Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ - 0trang

Báo cáo đồ án môn học



-



Chương I: Cơ sở lý thuyết



Một bộ dao động tần số cố định 8MHz và một ổ cắm cho một bộ dao động thạch



anh.

- Bộ kết nối mở rộng cho 64 tín hiệu I/O (32 trên các kết nối Pmod và 32 trên các

kết nối kiểu parallel).

- Một dây DS28E01Q EEPROM



Hình 1.2: Sơ đồ khối các chân IO của KIT Coolrunner II

1.1.2. Cấu hình

CPLD của board Coolrunner II phải được cấu hình( hay lập trình) bởi người dùng

trước khi nó có thể thực hiện bất kì chức năng nào. Các tập tin có thể được tạo ra từ sơ đồ

nguyên lý hoặc các tập tin mã nguồn HDL bằng cách sử dụng phần mềm ISE WebPack

miễn phí của Xilinx. Những file cấu hình có thể được chuyển giao cho board Coolrunner

II bằng một dây cáp USB và phần mềm trung gian của Xilinx hoặc sử dụng một dây cáp

kết nối lập trình ra bên ngồi

Sau khi cấu hình, các CPLD vẫn giữ được trạng thái vơ thời hạn của nó. Khi board

Coolrunner II được hỗ trợ, cấu hình CPLD ngay lập tức được nạp. Một cấu hình mới có

thể được nạp bất cứ lúc nào, và ngau sau khi một cấu hình mới được nạp, nó xác định

hành vi của CPLD.

1.1.3. Các thiết bị điện trong board

Board Coolrunner II có thể được cấp nguồn từ cổng USB tích hợp của nó hoặc

nguồn cung cấp bên ngồi gắn vào đầu nối JP3. Jump JP2 cũng có thể được chọn trên

board sử dụng nguồn USB hoặc nguồn năng lượng bên ngoài. Nguồn bên ngoài từ bất cứ

nguồn nào được định tuyến thông qua một bộ điều chế Maxim LT3028 để cung cấp 2

nguồn điện áp (3,3V với các thiết bị I/O và 1,8V với vùng lõi board) theo yêu cầu của

CPLD. Khi nguồn board được cung cấp, Led báo hiệu cấp nguồn sẽ phát sáng.

Để sử dụng một nguồn điện bên ngoài, thiết lập Jump JP2 để BAT và cung cấp điện

cho các chân JP3 trong khoảng 3,6- 9V.



Báo cáo đồ án môn học



Chương I: Cơ sở lý thuyết



Board Coolrunnner II được sử dụng từ một mạch in 4 lớp với các lớp bên trong dành

riêng để đi dây nguồn Vcc và nối đất GND. Với cấu hình Maxim cùng một bộ nguồn ni

tốt và các tụ điện trên tất cả các IC sẽ tạo ra năng lượng tiêu hao thấp và giúp tiết kiệm

đáng kể năng lượng, đồng thời giúp cho việc thiết kế được đơn giản hơn.

1.1.4. Đồng hồ

Board Coolrunner II bao gồm một bộ dao động tần số cố định cung cấp một tín hiệu

đồng hồ 8MHz. Đầu ra của bộ dao động đặt ở nhãn PCLK trong sơ đồ mạch in, được kết

nối tới chân GCLK2 của CPLD (tại P38) để nó có thể được chuyển đến bộ chia đồng hồ

nội bộ. Các đường kết nối cho một nửa kích thước tiêu chuẩn bộ dao động DIP được cấp

tại IC3

1.1.5. Các thiết bị I/O

Board Coolrunner II cung cấp hai nút bấm và hai cơng tắc trượt cho các đầu vào và

màn hình Led 4 số cho các đầu ra.

Các nút bấm hoạt động mức thấp và các chuyển mạch bao gồm các điện trở để bảo

vệ khi bị ngắn mạch. Các đèn Led hoạt động ở mức cao và màn hình hiển thị Led 7 đoạn

anode chung sử dụng các transistor riêng biệt hoạt động khi các tín hiệu cực cathode ở

mức tích cực thấp.

