Mçi mét kh©u cã mét ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh h»ng sè thêi gian kh¸c nhau. Kh©u cã cÊu tróc cµng phøc t¹p th× viÖc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cµng khã kh¨n. Trong ph¹m vi ®Ò tµi nµy chØ nªu lªn c¸ch x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cho m« h×nh PT1. ViÖc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè (Kdt, T1) cña PT1 ®îc thùc hiÖn qua c¸c bíc sau:
+ KÎ tiÕp tuyÕn víi ®êng ®Æc tÝnh t¹i t = 0.
Nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p nµy lµ phô thuéc nhiÒu vµo ®é chÝnh x¸c viÖc kÎ tiÕp tuyÕn. NÕu ®Æt sai tiÕp tuyÕn t¹i 0 mµ h(t) l¹i cã hÖ sè khuÕch ®¹i Kdt lín th× kÕt qu¶ T1 sÏ cã sai sè lín. §Ó tr¸nh ®îc ®iÒu nµy ta ®i tõ hµm truyÒn W(s), ®Ó cã H(s) = råi chuyÓn ngîc sang miÒn thêi gian sÏ ®îc:
Nãi c¸ch kh¸c t¹i ®óng thêi ®iÓm T hµm h(t) sÏ ®¹t 63.2% gi¸ trÞ cùc ®¹i. VËy ®Ó x¸c ®Þnh T th× sau khi t×m ®îc K ta tÝnh h(T) = 0.632*K råi tõ ®ã suy ngîc l¹i T.
Trong nhiÒu trêng hîp kh«ng thÓ t¹o ra ®îc mét nhiÔu bËc thang 1(t), ngêi ta cã thÓ dïng tÝn hiÖu lµ A*1(t). Khi ®ã hÖ sè khuÕch ®¹i cña m¹ch ®îc tÝnh nh sau:
+ Nguån ®iÖn 220V - 50Hz.
Cho ®èi tîng chÞu t¸c ®éng cña mét nhiÔu A*1(t) - tøc lµ ®ãng trùc tiÕp nguån 220V-50Hz vµo d©y to¶ nhiÖt, qu¹t giã ®îc bËt tríc ®ã. BÊm thêi gian theo dâi nhiÕt ®é dßng khÝ sÊy. C¸c th«ng sè ®îc thÓ hiÖn trong B¶ng 2.
Nghiªn cøu vµ tÝnh to¸n cña c¸c nhµ khoa häc kh¼ng ®Þnh: qu¸ tr×nh nhiÖt lµ qu¸ tr×nh cã trÔ. C¸ch ®o thñ c«ng mµ ta tiÕn hµnh nh trªn kh«ng thÓ ®o ®îc chÝnh x¸c thêi gian trÔ, do ®ã chØ cã thÓ lÊy gÇn ®óng thêi gian trÔ b»ng 2.15(s) (lµ thêi gian khi bËt m¸y ®Õn khi b¾t ®Çu cã sù thay ®æi nhiÖt ®é). §Ó x¸c ®Þnh ®îc th«ng sè cña ®èi tîng ta dÞch gèc ®i mét ®o¹n 2.15(s) vµ nh ®Æc tÝnh trªn cã thÓ coi ®èi tîng cña chóng ta lµ m« h×nh PT1. ViÖc x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña nã theo lý thuyÕt ®îc tr×nh bµy ë trªn.
Suy ra: T = 36.0854(s).
PhÇn tæng hîp hÖ thèng trªn ®· t¹o bíc ®Öm ®Ó chóng t«i ®i ®Õn chän ®é ®iÒu chØnh cho hÖ thèng. §Ó cã thÓ chän lùa ®îc bé ®iÒu khiÓn phï hîp ta h·y xem xÐt mét sè chØ tiªu sau:
qd).
Lîng qu¸ ®iÒu chØnh σ, thêi gian cã qu¸ ®iÒu chØnh tσ vµ sè lÇn dao ®éng ®Æc trng cho tÝnh chÊt suy gi¶m cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é. Thêi gian qu¸ ®é Tqd vµ thêi gian ®¸p øng Tm ®Æc trng cho tÝnh t¸c ®éng nhanh cña hÖ.
Nh÷ng bé ®iÒu chØnh ®iÓn h×nh:
+ Bé ®iÒu chØnh tû lÖ (P)
+ Bé ®iÒu chØnh tÝch ph©n (I).
+Bé ®iÒu chØnh tû lÖ tÝch ph©n (PI).
+Bé ®iÒu chØnh tû lÖ vi ph©n (PD).
+Bé ®iÒu chØnh tû lÖ vi tÝch ph©n (PID) lµ bé ®iÒu chØnh ®îc kÕt hîp tõ ba bé ®iÒu chØnh kh¸c nhau. Bé ®iÒu chØnh gi¶n ®¬n nhÊt lµ bé ®iÒu chØnh tû lÖ (P). T¸c dông cña nã nh mét kh©u khuÕch ®¹i víi hÖ sè thay ®æi ®îc. Thay ®æi hÖ sè khuÕch ®¹i cã thÓ lµm thay ®æi ®îc sai lÖch tÜnh nhng kh«ng thÓ triÖt tiªu ®îc sai lÖch tÜnh v× cµng t¨ng hÖ cµng mÊt kh¶ n¨ng æn ®Þnh. T¸c dông cña phÇn tö tÝch ph©n (I) trong bé ®iÒu chØnh lµ triÖt tiªu sai lÖch tÜnh. Vai trß cña phÇn tö vi ph©n (D) lµ c¶i thiÖn qóa tr×nh qu¸ ®é nÕu x¸c ®Þnh ®óng th«ng sè cña nã.
