THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH BIẾN TẦN CÔNG SUẤT NHỎ

MỤC LỤC

***

Phần I: PHẦN MỞ ĐẦU            

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MẠCH NGHỊCH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN

I. Nghịch lưu nguồn dòng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . trang 1

1. Nghịch lưu nguồn dòng song song 1 pha . . . . . . . . . . .trang 1

2.Nghịch lưu nguồn dòng 3 pha. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .trang 2

II. Nghịch lưu nguồn áp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..trang 3

1. Nghịch lưu nguồn áp 1 pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .trang 3

2. Nghịch lưu  nguồn áp  3 pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .trang 4                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

Phần II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. . . .  .. . . . . . . . .  trang 5

Chương I: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN 8951. . trang 5

I. Giới Thiệu Cấu Trúc Phần Cứng Họ MSC-51. . . . . . trang 5

1. Giới Thiệu Họ MSC_51. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . trang 5

2. Sơ Đồ Khối Của AT89C51. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . trang 7

II. Khảo Sát sơ đồ Chân, Chức Năng Từng Chân . . . . trang 8

1. Sơ Đồ Chân 89C51 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . .trang 8

2. Chức Năng Hoạt Động Từng Chân 89C51 . . . . . . . . . . . . .. . . .trang 8

III. CẤU TRÚC BÊN TRONG VI ĐIỀU KHIỂN. . . . trang 11

1) Tổ Chức Bộ Nhớ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . trang 11

2) Các Thanh Ghi Chức Năng Đặt Biêt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . trang 14

3) Bộ Nhờ Ngoài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . .. . . . . . . trang 18

IV.HOẠT ĐỘNG TIMER CỦA 89C51. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . trang 23

1. Giới Thiệu .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  .. . . . trang 23

2. Thanh Ghi Mode Timer Tmod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . trang 25

3. Thanh Ghi Điều Khiển Timer Tcon. . . . . . . . . . . . . . . .. . trang 27

4. Các Mode Và Cờ Tràn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . trang 28

5. Các Nguồn Xung Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .trang 30

6. Sự Bắt Đầu , Kết Thúc Và Sự Điều Khiển Các Timer. .trang 31

7. Sự Khởi Động Và Truy Xuất Các Thanh Ghi Timer. . . .trang 32

8. SựĐọc Thanh Ghi Timer Trên Tuyến. . . . . . . . . . . . . . . .trang 33

V. HOẠT ĐỘNG PORT NỐI TIẾP. . . . . . . . . . . . . . . . . . .  .. . . .trang 33

1. Giới Thiệu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. .. .. . . trang 33

2. Các Thanh Ghi Và Các Chế Độ Hoạt Động Của Port Nối Tiếp

3. Tổ Chức Ngắt Trong 89c51. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .trang 40

VI. TÓM TẮT TẬP LỆNH CỦA 89C51. . . . . . . . . . . . . . . .. .. . trang 42

1. Các Chế Độ Định Vị Địa Chỉ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .trang 42

CHƯƠNG II : CÁC LINH KIỆN KHÁC. . . . . . . . . . . . . . . . . . trang 48

I. Transistor cơng suất C4542 . . . . . . . . . . . . . . . . . .  .. .trang 48

II. Diode cơng suất. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .trang 51

III. Opto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. trang 55

Phần III:THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG . . . . . . trang 58

A- Sơ Đồ Nguyên Lý . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . trang 58

B- Sơ Đồ Khối Nguồn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  .. . trang 59

C- Sơ Đồ Khối .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .trang 59

D- Thiết Kế Phần Mềm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .trang 60

E- Thi Công mạch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . trang 61

Phần III: PHẦN KẾT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . trang 62

A) Giới Hạn Đề Tài . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .trang 62

 

B) Hướng Phát Triển . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .trang 62

 

C) Kết Luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .trang 62

Phần I: PHẦN MỞ ĐẦU

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MẠCH NGHỊCH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN

Mạch nghịch lưu có điều khiển là những bộ biến đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều, cung cấp cho phụ tải xoay chiều. phụ tải không có liên hệ trực tiếp với lưới điện, như vậy các bộ biến đổi nghịch lưu có chức năng ngược với các bộ chỉnh lưu.

* Các dạng mạch nghịch lưu: Tùy theo chế độ làm việc của nguồn làm việc cung cấp mà mạch nghịch lưu được phân loại là nghịch lưu nguồn áp, nghịch lưu nguồn dịng. Phụ tải ngịch lưu có thể là một tải xoay chiều bất kỳ. Tuy nhiên có một dạng phụ tải đặc biệt cấu tạo từ một mạch vịng dao động, trong đó điện áp hoặc dịng điện có dạng dao động hình sin.

 I- Mạch nghịch lưu nguồn dịng:

          1. Nghịch lưu nguồn dòng song song 1 pha:

          -Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn dòng song song được cho trên hình Hình II.1. Trên sơ đồ mõi thyristor được điều khiển mở trong một nữa chu kỳ, như vậy điện áp một chiều được luân phiên đặc lên mõi nữa cuộn dây của máy biến áp. Kết quả là bên phía thứ cấp suất hiện điện áp xoay chiều. Tụ điện c mắc song song với tụ tải ở bên phía sơ cấp máy biến áp, đóng vai trò là tụ chuyển mạch. Điện cảm L có trị số lớn mắc nối tiếp với nguồn đầu vào làm cho dòng đầu vào hầu như được là phẳng hoàn toàn và ngăn tụ phóng ngược trả về nguồn khi các thyristor chuyển mạch. Do dòng đầu vào hầu như không thay đổi nên tụ chỉ có thể phóng năng lượng ra tải. Điều này có thể thấy rỏ trên sơ đồ tương đương hình ,,,,

          -Khi thyristor V1 mở thông điện áp E đặt lên 1 nữa cuộn sơ cấp máy biến áp, như vậy tụ C sẽ được nạp tới điện áp trên toàn bộ phần sơ cấp, nghĩa là 2E, với cực tính như trên hình vẽ. Khi V2 nhận được tín hiệu điều khiển, V2 sẽ mở ra được vì điện áp A-K của nó bằng điện áp trên tụ C đang dương. khi V2 mở thông dòng Id sẽ chạy qua V2, điện áp trên tụ C đặc cực tính ngược lên V1 khoá V1 lại. Tụ c sẽ được nạp điện lại để sẳn sàng cho lần chuyển mạch tiếp theo khi V1 lại nhận được tính hiệu điều khiển.

          Hình II.1a                                          Hình II.1b

          2. Nghịch lưu nguồn dòng 3 pha:

Dạng sơ đồ trên là dạng cơ bản của mạch nghịch lưu nguồn dịng 3 pha. Trn sơ đồ các thyristor từ V1-V6 được điều khiển để dẫn dịng 120⁰. Các tụ C1, C2, C3 mách song song với phụ tải đóng vai trị l cc tụ chuyển mạch. Yu cầu cơ bản trong nghịch lưu dịng song songlà công suất phản kháng của tụ phải bù hết công suất phản kháng của tải, và đổi một phần để để tạo góc vượt trước giữa dịng điện và điện áp.