Ba đèn Led bổ sung khi hoạt động báo hiệu nguồn cấp cho USB hoạt động tốt

(LD4), bảng nguồn tốt (LD5) và tình trạng thái liên kết USB tốt (LD6).



Hình 1.3: Sơ đồ kết nối CRII với Led 7

1.1.6. Cổng kết nối mở rộng

Board Cool runner II cung cấp 4 khối 12 chân kết nối modul ngoại vi, mỗi kết nối

cung cấp 2 kết nối VDD và GND và 8 tín hiệu CPLD riêng biệt. Mỗi kết nối có thể phục

vụ 1 Pmod 12 chân đơn hoặc 2 Pmod 6 chân Digilent làm cho một số Pmod 6 chân có thể

gắn vào các kết nối của chúng, bao gồm cả bảng mạch loa, mạch cầu H, bảng mạch cảm

biến, vv..



Báo cáo đồ án môn học



Chương I: Cơ sở lý thuyết



Cơ chế mở rộng linh hoạt cho phép các nhà thiết kế dễ dàng thêm các chức năng như

chuyển đổi analog-to-kỹ thuật số, giao diện động cơ servo, đèn flash nối tiếp, kênh nối

tiếp chuẩn RS232, và hơn 20 mô-đun ngoại vi khác, vv..

Board Coolrunner II cũng cung cấp 1 kết nối mở rộng 40 chân bao gồm 3 tín hiệu

nguồn cung cấp và 37 tín hiệu vào ra I/ O

1.1.7. Thiết kế board

Thiết kế được lập trình sẵn vào CPLD có một số chức năng có thể dễ dàng nhìn thấy

khi các module ngoại vi thích hợp được được đưa tới các cổng có liên quan.

Trong thiết kế board Cool runner II, chuyển mạch Pmod đi vào cổng J8, Pmod PS2

đi vào cổng J7, và Pmod hiển thị Led 7 đoạn đi vào các cổng J5 và J6. Tuy nhiên, việc

thiết kế cũng có thể thay đổi khi sử dụng các cổng khác nhau.

CPLD thực hiện tốt cả một bộ đếm cũng như một bộ giải mã bàn phím PS2. Các

cơng tắc màn hình hiển thị dựa trên giá trị của SW4 còn SW1,2,3 khơng được sử dụng

trong thiết kế. BTN0 là thiết lập lại hệ thống cho việc thiết kế. Khi SW4 có bộ giải mã

PS2 được lựa chọn, đầu ra trên màn hình chính là mã qt cho tín hiệu đầu vào đó. Dưới

đây là một số mã qt, phần còn lại có thể được tìm thấy trên Internet

Bảng 1.1: Bảng mã quét của board CRII

Keyboard Key

Scan Code

F1

05

F2

06

F3

04

F4

0C

ều khiển vơ tuyến.



Keyboard Key

F5

F6

F7

F8



Scan Code

03

0B

83

0A



1.2.

Đi



1.2.1. Tổng quan về sóng điện từ

Sóng điện từ là sự kết hợp của dao động điện trường và từ trường vng góc với

nhau, lan truyền trong khơng gian.



Hình 1.4: Dạng sóng điện từ trong khơng gian

Để tạo ra sóng điện từ, người ta dùng mạch dao động cộng hưởng LC, nó được kết

nối bởi một cuộn dây và một tụ điện, khi mạch LC bị kích thích, trong cuộn dây sẽ xuất

hiện từ trường và trong tụ điện sẽ xuất hiện điện trường, khi vào trạng thái cộng hưởng, từ

trường trong cuộn dây L và điện trường trong tụ C sẽ kết hợp tạo ra d

ạng sóng điện



Báo cáo đồ án mơn học



Chương I: Cơ sở lý thuyết



từ trường. Bây giờ chỉ cần dùng dây anten cho sóng trong mạch LC phát vào khơng gian,

chúng ta đã có tia sóng dùng cho cơng việc điều khiển vơ tuyến.