Sù ¶nh hëng cña c¸c bé ®iÒu chØnh ®èi víi sai lÖch tÜnh e(t) ®îc cho trong h×nh sau:
H×nh 11: Sai lÖch tÜnh qua
c¸c bé ®iÒu chØnh
a) Trêng hîp kh«ng cã bé ®iÒu chØnh.
b) Bé ®iÒu chØnh tû lÖ lµm gi¶m sai lÖch nhng kh«ng thÓ triÖt tiªu v× hÖ sè khuyÕch ®¹i kh«ng thÓ qu¸ lín.
c) Bé ®iÒu chØnh tÝch ph©n (I) cã thÓ triÖt tiªu sai lÖch tÜnh.
d) Bé ®iÒu chØnh tØ lÖ tÝch ph©n (PI) cã thÓ thay ®æi ®îc tèc ®é gi¶m sai lÖch.
e) Bé ®iÒu chØnh tû lÖ vi ph©n (PD) c¶i thiÖn chÊt lîng ®éng nhng kh«ng triÖt tiªu ®îc sai lÖch tÜnh.
f) Bé ®iÒu chØnh tØ lÖ vi tÝch ph©n (PID) kÕt hîp ®îc c¸c ®Æc ®iÓm cña ba thµnh phÇn P, I, D.
● Chän bé ®iÒu chØnh cña c¸c hÖ æn ®Þnh vµ cã trÔ
VÝ dô ®èi tîng cã hµm truyÒn:
τ - Thêi gian thuÇn trÔ cña ®èi tîng.
NÕu dïng bé ®iÒu chØnh PI ta cã:
XÐt s¬ ®å sau:
Th«ng thêng, th«ng sè tèi u ®îc chän lµ Ti=T1 vµ hÖ hë cã hµm truyÒn:
víi K=K0 .K1
M«®un vµ pha nh ®îc x¸c ®Þnh nh ë H×nh 12:
│W(jω)│=
NÕu ®é dù tr÷ æn ®Þnh vÒ biªn ®é ®îc chän lµ 0,5 t¬ng øng víi gãc dÞch pha:
H×nh 12: M«®un vµ pha hÖ hë
Tõ ®ã: │W(jωπ) │=
Víi ®é dù tr÷ æn ®Þnh trªn ta chän K sao cho:
.
2.2. Chän bé ®iÒu chØnh vµ x¸c ®Þnh th«ng sè bé ®iÒu chØnh
Nh ®· ®îc chØ ra ë trªn, hµm truyÒn cña ®èi tîng nh sau:
.
Ta chän bé ®iÒu chØnh PI víi c¸c th«ng sè sau:
Ti=T1=36,08 (s).
V× hÖ thèng còng kh«ng cÇn cã sù t¸c ®éng qu¸ nhanh nªn ta chän: Kc= 400.
Nh vËy bé ®iÒu chØnh PI ®îc chän nh sau:
.
§Ó thùc hiÖn hµm nµy trong vi ®iÒu khiÓn ta ph¶i tiÕn hµnh chuyÓn nã vÒ ph¬ng tr×nh sai ph©n.
Chän thêi gian trÝch mÉu lµ 1 gi©y, tiÕn hµnh rêi r¹c ho¸ theo ph¬ng ph¸p sè Tustin ta cã hµm truyÒn theo z nh sau (thay , víi T lµ thêi gian trÝch mÉu):
hay:
(1)
Víi Y(z) lµ tÝn hiÖu ra rêi r¹c,
U(z) lµ tÝn hiÖu vµo rêi r¹c.
Theo tÝnh chÊt dÞch dÞch hµm gèc: zn.Y(z)=Y(k+n) (2)
Thay (2) vµo (1) ta cã:
.
Sau khi x¸c ®Þnh ®îc bé ®iÒu khiÓn vµ th«ng sè cña nã ta tiÕn hµnh kh¶o s¸t chóng.
KÕt qu¶ kh¶o s¸t ®îc cho trong H×nh 13:
H×nh 13: KÕt qu¶ kh¶o s¸t hÖ thèng khi cã bé ®iÒu chØnh
Víi kÕt qu¶ nh trªn, khi cã bé ®iÒu chØnh thêi gian qu¸ ®é lµ 16(s). Trong khi nÕu kh«ng cã bé ®iÒu chØnh thêi gian ®Ó cho nã æn ®Þnh mÊt kho¶ng 200(s). §é sai lÖch tÜnh khi cã bé ®iÒu chØnh b»ng 0. Bé ®iÒu chØnh nµy ®· ®¸p øng ®îc yªu cÇu bµi to¸n ®Ò ra, v× vËy chóng t«i chän bé ®iÒu chØnh nµy ®Ó diÒu khiÓn hÖ thèng sÊy.
Ch¬ng 3: Giíi thiÖu chung vÒ vi ®iÒu khiÓn, hä vi ®iÒu khiÓn AVR vµ vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535
1. Tæng quan chung vÒ vi ®iÒu khiÓn
1.1. C¸c hä vi ®iÒu khiÓn
Bé vi ®iÒu khiÓn (Microcontroller) lµ mét m¹ch tÝch hîp trªn mét chip, cã thÓ lËp tr×nh ®îc víi hÖ thèng tËp lÖnh ®Ó thùc hiÖn mét yªu cÇu nµo ®ã. Bé vi ®iÒu khiÓn ®îc ra ®êi sau Bé vi xö lý. VÒ thùc chÊt th× Bé vi ®iÒu khiÓn lµ Bé vi xö lý, nhng cã thªm c¸c m¹ch ®iÖn hç trî, c¸c thµnh phÇn I/O ngo¹i vi vµ bé nhí ( bé nhí ch¬ng tr×nh vµ bé nhí d÷ liÖu)... ®îc tÝch hîp cïng nhau trªn mét b¶n m¹ch. Bé vi ®iÒu khiÓn ®Çu tiªn ra ®êi n¨m 1971, lµ bé vi ®iÒu khiÓn 4 bÝt TMS1000 cña C«ng ty Texas Instruments. Sau khi dßng s¶n phÈm nµy ra ®êi, nã ®· ®îc øng dông vµo rÊt nhÒu lÜnh vùc: s¶n xuÊt m¸y tÝnh bá tói, ®iÒu khiÓn lß vi sãng, sö dông cho c¸c bé ®Þnh thêi c«ng nghiÖp.
