Avr điều khiển động cơ băm xung

Bài viết gồm 2 phần chính: phần 1 giới thiệu phương pháp PWM, phần 2 nói về các chip vi điều khiển Atmel họ AVR và ứng dụng modul PWM của các chip này.. Như vậy với mạch nạp này, việc nạ

SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ATMEL_AVR ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC

ĐỘNG CƠ DC THEO PHƯƠNG PHÁP PWM Bài 1: Giới thiệu

Điều khiển vận tốc động cơ, trong đó có động cơ DC, là một đề tài được quan tâm khá nhiều trong lĩnh vực điều khiển Có vài phương pháp thường được sử dụng nhưng có lẽ PWM là phương pháp được ưa chuộng nhất (có thể vì nó dễ áp dụng) Vậy PWM là gì và áp dụng nó như thê nào Bài viết này sẽ cố gắng trả lời các câu hỏi trên ở mức độ đơn giản nhất Bài viết gồm 2 phần chính: phần 1 giới thiệu phương pháp PWM, phần 2 nói về các chip vi điều khiển Atmel

họ AVR và ứng dụng modul PWM của các chip này

I Phương pháp điều rộng xung PWM (Pulse Width Modulation)

Để dễ hiểu bạn hãy quan sát hình 1 bên dưới

Hình 1: PWM

Có thể giải thích nguyên lý của phương pháp này như sau: quan sát ở hình trên ta thấy 2 tín hiệu xung S1 một S2 có cùng chu kỳ T (1ms) tuy nhiên khoảng Ton (khoảng thời gian mức High trong 1chu kỳ ) thì khác nhau như thế tỉ số Ton/Toff của 2 tín hiệu cũng khác nhau, việc điều chỉnh tỉ số này gọi là điều rộng xung Áp dụng trong điều khiển vận tốc động cơ, Ton là thời gian cấp nguồn và Toff là thời gian ngừng cấp nguồn cho động cơ, khi thay đổi tỉ số Ton/Toff (cũng có nghĩa thay đổi điện áp trung bình cấp cho động cơ) vận tốc động cơ cũng thay đổi theo

thể điều khiển được vận tốc động cơ Tuy nhiên cần chú ý rằng quan hệ giữa vận tốc động cơ và

tỉ số độ rộng xung không tuyến tính

Phương pháp PWM không những chỉ được áp dụng trong điều khiển vận tốc động cơ mà còn có rất nhiều ứng dụng khác như điều khiển nhiệt độ, độ sáng

II Vi điều khiển AVR của Atmel

Từ cách hiểu PWM như trên chúng ta có thể thấy rằng việc áp dụng PWM là tương đối dễ dàng, chỉ cần có bộ tạo xung là có thể tạo PWM, thậm chí bạn có thể dùng IC 555 Trong tài liệu này tôi hướng dẫn bạn sử dụng các chip vi điều khiển để tạo xung điều rộng

Vì tính ứng dụng rộng rãi của PWM nên trong hầu hết các bộ điều khiển (như PLC, microcontroller ) thường có tích hợp modul PWM Trong các chip vi điều khiển có modul PWM thì các chip AVR của Atmel và PIC của microchip được sử dụng khá rộng rãi Nếu so sánh, có thể đánh giá một cách tương đối là modul PWM trong các chip PIC có 1 vài ưu điểm so với các chip AVR, tuy nhiên PIC sẽ khó tìm hơn AVR (ở VN) nên tôi quyết định giới thiệu cho bạn AVR

AVR là dòng vi điều khiển 8 bits của hãng Atmel, dòng chip này khá mới và có nhiều ưu điểm hơn hẳn dòng chip theo cấu trúc 8051 Trong hầu hết các chip AVR đều có thích hợp modul PWM Lấy ví dụ chip ATMega32 có 3 bộ Timer với 4 đường xuất xung PWM Ở đây, trong các ví dụ tôi cũng sẽ sử dụng loại chip này