Để có thể làm việc được trong di tần số rộng sơ đồ 3pha cũng có dạng sơ đồ diode cách ly như sơ đồ dưới đây

Ưu điểm cơ bản của nghịch lưu dịng song song l cĩ khả năng trao đổi công suất phản kháng với nguồn lưới xoay chiều nếu như đầu vào một chiều l2 một chỉnh lưu có điều khiển với mạch dịng dịng điện. Do đó các sơ đồ này có nhiều ứng dụng trong các hệ thống truyền động không đồng bộ.

II- Ngịch lưu nguồn áp:

1. Nghịch lưu nguồn áp độc lập một pha:

- Sơ đồ 1 nghịch lưu áp một pha được biểu diển trên hìnhSơ đồ gồm 4 van điều khiển hoàn toàn V1….V4 và các diode ngược D1….D4. các diode ngược là các phần tử bắc buộc trong các sơ đồ nghịch lưu áp, giúp cho quá trình trảo đổi công suất phản kháng giữa tải với nguồn. Đầu vào một chiều là một nguồn áp với đặc trưng có tụ C với giá trị đủ lớn. tụ c vừa có vai trò là tụ lộc san bằng điện áp trong trường hợp nguồn E là một chỉnh lưu, vùa có vai trò là kho chứa công suất phản kháng trảo đổi với tải qua các diode ngược. Nếu không có tụ C hoặc tụ C quá nhỏ dòng phản kháng sẽ không có đường chạy gây nên qua điện áp trên các phần tử trong sơ đồ.

- các van trong sơ đồ được điều khiển mở trong khoảng nữa chu kỳ theo từng cặp, V1 cùng với V2, V3 cùng với V4. kết quả là điện áp ra có dạng xoay chiều xung chũ nhật với biên độ bằng điện áp nguồn đầu vào, không phụ thuộc váo phụ tải.

2. Nghịch lưu nguồn dòng 3 pha:

-Sơ đồ gồm 6 van điều khiển hoàn toàn V1, V2, V3, V4, V5, V6 và các diode ngược D1, D2, D3, D4, D5, D6. Các diode ngược giúp cho quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa tải và nguồn. Dầu vào một chiều là một nguồn áp với đặc trưng có tụ C với giá trị đủ lớn. Phụ tải 3 pha đối xứng Za=Zb=Zc có thể đấu sao hoặc tam giác.

Để tạo ra hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha có cùng biên độ nhưng lệch pha nhau 1 góc 120⁰ độ, các van được điều khiển theo thứ tự như được kí hiệu trên sơ đồ, mi van sẽ vo dẫn cch nhau 60⁰. Khoản điều khiển dẫn của mỏi van  cĩ thể trong khoản từ 120⁰-180⁰ độ. Để thuận tiện cho việc xây dựng hệ thống điều khiển  thường được chọn các giá trị 120⁰, 150⁰, 180⁰. Ngày nay nghịch lưu áp 3 pha thường được dùng chủ yếu với biến điệu bề rộng xung, đảm bảo điện áp ra có dạng hình sin. Để đảm bảo điện áp ra có dạng không phụ thuộc phụ tải người tà thường dùng biến điệu bề rộng xung hai cực tính, như vậy mi pha của sơ đồ 3 pha có thể được điều khiển độc lập với nhau. Vấn đề chính trong biến điệu bề rộng xung 3 pha là phải có 3 sóng sin chủ đạo có biên độ chính xác bằng nhau và lệch pha nhau chính xác 120⁰  trong tồn bộ gii điều chỉnh. Điều này rất khó thực hiện bằng các mạch tương tự. Ngày nay người ta đả chế tạo các hệ thống điều khiển biến điệu bề rộng xung 3 pha bởi mạch số với bộ vi xữ lý đặc biệt. Nhờ đó dạng xung điều khiển ra sẽ tuyệt đối đối xứng v khoảng dẫn của mi van sẽ được xác định chính xác kẻ cả thời gian trể giữa các van trong cùng 1 pha để tránh dịng đâm xuyên giữa 2 van.

Phần II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN 8951

I. Giới Thiệu Cấu Trc Phần Cứng Họ MCS-51 (89C51):

1. Giới thiệu họ MCS-51:

MCS-51 là họ IC vi điều khiển do hãng Intel sản xuất. Các IC tiêu biểu cho họ là 8051 và 8031. Các sản phẩm MCS-51 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển. Việc xử lý trên Byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội. Tập lệnh cung cấp một bảng tiện dụng của những lệnh số học 8 Bit gồm cả lệnh nhân và lệnh chia. Nó cung cấp những hổ trợ mở rộng trên Chip dùng cho những biến một Bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra Bit trực tiếp trong điều khiển và những hệ thống logic đòi hỏi xử lý luận lý.

          AT89C51 là một vi điều khiển 8 Bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng cao, công suất thấp với 4 KB EPROM (Flash Programmable and erasable read only memory). Thiết bị này được chế tạo bằng cách sử dụng bộ nhớ không bốc hơi mật độ cao của ATMEL và tương thích với chuẩn công nghiệp MCS-51 về tập lệnh và các chân ra. EPROM ON-CHIP cho phép bộ nhớ lập trình được lập trình trong hệ thống hoặc bởi một lập trình viên bình thường. Bằng cách kết hợp một CPU 8 Bit với một EPROM trên một Chip đơn, ATMEL AT89C51 là một vi điều khiển mạnh (có công suất lớn) mà nó cung ấp một sự linh động cao và giải pháp về giá cả đối với nhiều ứng dụng vi điều khiển.

          AT89C51 cung cấp những đặc tính chuẩn như sau: 4 KB bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa và lập trình nhanh (EPROM), 128 Byte RAM, 32 đường I/O, 2 TIMER/COUNTER 16 Bit, 5 vectơ ngắt có cấu trúc 2 mức ngắt, một Port nối tiếp bán song công, 1 mạch dao động tạo xung Clock và bộ dao động ON-CHIP. Thêm vào đó, AT89C51 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt động đến mức không tần số và hỗ trợ hai phần mềm có thể lựa chọn những chế độ tiết kiệm công suất, chế độ chờ (IDLE MODE) sẽ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, timer/counter, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động. Chế độ giảm công suất sẽ lưu nội dung RAM nhưng sẽ treo bộ dao động làm mất khả năng hoạt động của tất cả những chức năng khác cho đến khi Reset hệ thống.

          Các đặc điểm của 89C51 được  tóm tắt như sau:

• 4 KB bộ nhớ có thể lập trình lại nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá
• Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz
• 3 mức khóa bộ nhớ lập trình
• 2 bộ Timer/counter 16 Bit
• 128 Byte RAM nội.
• 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.
• Giao tiếp nối tiếp.
• 64 KB vùng nhớ mã ngoài
• 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại.
• Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn).
• 210 vị trí nhớ có thể định vị bit.
• 4 ms cho hoạt động nhân hoặc chia.

2. Sơ đồ khối của AT89C51 được trình bày ở hình 1-1

Hình 1.1: sơ đồ khối của 89C51

II. KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN 89C51, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN:

          1. Sơ đồ chân 89C1:

Hình1-2 Sơ đồ chân IC 89C51

    2. Chức năng các chân của 89C51

           89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập. Trong đó có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ.

a. Các Port:

• Port 0:

          Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 – 39 của 89C51. Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO. Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu.