N¨m 1976, C«ng ty Intelligen Electronics (INTEL) cho ra ®êi thÕ hÖ ®Çu tiªn cña vi ®iÒu khiÓn 8 bÝt víi tªn gäi 8084. Trong bé vi ®iÒu khiÓn nµy, ngoµi bé vi xö lý trung t©m ngêi ta tÝch hîp thªm c¸c bé nhí d÷ liÖu, bé nhí ch¬ng tr×nh, c¸c cæng vµo ra sè, c¸c bé ®Þnh thêi... §Õn n¨m 1980, thÕ hÖ thø hai cña bé vi ®iÒu khiÓn ra ®êi, ®ã lµ vi ®iÒu khiÓn 8051. HiÖn nay vi ®iÒu khiÓn 8051 ®îc s¶n xuÊt vµ sö dông réng r·i. Bªn c¹nh ®ã c¸c c«ng ty s¶n xuÊt còng ph¸t triÓn cho m×nh nh÷ng bé vi ®iÒu khiÓn cã tÝnh n¨ng ®Æc biÖt lµm cho thÞ trêng vi ®iÒu khiÓn ngµy cµng phong phó vµ ®a d¹ng.
Mét sè hä vi ®iÒu khiÓn th«ng dông ngoµi hä 8051 hiÖn nay:
+ Hä 68HC cña Motorola,
+ Hä Z8 cña Zilog,
+ Hä PIC cña Microchip,
+ Hä H8 cña Hitachi,
+ Hä AVR cña Atmel,
+ Hä CY(PSOC) cña Cypress Microsystem.
1.2. Hä vi ®iÒu khiÓn AVR
Hä vi ®iÒu khiÓn AVR lµ mét s¶n phÈm cña C«ng ty Atmel míi ®îc tung ra thÞ trêng trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y. §èi víi thÞ trêng ViÖt Nam th× thùc sù AVR cßn rÊt míi. N»m trong sè nh÷ng thÕ hÖ vi ®iÒu khiÓn ra ®êi sau cho nªn AVR cã nh÷ng tÝnh n¨ng vµ cÊu tróc h¬n h¼n nh÷ng lo¹i vi ®iÒu khiÓn thÕ hÖ cò nh 8051... Nh÷ng ®Æc tÝnh næi bËt cña AVR:
• KiÕn tróc RISC víi hÇu hÕt c¸c lÖnh cã chiÒu dµi cè ®Þnh, truy nhËp bé nhí n¹p - lu tr÷ (load - store) vµ 32 thanh ghi chøc n¨ng.
• KiÕn tróc ®êng èng lÖnh kiÓu hai tÇng (two stage instruction pipeline) cho phÐp t¨ng tãc ®é thùc thi lÖnh.
• Chøa nhiÒu bé phËn ngo¹i vi ngay trªn chÝp, bao gåm cæng I/O sè, bé biÕn ®æi ADC, bé nhí EPROM, bé ®Þnh thêi, UART, bé ®Þnh thêi RTC, bé ®Þnh thêi WHATDOC, bé ®iÒu chÕ ®é réng xung PWM...
§Õn 48 ®êng dÉn vµo/ra (I/O) lËp tr×nh ®îc,
§Õn 2 bé truyÒn nhËn UART lËp tr×nh ®îc,
Mét dao diÖn SPI ®ång bé,
Mét dao diÖn SPI ®ång bé t¬ng thÝch I2C,
§Õn 3 bé Timer/Counter 8 bit,
Mét bé Timer/Counter 16 bit víi chøc n¨ng so s¸nh vµ b¾t mÉu,
§Õn 4 lèi ra ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM,
Mét ®ång hå thêi gian thùc RTC,
Mét bé biÕn ®æi ADC 10 bit cã ®Õn 8 kªnh lèi vµo,
Mét bé ph¸t hiÖn tr¹ng th¸i sôt ®iÖn ¸p nguån nu«i,
Mét bé so s¸nh Analog,
Mét bé ®Þnh thêi Watchdog.
• HÇu hÕt c¸c lÖnh, chØ trõ lÖnh nh¶y vµ n¹p/lu tr÷, ®Òu ®îc thùc hiÖn trong mét chu kú xung nhÞp.
• Ho¹t ®éng víi tèc ®é ®ång hå tõ 6MHz ®Õn 12MHz mµ kh«ng ph¶i th«ng qua bé chia tÇn, tèc ®é xö lý ®Õn 12MPIS (triÖu lÖnh trong mét gi©y).
H×nh 14: So s¸nh thêi gian thùc hiÖn lÖnh ë c¸c bé vi ®iÒu khiÓn kh¸c nhau
• Bé nhí ch¬ng tr×nh vµ bé nhí d÷ liÖu ®îc tÝch hîp ngay trªn chÝp:
Bé nhí EPROM xo¸ ®îc kiÓu Flash,
Bé nhí EEPROM hay PROM xo¸ ®îc b»ng ®iÖn, nhng néi dung nhí vÉn gi÷ nguyªn khi mÊt ®iÖn,
Bé nhí RAM tÜnh.