Sơ đồ khối bộ thu phát RF:



ư



Hình 1.5: Sơ đồ khối bộ thu phát RF

Bên phát: dùng mạch cộng hưởng LC tạo ra sóng mang có tần số ổn định dùng làm

sóng mang. Dùng mạch tạo ra tín hiệu mã lệnh và cho mã lệnh điều chế vào sóng mang

rồi cho phát vào khơng gian.

Bên thu: dùng mạch cộng hưởng LC làm bẩy sóng để bắt thu sóng điện từ có trong

khơng gian, nó đã được phát ra từ bên phát, cho giải mã để lấy ra tín hiệu mã lệnh có

trong sóng mang, dùng tín hiệu mã lệnh để đóng mở các thiết bị.

1.2.2. IC tạo mã và giải mã PT2262, PT2272

 IC tạo mã lệnh PT 2262

Sơ đồ chân:



Hình 1.6: Sơ đồ chân IC thu phát RF PT2262/2272

- Chân OSC1 và OSC2 dùng gắn điện trở R để định tần cho xung nhịp, dùng tạo ra

các dãy xung mã lệnh. Tần số xung nhịp phải lấy tương thích giữa bên phát và bên nhận.

- Các chân A0 - A5 dùng nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân có thể có 3 trạng thái, cho

nối masse là bit 0, cho nối vào nguồn dương là bit 1 và bỏ trống là bit F.



Báo cáo đồ án môn học



Chương I: Cơ sở lý thuyết



- Chân A6/D0 - A11/D5 có thể dùng như các chân địa chỉ từ A6 đến A11, nhưng

khi dùng như chân nhập dữ liệu Data thì chỉ xác lập theo mức 0 và mức 1, chỉ có 2 trạng

thái.

- Chân TE dùng cho xuất nhóm xung mã lệnh, nó có tác dụng ở mức áp thấp.

Nghĩa là khi chân này ở mức áp thấp, nó sẽ cho xuất ra xung mã lệnh trên chân Dout.

- Chân Dout, là chân ngã ra của nhóm tín hiệu mã lệnh, các tín hiệu mã lệnh đều ở

dạng xung, nghĩa là lúc ở mức áp thấp, lúc ở mức áp cao.

IC PT2262 trong mạch phát tín hiệu mã lệnh với 4 kênh điều khiển:



Hình 1.7: Sơ đồ mã hóa bên phát

- Các điện trở 10k dùng đặt các chân 10, 11, 12, 13 tương ứng với D0, D1, D2, D3

ở mức thấp.

- Dùng các điện trở 2.7k để cấp mức áp cao cho một trong các chân D0-D3, qua

các nút nhấn SW0-SW3.

- Dùng 4 diode 1N4148 để cách ly nguồn với các chân 10, 11, 12, 13.

- Điện trở 4.7M dùng để xác định tần số xung nhịp

- Chân 14 là chân TE nối với GND nên luôn cho phép xuất mã xung.

IC giải mã PT 2272

Khi xung mã lệnh phát ra từ IC PT2262, nhóm xung mã lệnh này sẽ được đưa vào

IC PT2272 để được giải mã và phát ra tín hiệu để điều khiển các thiết bị.

Sơ đồ khối bên trong IC PT 2272 như sau:





Báo cáo đồ án môn học



Chương I: Cơ sở lý thuyết



Hình 1.8: Sơ đồ khối các khối chức năng trong IC PT2272

- Chân OSC1 và OSC2 dùng gắn điện trở để định tần cho xung nhịp, xung nhịp

này cần thiết cho hoạt động của ic.

- Các chân địa chỉ là A0 đến A5 và chân địa chỉ/dữ liệu là A6/D5 đến A11/D0,

trạng thái bit trên các chân này dùng xác lập mã lệnh dùng cho việc dò mã lệnh của bên

phát.

- Chân đầu vào là DIN, sau khi qua 2 tầng khuếch đại đảo, tín hiệu mã lệnh cho

vào mạch computer logic để dò mã lệnh, nếu mã lệnh của bên phát đúng với mã lệnh đã

xác lập trong ic, nó sẽ cho qua mạch Output Logic chờ xuất ra, khi mạch dò xung đồng bộ

Synchro Detect xác nhận tín hiệu vào là chính xác, nó sẽ cho xuất lệnh điều khiển trên

chân VT.