• Port 1:

           Port 1 là port IO trên các chân 1-8. Các chân được ký hiệu  P1.0, P1.1, P1.2, … có thề dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần. Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài.

• Port 2:

      Port 2 là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21- 28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte  cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng.

• Port 3:

          Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10-17. Các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của 89C51 như ở bảng sau:

Bit	Tên	Chức năng chuyển đổi
P3.0	RXT	Ngõ vào dữ liệu nối tiếp.
P3.1	TXD	Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp.
P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7	INT0\ INT1\ T0 T1 WR\ RD\	Ngõ vào ngắt cứng thứ 0. Ngõ vào ngắt cứng thư 1. Ngõ vào củaTIMER/COUNTER thứ 0. Ngõ vào củaTIMER/COUNTER thứ 1. Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài. Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.

 b. Các ngõ tín hiệu điều khiển:

• Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable):

      PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường được nói đến chân  0E\ (output enable) của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh.

           PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 89C51 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 89C51 để giải mã lệnh. Khi 89C51 thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1.

• Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable):

           Khi 89C51 truy xuất bộ nhớ bên ngoài,  port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt.

           Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động.

    Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Chân ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong 89C51.

• Ngõ tín hiệu EA\(External Access) :

          Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắt lên mức 1  hoặc mức 0. Nếu ở mức 1, 89C51 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8 Kbyte. Nếu ở mức 0, 89C51 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trìÊNEprom trong 89C51.

• Ngõ tín hiệu RST (Reset):

          Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 89C51. Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện mạch tự động Reset.

• Các ngõ vào bộ giao động X1,X2:

          Bộ dao động được tích hợp bên trong 89C51, khi sử dụng 89C51 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch anh thường sử dụng cho 89C51 là 12Mhz.

      Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V.

III. Cấu Trúc Bên Trong Vi Điều Khiển

1. Tổ chức bộ nhớ:

                                  Bảng tóm tắt các vùng nhớ 89C51.

Hình 1.3 :  External Momery

Bản đồ bộ nhớ Data trên Chip như sau:

 

	Địa chi’ byte		Địa chỉ bit
					Địa chỉ byte		Địa chỉ bit

 

 

 

7F										FF
										F0	F7	F6	F5	F4	F3	F2	F1	F0	B
	RAM đa dụng
										E0	E7	E6	E5	E4	E3	E2	E1	E0	ACC
										D0	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	PSW
30										B8	-	-	-	BC	BB	BA	B9	B8	IP
2F	7F	7E	7D	7C	7B	7A	79	78
2E	77	76	75	74	73	72	71	70		B0	B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0	P.3
2D	6F	6E	6D	6C	6B	6A	69	68
2C	67	66	65	64	63	62	61	60		A8	AF			AC	AB	AA	A9	A8	IE
2B	5F	5E	5D	5C	5B	5A	59	58
2A	57	56	55	54	53	52	51	50		A0	A7	A6	A5	A4	A3	A2	A1	A0	P2
29	4F	4E	4D	4C	4B	4A	49	48
28	47	46	45	44	43	42	41	40		99	không định địa chỉ hoá bit								SBUF
27	3F	3E	3D	3C	3B	3A	39	38		98	9F	9E	9D	9C	9B	9A	99	98	SCON
26	37	36	35	34	33	32	31	30
25	2F	2E	2D	2C	2B	2A	29	28		90	97	96	95	94	93	92	91	90	P1
24	27	26	25	24	23	22	21	20
23	1F	1E	1D	1C	1B	1A	19	18		8D	không định địa chỉ hoá bit								TH1
22	17	16	15	14	13	12	11	10		8C	không định địa chỉ hoá bit								TH0
21	0F	0E	0D	0C	0B	0A	09	08		8B	không định địa chỉ hoá bit								TL1
20	07	06	05	04	03	02	01	00		8A	không định địa chỉ hoá bit								TL0
1F	Bank 3									89									TMOD
18										88	8F	8E	8D	8C	8B	8A	89	88	TCON
17	Bank 2									87	không định địa chỉ hoá bit								PCON
10
0F	Bank 1									83	không định địa chỉ hoá bit								DPH
08										82	không định địa chỉ hoá bit								DPL
07	Bank thanh ghi 0									81	không định địa chỉ hoá bit								SP
00	(mặc định cho R0 –R7)									88	87	86	85	84	83	82	81	80	P0

 RAM                                       CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT

          Bộ nhớ trong 89C51 bao gồm ROM và RAM. RAM trong 89C51 bao gồm nhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ  địa chỉ hóa từng bit, các bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt.

           89C51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu và có thể chứa bên trong 89C51 nhưng 89C51 vẫn có thể kết nối với 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữ liệu.

    *Hai đặc tính cần chú ý là:

      u Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được định vị (xác định) trong bộ nhớ và có thể truy xuất trực tiếp giống như các địa chỉ bộ nhớ khác.

      u Ngăn xếp bên trong Ram nội nhỏ hơn so với Ram ngoại như trong các bộ Microprocontroller khác.

    RAM bên trong 89C51 được phân chia như sau:

          u Các bank thanh ghi có địa chỉ từ  00H đến 1FH.

      u RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH.

      u RAM đa dụng từ 30H đến 7FH.

      u Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH.

• RAM đa dụng:

           Mặc dù trên hình vẽ cho thấy 80 byte đa dụng chiếm các địa chỉ từ 30H đến 7FH, 32 byte dưới từ 00H đến 1FH cũng có thể dùng với mục đích tương tự (mặc dù các địa chỉ này đã có mục đích khác).

           Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể truy xuất tự do dùng kiểu địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.

• RAM có thể truy xuất từng bit:

           89C51 chứa 210 bit được địa chỉ hóa, trong đó có 128 bit có chứa các byte có chứa các địa chỉ từ 20F đến 2FH và các bit còn lại chứa trong nhóm thanh ghi có chức năng đặc biệt.

           Ý tưởng truy xuất từng bit bằng phần mềm là các đặc tính mạnh của microcontroller xử lý chung. Các bít có thể được đặt, xóa, AND, OR, …, với 1 lệnh đơn. Đa số các microcontroller xử lý đòi hỏi một chuỗi lệnh đọc– sửa- ghi để đạt được mục đích tương tự. Ngoài ra các port cũng có thể truy xuất được từng bít.

           128 bit truy xuất từng bit này cũng có thể truy xuất như các byte hoặc như các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng.

• Các bank thanh ghi:

          32 byte thấp của bộ nhớ nội được dành cho các bank thanh ghi

       Bộ lệnh 89C51 hỗ trợ 8 thanh ghi có tên là R0 đến R7 và theo mặc định sau khi reset hệ thống, các thanh ghi này có các địa chỉ từ 00H đến 07H.             

           Các lệnh dùng các thanh ghi RO đến R7 sẽ ngắn hơn và nhanh hơn so với các lệnh có chức năng tương ứng dùng kiểu địa chỉ trực tiếp. Các dữ liệu được dùng thường xuyên nên dùng một trong các thanh ghi này.