• Kh¶ n¨ng lËp tr×nh ngay trªn m¹ch khi m¹ch ®ang ®îc cÊp ®iÖn mµ kh«ng cÇn ph¶i th¸o chÝp ra.
• §îc ®ãng trong vá víi 8 ch©n ®Õn 64 ch©n ®Ó thÝch øng víi nhiÒu øng dông kh¸c nhau.
• Cã tèc ®é xö lý lín h¬n ®Õn 12 lÇn so víi c¸c vi ®iÒu khiÓn CISC th«ng thêng.
• Hç trî cho viÖc lËp tr×nh b»ng ng«n ng÷ bËc cao, ch¼ng h¹n nh C...
• ChÕ t¹o trªn c«ng nghÖ CMOS 0,6m vµ tiÕn tíi lµ c«ng nghÖ 0,35m, nh»m ®¹t ®Õn tèc ®é xung nhÞp cao h¬n 50% hiÖn nay, cßn dßng ®iÖn tiªu thô sÏ gi¶m ®i mét phÇn ba.
• §iÖn ¸p lµm viÖc ®îc phÐp thay ®æi trong kho¶ng réng, tõ 2,7V ®Õn 6,0V.
• KiÕn tróc ®¬n gi¶n vµ hîp lý gióp cho ngêi sö dông dÔ dµng lµm quen.
• TËp lÖnh ®Õn 133 lÖnh, cho phÐp dÔ dµng lËp tr×nh b»ng hîp ng÷ hoÆc ng«n ng÷ C.
1.3 Lý do lùa chän vi ®iÒu khiÓn hä AVR
Trªn thÞ trêng cã tíi hµng tr¨m lo¹i vi xö lý vµ vi ®iÒu khiÓn v× thÕ viÖc lùa chän mét lo¹i cô thÓ phï hîp víi øng dông cña ta trë thµnh mét c«ng viÖc hÕt søc khã kh¨n. Th«ng thêng viÖc lùa chän phô thuéc vµo mét sè yÕu tè nh: yÕu tè tÝnh n¨ng c«ng viÖc, gi¸ thµnh, thÞ trêng, kh¶ n¨ng thiÕt kÕ... NÕu xÐt trªn ph¬ng diÖn sè lîng th× mét con vi ®iÒu khiÓn hä AVR cã gi¸ thµnh cao gÊp nhiÒu lÇn so víi mét con vi ®iÒu khiÓn cïng kÝch cì lo¹i cò nh 89C51, nhng xÐt trªn ph¬ng diÖn chøc n¨ng vµ øng dông th× gi¸ thµnh cña AVR l¹i rÎ h¬n rÊt nhiÒu. §Ó cã thÓ cã ®îc nh÷ng chøc n¨ng nh cña AVR th× 89C51 cÇn rÊt nhiÒu m¹ch hç trî bªn ngoµi, gi¸ thµnh cña nh÷ng m¹ch ngoµi sÏ lµm t¨ng gi¸ thµnh chung vµ kÝch cì m¹ch, c«ng suÊt tiªu thô v× thÕ còng t¨ng lªn rÊt nhiÒu. Ngîc l¹i, víi AVR do ®îc tÝch hîp nhiÒu thµnh phÇn ngo¹i vi trªn cïng mét vá chÝp nªn kÕt cÊu m¹ch nhá gän h¬n nhiÒu, theo ®ã gi¸ thµnh vµ c«ng suÊt tiªu thô còng gi¶m ®i...
Ngµy nay nh÷ng øng dông ®iÖn tö vµ ®iÒu khiÓn ®ßi hái ph¶i thËt nhá gän vµ cã tr×nh ®é c«ng nghÖ cao. Ngêi lµm kÜ thuËt ph¶i lu«n lu«n t×m tßi, kh¸m ph¸ nh÷ng thµnh tùu c«ng nghÖ. V× nh÷ng lý do trªn, chóng em quyÕt ®Þnh chän hä vi ®iÒu khiÓn AVR mµ cô thÓ lµ vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535 lµm ®èi tîng nghiªn cøu vµ c«ng cô thiÕt kÕ m¹ch phôc vô cho ®Ò tµi.
2. CÊu tróc vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535
2.1. Tæng thÓ
* ATMEGA8535 lµ mét thµnh viªn cña hä ®iÒu khiÓn AVR 8 bit:
• Ho¹t ®éng víi møc tÝch cùc cao, c«ng suÊt thÊp.
• D¶i ®iÖn ¸p ho¹t ®éng tõ 2,7V ®Õn 5,5V.
* §îc x©y dùng dùa trªn cÊu tróc RISC víi 130 lÖnh, phÇn lín lÖnh ®îc thùc hiÖn trong mét chu kú xung nhÞp:
• 32 thanh ghi ®a n¨ng 8 bit.
• Kh¶ n¨ng xö lý lªn tíi 16 MPIS ë tÇn sè ®ång hå 16 MHz.
* Bé nhí ch¬ng tr×nh vµ bé nhí d÷ liÖu:
• 8 Kbytes bé nhí Flash.
• Kh¶ n¨ng ghi xo¸ ®Õn 10 000 lÇn.
• Lùa chän m· vïng khëi ®éng, kh¶ n¨ng kho¸ bit ®éc lËp, cho phÐp ®äc khi vÉn ghi d÷ liÖu.
• 512 Bytes EEPROM cã thÓ ghi xo¸ ®Õn 100 000 lÇn.
• 512 Bytes RAM cã thÓ kho¸ ch¬ng tr×nh b»ng phÇn mÒm.
* C¸c chøc n¨ng ngo¹i vi:
• Hai bé ®Þnh thêi / bé ®Õm 8 bit víi kh¶ n¨ng b¾t mÉu vµ so s¸nh.
