›
›

Bài giảng Thiết kế hệ thống vi xử lý - Chương 1: Giới thiệu hệ thống số - Nguyễn Hồng Quang

pdf 21 trang ngocly 4210
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Thiết kế hệ thống vi xử lý - Chương 1: Giới thiệu hệ thống số - Nguyễn Hồng Quang", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_thiet_ke_he_thong_vi_xu_ly_chuong_1_nguyen_hong_qu.pdf

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế hệ thống vi xử lý - Chương 1: Giới thiệu hệ thống số - Nguyễn Hồng Quang

  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 1
  2. 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 2
  3. 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 3
  4. 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 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 8 Electrical Engineering 4
  5. Nguyên lý chung hệ thống cơ điện tử HÖ thèng ra quyÕt ®Þnh C¬ cÊu chÊp C¶m biÕn hµnh (sensor) §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 5
  6. 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 6
  7. Phản ứng hệ thống • Lý thuyết hệ thống • Lý thuyết điều khiển 13 Electrical Engineering Mô phỏng hệ thống Hệ thống §Çu vµo HÖ thèng §Çu ra Ph−¬ng tr×nh vi ph©n B¶ng t×m kiÕm HÖ logic 14 Electrical Engineering 7
  8. M« pháng hÖ thèng 2 Load Desired Actual + Velocity Velocity PID Motor ++ - Voltages ? Measured Sensor Velocity 15 Electrical Engineering M« pháng hÖ thèng 3 yn + xd u dy 1 y uKxx=−()dm + yx= ++dx T - xm ya xmb= Ay+ B 16 Electrical Engineering 8
  9. 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 9
  10. 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 Hugh Durrant-Whyte 1540 Introduction To Mechatronics20 20 Electrical Engineering 10
  11. 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 11
  12. 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 12
  13. 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 • TÝn hiÖu rêi r¹c dải tín hiệu • X thuéc tËp [x1, x2 •x thuộc tập hợp xn ] (xmin – xmax) • VÝ dô: Thêi gian •Vídụ: nhiệt độ, áp trong ngµy, tiÒn suốt, dòng điện 26 Electrical Engineering 13
  14. 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 hợpX = {X1, X2} = {00, 01, 10, 11} 28 Electrical Engineering 14
  15. Tập hợp 3 trạng thái •X1 ∈ {0,1}, X2 ∈ {0,1}, X2 ∈ {0,1} X3 X2 X1 X 0 0 0 000 • X ∈ {X1, X2, X3} 0 0 1 001 0 1 0 010 8 trạng thái khác nhau 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 15
  16. 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 31 Electrical Engineering 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 32 Electrical Engineering 16
  17. 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) 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 17
  18. Chuyển đổi từ hệ cơ số 2 - 16 •1 0 1 0 2^3 2^2 2^1 2^0 82 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 18
  19. 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 1A B 6 0001 1010 1011 0110 37 Electrical Engineering 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 38 Electrical Engineering 19
  20. Ví dụ •Vídụ cho số 12, biểu diễn dạng nhị phân –6 – dư 0 –3 – dư 0 –1 – dư 1 –1 • 1 1 0 0 39 Electrical Engineering HÖ c¬ sè 2 C¬ sè 10 0111 7 0110 6 Số âm 0101 5 0100 4 0011 3 0010 2 0001 1 Bit ngoµi cïng lµ 00 0 1 th× gäi lµ sè ©m 1111 -1 1110 -2 1101 -3 1100 -4 1011 -5 1010 -6 1001 -7 1000 -0 40 Electrical Engineering 20
  21. Tính số âm •Số dương + số âm = 16 •Số âm = (bù 1) số dương + 1 41 Electrical Engineering ASCII table Dùng để hiển thị các ký tự đặc biệt 42 Electrical Engineering 21