Thiết kế, chế tạo mô hình mạng vi điều khiển PIC

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐÀO MINH ĐỨC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MẠNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC Chuyên ngành : SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG Mã số : 60.52.60 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2011 2 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. TRẦN XUÂN TÙY Phản Biện 1:PGS.TS PHẠM ĐĂNG PHƯỚC. Phản Biện 2:TS. TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC. Luận văn sẽ ñược bảo vệ tại hội ñồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại ñại học Đà Nẵng vào ngày 5 tháng 12 năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Thông tin tư liệu, Đại học Đà Nẵng. 3 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay trước sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ ñiện tử, nano, sản xuất chip cũng như công nghệ phần mềm, nhiều thiết bị mới ra ñời hoặc các thiết bị cũ ñược cải tiến với những chức năng mới làm cho các hệ thống ñiều khiển tự ñộng chuyển dần từ hệ ñiều khiển tập trung sang hệ ñiều khiển không tập trung hoặc hệ ñiều khiển phân tán (DCS = distributed control systems). PLC và DCS ra ñời không cách xa nhau nhiều. PLC chuyên sâu về ñiều khiển Lôgic rời rạc thì DCS lại thiên về ñiều khiển quá trình. Ứng dụng của DCS thường dành cho các nhà máy xí nghiệp lớn, cho nên dùng ñiều khiển tập trung sẽ tốn kém cả về ñầu tư ban ñầu và giá trị bảo trì vận hành. Vì vậy, các hệ DCS ñã ứng dụng phương thức ñiều khiển phân tán thay vì ñiều khiển tập trung như PLC. Đặc ñiểm chính của của 1 hệ thống DCS là: + Điều khiển quá trình – PID, Cascade PID, Ratio Control, FeedFoward. + Điều khiển phân tán qua mạng FieldBus, Profibus, Device Net + Dự phòng nóng (Redundancy). + Nạp chương trình khi hệ thống ñang chạy. Đề tài “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MẠNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC’’ nhằm mô phỏng một hệ thống DCS nhỏ, phục vụ cho công tác giảng dạy. Đây là một hướng nghiên cứu mới có thể áp dụng cho các nhà máy sản xuất quy mô nhỏ. 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay, vi ñiều khiển phát triển rất với công nghệ hiện ñại, ứng dụng của vi ñiều khiển ñược dùng nhiều trong sản xuất và ñời 4 sống sinh hoạt hằng ngày. Các vi ñiều khiển có thể ñược sử dụng trong các hệ thống DCS, với rất nhiều tính năng ñiều khiển hệ thống dễ dàng.Vì vậy, mụch ñích của ñề tài “THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÔ HÌNH MẠNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC’’ v phục vụ công tác ñào tạo tại nhà trường. 3. PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Phạm vi: - Thiết kế, chế tạo mô hình mạng PIC. - Thiết kế phần mềm ñiều khiển mạng PIC. Nội dung nghiên cứu: - Thiết kế các Môñun phần cứng. - Thiết kế phần mềm ñiều khiển. - Chế tạo và lắp ráp mô hình 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu ñược thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Cụ thể như sau: - Nghiên cứu các tài liệu liên quan nhằm tổng hợp chọn phương án và thiết kế mạng PIC: phần cứng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi, ñiều khiển và lập trình. - Chế tạo mô hình ñể kiểm chứng các kết quả. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN Góp phần thúc ñẩy việc xây dựng các mô hình phục vụ cho công tác ñào tạo sinh viên, cho thấy thực tiễn mạng DCS hoạt ñộng như thế nào. 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG DCS 1.1.1. Tổng quan các giải pháp ñiều khiển 1.1.1.1 Đặc trưng các lĩnh vực ứng dụng ñiều khiển Khi xây dựng một giải pháp ñiều khiển, ta phải quan tâm tới qui mô và ñặc thù của lĩnh vực ứng dụng. - Điều khiển các thiết bị và máy móc ñơn lẻ (công nghiệp và gia dụng). - Công nghiệp chế biến, khai thác. - Công nghiệp chế tạo, lắp ráp. - Điều khiển các hệ thống giao thông, vận tải. - Điều khiển các hệ thống phân phối năng lượng (dầu khí, gas, ñiện. 1.1.1.2 Các hệ thống ñiều khiển công nghiệp Các giải pháp ñiều khiển công nghiệp chia làm hai ứng dụng cơ bản: - Công nghiệp chế biến, khai thác. - Công nghiệp chế tạo, lắp ráp. 1.1.2. Cấu trúc các hệ thống ñiều khiển giám sát 1.1.2.1 Cấu trúc và các thành phần cơ bản Một hệ thống ñiều khiển giám sát bao gồm các chức năng chính sau: - Giao diện quá trình: Các cảm biến và cơ cấu chấp hành ghép nối vào/ra, chuyển ñổi tín hiệu. - Thiết bị ñiều khiển tự ñộng. - Hệ thống ñiều khiển giám sát. - Hệ thống truyền thông. 6 - Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn. 1.1.2.2 Mô hình phân cấp a) Cấp chấp hành b) Cấp ñiều khiển c) Cấp ñiều khiển giám sát 1.1.2.3 Cấu trúc ñiều khiển a), Điều khiển tập trung Hình 1.3 Cấu trúc ñiều khiển tập trung với vào/ra tập trung. b) Điều khiển tập trung và vào ra phân tán Hình 1.4: Cấu trúc ñiều khiển tập trung với vào/ra phân tán. c) Điều khiển phân tán 7 Hình 1.5: Cấu trúc ñiều khiển phân tán với vào/ra tập trung. d) Điều khiển phân tán với vào ra phân tán Hình 1.6: Cấu trúc ñiều khiển phân tán với vào ra phân tán. 1.1.3. Các thành phần của hệ thống ñiều khiển phân tán 1.1.3.1 Cấu hình cơ bản 8 - Các trạm ñiều khiển cục bộ. - Các trạm vận hành. - Trạm kỹ thuật và công cụ phát triển. - Hệ thống truyền thông. Hình 1.7 : Cấu hình cơ bản của một hệ ñiều khiển phân tán. 1.1.3.2 Phân loại các hệ DCS a) Các hệ DCS truyền thống Các hệ này sử dụng các bộ ñiều khiển quá trình ñặc chủng theo kiến trúc riêng của nhà sản xuất. b) Các hệ DCS trên nền PLC Với cấu trúc ghép nối vào/ra linh hoạt, nguyên tắc làm việc ñơn giản theo chu kì, khả năng lập trình và lưu trữ chương trình trong bộ nhớ không cần can thiệp trực tiếp tới phần cứng, PLC nhanh chóng thu hút sự chú ý trong giới chuyên ngành. 