           Do có 4 bank thanh ghi nên tại một thời điểm chỉ có một bank thanh ghi được truy xuất bởi các thanh ghi RO đến R7 đều chuyển đổi việc truy xuất các bank thanh ghi ta phải thay đổi các bit chọn bank trong thanh ghi trạng thái.

2. Các thanh ghi có chức năng đặc biệt:

           Các thanh ghi trong 89C51 được truy xuất ngầm định bởi bộ lệnh, định dạng như một phần của RAM trên chip vì vậy mỗi thanh ghi sẽ có một địa chỉ (ngoại trừ thanh ghi bộ điếm chương trình và thanh ghi lệnh vì các thanh ghi này hiếm khi bị tác động trực tiếp). Cũng như R0 đến R7, 89C51 có 21 thanh ghi có chức năng đặc biệt ở vùng trên của RAM nội từ địa chỉ 80H đến FFH.

Chú ý: tất cả 128 địa chỉ từ 80H đến FFH không được định nghĩa, chỉ có 21 thanh ghi có chức năng đặc biệt được định nghĩa sẵn các địa chỉ.

           Ngoại trừ thanh ghi A có thể được truy xuất ngầm như đã nói, đa số các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR có thể địa chỉ hóa từng bit hoặc byte.

• Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word):

Từ trạng thái chương trình ở địa chỉ D0H được tóm tắt như sau:

 

BIT	SYMBOL	ADDRESS	DESCRIPTION
PSW.7	CY	D7H	Cary Flag
PSW.6	AC	D6H	Auxiliary Cary Flag
PSW.5	F0	D5H	Flag 0
PSW4	RS1	D4H	Register Bank Select 1
PSW.3	RS0	D3H	Register Bank Select 0
			00=Bank 0; address 00H¸07H
			01=Bank 1; address 08H¸0FH
			10=Bank 2; address 10H¸17H
			11=Bank 3; address 18H¸1FH
PSW.2	OV	D2H	Overlow Flag
PSW.1	-	D1H	Reserved
PSW.0	P	DOH	Even Parity Flag

 

Chức năng từng bit trạng thái chương trình

—   Cờ Carry CY (Carry Flag):

           Cờ nhớ có tác dụng kép. Thông thường nó được dùng cho các lệnh toán học: C=1 nếu phép toán cộng có sự tràn hoặc phép trừ có mượn và ngược lại C= 0 nếu phép toán cộng không tràn và phép trừ không có mượn.

—   Cờ Carry phụ AC (Auxiliary Carry Flag):

           Khi cộng những giá trị BCD (Binary Code Decimal), cờ nhớ phụ AC được set nếu kết quả 4 bit thấp nằm trong phạm vi điều khiển 0AH¸ 0FH. Ngược lại AC= 0

—   Cờ 0 (Flag 0):

 Cờ 0(F0) là 1 bit cờ đa dụng dùng cho các ứng dụng của người dùng.

Những bit chọn bank thanh ghi truy xuất:

 RS1 và RS0 quyết định dãy thanh ghi tích cực. Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bởi phần mềm khi cần thiết.

           Tùy theo RS1, RS0 = 00, 01, 10, 11 sẽ được chọn Bank tích cực tương ứng là Bank 0, Bank1, Bank2, Bank3.

 

 

RS1	RS0	BANK
0	0	0
0	1	1
1	0	2
1	1	3

 

• Cờ tràn OV (Over Flag):

  Cờ tràn được set sau một hoạt động cộng hoặc trừ nếu có sự tràn toán học. Khi các số có dấu được cộng hoặc trừ với nhau, phần mềm có thể kiểm tra bit này để xác định xem kết quả có nằm trong tầm xác định không. Khi các số không có dấu được cộng bit OV được bỏ qua. Các kết quả lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn –128 thì bit OV = 1.

• Bit Parity (P):

           Bit tự động được set hay clear ở mỗi chu kỳ máy để lập Parity chẵn với thanh ghi A. Sự đếm các bit 1 trong thanh ghi A cộng với bit Parity luôn luôn chẵn. Ví dụ A chứa 10101101B thì bit P set lên một để tổng số bit 1 trong A và P tạo thành số chẵn.

           Bit Parity thường được dùng trong sự kết hợp với những thủ tục của Port nối tiếp để tạo ra bit Parity trước khi phát đi hoặc kiểm tra bit Parity sau khi thu.

• Thanh ghi B :

           Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng cùng với thanh ghi A cho các phép toán nhân chia. Lệnh MUL AB Ü sẽ nhận những giá trị không dấu 8 bit trong hai thanh ghi A và B, rồi trả về kết quả 16 bit trong A (byte cao) và B (byte thấp). Lệnh DIV AB Ü lấy A chia B, kết quả nguyên đặt vào A, số dư đặt vào B.

           Thanh ghi B có thể được dùng như một thanh ghi đệm trung gian đa mục đích. Nó là những bit định vị thông qua những địa chỉ từ F0H¸F7H.

 —     Con trỏ Ngăn xếp SP (Stack Pointer):

           Con trỏ ngăn xếp là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H. Nó chứa địa chỉ của byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh ngăn xếp. Các lệnh trên ngăn xếp bao gồm các lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp (PUSH) và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp (POP). Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu và lệnh lấy ra khỏi ngăn xếp sẽ làm giảm SP. Ngăn xếp của 8031/8051 được giữ trong RAM nội và giới hạn các địa chỉ có thể truy xuất bằng địa chỉ gián tiếp, chúng là 128 byte đầu của 89C51.

            Để khởi động SP với ngăn xếp bắt đầu tại địa chỉ 60H, các lệnh sau đây được dùng:

                      MOV SP, #5F

             Với lệnh trên thì ngăn xếp của 89C51 chỉ có 32 byte vì địa chỉ cao nhất của RAM trên chip là 7FH. Sỡ dĩ giá trị 5FH được nạp vào SP vì SP tăng lên 60H trước khi cất byte dữ liệu.

             Khi Reset 89C51, SP sẽ mang giá trị mặc định là 07H và dữ liệu đầu tiên sẽ được cất vào ô nhớ ngăn xếp có địa chỉ 08H. Nếu phần mềm ứng dụng không khởi động SP một giá trị mới thì bank thanh ghi 1 có thể cả 2 và 3 sẽ không dùng được vì vùng RAM này đã được  dùng làm ngăn xếp. Ngăn xếp được truy xuất trực tiếp bằng các lệnh PUSH và POP để lưu trữ tạm thời và lấy lại dữ liệu, hoặc truy xuất ngầm bằng lệnh gọi chương trình con (ACALL, LCALL) và các lệnh trở về (RET, RETI) để lưu trữ giá trị của bộ đếm chương trình khi bắt đầu thực hiện chương trình con và lấy lại khi kết thúc chương trình con …

• Con trỏ dữ liệu DPTR (Data Pointer) :

         Con trỏ dữ liệu (DPTR) được dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài là một thanh ghi 16 bit ở địa chỉ 82H (DPL: byte thấp) và 83H (DPH: byte cao). Ba lệnh sau sẽ ghi 55H vào RAM ngoài ở địa chỉ 1000H:

                      MOV A, #55H

                       MOV DPTR, #1000H

                        MOV @DPTR, A

             Lệnh đầu tiên dùng để nạp 55H vào thanh ghi A. Lệnh thứ hai dùng để nạp địa chỉ của ô nhớ cần lưu giá trị 55H vào con trỏ dữ liệu DPTR. Lệnh thứ ba  sẽ di chuyển nội dung thanh ghi A (là 55H) vào ô nhớ RAM bên ngoài có địa chỉ chứa trong DPTR (là 1000H)

• Các thanh ghi Port (Port Register):

             Các Port của 89C51 bao gồm Port 0 ở địa chỉ  80H, Port 1 ở địa chỉ 90H, Port2 ở địa chỉ A0H, và Port3 ở địa chỉ B0H. Tất cả các Port này đều có thể truy xuất từng bit nên rất thuận tiện trong khả năng giao tiếp.

