đề tài đồ án môn học i “ điều khiển on_off tốc độ động cơ dc”

Báo cáo đồ án môn học I  Đề tài đồ án môn học I “ Điều khiển ON_OFF tốc độ động DC” GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn hoïc I Mục lục Đề mục trang Lời cảm ơn…………………………………………………………………………………………… …………………………………… Chương I : Giới thiệu đề tài…………………………………………………………………………… ………… I Tóm tắt đề tài đồ án mơn học I …………………………………………………………………… Giới thiệu module mạch đề tài……………………………………… 2 Sơ đồ nguyên lý kết nối module mạch …………………… 3 Cách vận hành mạch …………………………………………………………………………… II Các yêu cầu đề tài ………………………………………………………………………… ………… Chương II : Giới thiệu linh kiện, phần tử sử dụng mạch…………… I Vi điều khiển PIC16F877A ……………………………………………………………………………… Khái quát vi điều khiển PIC16F877A……………………………………… 1.1 Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý PIC16F877A……………… 1.2 Nhận xét …………………………………………………………………………………………… 1.3 Khái quát chức port vi điều khiển PIC16F877A………………………………………………………………… ………………………………… 1.4 Tại sử dụng PIC16F877A ………………………………………………… GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I Tìm hiểu vi điều khiển PIC16F877A ……………………………………… 10 2.1 Cấu trúc phần cứng PIC16F877A………………………………… 10 2.2 Tổ chức nhớ PIC16F877a……………………………………………………… 13 2.2.1.Bộ nhớ chương trình…………………………………………………………… 13 2.2.2 Bộ nhớ liệu ……………………………………………………………………… 14 2.2.3 Một vài ghi chức đặc biệt SFR……………… 16 2.3 Thanh ghi W(work) tập lệnh PIC16F877A………… 18 2.3.1 Thanh ghi W………………………………………………………………………… 18 2.3.2 Tập lệnh PIC16F877A……………………………………………… 18 2.4 Các vấn đề Timer ………………………………………………………………… 18 II Motor Driver L293D ………………………………………………………………………………………… 22 III Các IC khác ……………………………………………………………………………………………… ………… 24 IV Đối tượng điều khiển : Động DC ………………………………………………………… 27 Chương III :Nguyên lý hoạt động số module mạch …………… …… 31 I.Mạch nguồn V chuẩn cung cấp cho vi điều khiển nguồn 24 cung cấp cho động cơ…………………………………………………………………………………………… ……………… 31 II Khối mạch reset vi điều khiển PIC16F877A………………………………………… 32 III Khối mạch quét phím……………………………………………………………………………………… … 33 IV Giải thuật điều khiển ON_OFF động DC…………………………………… …… 34 Chương IV:Chương trình viết Assembly điều khiển ON_OFF GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I động DC………………………………………………………………………………………… ……………………………………… 36 Phụ lục: Tập lệnh PIC16F877A……………………………………………………………………………… ………… 37 Lời cảm ơn Kính gửi Thầy TS Nguyễn Thiện Thành! Em Nguyễn Uy Danh, sinh viên năm 4, khoa Điện_Điện Tử, Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Học kỳ này, em vinh dự thực đề tài đồ án mơn học I hướng dẫn tận tình Thầy Chính nhiệt tình dẫn Thầý giúp em hoàn thành đồ án tốt, đạt yêu cầu mà đề tài đặt Và qua đó, em học hỏi, tiếp cận nhiều vấn đề thực tế hơn, bổ sung “khe hở” kiến thức việc học thiên lý thuyết để lại Em xin chân thành cảm ơn Thầy Cũng qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè –những người động viên, quan tâm đến em suốt q trình thực đồ án Đó động lực thúc đẩy em cố gắng hơn, tâm hơn, để cuối em có kết ngày hơm GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn hoïc I Em xin gửi lời cảm ơn đến tất Sinh viên thực Nguyễn Uy Danh Chương I : Giới thiệu đề tài I.Tóm tắt đề tài đồ án môn học I Giới thiệu module mạch đề tài