• Mét bé ®Þnh thêi / bé ®Õm 16 bit víi kh¶ n¨ng b¾t mÉu vµ so s¸nh.
• §ång hå thêi gian thùc víi bé dao ®éng riªng.
• 4 kªnh ®iÒu réng xung (PMW).
• 8 kªnh chuyÓn ®æi t¬ng tù / sè (ADC) 10 bit, trong ®ã:
8 kªnh ®¬n hoµn tÊt,
7 kªnh kh¸c cho kiÓu vá vu«ng (TQFP),
2 kªnh kh¸c víi tèc ®é ch¬ng tr×nh x1, x10, x200 cho kiÓu vá vu«ng.
• Hai ®êng giao tiÕp nèi tiÕp ®Þnh híng byte.
• Bé lËp tr×nh truyÒn nhËn nèi tiÕp USART.
• Giao tiÕp nèi tiÕp SPI chñ / tí.
• Bé ®Þnh thêi Watchdoc víi bé dao ®éng riªng trªn chÝp.
• Bé so s¸nh Analog trªn chÝp.
* C¸c chøc n¨ng ®Æc biÖt:
• Khëi ®éng l¹i hÖ thèng, ch¬ng tr×nh ph¸t hiÖn mÊt nguån.
• Bé dao ®éng, läc chuÈn RC bªn trong.
• Ng¾t ngoµi vµ ng¾t trong.
• 6 tr¹ng th¸i ngñ (sleep): rçi (idle), gi¶m ån, gi÷ nguån, nguån thÊp, standby, më réng standby.
*S¬ ®å khèi tæng thÓ cña ATMEGA8535:
H×nh 15: S¬ ®å khèi cña vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535
* KiÓu ®ãng vá
ATMEGA8535 cã 2 kiÓu ®ãng vá chÝnh:
H×nh 16: KiÓu vá DIP H×nh17: KiÓu vá TQFP
2.2. M« t¶ ch©n
* Ch©n nguån: + Ch©n 10 cÊp nguån Vcc (+5V)
+ Ch©n 11 nèi ®Êt GND (0V).
* PortA (PA7/ADC7 ... PA0/ADC0) n»m tõ ch©n 33 ®Õn ch©n 40 lµ ®Çu vµo cña bé chuyÓn ®æi A/D.
B¶ng 3: B¶ng chøc n¨ng c¸c ch©n PortA
NÕu bé chuyÓn ®æi A/D kh«ng ®îc sö dông th× PortA ®ãng vai trß nh mét cæng I/O 8 bit. PortA ®îc nèi víi c¸c ®iÖn trë treo bªn trong. Khi PortA ®îc sö dông nh mét cæng vµo mµ bÞ kÐo sôt ¸p th× nã sÏ ®ãng vai trß nh mét nguån dßng nÕu c¸c ®iÖn trë treo ho¹t ®éng.
* PortB (PB0 ... PB7) n»m tõ ch©n 1 ®Õn ch©n 8. PortB ®ãng vai trß nh cæng I/O hai tr¹ng th¸i cã ®iÖn trë treo bªn trong.
B¶ng 4: B¶ng chøc n¨ng ch©n PortB
Khi PortB ®îc sö dông nh mét cæng vµo mµ bÞ kÐo sôt ¸p th× nã sÏ ®ãng vai trß nh mét nguån dßng nÕu c¸c ®iÖn trë treo ho¹t ®éng. Ngoµi ra nã cßn mét sè chøc n¨ng phôc vô cho nh÷ng biÕn ®Æc biÖt kh¸c:
+ SCK - PortB, Bit 7 lµ chñ khi nã ®a ra xung ®ång hå vµ lµ tí khi nã nhËn vµo xung ®ång hå cña kªnh SPI.
+ MISO - PortB, Bit 6 nhËn vµ ®a d÷ liÖu ra cña kªnh SPI.
+ MOSI - PortB, Bit 5 ®a ra d÷ liÖu vµ nhËn d÷ liÖu cña kªnh SPI.
+ - PortB, Bit 4 lùa chän tr¹ng th¸i chñ/tí cña kªnh SPI.
+ AIN1/OC0 - PortB, Bit 3:
AIN1 ®Çu vµo ®¶o cña bé so s¸nh analog,
OC0 ®Çu ra cña bé so s¸nh thuËt to¸n. Ch©n nµy còng ®îc thiÕt kÕ gièng nh mét ®Çu ra so s¸nh thuËt to¸n cña bé Timer/Counter0, lµm ®Çu ra ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM.
+ AIN0/INT2 - PortB, Bit 2:
AIN0 ®Çu vµo kh«ng ®¶o cña bé so s¸nh analog,
INT2 lµ ch©n ng¾t ngoµi.
+ T1 - PortB, Bit 1 ®Çu vµo cña Timer/Counter1.
+ T0/XCK - PortB, Bit 0 lµ ®Çu vµo cña Timer/Counter0, ®ång thêi còng ®¶m nhËn chøc n¨ng ®Çu vµo tÝn hiÖu xung Clock cña giao tiÕp USART.
* PortC (PC0 ... PC7) n»m tõ ch©n 22 ®Õn ch©n 29. PortB ®ãng vai trß nh cæng I/O hai tr¹ng th¸i cã ®iÖn trë treo bªn trong. Ngoµi chøc n¨ng cña mét cæng th«ng thêng, mét sè ch©n cña PortC cã thªm c¸c chøc n¨ng ®Æc biÖt:
B¶ng 5: B¶ng chøc n¨ng ®Æc biÖt cña mét sè ch©n PortC
+ TOSC2 - PortC, Bit7 ch©n vµo dao ®éng 2 cña bé Timer. Khi cã tÝn hiÖu cho phÐp th× ch©n PC7 kh«ng cßn ®îc sö dông nh cæng I/O th«ng thêng mµ trë thµnh ®Çu ra cña tÝn hiÖu dao ®éng khuÕch ®¹i ngîc, lµ ®iÓm kÕt nèi cña bé dao ®éng tinh thÓ.