• Các thanh ghi Timer (Timer Register):

              89C51 có chứa hai bộ định thời/bộ đếm16 bit được dùng cho việc định thời được đếm sự kiện. Timer0 ở địa chỉ 8AH (TL0: byte thấp) và 8CH (TH0: byte cao). Timer1 ở địa chỉ 8BH (TL1: byte thấp) và 8DH (TH1: byte cao). Việc khởi động timer được SET bởi Timer Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển Timer (TCON) ở địa chỉ 88H. Chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit.

• Các thanh ghi Port nối tiếp (Serial Port Register):

             89C51 chứa một Port nối tiếp cho việc trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc giao tiếp nối tiếp với các IC khác. Một thanh ghi đệm dử liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽdữ cảhai dữ liệu truyền và dữ liệu nhập. Khi truyền dữ liệu ghi lên SBUF, khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF. Các mode vận khác nhau được lập trình qua thanh ghi điều khiển Port nối tiếp (SCON) được địa chỉ hóa từng bit ở địa chỉ 98H.

• Các thanh ghi ngắt (Interrupt Register):

 89C51 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên. Các ngắt bị cấm sau khi bị reset hệ thống và sẽ được cho phép bằng việt ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ở địa chỉ A8H. Cả hai được địa chỉ hóa từng bit.

• Thanh ghi điều khiển nguồn PCON (Power Control Register):

 Thanh ghi PCON không có bit định vị. Nó ở địa chỉ 87H chứa nhiều bit điều khiển. Thanh ghi PCON được tóm tắt như sau:

• Bit 7 (SMOD): Bit có tốc độ Baud ở mode 1, 2, 3 ở Port nối tiếp khi set.
• Bit 6, 5,4 : Không có địa chỉ.
• Bit 3 (GF1): Bit cờ đa năng 1.
• Bit 2 (GF0): Bit cờ đa năng 2.
• Bit 1 ^* (PD): Set để khởi động mode Power Down và thoát để reset.
• Bit 0 (IDL): Set để khởi động mode Idle và thoát khi ngắt mạch hoặc reset.

          Các bit điều khiển Power Down và Idle có tác dụng chính trong tất cả các IC họ MSC-51 nhưng chỉ được thi hành trong sự biên dịch của CMOS.

3. Bộ nhớ ngoài (External Memory):

89C51 có khả năng mở rông bộ nhớ lên đến 64K byte bộ nhớ chương trình và 64k byte bộ nhớ dữ liệu ngoài. Do đó có thể dùng thêm RAM và ROM nếu cần.

 Khi dùng bộ nhớ ngoài, Port 0 không còn chức năng I/O nữa. Nó được kết hợp giữa bus địa chỉ (A0-A7) và bus dữ liệu (D0-D7) với tín hiệu ALE để chốt byte của bus địa chỉ khi bắt đầu mỗi chu kỳ bộ nhớ. Port được cho là byte cao của bus địa chỉ.

          3.1 Truy xuất bộ nhớ mã ngoài (Acessing External Code Memory):

Bộ nhớ chương trình bên ngoài là bộ nhớ ROM được cho phép của tín hiệu PSEN\. Sự kết nối phần cứng của bộ nhớ EPROM như sau:

                 

Hình 1.4: Accessing External Code Memory (Truy Xuất Bộ Nhớ Mã Ngoài)

           Trong một chu kỳ máy tiêu biểu, tín hiệu ALE tích cực 2 lần. Lần thứ nhất cho phép 74HC373 mở cổng chốt địa chỉ byte thấp, khi ALE xuống 0 thì byte thấp và byte cao của bộ đếm chương trình đều có nhưng EPROM chưa xuất vì PSEN\ chưa tích cực, khi tín hiệu lên một trở lại thì Port 0 đã có dữ liệu là Opcode. ALE tích cực lần thứ hai được giải thích tương tự và byte 2 được đọc từ bộ nhớ chương trình. Nếu lệnh đang hiện hành là lệnh 1 byte thì CPU chỉ đọc Opcode, còn byte thứ hai bỏ đi.

• Truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài (Accessing External Data Memory):

 Bộ nhớ dữ liệu ngoài là một bộ nhớ RAM  được đọc hoặc ghi khi được cho phép của tín hiệu RD\ và WR. Hai tín hiệu này nằm ở chân P3.7 (RD) và P3.6 (WR). Lệnh MOVX được dùng để truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và dùng một bộ đệm dữ liệu 16 bit (DPTR), R0 hoặc R1 như là một thanh ghi địa chỉ.

           Các RAM có thể giao tiếp với 89C51 tương tự cách thức như EPROM ngoại trừ chân RD\ của 89C51 nối với chân OE\ (Output Enable) của RAM và chân WR\ của 89C51 nối với chânWE \của RAM. Sự nối các bus địa chỉ và dữ liệu tương tự như cách nối của EPROM.

—   Sự giải mã địa chỉ (Address Decoding):        

 Sự giải mã địa chỉ là một yêu cầu tất yếu để chọn EPROM, RAM, 8279, …

Sự giải mã địa chỉ đối với 89C51 để chọn các vùng nhớ ngoài như các vi điều khiển. Nếu các con EPROM hoặc RAM 8K được dùng thì các bus địa chỉ phải được giải mã để chọn các IC nhớ nằm trong phạm vi giới hạn 8K: 0000H¸1FFFH, 2000H¸3FFFH, …Hình sau đây cho phép kết nối nhiều EPROM và RAM.

Hình 1.5 : Address Decoding (Giải mã địa chỉ)

—   Sự đè lên nhau của các vùng nhớ dữ liệu ngoài:

           Vì bộ nhớ chương trình là ROM, nên nẩy sinh một vấn đề bất tiện khi phát triển phần mềm cho vi điều khiển. Một nhược điểm chung của 89C51 là các vùng nhớ dữ liệu ngoài nằm đè lên nhau, vì tín hiệu PSEN\ được dùng để đọc bộ nhớ mã ngoài và tín hiệu RD\ được dùng để đọc bộ nhớ dữ liệu, nên một bộ nhớ RAM có thể chứa cả chương trình và dữ  liệu bằng cách nối đường OE\ của RAM đến ngõ ra một cổng AND có hai ngõ vào PSEN\ và RD\. Sơ đồ mạch như hình sau cho phép cho phép bộ nhớ RAM có hai chức năng vừa là bộ nhớ chương trình vừa là bộ nhớ dữ liệu:

                        

         

.........................................................