9 c) Các hệ DCS trên nền PC Giải pháp sử dụng máy tính cá nhân (PC) trực tiếp làm thiết bị ñiều khiển không những ñược bàn tới rộng rãi, mà ñã trở thành thực tế phổ biến trong những năm gần ñây. 1.2. GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 1.2.1. PIC PIC là viết tắt của “ Programable Intelligent Computer” do hãng Genenral Instrument ñặt tên cho vi ñiều khiển ñầu tiên của họ: PIC 1650 ñược thiết kế ñể dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi ñiều khiển CP 1600. 1.2.2. Kiến trúc PIC Tổ chức phàn cứng của PIC ñược thiết kế theo kiến trúc Havard, ñiểm khác biệt giữa kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman là cấu trúc bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình. - Đối với kiến trúc Von- Neuman, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình nằm chung trong một bộ nhớ, do ñó ta có thể tổ chức cân ñối một cách linh hoạt bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. - Đối với kiến trúc Havard, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách ra thành hai bộ nhớ riêng biệt. Do ñó trong cùng một thời ñiểm CPU có thể tương tác với cả hai bộ nhớ như vậy tốc ñộ xử lý của vi ñiều khiển ñược cải thiện dáng kể. 1.2.3. Vi ñiều khiển PIC 16F877A 1.2.3.1. Thông số của vi ñiều khiển PIC 16F877A Đây là vi ñiều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có ñộ dài 14 bit, mỗi lệnh ñều ñược thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc ñộ hoạt ñộng tối ña cho phép là 20MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14bit, bộ nhớ dữ 10 liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số cổng ñầu vào /ra là 5 với 33 chân.Các ñặc tính ngoại vi bao gồm các chức năng sau: - Timer0: Bộ ñếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit. - Timer1: Bộ ñếm 16bit với bộ chia tần số. - Timer2: Bộ ñếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit. - Hai bộ ñiều chế ñộ rộng xung 10 bit. - 8 kênh chuyển ñối ADC 10 bit. 1.2.3.2. Sơ ñồ khối của PIC Hình 1.12: Sơ ñồ khối của Pic 16F877A. 1.2.3.3. Tổ chức bộ nhớ a) Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ chương trình của vi ñiều khiển là bộ nhớ Flash, dung lượng bộ nhớ 8K word( 1word là 14 bit) và ñược phân thành nhiều trang ( từ page0 ñến page 3). Để mã hóa ñược ñịa chỉ 11 của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ ñếm chương trình có dung lương 13 bit ( PC ). b) Bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ dữ liệu là bộ nhớ EEPROM ñược chia làm 4 bank, mỗi bank có dung lượng 128 byte bao gồm các thanh ghi có chức năng ñặc biệt SFG( Special Funtion Register) nằm ở các vùng ñịa chỉ thấp và các thanh ghi mục ñích chung. 