+ TOSC1 - PortC, Bit6 ch©n vµo dao ®éng 1 cña bé Timer. Khi cã tÝn hiÖu cho phÐp th× ch©n PC6 kh«ng cßn ®îc sö dông nh cæng I/O th«ng thêng mµ trë thµnh ®Çu ra cña tÝn hiÖu dao ®éng khuÕch ®¹i thuËn, lµ ®iÓm kÕt nèi cña bé dao ®éng tinh thÓ.
+ SDA - PortC, Bit1 giao tiÕp nèi tiÕp d÷ liÖu hai chiÒu. Ch©n PC1 cã mét bé läc bªn trong cho phÐp lo¹i bá nh÷ng sãng vµo < 50ns.
+ SCL - PortC, Bit0 giao tiÕp nèi tiÕp xung clock hai chiÒu. Ch©n PC0 còng cã mét bé läc bªn trong gièng nh PC0.
* PortD (PD0 ... PD7) n»m tõ ch©n 14 ®Õn ch©n 21. Mét sè chøc n¨ng ®Æc biÖt:
B¶ng 6: B¶ng chøc n¨ng ch©n PortD
+ OC2 - PortD, Bit7 ®Çu ra so s¸nh thuËt to¸n cña bé Timer/Counter2, ®ång thêi còng cã chøc n¨ng cña ®Çu ra ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM.
+ ICP1 - PortD, Bit6 ch©n vµo b¾t mÉu cho Timer/Counter1.
+ OC1A - PortD, Bit5 ch©n ra bé so s¸nh thuËt to¸n A cña Timer/Counter1 vµ lµ ch©n ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM.
+ OC1B - PortD, Bit4 ch©n ra bé so s¸nh thuËt to¸n A cña Timer/Counter1 vµ lµ ch©n ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM.
+ INT1 - PortD, Bit3 lµ ch©n nguån ng¾t ngoµi 1.
+ INT0 - PortD, Bit2 lµ ch©n nguån ng¾t ngoµi 0.
+ TXD - PortD, Bit1 ch©n truyÒn d÷ liÖu cña giao tiÕp USART.
+ RXD - PortD, Bit0 ch©n nhËn d÷ liÖu cña giao tiÕp USART.
* ch©n 9, ch©n vµo reset hÖ thèng.
* XTAL1, XTAL2, ch©n 12,13, ch©n kÕt nèi víi xung ®ång hå hÖ thèng.
* AVCC ch©n 30, lµ ch©n cÊp nguån cho bé chuyÓn ®æi A/D.
* AREF ch©n32, ch©n vµo ®èi chiÕu cña bé chuyÓn ®æi A/D.
2.3. Tæ chøc bé nhí bªn trong ATMEGA8535
Bé vi ®iÒu khiÓn AVR ®îc x©y dùng trªn kiÕn tróc Harvard, bé nhí d÷ liÖu vµ bé nhí ch¬ng tr×nh t¸ch biÖt nhau ®Ó cã thÓ thùc hiÖn ®ång thêi ®îc mét khèi lîng lín c«ng viÖc.
H×nh 18: KiÕn tróc ATMEGA8535
Bus d÷ liÖu ®îc sö dông cho bé nhí d÷ liÖu lµ bus 8 bit, cho phÐp kÕt nèi c¸c bé phËn ngo¹i vi víi tÖp thanh ghi. Bus d÷ liÖu dïng cho bé nhí ch¬ng tr×nh cã ®é réng 16 bit vµ chØ nèi víi thanh ghi lÖnh.
S¬ ®å bé nhí:
H×nh 19: S¬ ®å bé nhí cña vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535
* Bé nhí ch¬ng tr×nh lµ bé nhí Flash cã dung lîng 8Kx16 bit. §Ó tiÖn cho viÖc b¶o vÖ b»ng phÇn mÒm th× bé nhí ch¬ng tr×nh ®îc chia lµm hai khu vùc lµ khu vùc øng dông vµ khu vùc khëi ®éng. Bªn c¹nh c¸c lÖnh ®îc lu tr÷, bé nhí ch¬ng tr×nh còng lu tr÷ c¸c vector ng¾t b¾t ®Çu t¹i ®Þa chØ $000.
* Bé nhí d÷ liÖu ®îc b¾t ®Çu víi TÖp thanh ghi, sau ®ã lµ c¸c Thanh ghi I/O vµ SRAM trong. TÖp thanh ghi gåm cã 32 thanh ghi (R0... R31) t¬ng øng víi ®Þa chØ $0000... $001F. Toµn bé c¸c thanh ghi nµy ®îc sö dông nh nh÷ng thanh ghi 8 bit. Nhng cã mét ®iÒu ®Æc biÖt ë ®©y lµ c¸c thanh ghi tõ R26... R31 cã thÓ kÕt hîp l¹i ®Ó ®îc sö dông nh 3 thanh ghi 16 bit X-Y-Z.
H×nh 20: Tæ chøc thµnh thanh ghi X,Y,Z
Thanh ghi I/O gåm cã 64 thanh ghi 8 bit n»m ë ®Þa chØ $020... $05F, c¸c thanh ghi nµy lµm nhiÖm vô trao ®æi d÷ liÖu vµo/ra. §«i khi c¸c thanh ghi I/O còng ®îc truy cËp nh SRAM.
