thiết kế mạch điều khiển và đo tốc độ động cơ điện một chiều hiển thị trên lcd

Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH II Nhóm sinh viên thực hiện : Lớp : Khóa : Ngành đào tạo : Tên đề tài: “Thiết kế mạch điều khiển và đo tốc độ động cơ điện một chiều hiển thị trên LCD” Thời lượng: 02 TC Thời gian thực hiện: 08 tuần GVHD: SVTH: Trang1 Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II Khoa Điện – Điện Tử NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, ngày tháng năm 2012 Giảng viên : GVHD: SVTH: Trang2 Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II Khoa Điện – Điện Tử LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi, thâm nhập ngày càng nhiều vào trong các lĩnh vực của kĩ thuật cũng như đời sống xã hội. Hầu hết các thiết bị từ đơn giản như các thiết bị trong gia đình cho đến các thiết bị tinh vi như máy tính hay máy công nghiệp đều có sự xuất hiện của các bộ vi điều khiển. Động cơ điện một chiều là loại động cơ được sử dụng rất phổ biến trong các ứng dụng thông thường cũng như các ứng dụng phức tạp. Để một động cơ làm việc một cách hiệu quả thì đòi hỏi phải có cách điều khiển tốt. Xuất phát từ thực tế đó chúng em đã tập chung nghiên cứu về ứng dụng của vi điều khiển và cách điều khiển động cơ điện một chiều thông qua đề tài “Thiết kế mạch điều khiển và đo tốc độ động cơ điện một chiều hiển thị trên LCD” dưới sự hướng dẫn của thầy Do kinh nghiệm chưa nhiều, kiến thức chuyên môn chưa thực sự sâu nên đồ án của chúng em không thể tránh khỏi những thiếu xót. Chúng em rất mong được sự đóng góp của thầy cô cùng các bạn sinh viên để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn. Hưng yên tháng năm 2012 Nhóm sinh viên thực hiện GVHD: SVTH: Trang3 Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II Khoa Điện – Điện Tử Mục lục GVHD: SVTH: Trang4 Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II Khoa Điện – Điện Tử PHẦN I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Động cơ là 1 loại rất phổ biến với dân kĩ thuật điện và nó được ứng dụng khá rộng rãi trong cuộc sống : quạt, các loại máy trong sản suất nông nghiệp ( máy tuốt , máy xay sát ) trong sân chơi robocon thì động cơ điện 1 chiều được sử dụng rất nhiều : nó giúp cho robot chuyển động theo ý muốn, cũng như nâng hạ 1 số kết cấu. Chính vì những ứng dụng của nó nên chúng em chon đề tài :“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch đo và điều khiển tốc động cơ DC”. 1.2 Đặc điểm của đề tài - An toàn và hiệu quả - Có tính thẩm mĩ - Có tính kinh tế - Có tính ứng dụng vào thực tế 1.3 Mục đích của đề tài - Giúp sinh viên hiểu biết hơn về công dụng và cách sử dụng của một số linh kiện đặc biệt là hiểu rõ về vi điều khiển, đặc biệt là biết thêm về họ điều khiển PIC - Giúp sinh viên có khả năng nghiên cứu và làm việc độc lập cũng như theo nhóm. GVHD: SVTH: Trang5 Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II Khoa Điện – Điện Tử PHẦN II:CƠ SỞ LÍ LUẬN 2.1 Vi điều khiển PIC16F877A 2.1.1 Khái quát về vi điều khiển PIC16F877A 2.1.1.1 Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lí của PIC16F877A Sơ đồ chân Sơ đồ nguyên lý 2.1.1.2. Nhận xét Từ sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý ở trên, ta rút ra các nhận xét ban đầu như sau : - PIC16F877A có tất cả 40 chân - 40 chân trên được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2 chan thạch anh và một chân dùng để RESET vi điều khiển. - 5 port của PIC16F877A bao gồm : GVHD: SVTH: Trang6 Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II Khoa Điện – Điện Tử + PORTB : 8 chân + PORTD : 8 chân + PORTC : 8 chân + PORTA : 6 chân + PORT E : 3 chân 2.1.1.3. Khái quát về chức năng của các port trong vi điều khiển PIC16F877A PORTA PORTA gồm có 6 chân. Các chân của PortA, ta lập trình để có thể thực hiện được chức năng “hai chiều” : xuất dữ liệu từ vi điều khiển ra ngoại vi và nhập dữ liệu từ ngoại vi vào vi điều khiển. Việc xuất nhập dữ liệu ở PIC16F877A khác với họ 8051. Ở tất cả các PORT của PIC16F877A, ở mỗi thời điểm chỉ thực hiện được một chức năng :xuất hoặc nhập. Để chuyển từ chức năng này nhập qua chức năng xuất hay ngược lại, ta phải xử lý bằng phần mềm, không như 8051 tự hiểu lúc nào là chức năng nhập, lúc nào là chức năng xuất. Trong kiến trúc phần cứng của PIC16F877A, người ta sử dụng thanh ghi TRISA ở địa chỉ 85H để điều khiển chức năng I/O trên. Muốn xác lập các chân nào của PORTA là nhập (input) thì ta set bit