Hình 1. 7

Điện thế U_EE phân cực thuận mối nối B–E ( PN ) là nguyên nhân làm cho vùng phát ( E ) phóng điện tử vào vùng P( cực B ).Hầu hết các điện tử ( electron ) sau khi qua vùng B rồi qua tiếp mối nối thứ hai phía bên phải hướng tới vùng N   ( cực thu ), khoảng 1% electron được giữ lại ở vùng B. Các lổ trống vùng nền di chuyển vào vùng phát.

          Mối nối B–E ở chế độ phân cực thuận như một diode, có điện kháng nhỏ và điện áp rơi trên nó nhỏ thì mối nối B-C được phân cực nghịch bởi điện áp U_CC. Bản chất mối nối B-C này giống như một diode phân cực ngược và điện kháng mối nối B-C rất lớn.

          Dòng điện đo được trong vùng phát gọi là dòng phát I_E. Dòng điện đo được trong mạch cực C ( số lượng điện tích qua đường biên CC trong một đơn vị thời gian là dòng cực thu I_C ).

          Dòng I_C gồm hai thành phần:

- Thành phần thứ nhất ( thành phần chính ) là tỉ lệ của hạt electron ở cực phát tới cực thu. Tỉ lệ này phụ thuộc duy nhất vào cấu trúc của transistor và là hằng số được tính trước đối với từng transistor riêng biệt. Hằng số đã được định nghĩa là a. Vậy thành phần chính của dòng I_C là aI_E. Thông thường a = 0,9 ® 0,999.

- Thành phần thứ hai là dòng qua mối nối B-C ở chế độ phân cực ngược lại khi I_E = 0. Dòng này gọi là dòng I_CBO – nó rất nhỏ.

- Vậy dòng qua cực thu: I_C = aI_E + I_CBO.

* Các thông số của transistor công suất:

- I_C: Dòng colectơ mà transistor chịu được.

- U_CEsat: Điện áp U_CE khi transistor dẫn bảo hòa.

- U_CEO: Điện áp U_CE khi mạch badơ để hở, I_B = 0 .

- U_CEX: Điện áp U_CE khi badơ bị khóa bởi điện áp âm, I_B < 0.

- t_on: Thời gian cần thiết để U_CE từ giá trị điện áp nguồn U giảm xuống

 U_CESat » 0.

- t_f: Thời gian cần thiết để i_C từ giá trị I_C giảm xuống 0.

- t_S: Thời gian cần thiết để U_CE từ giá trị U_CESat tăng đến giá trị điện áp nguồn U.

- P: Công suất tiêu tán bên trong transistor. Công suất tiêu tán bên trong transistor được tính theo công thức: P =  U_BE.I_B + U_CE.I_C.

- Khi transistor ở trạng thái mở: I_B = 0, I_C = 0 nên P = 0.

- Khi transistor ở trạng thái đóng: U_CE = U_CESat.

Trong thực tế transistor công suất thường được cho làm việc ở chế độ khóa:

I_B = 0, I_C = 0, transistor được coi như hở mạch. Nhưng với dòng điện gốc ở trạng thái có giá trị bảo hòa, thì transistor trở về trạng thái đóng hoàn toàn. Transistor là một linh kiện phụ thuộc nên cần phối hợp dòng điện gốc và dòng điện góp. Ở trạng thái bảo hòa để duy trì khả năng điều khiển và để tránh điện tích ở cực gốc quá lớn, dòng điện gốc ban đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng. Ở chế độ khóa dòng điện gốc phải giảm cùng qui luật như dòng điện góp để tránh hiện tượng chọc thủng thứ cấp.

Hình 1. 8  Trạng thái dẫn và trạng thái bị khóa

 a).  Trạng thái đóng mạch hay ngắn mạch I_B lớn, I_C do tải giới hạn.

 b). Trạng thái hở mạch I_B = 0.

Các tổn hao chuyển mạch của transistor có thể lớn. Trong lúc chuyển mạch, điện áp trên các cực và dòng điện của transistor cũng lớn. Tích của dòng điện và điện áp cùng với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao năng lượng trong một lần chuyển mạch. Công suất tổn hao chính xác do chuyển mạch là hàm số của các thông số của mạch phụ tải và dạng biến thiên của dòng điện gốc.

* Đặc tính tĩnh của transistor: U_CE = f ( I_C ).

                   Để cho khi transistor đóng, điện áp sụt bên trong có giá trị nhỏ, người ta phải cho nó làm việc ở chế độ bảo hòa, tức là i_B phải đủ lớn để i_C cho điện áp sụt U_CE nhỏ nhất. Ở chế độ bảo hòa, điện áp sụt trong transistor công suất bằng 0,5 đến 1V trong khi đó tiristor là khoảng 1,5V.

 3.  Ứng dụng của transistor công suất:

Transistor công suất dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ lớn. Tuy nhiên trong thực tế transistor công suất thường cho làm việc ở chế độ khóa.

I_B = 0, I_C = 0: transistor coi như hở mạch.

 

II. Diode cơng suất:

 1.  Cấu tạo:

Hình 1. 1

 

a) Cấu tạo của diode

b) Ký hiệu của diode

Diode công suất là linh kiện bán dẫn có hai cực, được cấu tạo bởi một lớp bán dẫn N và một lớp bán dẫn P ghép lại.

Silic là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn. Silic có 4 điện tử thuộc lớp ngoài cùng trong cấu trúc nguyên tử. Nếu ta kết hợp thêm vào một nguyên tố thuộc nhóm V mà lớp ngoài cùng có 5 điện tử thì 4 điện tử của nguyên tố này tham gia liên kết với 4 điện tử tự do của Silic và xuất hiện một điện tử tự do. Trong cấu trúc tinh thể, các điện tử tự do làm tăng tính dẫn điện. Do điện tử có điện tích âm nên chất này được gọi là chất bán dẫn loại N (negative), có nghĩa là âm.

Nếu thêm vào Silic một nguyên tố thuộc nhóm III mà có 3 nguyên tử thuộc nhóm ngoài cùng thì xuất hiện một lổ trống trong cấu trúc tinh thể. Lổ trống này có thể nhận 1 điện tử, tạo nên điện tích dương và làm tăng tính dẫn điện. Chất này được gọi là chất bán dẫn loại P (positive), có nghĩa là dương.

Trong chất bán dẫn loại N điện tử là hạt mang điện đa số, lổ trống là thiểu số. Với chất bán dẫn loại P thì ngược lại.

Ở giữa hai lớp bán dẫn là mặt ghép PN. Tại đây xảy ra hiện tượng khuếch tán. Các lổ trống của bán dẫn loại P tràn sang N là nơi có ít lổ trống. Các điện tử của bán dẫn loại N chạy sang P là nơi có ít điện tử. Kết quả tại mặt tiếp giáp phía P nghèo đi về diện tích dương và giàu lên về điện tích âm. Còn phía bán dẫn loại N thì ngược lại nên gọi là vùng điện tích không gian dương.