Bé nhí SRAM cña ATMEGA8535 cã dung lîng 512 byte, ®îc sö dông cho c¸c ng¨n xÕp còng nh ®Ó lu tr÷ c¸c biÕn...
* Bé nhí EEPROM: ATMEGA8535 cã 512 byte EEPROM, ®îc tæ chøc thµnh mét vïng d÷ liÖu riªng biÖt. ViÖc ghi vµ ®äc ®îc thùc hiÖn trªn tõng byte. §Ó ®äc EEPROM, CPU ph¶i mÊt 4 chu kú ®ång hå ®Ó hoµn thµnh viÖc ®äc, tuy nhiªn viÖc ghi EEPROM l¹i chØ mÊt cã 2 chu kú.
2.4. Mét sè khèi ®iÓn h×nh trong cÊu tróc ATMEGA8535
2.4.1. Bé ®Þnh thêi
Vi ®iÒu khiÓn ATMEGA8535 cã hai bé ®Þnh thêi 8 bit vµ mét bé ®Þnh thêi 16 bit. ViÖc ®Æt cho phÐp/cÊm ng¾t ®èi víi c¸c bé ®Þnh thêi ®îc thùc hiÖn qua c¸c thanh ghi ®iÒu khiÓn bé ®Þnh thêi TCCR0 vµ TCCR1. S¬ ®å khèi cña c¸c bé ®Þnh thêi ®îc thÓ hiÖn ë díi:
H×nh 21a: S¬ ®å khèi bé ®Þnh thêi 8 bit
H×nh 21b: S¬ ®å khèi bé ®Þnh thêi 16 bit
2.4.2. Bé truyÒn nhËn SUART
ViÖc truyÒn nhËn d÷ liÖu ®îc thùc hiÖn th«ng qua viÖc ghi d÷ liÖu vµo thanh ghi d÷ liÖu cña SUART, ®ã lµ thanh ghi UDR. D÷ liÖu tõ UDR truyÒn ®Õn c¸c thanh ghi dÞch. S¬ ®å khèi bé truyÒn nhËn SUART :
H×nh 22: S¬ ®å khèi bé truyÒn nhËn SUART
2.4.3. Bé so s¸nh Analog
Bé so s¸nh analog so s¸nh c¸c gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ë lèi vµo, cô thÓ lµ lèi vµo AIN0 (AC+) vµ AIN1 (AC-) víi nhau. NÕu AIN0 lín h¬n AIN1 th× ®Çu ra ®îc kÝch ho¹t lªn møc cao. S¬ ®å khèi cña bé so s¸nh analog:
H×nh 23: S¬ ®å khèi bé so s¸nh analog
2.4.4. Bé biÕn ®æi A/D
Bé biÕn ®æi ADC ®îc ®iÒu khiÓn qua bèn thanh ghi ADMUX, ADCSR, ADCH vµ ADCL trong vïng ®Þa chØ vµo/ra. Bé biÕn ®æi ADC cã thÓ ho¹t ®éng ë hai chÕ ®é:
+ Qu¸ tr×nh biÕn ®æi ®îc ngêi dïng khëi ®éng,
+ Qu¸ tr×nh biÕn ®æi diÔn ra liªn tôc.
S¬ ®å khèi cña bé biÕn ®æi A/D:
H×nh 24: S¬ ®å khèi bé biÕn ®æi A/D
2.5. Ho¹t ®éng ng¾t
Ng¾t lµ mét c¬ cÊu ®iÒu khiÓn dßng lÖnh, c¬ cÊu nµy ®îc thiÕt kÕ trªn hÇu hÕt c¸c vi ®iÒu khiÓn. Khi mét hÖ thèng ho¹t ®éng, cã rÊt nhiÒu sù kiÖn x¶y ra ®ång thêi, ch¼ng h¹n mét nót Ên cã tÝn hiÖu b¸o hiÖu xö lý c«ng viÖc nµo ®ã, trong khi mét byte d÷ liÖu ®· ®Õn cæng nèi tiÕp. §iÒu nµy sÏ g©y khã kh¨n cho cho vi xö lý khi mµ ph¶i gi¸m s¸t nhiÒu c«ng viÖc ®ång thêi. Sù can thiÖp cña ng¾t sÏ lµm cho c«ng viÖc xö lý trë nªn tèt h¬n. Khi xuÊt hiÖn ng¾t, vi xö lý sÏ t¹m thêi ngõng ch¬ng tr×nh chÝnh vµ chuyÓn ®Õn xö lý ch¬ng tr×nh ng¾t, qu¸ tr×nh xö lý ng¾t hoµn thµnh ch¬ng tr×nh chÝnh l¹i tiÕp tôc.
H×nh 25: S¬ ®å qu¸ tr×nh ng¾t
Trêng hîp cã nhiÒu ng¾t x¶y ra ®ång thêi, ng¾t cã u tiªn cao h¬n sÏ ®îc chÊp nhËn tríc. Møc ®é u tiªn cña c¸c ng¾t thÓ hiÖn trong b¶ng vector ng¾t:
B¶ng 7: B¶ng c¸c vector ng¾t
2.6. TËp lÖnh
TËp lÖnh cho ATMEGA8535 gåm 130 lÖnh, c¸c lÖnh ®îc m« t¶ díi d¹ng ng«n ng÷ ASEM.