1.2.3.4. Thanh ghi chức năng ñặc biệt - Thanh ghi STATUS(03H, 83H, 103H, 183H) : thanh ghi chứa kết quả thực hiện phép toán của khối ALU. - Thanh ghi OPTION REG (81H, 181H) : thanh ghi cho phép ñọc và ghi, cho phép ñiều khiển chức năng pull-up của các chân trong PORTB - Thanh ghi INTCON (0BH, 8BH, 10BH,18BH) : Thanh ghi cho phép ñọc và ghi, chứa các bit ñiều khiển và các bít cờ hiệu khi Timer0 bị tràn. - Thanh ghi PIE1 (8CH) : chứa các bit ñiều khiển các ngắt của các khối chức năng ngoại vi. - Thanh ghi PIR1 ( 0Ch) : chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi. - Thanh ghi PIE2 (8DH) : chứa các bit ñiều khiển các ngắt của các khối chức năng CCP2, SSP bus, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM. 12 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÔ ĐUN GIAO TIẾP THIẾT BỊ NGOẠI VI 2.1. THIẾT KẾ MÔ ĐUN VÀO/RA SỐ 2.1.1. Mô ñun vào số Ngày nay, trong các nhà máy công nghiệp người ta thường sử dụng các công tắc, hoặc các cảm biến số, các công tắc hành trình… ñể báo hiệu cho trạng thái làm việc của các thiết bị.Có 2 trạng thái ON/OFF ñối với trạng thái ON báo hiệu cho thiết bị ñược vận hành, trạng thái OFF báo hiệu cho thiết bị dừng.Dựa trên hai trạng thái ON/OFF, ta thiết kế mô ñun vào số với hai mức logic 1 và 0 tương ứng với 2 trạng thái ON/OFF. Hình 2.1: Sơ ñồ mạch ñầu vào số. 1 2 3 4 O P T O P C 8 1 7 R6 4.7K D5 3 4 U1B 74HC14 VAO_1 R7 1.2K 24VDC 5VDC 2 IN_2 13 Hình 2.2: Mạch ñiều khiển ñầu vào số. 2.1.2. Mô ñun ra số Để ñiều khiển các thiết bị có trạng thái hoạt ñộng ON/OFF như Van ñiện từ, các Relay, Contactor… người ta chỉ việc cấp nguồn 220 hoặc 24VDC ñể cho các thiết bị hoạt ñộng. Vì vậy dựa trên nguyên lý làm việc ON/OFF ta thiết kế Môñun ra số 8 ngõ ra, có chức năng xuất tín hiệu ñiều khiển trạng thái ON/OFF tương ứng với mức Logic 0 và 1 của vi ñiều khiển. RA0/AN02 RA1/AN13 RA2/AN2/VREF-/CVREF4 RA3/AN3/VREF+5 RA4/T0CKI/C1OUT6 RA5/AN4/SS*/C2OUT7 RB0/INT 33 RB1 34 RB2 35 RB3/PGM 36 RB4 37 RB5 38 RB6/PGC 39 RB7/PGD 40 RC0/T1OSO/T1CKI15 RC1/T1OSI/CCP216 RC2/CCP117 RC3/SCK/SCL18 RC4/SDI/SDA23 RC5/SDO24 RC6/TX/CK25 RC7/RX/DT26 RD0/PSP0 19 RD1/PSP1 20 RD2/PSP2 21 RD3/PSP3 22 RD4/PSP4 27 RD5/PSP5 28 RD6/PSP6 29 RD7/PSP7 30 OSC1/CLKIN13 OSC2/CLKOUT14 VDD 32 VDD 11 VSS31 VSS12 MCLR*/VPP1 RE0/RD*/AN5 8 RE1/WR*/AN6 9 RE2/CS*/AN7 10 PVN1 PIC16F877A 1 2 J3 I2C 1 2 J4 I2C C1 22P C2 Y1 20MHZ SW1 1 2 3 4 5 J5 NAP_CHIP D2 DIODE R3 10K 5VDC VAO_1 VAO_2 VAO_3 VAO_4 VAO_5 VAO_6 VAO_7 PGC VAO_8 PGD VAO_9 VAO_10 VAO_11 VAO_12 VAO_13 VAO_14 VAO_15 VAO_16 SCK SDI 5VDC MCLR VSS VDD PGD PGC SCK SDI SCK SDI 14 Hình 2.3: Sơ ñồ mạch ñầu ra số. Hình 2.4: Sơ ñồ mạch ñiều khiển Môñun ra số. R39 220 RA_1 R40 4.7K R41 4.7K D23 R42 2.2K LED R43 220 RA_2 R44 4.7K R45 4.7K D25 R46 2.2K LED OUTPUT_2 NGUON_24VDC COMMON 3 5 4 1 2 LS2 RELAY 6 4 5 Q1B D468 1 2 3 4 OPTO OUTPUT_1 