Đề tài đồ án môn học I em : “ Điều khiển ON_OFF tốc độ động DC” Với yêu cầu đề tài trên, hướng thực đề tài em tóm tắt sau: - Sử dụng vi điều khiển PIC16F877A làm chip điều khiển trung tâm - Xây dựng bàn phím gồm 13 phím Trong đó: +1 phím để đồng thời reset vi điều khiển dừng động DC + 10 phím ứng với 10 số từ đến để người dùng nhập tốc độ đặt + phím lệnh động quay thuận (FORWARD) + phím lệnh động quay ngược (REVERSE) - Sử dụng led đoạn Trong + led dùng để người dùng nhập tốc độ đặt mong muốn + led để người dùng quan sát tốc độ đo trực tiếp từ động - Sử dụng driver cầu H L293D trực tiếp điều khiển chiều quay, đóng ngắt động DC GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn hoïc I - Đối tượng điều khiển động DC có gắn encoder đồng trục - Ngồi ra, mạch cịn có linh kiện khác để thực truyền tín hiệu vi điều khiển trung tâm với thiết bị hiển thị nói Tất module mạch em trình bày rõ phần đề tài Sơ đồ nguyên lý kết nối module mạch Cách vận hành mạch + Bước 1: ta nhập tốc độ đặt từ bàn phím Tốc độ đặt gồm có chữ số, lên thơng qua led Ta phải nhấn đủ số mạch hoạt động được, không nhấn đủ mạch “treo đó”, chờ người dùng nhấn số tiếp Nếu nhập sai tốc độ, ta nhấn phím reset để nhập tốc độ lại từ đầu Nếu nhấn nhầm sang phím RESERVE GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn hoïc I FORWARD trước nhập đủ số phần cài đặt tốc độ người dùng hồn tồn nhấn lại mà khơng ảnh hưởng đến kết + Bước 2: ta nhấn tiếp RESERVE hay FORWARD cho động chạy theo ý muốn Trong trình động quay, vi điều khiển nhận liên tục nhận xung phát từ encoder, tính tốn tốc độ so sánh với tốc độ đặt ban đầu để định ON_OFF động Tốc độ nhận so sánh với tốc độ đặt 1ms lần Ngồi 1s vi điều khiển cập nhật tốc độ thực động cơ, thể led đoạn để người dùng theo dõi đánh giá II Các yêu cầu đề tài Thông qua đề tài, làm quen với cách thức điều khiển đối tượng động Tìm hiểu thực tế linh kiện, loại IC, hoạt động loại cảm biến… Thiết kế, thi công mạch điều khiển mạch động lực điều khiển động DC Viết chương trình cho vi điều khiển PIC16F877A thực thành công theo yêu cầu đề Đánh giá sai số ,chất lượng hệ thống điều khiển Tìm hiểu hướng phát triển đề tài, nâng cao chất lượng hệ thống GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I Chương II : Giới thiệu linh kiện, phần tử sử dụng mạch I Vi điều khiển PIC16F877A Khái quát vi điều khiển PIC16F877A 1.1.Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý PIC16F877A Sơ đồ chân GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I Sơ đồ nguyên lý 1.2 Nhận xét Từ sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý trên, ta rút nhận xét ban đầu sau : - PIC16F877A có tất 40 chân - 40 chân chia thành PORT, chân cấp nguồn, chân GND, chan thạch anh chân dùng để RESET vi điều khiển - port PIC16F877A bao gồm : + PORTB : chân + PORTD : chân + PORTC : chân + PORTA : chân + PORT E : chân GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I 1.3 Khái qt chức port vi điều khiển PIC16F877A PORTA PORTA gồm có chân Các chân PortA, ta lập trình để thực chức “hai chiều” : xuất liệu từ vi điều khiển ngoại vi nhập liệu từ ngoại vi vào vi điều khiển Việc xuất nhập liệu PIC16F877A khác với họ 8051 Ở tất PORT PIC16F877A, thời điểm thực chức :xuất nhập Để chuyển từ chức nhập qua chức xuất hay ngược lại, ta