B¶ng 8: TËp lÖnh cña ATMEGA8535
Ch¬ng 4: ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho hÖ thèng sÊy
1. S¬ ®å cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn
PhÇn m¹ch ®iÒu khiÓn ®îc thiÕt kÕ ra nh»m môc ®Ých ®iÒu khiÓn cho mét hÖ thèng sÊy n«ng s¶n quy m« nhá, sö dông d©y ®iÖn trë ®Ó t¹o nhiÖt cã c«ng suÊt < 3000W. NhiÖt ®é ®îc ®iÒu chØnh n»m trong d¶i tõ 00C ÷ 1500C. M¹ch ®iÒu khiÓn cã c¸c chøc n¨ng ®o vµ hiÓn thÞ nhiÖt ®é cña dßng khÝ ®i vµo buång sÊy, chøc n¨ng ®Æt nhiÖt ®é th«ng qua bµn phÝm vµ tù ®éng æn ®Þnh ë nhiÖt ®é ®Æt th«ng qua viÖc ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®iÖn trë t¹o nhiÖt, chøc n¨ng kÕt nèi víi m¸y tÝnh ®Ó cã thÓ theo dâi kÕt qu¶ vµ thao t¸c ®iÒu khiÓn trªn m¸y tÝnh...
Tõ nh÷ng yªu cÇu ®îc ®Æt ra ta cã s¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn nh sau:
H×nh 26: S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn
2. Lùa chän thiÕt kÕ vµ ph©n tÝch nguyªn lý tõng khèi
2.1. Khèi c¶m biÕn nhiÖt
ViÖc ®o nhiÖt ®é lµ mét viÖc tèi cÇn thiÕt trong ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é. §o nhiÖt ®é ®Ó phôc vô cho viÖc quan s¸t, vµ ®Æc biÖt lµ t¹o mét ®¹i lîng ®iÖn ®îc biÕn ®æi t¬ng øng víi nhiÖt ®é ®o ®a vµo m¹ch ®iÖn ®Ó phôc vô cho ®iÒu khiÓn.
2.1.1. C¸c ph¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é
Tuú vµo yªu cÇu cña c«ng viÖc mµ ngêi ta cã thÓ sö dông nhiÒu c¸c dông cô ®o nhiÖt ®é chuyªn biÖt kh¸c nhau. Díi ®©y lµ mét sè ph¬ng ph¸p ®o th«ng dông:
a. Ph¬ng ph¸p ®o sö dông CÆp nhiÖt ®iÖn (thermocouple)
¦u ®iÓm: Lµ thµnh phÇn tÝch cùc, tù cung cÊp c«ng suÊt, cã tÇm thay ®æi réng, tÇm ®o nhiÖt réng.
ThiÕt kÕ ®¬n gi¶n, rÎ tiÒn...
Nhîc ®iÓm: Phi tuyÕn, ®iÖn ¸p cung cÊp thÊp, ®ßi hái ph¶i cã ®iÖn ¸p tham chiÕu.
KÐm nh¹y vµ kÐm æn ®Þnh...
b. Ph¬ng ph¸p ®o dïng nhiÖt ®iÖn trë (RTD - Resistance Temperature Detector)
¦u ®iÓm: Cã tÝnh chÝnh x¸c vµ æn ®Þnh cao, ph¬ng ph¸p nµy tuyÕn tÝnh h¬n ph¬ng ph¸p dïng cÆp nhiÖt.
Nhîc ®iÓm: Lîng thay ®æi R lµ rÊt nhá, ®iÖn trë tuyÖt ®èi thÊp, tù gia t¨ng nhiÖt.
Ph¶i cung cÊp nguån dßng, ®¾t tiÒn...
c. Ph¬ng ph¸p sö dông IC c¶m biÕn nhiÖt
¦u ®iÓm: Cã ®é tuyÕn tÝnh cao, ngâ ra cã gi¸ trÞ lín nhÊt so víi c¸c lo¹i trªn, gi¸ rÎ.
Nhîc ®iÓm: NhiÖt ®é ®o díi 2000C, cÇn ph¶i cung cÊp nguån cho c¶m biÕn ho¹t ®éng...
G¾n víi yªu cÇu thùc tiÔn cña ®Ò tµi lµ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é dßng khÝ trong sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t, nhiÖt ®é sÊy <2000C, vµ nh÷ng øng dông réng r·i cña IC c¶m biÕn nhiÖt nªn chóng t«i chän IC c¶m biÕn nhiÖt lµm dông cô ®o nhiÖt ®é dßng khÝ sÊy.
2.1.2. S¬ lîc vÒ IC c¶m biÕn nhiÖt
* Nguyªn lý ho¹t ®éng chung cña IC ®o nhiÖt ®é
IC ®o nhiÖt ®é lµ mét m¹ch tÝch hîp nhËn tÝn hiÖu nhiÖt ®é chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ®iÖn díi d¹ng dßng ®iÖn hay ®iÖn ¸p. Dùa vµo ®Æc tÝnh rÊt nh¹y cña c¸c b¸n dÉn víi nhiÖt ®é t¹o ra ®iÖn ¸p hoÆc dßng ®iÖn tû lÖ thuËn víi nhiÖt ®é tuyÖt ®èi. §o tÝn hiÖu ®iÖn ta biÕt ®îc gi¸ trÞ nhiÖt ®é cÇn ®o. Sù t¸c ®éng cña nhiÖt ®é t¹o ra ®iÖn tÝch tù do vµ c¸c lç trèng trong chÊt b¸n dÉn. B»ng sù ph¸ vì c¸c ph©n tö, bøt c¸c electron thµnh d¹ng tù do di chuyÓn qua vïng cÊu tróc m¹ng tinh thÓ t¹o sù xuÊt hiÖn c¸c lç trèng. Lµm cho ®iÖn tö tù do vµ lç trèng t¨ng lªn theo quy luËt hµm mò víi nhiÖt ®é.
* §Æc tÝnh cña mét sè IC c¶m biÕn nhiÖt ®é th«ng dông:
+ AD590
Ngâ ra lµ dßng ®iÖn víi ®é nh¹y 1A/10K