3 + + + - 1dy y x dx T + =u( )d mu K x x= −d x y mx ay ny m bx Ay B= + 9Electrical Engineering 17 Khối sử lý lệnh • Khối tín hiệu tương tự • Khối PLC • Sử dụng máy tính điều khiển Electrical Engineering 18 Tín hiệu tương tự 10 Electrical Engineering 19 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 Electrical Engineering 201540 Introduction To Mechatronics 20Hugh Durrant-Whyte Digital Computer Digital Control Law D/A A/D Amplifier Resolver 11 Electrical Engineering 21 Lợi ích • Độ phức tạp • Tốc độ • Tính ổn định • Giá thành • Tính mềm dẻo Electrical Engineering 22 Cảm biến (sensor) • Hệ thống chuyển đổi vật lý • Gia công tín hiệu (signal conditioning) • Chuyển đổi số tín hiệu 12 Electrical Engineering 23 Chuyển đổi vật lý • Chuyển đổi cơ khí • Chuyển đổi quang • Chuyển đổi từ • Chuyển đổi nhiệt Electrical Engineering 24 Cơ cấu chấp hành • Động cơ 1 chiều DC servo • Xoay chiều servo • Step motor • Piezo • Thuỷ lực, thuỷ khí 13 Electrical Engineering 25 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 Electrical Engineering 26 Phân biệt tín hiệu tương tự và số • Tín hiệu tương tự là dải tín hiệu • x thuộc tập hợp (xmin – xmax) • Ví dụ: nhiệt độ, áp suốt, dòng điện • TÝn hiÖu rêi r¹c • X thuéc tËp [x1, x2 ..xn ] • VÝ dô: Thêi gian trong ngµy, tiÒn ... 14 Electrical Engineering 27 Tín hiệu nhị phân • Tín hiệu biểu diễn bởi 2 trạng thái [0, 1], • Trạng thái bóng đèn • Trạng thái công tắc [0n, Off] Electrical Engineering 28 Tập hợp 2 trạng thái • X1 = {0, 1} • X2 = {0, 1} • Tập hợp X = {X1, X2} = {00, 01, 10, 11} 15 Electrical Engineering 29 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 Electrical Engineering 30 Tổ hợp n bit • N bit Xi = {0, 1} n • Tổ hợp trạng thái 2 trạng thái khác nhau 16 Electrical Engineering 31 Tổ hợp N bít n KILO 1 2 0 2 4 1 4 16 0 8 256 1 10 1024 1 KILO 12 4096 4 KILO 16 65534 64 KILO 20 1048576 1024 KILO = 1 MEGA 30 107374824 1024 MEGA = 1 GIGA 32 4294967296 4 GIAGA Electrical Engineering 32 Hiển thị các số thập phân 284 7 • 2*1000 + 8*100+ 4* 10 + 7*1 • 2* 10^3 + 8* 10^2 + 4*10^1 + 7*10^0 17 Electrical Engineering 33 Số thực (floating point) 28.47 • 2*10 + 8*1+ 4* 0.1 + 7*0.01 • 2* 10^1 + 8* 10^0 + 4*10^(-1) + 7*10^(-2) Electrical Engineering 34 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} 18 Electrical Engineering 35 Chuyển đổi từ hệ cơ số 2 - 16 • 1 0 1 0 2^3 2^2 2^1 2^0 8 2 10 Electrical Engineering 36 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 19 Electrical Engineering 37 Hệ thống 16 bít thường gặp • Cho số 16 bit: 1AB6 • Hệ cơ số 10: – 1* 16^3 + A* 16^2 + B* 16^1 + 6 * 16^0 • Hệ cơ số 2, mã BCD 1 A B 6 0001 1010 1011 0110 Electrical Engineering 38 Chuyển đổi từ số thập phân sang hệ số bất kỳ • Cho số X (nguyên dương), và cơ số B. – X/B = Z1 dư r[1] – Z1/B = Z2 dư r[2] – Z1 < B 20 Electrical Engineering 39 Ví dụ • Ví dụ cho số 12, biểu diễn dạng nhị phân – 6 – dư 0 – 3 – dư 0 – 1 – dư 1 – 1 • 1 1 0 0 Electrical Engineering 40 Số âm HÖ c¬ sè 2 C¬ sè 10 0111 7 0110 6 0101 5 0100 4 0011 3 0010 2 0001 1 00 0 1111 -1 1110 -2 1101 -3 1100 -4 1011 -5 1010 -6 1001 -7 1000 -0 Bit ngoµi cïng lµ 1 th× gäi lµ sè ©m 21 Electrical Engineering 41 Tính số âm • Số dương + số âm = 16 • Số âm = (bù 1) số dương + 1 42 Electrical Engineering ASCII table Dùng để hiển thị các ký tự đặc biệt