Chip ATMega32 có bộ nhớ chương trình là 32KB ( so với 4KB của AT89C51 !!!), có sẵn 1KB EEPROM, 2K SRAM có bộ chuyển đổi AD 8Bits, 8 kênh; 3 bộ timer với 4 đường xuất xung PWM (2 chân PWM 18(OCR1B), 19(OCR1A) hoạt động dựa vào timer1 (16bit) , 4(OC0)-timer0 98bit), và 21(OC2)-timer2(8bit)) ngoài ra chip này còn có rất nhiều đặc điểm khác thích hợp với nhiều loại ứng dụng khác nhau Các bạn có thể đọc datasheet của chip để biết thêm

a) Mạch nạp:

Bây giờ trước hết chúng ta đi làm mạch nạp cho AVR Không giống như mạch nạp cho các chip AT89C51, AT89C52 mạch nạp cho chip AVR tương đối đơn giản Tôi giới thiệu với các bạn một loại mạch nạp thuộc vào loại dễ làm nhất cho AVR, mạch nạp “Kanda System STK200/+300”

Đây là mạch nạp ISP rất đơn giản, đấu nối mạch qua cổng LPT của máy tính, để làm mạch chỉ cần 1 cáp cổng LPT, 1 IC đệm 74HC244, 1 diode ( loại chỉnh lưu thông thường), 1 điện trở 100k, và tụ điện 100nF (tụ 104), bạn có thể quan sát sơ đồ nguyên lý của mạch như trong hình 3 Bạn cũng không cần làm mạch in, chỉ cần dùng test board là được J1 (Header 6) trong hình 3 bạn làm thành 6 đường dây kéo ra, đó chính là các đường nạp Như vậy với mạch nạp này, việc nạp chương trình vào chip sẽ diễn ra trực tiếp, không cần tháo chip khỏi mạch ứng ụng

25

12

24

11

23

10

22

9

21

8

20

7

19

6

18

5

17

4

16

3

15

2

14

1

P1

CONG LPT 25

R1 100k

C1 100nF

A1 2 A2 4 A3 6 A4 8

1OE 1

Y 1 18

Y 2 16

Y 3 14

Y 4 12

A5 11 A6 13 A7 15 A8 17

Y 5 9

Y 6 7

Y 7 5

Y 8 3

2OE 19

U1

74ALS244/SO

1 2 3 4 5 6

J1

HEADER 6

D1

DIODE

0

0

0

GND VCC RESET

MOSI MISO 0

CLK

Hình 3: Mạch nạp Kanda system STK200/+300

b Mạch ứng dụng:

Tùy theo nhu cầu sử dụng mà mạch ứng dụng có độ phức tạp khác nhau, nhưng cơ bản bạn phải mắc các thành phần như trong hình 4 Bạn có thể hàn mạch lên test board hay đơn giản hơn

là sử dụng project board để làm mạch ( bạn nên làm theo cách này) Mạch điện trong hình 4 không có gì đặc biệt, ngoài Header J0 (DUONG NAP), bạn chú ý Header này, kết nối cho đúng

vì đây chính là đường nạp của mạch

NA2 NA3 NA4

C? 33

C? 33

1 2 3 4 5 6 7 8 J1

HEADER 8 +5V

0

0

0

+5V

Y ? 4M

1 2 3 4 5 6 7 8 J3

HEADER 8

1 2 3 4 5 6 J0

DUONG NAP

0

1

2

3

4

5

6

7

8

J2

HEADER 8

1

2

3

4

5

6

7

8

J4

HEADER 8

RST 9

PD4[OC1B]

18 PD5[OC1A]

19 PD6[ICP]

20

VCC 10 GND 11 XTAL2 12

XTAL1 13 PD0[RXD]

14 PD1[TXD]

15 PD2[INT0]

16 PD3[INT1]

17

PB0[T0]

1 PB1[T1]

2 PB2[AIN0]

3 PB3[AIN1]

4 PB4[SS]

5 PB5[MOSI]

6 PB6[MISO]

7 PB7[SCK]

8

U?

ATMega32

NA4 NA3 NA2 NA1

0

R? 100k NA1

+5V

C?