Chỉ khi mã lệnh của bên phát và bên thu được đặt giống nhau và tần số xung nhịp

phù hợp, lúc đó cặp IC này mới "hiểu nhau", có tác dụng dùng trong điều khiển, nếu

có khác nhau thì bên thu sẽ khơng nhận ra bên phát và sẽ không phát lệnh điều khiển VT

theo lệnh của bên phát.

1.2.3. Modul thu phát RF31-4CH

a. Modul phát RF



Hình 1.9: Modul phát RF



Báo cáo đồ án môn học



Chương I: Cơ sở lý thuyết



Hình trên là một loại modul phát RF, IC phát được sử dụng là IC PT2262. Modul

được chế tạo với 4 nút bấm A, B, C, D.

- Khi ít nhất 1 nút được bấm thì nó sẽ cho phát đi tín hiệu mã hóa nút bấm đó để cho

bên thu có thể so sánh và nhận tín hiệu.

- Đặc điểm:

+ Tần số hoạt động: 315Mhz

+ Kiểu điều chế : ASK

+ Antenna nội

+ Khoảng cách truyền < 20m (không vật cản)

+ Nguồn cung cấp: pin 12V 27A

b. Modul thu RF



Hình 1.10: Modul thi RF

Đặc điểm:

- Điện áp làm việc: 5V DC

- Kiểu điều chế: ASK

- Dòng tiêu thụ: 4mA

- Tần số hoạt động: 315Mhz

- Độ nhạy: -103 dBm, băng thông: 3dB +/-100Khz

Chức năng các chân:

PIN

Tên

Định nghĩa

1 GND

Đất (nối tới GND)

2 VCC

Chân cấp nguồn (nối tới VCC+)

3 DATA #1

Dữ liệu ngõ ra 1 (nối với chân 10 của IC 2272)

4 DATA #2

Dữ liệu ngõ ra 2 (nối với chân 11 của IC 2272)

5 DATA #3

Dữ liệu ngõ ra 3 (nối với chân 12 của IC 2272)

6 DATA #4

Dữ liệu ngõ ra 4 (nối với chân 13 của IC 2272)

7 TEST

Dùng cho mục đích kiểm tra (nối với chân 17 của IC 2272)

Bảng 1.11: Chức năng các chân của modul thu RF



Báo cáo đồ án môn học



Chương I: Cơ sở lý thuyết



Chú ý: Khoảng cách thu được đo bằng LOS (line of sight) với sự can thiệp của một

radio nhỏ. Khoảng cách thực tế có thể khác nhau rất nhiều tùy thuộc vào việc cài đặt và

môi trường hoạt động. Đổi tần module có thể thay đổi khoảng cách, phụ thuộc vào

antenna thu khác nhau. Antenna thu bên ngồi có thể cần dùng để tối ưu hiệu suất hoạt

động.

1.3. Cảm biến siêu âm SRF05

Cảm biến SRF05 là một loại cảm biến khoảng cách dựa trên nguyên lý thu phát siêu

âm. Cảm biến gồm một bộ phát và một bộ thu sóng siêu âm. Sóng siêu âm từ đầu phát

truyền đi trong khơng khí, gặp vật cản (vật cần đo khoảng cách tới) sẽ phản xạ ngược trở

lại và được đầu thu ghi lại. Vận tốc truyền âm thanh trong khơng khí là một giá trị xác

định trước, ít thay đổi. Do đó nếu xác định được khoảng thời gian từ lúc phát sóng siêu

âm tới lúc nó phản xạ về đầu thu sẽ quy đổi được khoảng cách từ cảm biến tới vật thể.

Cảm biến SRF05 cho khoảng cách đo tối đa lên tới 3-4 mét.



Hình 1.12: Cảm biến siêu âm SRF05

SRF05 có thể thiết lập cách hoạt động thơng qua các chân điều khiển MODE(OUT).

Nối hoặc không nối chân MODE xuống GND cho phép cảm biến được điều khiển thông

qua giao tiếp dùng 1 chân hay 2 chân IO.