tương ứng chân đó trong thanh ghi TRISA. Ngược lại, muốn chân nào là output thì ta clear bit tương ứng chân đó trong thanh ghi TRISA. Điều này hoàn toàn tương tự đối với các PORT còn lại Ngoài ra, PORTA còn có các chức năng quan trọng sau : - Ngõ vào Analog của bộ ADC : thực hiện chức năng chuyển từ Analog sang Digital - Ngõ vào điện thế so sánh - Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện các nhiệm vụ đếm xung thông qua Timer0… - Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port) PORTB PORTB có 8 chân. Cũng như PORTA, các chân PORTB cũng thực hiện được 2 chức năng : input và output. Hai chức năng trên được điều khiển bới thanh ghi TRISB. Khi muốn chân nào của PORTB là input thì ta set bit tương ứng trong thanh ghi TRISB, ngược lại muốn chân nào là output thì ta clear bit tương ứng trong TRISB. Thanh ghi TRISB còn được tích hợp bộ điện trở kéo lên có thể điều khiển được bằng chương trình. PORTC PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới sự điều khiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên. Ngoài ra PORTC còn có các chức năng quan trọng sau : - Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng - Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty cycle: sử dụng trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v…. - Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART GVHD: SVTH: Trang7 Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II Khoa Điện – Điện Tử PORTD PORTD có 8 chân. Thanh ghi TRISD điều khiển 2 chức năng input và output của PORTD tương tự như trên. PORTD cũng là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port). PORTE PORTE có 3 chân. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE. Các chân của PORTE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP. 2.1.2 Tìm hiểu về vi điều khiển PIC16F877A 2.1.2.1 Cấu trúc phần cứng của PIC16F877A PIC là tên viết tắt của “ Programmable Intelligent computer” do hãng General Instrument đặt tên cho con vi điều khiển đầu tiên của họ. Hãng Micrchip tiếp tục phát triển sản phầm này và cho đến hàng đã tạo ra gần 100 loại sản phẩm khác nhau. PIC16F887A là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu hết tất cả các ứng dụng thực tế. Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới làm quen với PIC có thể học tập và tạo nền tản về họ vi điều khiển PIC của mình. Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A như sau : - 8K Flash Rom - 368 bytes Ram - 256 bytes EFPROM - 5 port vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập - 2 bộ định thời Timer0 và Timer2 8 bit - 1 bộ định thời Timer1 16 bit có thể hoạt động ở cả chế độ tiết kiệm năng lượng với nguồn xung clock ngoài - 2 bộ Capture/ Compare/ PWM - 1 bộ biến đổi Analog -> Digital 10 bit, 8 ngõ vào - 2 bộ so sánh tương tự - 1 bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer) - 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển - 1 cổng nối tiếp - 15 nguồn ngắt GVHD: SVTH: Trang8 Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II Khoa Điện – Điện Tử Sơ đồ khối vi điều khiển 16F877A GVHD: SVTH: Trang9 Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II Khoa Điện – Điện Tử 2.1.2.2 Tổ chức bộ nhớ PIC16F877A Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ chương trình PIC16F877A Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ Flash, dung lượng 8K word (1 word chứa 14bit) và được phân thành nhiều trang như hình trên. Để mã hóa được địa chỉ 8K word bộ nhớ chương trình, thanh ghi đếm chương trình PC có dung lượng 13 bit. Khi vi điều khiển reset, bộ đếm chương trình sẽ trỏ về địa chỉ 0000h. Khi có ngắt xảy ra thì thanh ghi PC sẽ trỏ đến địa chỉ 0004h. Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ Stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đém chương trình. Bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A được chia thành 4 bank. Mỗi bank có dụng lượng 128 byte. GVHD: SVTH: Trang10 [...]... hơn rất nhiều về cách thiết kế mạch điện trong thực tế,VĐK PIC và các ứng dụng của nó - Từ việc hoàn thành đề tài này chúng em có thể độc lập nghiên cứu và phát triển những sơ đồ mạch khác được ứng dụng từ VĐK PIC trong cuộc sống - Thêm khả năng điều khiển tốc độ động cơ thông qua máy tính, điều khiển từ xa - Điều khiển động cơ công suất lớn hơn, ứng dụng điều khiển các loại động cơ trong công nghiệp... Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án chuyên ngành II PHẦN III THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 Phần Cứng 3.1.1 Sơ đồ khối 3.1.2 Mạch nguồn Sơ đồ mạch nguồn trên có cách ly giữa nguồn điều khiển động cơ và nguồn dùng cho vi điều khiển GVHD: SVTH: Trang24 Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án chuyên ngành II Mạch nguồn có tác dụng chuyển từ dòng điện xoay chiều có giá trị 220V sang dòng điện một chiều có... 5V và 12V cung cấp cho mạch điều khiển trung tâm và mạch công suất 3.1.3 Khối điều khiển động cơ 3.1.2Khối xử lý trung tâm và hiển thị GVHD: SVTH: Trang25 Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử 3.1.2 GVHD: SVTH: Đồ án chuyên ngành II Mạch nguyên lý hoàn thiện Trang26 Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án chuyên ngành II 3.1.5 Mạch board GVHD: SVTH: Trang27 Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện. .. Phương pháp điều khiển : Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi áp cấp vào cho động cơ 2.2.6 Encoder * Cấu tạo của encoder GVHD: SVTH: Trang21 Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án chuyên ngành II Nhìn trên hình ta thấy encoder gồm : 1 tấm tròn có khắc lỗ, 1 Hệ thông LED phát và thu * Nguyên tắc hoạt động cơ bản: Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa... trong khi hoạt động, chỉnh để thay đổi giá trị biến trở để đạt được độ tương phản cần thiết, sau đó giư mức biến trở này Các chân điều khiển RS, R/W, EN và các đường dữ liệu được nối trực tiếp với vi điều khiển Tùy theo chế độ hoạt động 4bit hay 8 bit mà các chân từ D0 đến D3 có thể bỏ qua hoặc nối với vi điều khiển 2.2.5 Động cơ DC GVHD: SVTH: Trang20 Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án... thể hiển thị một ký tự ASCII Mỗi ô của text LCD bao gồm các “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn và hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần thiết hiển thị trên một dòng và tổng số dòng mà LCD có GVHD: SVTH: Trang19 Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án chuyên ngành II Hình ảnh Kết nối LCD Chân 1 và chân 2 là các chân nguồn, được nối với GND và nguồn 5V Chân 3 là chân chỉnh độ tương phản,... (prescaler) - Chế độ đếm bất đồng bộ :chế độ này xảy ra khi bit T1SYNC được set Bộ định thời sẽ tiếp tục đếm trong suốt quá trình ngủ của vi điều khiển và có khả năng tạo một ngắt khi bộ định thời tràng và làm cho Vi điều khiển thoát khỏi trạng thái ngủ Timer2 : là bộ định thời 8 bit bao gồm một bộ tiền định (prescaler), một bộ hậu định Postscaler và một thanh ghi chu kỳ viết tắt là PR2 Việc kết hợp timer2... tầng điều khiển GVHD: SVTH: Trang18 Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện – Điện Tử Đồ án chuyên ngành II 2.2.3 IC7805 , IC7812 IC7805,7812 có tác dụng gim điện áp ở ngưỡng 5v và 12v 2.2.4 Giới thiệu về LCD Text LCD là loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc số trong bảng mã ASCII Không giống các loại LCD lớn, Text LCD được chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị. .. tùy vào nhiệt độ môi trường cao hay thấp Kích dẫn áp +-20v Thời gian trễ turn on ( 11ns) và turn off ( 39ns) Tần số chuyển mạch cực đại là 1Mhz 2.2.2PC817 Hình ảnh của PC817 Sơ đồ nguyên lí - Nguyên lí hoạt động : khi cấp tín hiệu vào chân số 1, led phía trong opto nối giữa chân 1 và chân 2 phát sáng , xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3  4 thông -Tác dụng : cách li điều khiển giữa 2 tầng mạch điện. .. chỉ 03h, 83h, 103h và 183h : chứa kết quả thực hiện phép toán của khối ALU, trạng thái reset và các bit chọn bank cần truy xuất trong bộ nhớ dữ liệu Thanh ghi OPTION_REG : có mặt ở bank2 và bank3 có địa chỉ 81h và 181h Thanh ghi này cho phép đọc và ghi, cho phép điều khiển chức năng pull_up của các chân trong PORTB, xác lập các tham số về xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer0 . cứu về ứng dụng của vi điều khiển và cách điều khiển động cơ điện một chiều thông qua đề tài Thiết kế mạch điều khiển và đo tốc độ động cơ điện một chiều hiển thị trên LCD dưới sự hướng dẫn. II Khoa Điện – Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH II Nhóm sinh viên thực hiện : Lớp : Khóa : Ngành đào tạo : Tên đề tài: Thiết kế mạch điều khiển và đo tốc độ động cơ điện một chiều hiển thị trên LCD Thời. robot chuyển động theo ý muốn, cũng như nâng hạ 1 số kết cấu. Chính vì những ứng dụng của nó nên chúng em chon đề tài :“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch đo và điều khiển tốc động cơ DC”. 1.2