phải xử lý phần mềm, không 8051 tự hiểu lúc chức nhập, lúc chức xuất Trong kiến trúc phần cứng PIC16F877A, người ta sử dụng ghi TRISA địa 85H để điều khiển chức I/O Muốn xác lập chân PORTA nhập (input) ta set bit tương ứng chân ghi TRISA Ngược lại, muốn chân output ta clear bit tương ứng chân ghi TRISA Điều hoàn toàn tương tự PORT cịn lại Ngồi ra, PORTA cịn có chức quan trọng sau : - Ngõ vào Analog ADC : thực chức chuyển từ Analog sang Digital - Ngõ vào điện so sánh - Ngõ vào xung Clock Timer0 kiến trúc phần cứng : thực nhiệm vụ đếm xung thông qua Timer0… - Ngõ vào giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port) PORTB PORTB có chân Cũng PORTA, chân PORTB thực chức : input output Hai chức điều khiển bới ghi TRISB Khi muốn chân PORTB input ta set bit tương ứng ghi TRISB, ngược lại muốn chân output ta clear bit tương ứng TRISB Thanh ghi TRISB cịn tích hợp điện trở kéo lên điều khiển chương trình PORTC GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 10 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I Ở bên mặt đĩa trịn đó, có thu phát quang Trong q trình encoder quay quanh trục, gặp lỗ rống ánh sáng chiếu qua được, gặp mãnh chắn tia sáng khơng chiếu q Do tín hiệu nhận từ sensor quang chuổi xung Mỗi encoder chế tạo biết sẵn số xung vòng Do ta dùng vi điều khiển đếm số xung đơn vị thời gian tính tốc độ động Cái encoder mà em sử dụng đồ án mình, hồn tồn giống với mơ hình Tuy nhiên, mơ hình có nhược điểm lớn : ta khơng thể xác định động quay trái hay quay phải, có quay theo chiều có dạng xung đưa Ngoài điểm bắt đầu động cơ, ta biết Cải tiến mơ hình mơ sau: Mơ hình thứ GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 30 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I Trong mơ hình này, người ta đục tất vịng lỗ Vịng ngồi giống mơ hình 1, vịng pha so với vịng ngồi 90 độ Khi đó, dạng xung từ vòng sau : Hai xung đưa từ vịng lệch 90 độ, vịng ngồi nhanh pha vịng chắn động quay từ trái sang phải ngược lại Một lỗ vòng dùng để phát điểm bắt đầu động Có thể viết chương trình cho vi điều khiển nhận biết : có xung phát từ vòng này, tức động quay vịng GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 31 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I Với đặc tính trên, encoder dùng phổ biến việc xác định vị trí góc động cơ… Vấn đề quan trọng việc tìm mua loại động có gắn encoder để làm đồ án sinh viên : cặp mắt quang bên encoder để tạo xung thường bị chết khơng có đồ thay Một loại encoder thứ phổ biến nay, :absolute encoder Mơ hình đĩa quang loại sau: Chương III : Nguyên lý hoạt động số module mạch I.Mạch nguồn V chuẩn cung cấp cho vi điều khiển nguồn 24 cung cấp cho động Sơ đồ nguyên lý J9 O U T_24 24V Q Q 2SA1302 Q Q 2SA1302 D 10 D J8 O U T_12 D 13 D 1N 4007 D D 1N 4007 12V D 1N 4007 F1 + R FU SE 4V A C /5A U LM 7824 VO U T -2 W -2 W U LM 7812 V IN VO U T C O U T_5 U LM 7805 V IN VO U T 0 u F /5 V D 5V C 12 2 0 u F /3 V 0 R R 2 K u F C 2 0 u F /3 V R 560 Q Q 2SA 1015 J7 2 0 u F /3 V D 12 D 1N 4007 D D 1N 4007 0 0 100K O U T_24 LE D O U T_12 R 2 K D 14 LED GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành O U T_5 R 10 1k R 11 470 D 15 D 16 LED LED 32 C 11 C 10 R V IN G N D - G N D G N D B R ID G E J6 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I