1uF

0

Hình 4: mạch ứng dụng cơ bản AVR

c Trình biên dịch cho AVR:

Nếu bạn đã biết cách lập trình bằng Assembly cho các chip AT89C51, bạn có thể tiếp tục

đi theo hướng này Trong trường hợp này bạn cần tìm hiểu lại cấu trúc của AVR (chỉ cần đọc datasheet của chip là rất đầy đủ), sau đó bạn sử dụng phần mềm AvrStudio để lập trình và biên dịch chương trình

Tôi giới thiệu bạn 1 cách khác lập trình cho AVR, đó là sử dụng phần mềm CodeVisionAVR Đây là 1 phần mềm lập trình theo ngôn ngữ C cho các chip AVR, hỗ trợ gần như đầy đủ các chip, có nhiều thư viện mở rộng và có tích hợp cả chương trình nạp hỗ trợ nhiều loại mạch nạp ( trong đó có mạch Kanda STK200/+300) Đây là giải pháp khá toàn diện cho người mới bắt đầu cũng như người lập trình AVR thành thạo

Hình 5: giao diện CodeVisionAVR

d Test mạch nạp:

Giả sử bạn đã có trong tay mạch nạp Kanda STK200/+300, mạch ứng dụng trên project board và đã cài được CodeVisionAVR, bạn đã có thể lập trình và nạp cho mạch ứng ụng của mình Bước này tôi hướng dẫn cách kiểm tra mạch nạp và nạp chương trình cho chip

- Trước hết bạn kết nối cab mạch nạp với cổng LPT máy tính

- Kết nối các đường nạp trên mạch nạp (Header6-J1) với đường nạp trên mạch ứng dụng (DUONG NAP-J0) theo thứ tự tương ứng

- Lắp nguồn vào mạch ứng dụng

- Chạy chương trình CodevisionAVR

- Chọn file/Open, bạn browse đến thư mục có chứa file “cavr-pwm1”, mở file này lên

Hình 6: Option mạch nạp

- Bạn chọn Tool/ Chip Programmer rồi đặt các thông số như trong hình 7

Hình 7: Load chương trình nạp

- Trong chương trình nạp, bạn chọn Program/FLASH, sau đó browse đến thư mục chứa file “cavr-pwm1.hex” ( được tạo ra khi bạn biên dịch lúc trước), bạn nhớ là chọn đúng file có đuôi hex ( bạn nên chọn file type trong open dialog là hex) Bạn sẽ thấy quá trình nạp chương trình vào chip diễn ra Nếu có lỗi chương trình nạp sẽ báo

- Nếu không nạp được bạn hãy thử chọn lại Program/Erase chip truoc rồi sau đó nạp lại như trên, nếu quá trình “Erase chip” vẫn có lỗi nghĩa là hoặc mạch nạp bạn sai hoặc mạch ứng dụng sai, hoặc có khi bạn chưa gắn nguồn Trong trường hợp này bạn hãy kiên nhẫn kiểm tra lại mạch nạp , mạch ứng dụng (chủ yếu là kiểm tra xem đã kết nối đúng chưa, có bị đứt dây không )

Hy vọng rằng mọi chuyện điều diễn ra tốt đẹp, nếu có thắc mắc các bạn có thể hỏi lại tôi hoặc những bạn đã làm được Chúng ta kết thúc bài 1, trong bài 2 tôi sẽ trình bày cách sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng sử dụng chip ATMega32 tạo xung PWM

Chú ý:

- Trong bài giới thiệu này tôi giả sử bạn đã biết cách xem mạch điện vẽ bằng orcad, biết cách sử dụng test board loại hàn và Project board

- Mọi tài liệu, phần mềm giới thiệu trong bài viết đều nằm trong thư mục “New files” của Server chung, các bạn có thể download về từ đó (các bạn phải có useraname và password)

- Sau khi đọc xong bài 1, bạn hãy cố gắng hiểu về PWM, làm được mạch nạp SKT200/+300, cài được phần mềm CodevisionAVR đề chuẩn bị cho các bài tiếp theo Chúc các bạn thành công