COMMON NGUON_24VDC 3 5 4 1 2 LS1 RELAY 3 1 2 Q1A D468 1 2 3 4 OPTO RA0/AN02 RA1/AN13 RA2/AN2/VREF-/CVREF4 RA3/AN3/VREF+5 RA4/T0CKI/C1OUT6 RA5/AN4/SS*/C2OUT7 RB0/INT 33 RB1 34 RB2 35 RB3/PGM 36 RB4 37 RB5 38 RB6/PGC 39 RB7/PGD 40 RC0/T1OSO/T1CKI15 RC1/T1OSI/CCP216 RC2/CCP117 RC3/SCK/SCL18 RC4/SDI/SDA23 RC5/SDO24 RC6/TX/CK25 RC7/RX/DT26 RD0/PSP0 19 RD1/PSP1 20 RD2/PSP2 21 RD3/PSP3 22 RD4/PSP4 27 RD5/PSP5 28 RD6/PSP6 29 RD7/PSP7 30 OSC1/CLKIN13 OSC2/CLKOUT14 VDD 32 VDD 11 VSS31 VSS12 MCLR*/VPP1 RE0/RD*/AN5 8 RE1/WR*/AN6 9 RE2/CS*/AN7 10 PVN2 PIC16F877A 1 2 J9 I2C 1 2 J10 I2C C5 22P C6 Y2 20MHZ SW2 1 2 3 4 5 J11 NAP_CHIP D21 DIODE R38 10K 5VDC RA_1 RA_2 RA_3 RA_4 RA_5 RA_6 PGCRA_7 PGDRA_8 SCK SDI 5VDC MCLR VSS VDD PGD PGC SCK SDI SCK SDI 15 2.2. MÔ ĐUN ĐẦU VÀO ANALOG 2.2.1. Tín hiệu Analog Là hàm của 1 hoặc nhiều biến ñộc lập, ñại lượng vật lý theo thời gian như : tiếng nói, nhiệt ñộ… theo thời gian A=f(t,h).Xuất hiện liên tục trong khoảng thời gian từ t0 – t1. Giá trị biến thiên liên tục trong khoảng biên ñộ từ A0- A1. Để ñọc ñược các giá trị cần phải rời rạc hóa các tín hiệu về thời gian và giá trị, dùng thiết bị chuyển ñối ADC tạo ra các tín hiệu số ñể: - Xử lý và lưu trữ dữ liệu. - Truyền gửi ñi xa. - Tái tạo lại hay tổng hợp lại tín hiệu. 2.2.2. Bộ chuyển ñổi ADC 2.2.2.1. Khái niệm Là thiết bị có 2 chức năng:+ Rời rạc hóa tín hiệu theo thời gian.+ Số hóa tín hiệu về biên ñộ(Lượng tử hóa).Phân loại: - Chuyển ñổi trực tiếp: u(t) => code. - Chuyển ñổi gián tiếp: u(t) => ñại lượng trung gian => code. 2.2.2.2. Nguyên lý cơ bản của chuyển ñổi tương tự Tín hiệu tương tự là tín hiệu biến thiên liên tục theo thời gian, tín hiệu số mã hoá là rời rac theo thời gian. Như vậy, nguyên lý chung của sự chuyển ñổi là: - Lấy mẫu . - Nhớ mẫu . - Lượng tử hoá . - Mã hoá . 16 2.2.2.3. Sơ ñồ khối và nguyên lý làm việc của của ADC a) Sơ ñồ khối Hình 2.6: Sơ ñồ khối của ADC. b) Nguyên lý làm việc của ADC Trước hết, mạch lấy mẫu tín hiệu tương tự tại các thời ñiểm khác nhau ñều và cách ñều nhau (rời rạc hoá tín hiệu về mặt thời gian), giữ cho biên ñộ ñiện áp tại các thời ñiểm lấy mẫu không ñổi trong quá trình chuyển ñổi tiếp theo. Tín hiệu ra mạch lấy mẫu ñược ñưa tới mạch lượng tử hoá ñể thực hiện làm tròn với biên ñộ chính xác.Sau mạch lượng tử hoá là mạch mã hoá. Trong mạch mã hoá, kết quả lượng tử hoá ñược sắp xếp lại theo một quy luật nhất ñịnh phụ thuộc vào loại mã yêu cẩu tên ñầu ra của bộ chuyển ñổi. c) Phân loại chuyển ñổi ADC - Phương pháp chuyển ñổi song song: Trong phương pháp này tín hiệu ñược so sánh cùng một lúc với nhiều giá trị chuẩn. Do ñó tất cả các bit ñược xác ñịnh ñồng thời và ñưa ñến ñầu ra. - Phương pháp biến ñổi theo mã ñếm:Ở ñây, quá trình so sánh ñược thực hiện lần lượt từng bước theo quy luật của mã ñếm. Kết quả chuyển ñổi ñược xác ñịnh bằng cách ñếm số lượng giá trị chuẩn có thể chứa ñược trong giá trị tín hiệu tương tự cần chuyển ñổi. - Phương pháp biến ñổi nối tiếp theo mã nhị phân:Qúa trình so sánh ñựoc thực hiện lần lượt từng bước theo quy luật mã nhị phân. Các ñơn vị chuẩn dùng ñể so sánh lấy các giá trị giảm dần, do 17 ñó các bit ñược xác ñịnh lần lượt từng bit có nghĩa lớn nhất ñến bit nhỏ nhất. - Phương pháp biến ñổi song song nối tiếp kết hợp:Trong phương phápnàymỗi bước so sánhcó thể ñược xác ñịnh ñược tối thiểu là 2 bit ñồng thời. 2.2.3. ADC của PIC 16F877A Pic 16F887A có 8 ngõ vào Analog, hiệu ñiện thế chuẩn VREF có thể ñược lựa chọn là VDD hoặc VSS hay hiệu ñiện thế chuẩn ñược xác lập trên 2 chân RA2, RA3.Kết quả chuyển ñổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số là 10 bít số tương ứng ñược lưu trong hai thanh ghi ADRESH:ADRESL. Khi quá trình chuyển ñổi hoàn tất, kết quả ñược lưu vào hai thanh ghi ADRESH:ADRESL, bit ADCON0(2) ñược xóa về 0 và cờ ngắt ADIF ñược set. 2.2.4. Sơ ñồ mạch Mô ñun ñầu vào Analog Hình 2.7: Sơ ñồ mạch ñầu vào Analog. 3 2 1 8 4 - + U14A LM358R74 R75 R76 250 R77 R78 12 J18 INPUT_AD 24VDC INPUT_AD1 18 2.3. MÔ ĐUN ĐẦU RA ANALOG 2.3.1. Bộ chuyển ñổi DAC Chuyển ñổi số -tương tự (DAC) là một khâu không kém phần quan trọng trong một hệ thống ño lường và ñiều khiển bằng máy tính. Để ñiều khiển một hệ thống như ñiều khiển tăng, giảm ổn nhiệt của một lò nhiệt dùng trong công nghiệp haynhư ñiều khiển ñộng cơ ñiện ... thì máy tính cần phát ra tín hiệu ñiều khiển. Tín hiệu này là tín hiệu số vì thế trong hâù hết các hệ thống tự ñộng hoá cần phải chuyển tín hiệu này thành tín hiệu tương tự. 2.3.2. Sơ ñồ khối và nguyên lý làm việc Để lấy ñược tín hiệu tương tự từ tín hiệu số là tín hiệu rời rạc theo thời gian, tín hiệu này ñược ñưa qua một bộ lọc thông thấp lý tưởng. Hình 2.8 : Sơ ñồ khôi phục tín hiệu tương tự. 2.3.3. Các phương pháp chuyển ñổi số sang tương tự 2.3.3.1. Chuyển ñối bằng phương pháp ñấu ñiện trở R – 2R 2.3.3.2. Chuyển ñổi bằng phương pháp Shannon – Rack 2.3.4. Sơ ñồ mạch ñầu ra Analog 19 2.3.4.1. Mạch khuếch ñại ñiện áp Hình 2.11 : Sơ ñồ mạch khuếch ñại ñiện áp. 2.3.4.2. Mạch chuyển áp thành dòng Hình 2.12: Sơ ñồ mạch tạo dòng ñiện. 100 3 2 1 8 4 - + LM358 100K 0.1UF 47 10K 10K 1 2 J40 OUTPUT_AD AD_OUT R145 47 R146 10K R14710K 1 2 J40 OUTPUT_AD 5 6 7 8 4 - + LM358 R148 100K AD_OUT R149 10K 10k R151 10K 10k R141 100 R142 100K 3 2 1 8 4 - + U20A LM358 R143 100K C19 0.1UF 20 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH 3.1. GIỚI THIỆU MẠNG CÔNG NGHIỆP 3.1.1. Mạng công nghiệp Mạng công nghiệp hay mạng truyền thông công nghiệp là một khái niệm chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, ñược sử dụng ñể ghép nối các thiết bị công nghiệp. 