Giải thích ngun lý hoạt động Từ trái sang : - Dùng biến áp để chuyển từ nguồn 220VAC sang 24VAC cung cấp vào module mạch nguồn - Cầu diode D1 BRIDGE dùng để nắn dòng xoay chiều thành chiều Khối mạch gồm linh kiện D14007 D8, D14007 D12, Q1 C1815, R3 2.2k, R5 100k, Led D3 dùng để báo hiệu có nguồn cung cấp đầu vào - Các tụ mạch có tác dụng lọc nhiễu nguồn vào , lọc nhiễu nguồn đầu Làm cho nguồn tương đối ổn định, không bị ảnh hưởng nhiều tải (tải nhỏ) - Transitor công suất Q2SA1302 dùng để kéo dòng cho nguồn 24 V 12V tránh tượng sụt áp tải dòng yếu - Các IC 7824, 7812, 7805 IC ổn áp, ổn áp 24V, 12V 5V đầu - led D14, D15, D16 để hiển thị có áp đầu II Khối mạch reset vi điều khiển PIC16F877A 1.Sơ đồ nguyên lý HI 10k 15 16 17 18 23 24 25 26 13 14 12 31 GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành M C L R */V P P R R R R R R A A A A A A /A N /A N /A N /V R E F -/C V R E F /A N /V R E F + /T C K I/C O U T /A N /S S * /C O U T R R R R R R R R C C C C C C C C /T O S O /T C K I /T O S I/C C P /C C P /S C K /S C L /S D I/S D A /S D O /T X/C K /R X/D T R B /IN T R B1 R B2 R B /P G M R B4 R B5 R B /P G C R B /P G D O S C /C L K IN O S C /C L K O U T VSS VSS R R R R R R R R /P /P /P /P /P /P /P /P S S S S S S S S P P P P P P P P R E /R D */A N R E /W R * /A N R E /C S */A N P IC F 7 A 33 D D D D D D D D VD D VD D 3 3 3 4 2 2 2 9 10 11 32 SVTH: Nguyeãn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I Giải thích Vi điều khiển 16F877A hoạt động chân số MCLR mức bị reset bị clear mức Với mạch reset trên, bình thường phím nhấn hở ra, chân reset mức , vi điều khiển hoạt động Khi nhấn phím xuống, chân chạm đất bị clear 0, vi điều khiển reset trở lại trạng thái ban đầu ( ghi PC trỏ địa 0000h nhớ chương trình) III Khối mạch qt phím 1.Sơ đồ ngun lý HI 10k H I 1 1 2 2 C 30p 13 M C L R * /V P P R R R R R R A A A A A A R R R R R R R R C C C C C C C C /T O S O /T C K I /T O S I/C C P 2 /C C P /S C K /S C L /S D I/S D A /S D O /T X /C K /R X/D T /A N /A N /A N /V R E F -/C V R E F /A N /V R E F + /T C K I/C O U T /A N /S S * /C O U T O S C /C L K IN C 12 31 30p R R R R R R R R D D D D D D D D /P /P /P /P /P /P /P /P S S S S S S S S P P P P P P P P R E /R D * /A N R E /W R */A N R E /C S * /A N 4M hz 14 R B /IN T R B1 R B2 R B /P G M R B4 R B5 R B /P G C R B /P G D 33 34 35 36 37 38 39 40 10k 10k 10k 10k 19 20 21 22 27 28 29 30 HANG HANG 10 HANG O S C /C L K O U T VSS VSS P IC F 7 A VD D VD D 11 32 H I H I HANG 0 Giải thích kết nối Sử dụng PORTD vi điều khiển để thực hiển quét phím Các chân 6,5,4 kết nối thành cột (colums), chân 3,2,1,0 kết nối thành hàng (rows), chân bỏ trống Thiết lập chân rows chân input, chân cols chân output Kéo điện trở lên nguồn rows để xác định mức logic bên đưa vào vi điều khiển Giải thuật qt phím b1: Kiểm tra có kẹt phím khơng Nếu khơng bị kẹt phím qua bước b2: Tiến hành quét phím, xem thử phím nhấn, lấy mã phím lưu biến key GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 34 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I b3: Mỗi giá trị biến key đại diện cho phím bàn phím Ứng với biến key, ta đặt phím hiển thị led mong muốn b4: Tra bảng để đổi giá trị biến key sang mã BCD chuẩn bị đưa vào 7447 để đổi dang mã led đoạn b5 : Lặp lại bước để nhấn phím IV Giải thuật