Trong vùng chuyển tiếp (-aa) hình thành một điện trường nội tại. Ký hiệu là E_i và có chiều từ N sang P hay còn gọi là barie điện thế (khoảng từ 0,6V đến 0,7V đối với vật liệu là Silic). Điện trường này ngăn cản sự di chuyển của các điện tích đa số và làm dễ dàng cho sự di chuyển của các điện tích thiểu số

(điện tử của vùng P và lổ trống của vùng N). Sự di chuyển của các điện tích thiểu số hình thành nên dòng điện ngược hay dòng điện rò.

2.  Nguyên lý hoạt động:             

Hình 1. 2

a).  Sự phân cực thuận diode.

b).  Sự phân cực nghịch diode.

Khi đặt diode công suất dưới điện áp nguồn U có cực tính như hình vẽ, chiều của điện trường ngoài ngược chiều với điện trường nội E_i. Thông thường U > E_i thì có dòng điện chạy trong mạch, tạo nên điện áp rơi trên diode khoảng 0,7V khi dòng điện là định mức. Vậy sự phân cực thuận hạ thấp barie điện thế. Ta nói mặt ghép PN được phân cực thuận.

Khi đổi chiều cực tính điện áp đặt vào diode, điện trường ngoài sẽ tác động cùng chiều với điện trường nội tại E_i. Điện trường tổng hợp cản trở sự di chuyển của các điện tích đa số. Các điện tử của vùng N di chuyển thẳng về cực dương nguồn U làm cho điện thế vùng N vốn đã cao lại càng cao hơn so với vùng P. Vì thế vùng chuyển tiếp lại càng rộng ra, không có dòng điện chạy qua mặt ghép PN. Ta nói mặt ghép PN bị phân cực ngược. Nếu tiếp tục tăng U, các điện tích đưọc gia tốc, gây nên sự va chạm dây chuyền làm barie điện thế bị đánh thủng.

Đặc tính volt-ampe của diode công suất được biểu diễn gần đúng bằng biểu thức sau:   I = I_S [ exp ( eU/kT ) – 1 ]       ( 1. 1 )

Trong đó:

- I_S : Dòng điện rò, khoảng vài chục mA

- e = 1,59.10^{- 19} Coulomb

- k = 1,38.10^{- 23} : Hằng số Bolzmann

- T = 273 + t⁰ : Nhiệt độ tuyệt đối ( ⁰ K )

-  t⁰ : Nhiệt độ của môi trường ( ⁰ C ).U : Điện áp đặt trên diode ( V )

Đặc tính volt-ampe của diode gồm có hai nhánh:

1. Nhánh thuận
2. Nhánh ngược

Khi diode được phân cực thuận dưới điện áp U thì barie điện thế E_i  giảm xuống gần bằng 0. Tăng U, lúc đầu dòng I tăng từ từ cho đến khi U lớn hơn khoảng 0,1V thì I tăng một cách nhanh chóng, đường đặc tính có dạng hàm mũ.

Tương tự, khi phân cực ngược cho diode, tăng U, dòng điện ngược cũng tăng từ từ. Khi U lớn hơn khoảng 0,1V dòng điện ngược dừng lại ở giá trị vài chục mA và được ký hiệu là I_S. Dòng I_S là do sự di chuyển của các điện tích thiểu số tạo nên. Nếu tiếp tục tăng U thì các điện tích thiểu số di chuyển càng dễ dàng hơn, tốc độ di chuyển tỉ lệ thuận với điện trường tổng hợp, động năng của chúng tăng lên. Khi êU ê = êU_Z êthì sự va chạm giữa các điện tích thiểu số di chuyển với tốc độ cao sẽ bẻ gảy được các liên kết nguyên tử Silic trong vùng chuyển tiếp và xuất hiện những điện tử tự do mới. Rồi những điện tích tự do mới này chịu sự tăng tốc của điện trường tổng hợp lại tiếp tục bắn phá các nguyên tử Silic. Kết quả tạo một phản ứng dây chuyền làm cho dòng điện ngược tăng lên ào ạt và sẽ phá hỏng diode. Do đó, để bảo vệ diode người ta chỉ cho chúng hoạt động với giá trị điện áp: U = ( 0,7 ® 0,8 )U_Z.

Khi diode hoạt động, dòng điện chạy qua diode làm cho diode phát nóng, chủ yếu ở tại vùng chuyển tiếp. Đối với diode loại Silic, nhiệt độ mặt ghép cho phép là 200⁰C. Vượt quá nhiệt độ này diode có thể bị phá hỏng. Do đó, để làm mát diode, ta dùng quạt gió để làm mát, cánh tản nhiệt hay cho nước hoặc dầu biến thế chảy qua cánh tản nhiệt với tốc độ lớn hay nhỏ tùy theo dòng điện.

Các thông số kỹ thuật cơ bản để chọn diode là:

- Dòng điện định mức I_đm ( A )

- Điện áp ngược cực đại U_ngmax ( V )

- Điện áp rơi trên diode DU ( V )

 3.  Ứng dụng:

Ứng dụng chủ yếu của diode công suất là chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều cung cấp cho tải.

Các bộ chỉnh lưu của diode được chia thành hai nhóm chính:

- Chỉnh lưu bán kỳ hay còn gọi là chỉnh lưu nửa sóng.

- Chỉnh lưu toàn kỳ hay còn gọi là chỉnh lưu toàn sóng.

III. Opto-cuoplers:

          Trong cc hệ thống tự động điều khiển công suất thường có điện áp cao khoảng 200V-380V, có trường hợp 660V hay 1000V, trong khi các mạch điều khiển thường lại có điện áp thấp như các mạch logic, máy tính hay các hệ thống phải tiếp xúc với con người. để tạo sự cách điện giữa các mạch điều khiển và mạch công suất có sự khác biệt lớn về điện áp người 6ta chế tạo ra các bộ ghép quang.

          1. Cấu Tạo-Nguyn Lý:

Bộ ghp quang gồm có hai phần gọi là sơ cấp và thứ cấp, phần sơ cấp là 1 diode loại GaAa pht ra tia hồng ngoại, phần thứ cấp là một quang transistor lọai silic. Khi được phân cực thuận, diode phát ra bức xạ hồng ngoại chiếu lên trên mạch của quang transistor.

          Bộ ghép quang họat động theo nguyên lý: Tính hiệu điện được sơ cấp là LED hồng hồng ngoại (cịn gọi l phần phát) đổi thành tín hiệu ánh sáng. Tín hiệu ánh sang được phần thứ cấp là quang transistor(cịn gọi l phần nhận) đổi lại thành tín hiệu điện.

Hình III.1                                           Hình III.2

2. Đặc Trưng Kỹ Thuật:

- Bộ ghép quang được dùng để cách điện giữa hai mạch điện có điện áp cách biện lớn. Điện áp cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp thường từ vài 100V-1000V.

- Bộ ghp quang cĩ thể lm việc với dịng điện một chiều hay tín hiệu điện xoay chiều có tần số cao.

Điện trở cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp có trị số rất lớn thường khoản vài chục đến vài trăm mêgaôm đối với dịng điện một chiều.

-Hệ số truyền đạt dịng điện (Current Transfer Ratio) là tỉ số phần trăm của dịng điện ra ở thứ cấp Ic với dịng điện vào sơ cấp If. Đây là thông số quan trọng nhất của bộ ghép quang thường có trị số từ vài chụt phần trăm đền vài trăm phần trăm tùy loại ghép quang.