 Cách 1: Tách riêng chân TRIGGER và ECHO (thường được sử dụng).

Module cảm biến SRF05 có hai chân TRIGGER và ECHO riêng biệt. Khi chân

MODE để trống (chân MODE có điện trở kéo lên VCC, khi để trống nó sẽ nhận mức điện

áp VCC) SRF05 sẽ sử dụng cả 2 chân chức năng TRIGGER và ECHO cho việc điều

khiển hoạt động của cảm biến. Có thể mơ tả hoạt động của cảm biến bằng giản đồ dạng

xung như hình dưới:



Báo cáo đồ án mơn học



Chương I: Cơ sở lý thuyết



Hình 1.13: Dạng xung các chân ra của SRF05 mode 1

Từ hình vẽ mô tả trên ta thấy: để điều khiển SRF05 bằng cách 1 (sử dụng cả chân

trigger và echo) cần cấp cho chân TRIGGER một xung điều khiển với độ rộng tối thiểu

10uS. Sau đó một khoảng thời gian, đầu phát sóng siêu âm của cảm biến sẽ phát ra sóng 8

chu kỳ sóng siêu âm tần số 40Khz, vi xử lý tích hợp trên modun sẽ tự xác định thời điểm

phát sóng siêu âm và thu sóng siêu âm. Vi xử lý tích hợp này sẽ đưa kết quả thu được ra

chân ECHO. Độ rộng xung vuông tại chân ECHO tỉ lệ với khoảng cách từ cảm biến tới

vật thể.

 Cách 2: Sử dụng một chân cho cả TRIGGER và ECHO

Ở chế độ này, một chân của vi xử lý sẽ điều khiển quá trình phát xung của cảm biến

siêu âm và việc đọc tín hiệu trả về. Yêu cầu lúc đó chân MODE cần được nối đất (GND).

Đầu tiên xuất một xung với độ rộng tối thiểu 10uS vào chân TRIGGER-ECHO (chân số

3) của cảm biến. Sau đó vi xử lý tích hợp trên cảm biến sẽ phát ra tín hiệu điều khiển đầu

phát siêu âm. Sau 700uS kể từ lúc kết thúc tín hiệu điều khiển, từ chân TRIGGER-ECHO

có thể đọc ra một xung mà độ rộng tỉ lệ với khoảng cách từ cảm biến tới vật thể.

Có thể mơ tả hoạt động của cảm biến ở chế độ 2 như hình dưới.



Hình 1.14: Dạng xung SRF05 mode 2



Báo cáo đồ án môn học



Chương I: Cơ sở lý thuyết



 Tính tốn khoảng cách.

Từ giản đồ xung mơ tả hoạt động cả SRF05 ở các chế độ ta thấy, chỉ cần cung cấp

vào chân Trigger một xung có độ rộng tối thiểu 10uS để kích hoạt thì ở đầu phát của

SRF05 sẽ phát ra 8 chu kỳ sóng siêu âm (tần số 40KHz) và set chân Echo lên 1. Sau đó

cảm biến chờ sóng phản hồi, và ngay khi đầu thu của cảm biến phát hiện có sóng siêu âm

phản hồi về thì vi xử lý trên cảm biến sẽ đưa chân Echo xuống mức 0. Độ rộng của xung

vuông trên chân Echo tỷ lệ với khoảng cách tới đối tượng, bằng cách đo độ rộng của xung

này, ta hồn tồn có thể xác định được khoảng cách tới đối tượng. Nếu khơng có sóng

phản hồi về đầu thu của cảm biến sau khoảng 30mS thì SRF05 sẽ giảm thấp mức ra trên

chân Echo xuống thấp hơn so với ban đầu.

Ta có cơng thức liên hệ giữa khoảng cách, vận tốc và thời gian là: S=v.t.

Như ta biết, sóng siêu âm lan truyền trong khơng khí với tốc độ khoảng 343m/s và

do sóng siêu âm phát ra từ cảm biến tới vật sau đó phản hồi về cảm biến nên quãng đường

di chuyển của sóng siêu âm bằng 2 lần khoảng cách tới vật.