điều khiển ON_OFF động DC 1.Sơ đồ nguyên lý V G C C H I cc N D A A - Encoder :108 xung, 4000vong/phut Encoder + - 10k H I Nguon 24V N N N N G G G G VC C VC C /4 E N /2 E N M G 14 11 Y Y Y Y 4A 3A 2A 1A 16 H I D D D D 13 12 4 1 1 2 2 15 10 C 30p 13 U 14 M C L R */V P P R R R R R R A A A A A A /A N /A N /A N /V R E F -/C V R E F /A N /V R E F + /T C K I/C O U T /A N /S S * /C O U T R R R R R R R R C C C C C C C C /T O S O /T C K I /T O S I/C C P /C C P /S C K /S C L /S D I/S D A /S D O /T X /C K /R X /D T O S C /C L K IN - A + 14 C 12 31 30p R R R R R R R R D D D D D D D D /P /P /P /P /P /P /P /P S S S S S S S S P P P P P P P P R E /R D */A N R E /W R */A N R E /C S */A N 4M hz L293 R B /IN T R B1 R B2 R B /P G M R B4 R B5 R B /P G C R B /P G D 3 3 3 4 2 2 2 9 10 O S C /C L K O U T VSS VSS P IC F 7 A VD D VD D 11 32 Nối chân L293D vào dây nguồn động Sử dụng bit RC6 RC7 PORTC vi điều khiển nối vào chân L293D để điều khiển chiều quay Bit RC5 bit cho phép động hoạt động Chân RA4 định chế độ input để nhận xung từ encoder truyền Giải thuật điều khiển b1: Đặt bit RC6 RC7 0, ngược lại để xác định chiều quay động Bật bit RC5 lên cho phép động quay GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 35 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I b2: Dùng Timer1 định thời gian 1ms, Timer0 chế độ đếm xung từ encoder Cứ sau 1ms ( thời gian lấy mẫu) ngắt timer1 xảy ra, chương trình phục vụ ngắt timer1, tiến hành đọc xung encoder chứa ghi TMR0 timer0 b3 : Từ số xung Timer0 1ms, ta tính tốn tốc độ động b4 : Thực phép trừ tốc độ đặt tốc độ đo Nếu hiệu số lớn ( khơng có nhớ) cho động tiếp tục chạy, hiệu số nhỏ (cờ nhớ lên 1) tiến hành tắt động cách cho bit EN=0 b5: Cứ sau 1s tốc độ động led đoạn lần b6: Lặp lại liên tục q trình trên, ta có tốc độ đo dao động xung quanh tốc độ đặt Chương IV Chương trình viết Assembly điều khiển ON_OFF động DC GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 36 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I Phần chương trình em trình bày buổi bảo vệ đồ án môn học Các phần đánh giá chất lượng điều khiển , nhận xét v.v… em trình bày báo cáo thức buổi bảo vệ đồ án môn học Phụ lục: Tập lệnh PIC16F877A GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 37 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 38 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 39 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 40 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I Tài liệu tham khảo Hồ Trung Mỹ Vi xử lý Nhà xuất đại học Quốc Gia GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 41 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I Microchip Datasheet 16F877A Trương Sa Sanh (chủ biên) Kỹ Thuật điện Đại Cương Nhà xuất đại học Quốc Gia Nguyễn Thị Phương Hà Lý Thuyết điều khiển Tự Động Nhà xuất đại học quốc gia Các tài liệu từ internet, từ diễn đàn www.picvietnam.com luận văn anh chị khóa GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 42 SVTH: Nguyễn Uy Danh Báo cáo đồ án môn học I GVHD : TS Nguyễn Thiện Thành 43 SVTH: Nguyễn Uy Danh ... đề t? ?i đồ án mơn học I Gi? ?i thiệu module mạch đề t? ?i Đề t? ?i đồ án môn học I em : “ ? ?i? ??u khiển ON_OFF tốc độ động DC” V? ?i yêu cầu đề t? ?i trên, hướng thực đề t? ?i em tóm tắt sau: - