Tóm tắt nội dung

Vào năm 2007, TS. Chử Đức Trình và nhóm nghiên cứu đã chế tạo ra thiết bị vi kẹp có gắn cảm biến. Thiết bị này có chiều dài là 490 µm, chiều rộng là 350 µm, chiều dày là 30 µm với khoảng cách giữa hai miệng của vi kẹp là 40 µm. Vi kẹp có đặc điểm nổi bật là điện áp ứng dụng tối đa khoảng 4.5 V, với actuator được thiết kế linh hoạt như mô hình lược silicon. Thiết bị này phát huy tác dụng hiệu quả trong trường hợp thao tác kẹp các vật cỡ µm. Việc thiết kế một mạch điều khiển cho vi kẹp này là rất quan trọng và cần thiết. Do vậy khóa luận này trình bày vấn đề thiết kế và xây dựng mạch điều khiển vi kẹp có gắn cảm biến.

Khóa luận gồm những nội dung chính sau: Chương 1 giới thiệu tổng quan về vi kẹp có gắn cảm biến và bài toán điều khiển. Trong chương này sẽ giới thiệu về tác dụng và những đặc tính kĩ thuật của vi kẹp. Tại sao phải thiết kế một thiết bị với những đặc điểm như vậy? Và vấn đề điều khiển thiết bị này như thế nào? Những yêu cầu của quá trình thiết kế. Chương 2 giới thiệu về họ vi điều khiển 16 bit MSP430x1xx. Chương này đề cập đến những đặc điểm đặc trưng của họ vi điều khiển 16 bit này, các cổng vào/ ra số, truyền nối tiếp không đồng bộ, các bộ biến đổi ADC, DAC 12 bit. Chương 3 chia làm hai phần chính: Phần 1 trình bày về thiết kế phần cứng bo mạch điều khiển vi kẹp. Trong phần này trình bày nguyên lý hoạt động và thiết kế của các khối khuếch đại tín hiệu vi sai, khối điều khiển trung tâm, khối ghép nối máy tính, khối điều khiển vi kẹp. Phần hai trình bày về công cụ lập trình và cách cấu hình hoạt động cho vi điều khiển MSP430F167. Chương 4 kết luận và đưa ra hướng nghiên cứu trong thời gian tới.

MỤC LỤC

Chương 1 1

Giớ thiệu 1

1.1 Vi kẹp có gắn cảm biến 1

1.1.1 Giới thiệu 1

1.1.2 Chế tạo 1

1.1.3 Vi chấp hành điện nhiệt polymer-silicon 1

1.1.4 Thông số kỹ thuật của vi kẹp có gắn cảm biến 3

1.2 Bài toán xây dựng hệ thống điều khiển. 7

1.3 Yêu cầu thiết kế hệ thống điều khiển 7

Chương 2 8

GIỚI THIỆU HỌ VI ĐIỀU KHIỂN MSP430x1xx 8

2.1 Giới thiệu 8

2.2 Không gian địa chỉ 8

2.2.1 Flash/ROM 9

2.2.2 RAM 9

2.2.3 Những khối ngoại vi 9

2.2.4 Những thanh ghi chức năng đặc biệt ( SFR ) 10

2.2.5 Truy cập bộ nhớ 10

2.3 Cổng vào/ra số 11

2.3.1 Giới thiệu vào/ra số 11

2.3.2 Hoạt động vào/ra số 11

2.3.3 Thanh ghi đầu vào PxIN 11

2.3.4 Những thanh ghi ra PxOUT 11

2.3.5 Thanh ghi điều khiển PxDIR 11

2.3.6 Thanh ghi lựa chọn chức năng PxSEL 12

2.4 USART giao tiếp ngoại vi, chế độ UART 12

2.4.1 Chế độ hoạt động của UART 12

2.4.2 Khởi tạo và xác lập lại chế độ hoạt động USART 13

2.4.3 Dạng kí tự khung truyền 14

2.4.4 Định dạng truyền không đồng bộ 15

2.4.5 USART cho phép nhận 17

2.4.6 USART cho phép truyền 17

2.5 Bộ chuyển đổi tương tự số 12 bit ADC12 18

2.5.1 Giới thiệu ADC12 18

2.5.2 Hoạt động của ADC12 20

2.5.2.1 Nhân 12 bit của ADC12 20

2.5.2.2 Các đầu vào của ADC12 và bộ hợp kênh 20

2.5.2.3 Điện áp tham chiếu 20

2.5.3 Các chế độ chuyển đổi ADC12: 23

2.5.3.1 Chế độ kênh-đơn chuyển đổi-đơn 24

2.5.3.2 Chế độ trình tự-của-các kênh 24

2.5.3.3 Chế độ đa hợp 26

2.5.3.4 Chế độ lặp lại kênh tuần tự 27

2.6 Bộ chuyển đổi số-tương tự DAC12 28

2.6.1 Giới thiệu về DAC12 28

2.6.2 Hoạt động DAC12 30

2.6.2.1 Nhân của DAC12 30

2.6.2.2 Lựa chọn cổng cho DAC12 30

2.6.2.3 Điện áp tham chiếu DAC12 30

2.6.2.4 Cập nhật đầu ra điện áp DAC12 30

Chương 3 32

THIẾT KẾ MẠCH 32

Phần 1 32

3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 32

3.1.1 Đặt vấn đề 32

3.1.2 Đặc điểm kĩ thuật 32

3.1.3 Sơ đồ khối mạch thiết kế 32

3.1.4 Chức năng và sơ đồ nguyên lý từng khối 33

3.1.4.1 Khối khuếch đại tín hiệu từ sensor 33

3.1.4.2 Khối xử lý trung tâm. 35

3.1.4.3 Khối ghép nối máy tính. 35

3.1.4.4 Khối điều khiển vi kẹp. 35

3.1.5 Thiết kế mạch bằng Protel 99SE 37

3.1.5.1 Mạch nguyên lý 37

3.1.5.2 Mạch in 37

3.1.6 Kết luận 37

Phần 2 38

3.2 LẬP TRÌNH NHÚNG CHO KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 38

3.2.1 Công cụ phần mềm lập trình 38

3.2.2 Lập cấu hình hoạt động cho khối điều khiển trung tâm 38

3.2.2.1 Cấu hình cho khối ADC12 38

3.2.2.2 Cấu hình cho khối DAC12 42

3.2.2.3 Cấu hình cho khối UART 45

3.2.3 Kết luận 48

Chương 4 49

Kết luận 49

Phụ lục A 50

Mã nguồn chương trình điều khiển vi kẹp có gắn cảm biến từ PC 50

Phụ lục B 53

Tài liệu tham khảo 53