Nếu độ rộng xung trên chân Echo đo được là: t (uS) , thì ta có cơng thức tính khoảng

cách được tính là:

Khoảng cách = 343*100* .t / (2*10^6) = t / 58 (cm).

SRF05 có thể kích hoạt nhanh chóng sau 50mS (20 lần/s). Bạn nên chờ 50ms cho

lần kích hoạt kế tiếp để tránh sai số phản hồi.

1.4. Mạch cầu H

1.4.1. Khái niệm về mạch cầu H

Trong thực tế khi ta có một động cơ DC có 2 đầu A và B, nối 2 đầu dây này với một

nguồn điện DC (ắc qui điện – battery), hệ quả tất yếu là nếu nối A với cực (+), B với cực

(-) mà động cơ chạy theo chiều thuận (kim đồng hồ) thì khi đảo cực đấu dây (A với (-), B

với (+)) thì động cơ sẽ đảo chiều quay. Đây là một cách “thủ công” để đảo chiều động cơ,

với các bài toán thực tế, sẽ có lúc chúng ta gặp những bài tốn bắt buộc sử dụng đến việc

đảo chiều động cơ này với tốc độ cao, thời gian quá độ thấp và độ chính xác cao. Lẽ dĩ

nhiên chúng ta cần có một mạch điện có khả năng tự động thực hiện việc đảo chiều này

và xuất phát từ yêu cầu đó, mạch cầu H ra đời.

Vậy mạch cầu H là một mạch điện giúp đảo chiều dòng điện qua một đối tượng. Tuy

nhiên, chức năng của mạch cầu H không chỉ dừng lại ở đó. Phần sau sẽ nói rõ hơn về các

chức năng của mạch cầu H. Tiếp tục với vấn đề mạch cầu H, chúng ta gọi là mạch cầu H

đơn giản bởi hình dạng của chúng. Hình vẽ sau mô tả cấu trúc một mạch cầu H đơn giản:



Báo cáo đồ án mơn học



Chương I: Cơ sở lý thuyết



Hình 1.15: Mơ hình mạch cầu H đơn giản

Trong hình 3, hãy xem 2 đầu V và GND là 2 đầu (+) và (-) của ắc qui, “đối tượng”

là động cơ DC mà chúng ta cần điều khiển, “đối tượng” này có 2 đầu A và B, mục đích

điều khiển là cho phép dòng điện qua “đối tượng” theo chiều A đến B hoặc B đến A.

Thành phần chính tạo nên mạch cầu H của chúng ta chính là 4 “khóa” L1, L2, R1 và R2

(L: Left, R:Right). Ở điều kiện bình thường 4 khóa này “mở”, mạch cầu H khơng hoạt

động. Tiếp theo chúng ta sẽ khảo sát hoạt động của mạch cầu H thơng qua các hình minh

họa sau:



Hình 1.16: Điều khiển mạch cầu H

Với mục đích cho dòng điện đi qua “đối tượng” có thể đảo chiều ( A đến B và B đến

A), ta thấy khi 2 khóa L1 và R2 được “đóng lại” (L2 và R1 vẫn mở), tại trường hợp này

sẽ có một dòng điện chạy từ V qua khóa L1 đến đầu A và xuyên qua đối tượng đến đầu B

của nó trước khi qua khóa R2 và về GND (như hình 2a). Như thế, trong trường hợp này

sẽ có dòng điện chạy qua đối tượng theo chiều từ A đến B. Bây giờ hãy giả sử khác đi

rằng R1 và L2 đóng trong khi L1 và R2 mở, dòng điện lại xuất hiện và lần này nó sẽ chạy

qua đối tượng theo chiều từ B đến A như trong hình 2b (V->R1->B->A->L2->GND). Như

vậy, bằng cách đóng mở các khố L1, R1, L2, R2 từng cặp một, chúng ta có thể dùng

mạch cầu H để đảo chiều dòng điện qua một “đối tượng” (hay cụ thể, đảo chiều quay

động cơ).



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×