3. Cc Loại Bộ Ghp Quang:

a. Bộ ghp quang transistor (OPTO-Transistor):

- Thứ cấp ở bộ ghp quang ny l phototransistor lọai silic. Đối với bộ ghép quang transistor cĩ 4 chn thì trnsistor không có cực B,trường hợp bộ ghép quang transistor có 6 chân thì cực B được nối ra ngoài như hình III.2

- Bộ ghép quang không có cực B có lợi điểm là hệ số truyền đạt lớn, tuy nhiên loại này co nhược điểm là độ ổn định nhiệt kém.

- Nếu nối giữa cực B và E một điện trở có bộ ghép quang transistor là bộ ghép quang làm việc khá ổn định với nhiệt độ nhưng hệ số truyển đạt lại bị giảm sút.

b. Bộ ghp quang Darlington-Transistor:

- Bộ ghp quang với quang Dalington-Transistor cĩ nguyn lý như bộ ghép quang với quang transistor như với hệ số truyền đạt lớn hơn vài trăm lần nhờ tính chất khuếch đại của mạch Dalington.

- Bộ ghp quang loại này có nhược điểm là ảnh hưởng bởi nhiệt độ rất lớn nên được chế tạo có điện trở giữa chân B và E của transistor sau để ổn định nhiệt.

Quang Dalington transistor

c. Bộ ghp quang với quang Thyristor (OPTO-Thyristor)

- Bộ ghp quang với quang Thyristor có cấu tạo bán dẩn như hình III.3 gồm cĩ 1 quang diode v hai transistor rp theo nguyn lý của SCR.

- Khi có ánh sáng hồng ngoại do LED ở sơ cấp chiếu vào quang diode thì sẽ cĩ dịng điện Ib cấp cho transistor NPN v khi transistor NPN dẫn thì sẽ điều khiển transistor PNP dẫn điện. Như vậy quang Thyristor đ được dẫn điện và sẽ duy trì trạng thi dẫn m khơng cần kích lin tục ở sơ cấp.

- Để tăng khả năng chống nhiễu người ta nối giữa chân G và K bằng một điện trở từ vài kilôôm đến vài chục kilôôm.

Hình III.3

4. Ứng Dụng Của OPTO-COUPLERS:

- Cc loại OPTO-Couplers cĩ dịng điện ở sơ cấp LED hồng ngoại khoảng 10 mA.

- Đối với OPTO-transistor khi thay đổi trị số dịng điện qua LED hồng ngoại ở sơ cấp sẽ làm thay đổi dịng điện ra Ic của phototransistor ở thứ cấp.

- OPTO-Cuoplers cĩ thể dng thay đổi cho role hay biến áp xung để giao tiếp với tải thường có điện áp cao v dịng điện lớn.

                   Hình III.4

• Mạch điện hình III.4 l ứng dụng của OPTO-transistor để điều khiển đóng ngắt role. Quang transistor trong bộ ghép quang được ghép dalington với transistor cơng suất bn ngồi. Khi LED hồng ngoại ở sơ cấp được cấp nguồn 5V thì quang transistor dẩn điều khiển transistor cơng suất dẩn để cấp điện cho role RY. Điện trở 390 ôm để giới hạn dịng điện qua LED hồng ngoại khoảng 10mA.

 

Phần III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

 

B) Sơ Đồ Khối Nguồn:

C) Sơ Đồ Khối

D) Thiết kế Phần Mềm

     ORG 0000H

LJMP     PROGRAM

;********************************************************

PROGRAM:

     VAR:

 

START_PROGRAM:

     MOV TMOD,#21H

     MOV P1,#00H

    

;********************************************************

MAIN:

     MOV P1,#00100011B

     LCALL       DELAY10mS

     MOV P1,#00110001B

     LCALL       DELAY10mS

     MOV P1,#00010101B

     LCALL       DELAY10mS

     MOV P1,#000111001B

     LCALL       DELAY10mS

     MOV P1,#00001110B

     LCALL       DELAY10mS

     MOV P1,#00101010B

     LCALL       DELAY10mS

     LJMP          MAIN

 

;********************************************************

DELAY10mS:

     MOV          TH0,#HIGH(-10000)

     MOV TL0,#LOW(-10000)

     CLR  TF0

     SETB          TR0

     JNB   TF0,$

     CLR  TR0

     CLR  TF0

     RET

END

E) Thi Công Mạch:

Đây là giai đoạn thi công khá vất vả và tốn thời gian vì nó quyết định chất lượng của đồ án có chạy tốt hay không. Chính vì vậy chúng em chia quá trình thành những khâu như sau :

          1 - Thi công board mạch chính:

          Là board mạch gồm có các IC 8951, Transistor C1815, Transistor cơng suất C4245, Opto, Diode cơng suất….. Nhiệm vụ của Vi đkhiển 8951 l điều khiển chu kì sĩng ra của mạch biến tần. Nếu mạch này hoạt động tốt thì việc thi công của chúng em đã hoàn thành được hơn nửa công việc. Việc vẽ mạch nguyên lý và mạch in chúng em sử dụng phần mềm Orcad. 

          2- Lắp ráp linh kiện:

          Đây là bước khá quan trọng vì nó quyết định cho board mạch chạy hay không, chính vì lý do đó chúng em rất cẩn thận trong bước ráp linh kiện.

• Đầu chọn linh kiện
• Xác định chân linh kiện
• Cấm linh kiện va’o board mạch
• Hàn linh kiện

Phần III: PHẦN KẾT

 

1. Giới Hạn Đề Tài:

- Vì trình độ của chúng em còn hạn hẹp và thời gian gấp rút nên chúng em chỉ có thể thiết kế mạch Nghịch Lưu này có các chức năng chưa thật sự là tối ưu mà chỉ trong phạm vi nhỏ hẹp.

       B) Hướng Phát Triển Đề Tài:

           Nếu như có được thời gian nhiều hơn chúng em có thể thưc hiện “ Mạch Nghịch Lưu Điều Khiển Bằng Vi Xử Lý” để có thể điều khiển một động cơ 3 pha, hoặc các bộ phận khác.

      C) KẾT LUẬN

-Đề tài “ thực hiện Mạch Nghịch Lưu Điều Khiển Bằng Vi Xữ Lý đã hoàn thành. Đề tài đã trình bày được nguyên tắc hoạt động cơ bản của một mạch Nghịch Lưu, đồng thời giới thiệu về sơ đồ chân cũng như cách sử dụng c1c linh kiện có trong mạch.

- Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô cùng các bạn học sinh, những người đã đóng góp rất nhiều ý kiến, công sức rất quý báu để giúp em hoàn thành tốt đề tài

-Đặc biệt, em rất biết ơn thầy TỐNG THANH NHÂN, đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em những kinh nghiệm cùng kiến thức thực tế để đề tài được hoàn thành một cách nhanh chóng.

     -Tuy nhiên, do điều kiện có hạn nên chắc chắn đề tài không tránh khỏi nhiều sai sót, rất mong sự đóng góp ý kiến chân tình của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn chỉnh hơn.

     -Nhóm thực hiện xin chân thành cám ơn.