3.1.2. Phân loại của hệ thống mạng công nghiệp Cấp cao nhât là cấp Quan lý, cấp thấp nhất là Chấp hành, càng ở cấp dưới thì các chức năng càng mang tính cơ bản hơn ñòi hỏi yêu cấu cao hơn về ñộ nhạy và thời gian ñáp ứng. Một chức năng ở trên ñược thực hiện dựa trên các chức năng cấp dưới, không ñòi hỏi thời gian ñáp ứng nhanh như cấp dưới, nhưng lượng thông tin cần trao ñổi và xử lý lớn hơn nhiều. 3.1.3. Cấu trúc Master/Slaver Trong cấu trúc chủ/tớ, một trạm chủ (Master) có trách nhiệm chủ ñộng phân chia quyền truy nhập bus cho các trạm tớ (slaver). Các trạm tớ ñóng vai trò bị ñộng, chỉ có quyền truy nhập bus và gửi tín hiệu ñi khi có yêu cầu. Trạm chủ có thể dùng phương pháp hỏi tuần tự (polling) theo chu kỳ ñể kiểm soát toàn bộ hoạt ñộng giao tiếp của cả hệ thống. 3.2. GIỚI THIỆU MSSP TRONG VI ĐIỀU KHIỂN PIC 3.2.1. SPI Chuẩn giao tiếp SPI cho phép truyền nhận ñồng bộ. Ta cần sữ dụng 4 pin cho chuẩn giao tiếp này - RC5/SDO: ngõ ra dữ liệu dạng nối tiếp (Serial Data output). 21 - RC4/SDI/SDA: ngõ vào dữ liệu dạng nối tiếp (Serial Data Input). - RC3/SCK/SCL: xung ñồng bộ nối tiếp (Serial Clock). - RA5/AN4/SS/C2OUT: chọn ñối tượng giao tiếp (Serial Select) khi giao tiếp ở chế ñộ Slave mode. 3.2.1.1. SPI Master Mode Ở chế ñộ Master mode, vi ñiều khiển có quyền ấn ñịnh thời ñiểm trao ñổi dữ liệu (và ñối tượng trao ñổi dữ liệu nếu cần) vì nó ñiều khiển xung clock ñồng bộ. Dữ liệu sẽ ñược truyền nhận ngay thời ñiểm dữ liệu ñược ñưa vào thanh ghi SSPBUF. Nếu chỉ cần nhận dữ liệu, ta có thể ấn ñịnh chân SDO là ngõ vào (set bit TRISC). Dữ liệu sẽ ñược dịch vào thanh ghi SSPSR theo một tốc ñộ ñược ñịnh sẵn cho xung clock ñồng bộ. Sau khi nhận ñược một byte dữ liệu hoàn chỉnh, byte dữ liệu sẽ ñược ñưa dào thanh ghi SSPBUF, bit BF ñược set và ngắt xảy ra.. 3.2.1.2. SPI Slaver Mode Ở chế ñộ này SPI sẽ truyền và nhận dữ liệu khi có xung ñồng bộ xuất hiện ở chân SCK. Khi truyền nhận xong bit dữ liệu cuối cùng, cờ ngắt SSPIF sẽ ñược set. Slave mode hoạt ñộng ngay cả khi vi ñiều khiển ñang ở chế ñộ sleep, và ngắt truyền nhận cho phép “ñánh thức” vi ñiều khiển. Khi chỉ cần nhận dữ liệu, ta có thể ấn ñịnh RC5/SDO là ngõ vào (set bit TRISC). Slave mode cho phép sự tác ñộng của chân ñiều khiển RA5/A4/SS/C2OUT(SSPCON =0100). Khi chân RA5/A4/SS/C2 ở mức thấp, chân RC5/SDO ñược cho phép xuất dữ liệu và khi RA5/A4/SS/C2OUT ở mức cao, dữ liệu ra ở chân RC5/SDO bị khóa, ñồng thời SPI ñược reset (bộ ñếm bit dữ liệu ñược gán giá trị 0). 3.2.2. I2C 22 Đây là một dạng khác của MSSP. Chuẩn giao tiếp I2C cũng có hai chế ñộ Master, Slave và cũng ñược kết nối với ngắt. I2C sẽ sử dụng 2 pin ñể truyền nhận dữ liệu: - RC3/SCK/SCL:chân truyền dẫn xung clock. - RC4/SDI/SDA: chân truyền dẫn dữ liệu.Các khối cơ bản trong sơ ñồ khối của I2C không có nhiều khác biệt so với SPI. Tuy nhiên I2C còn có thêm khối phát hiện bit Start và bit Stop của dữ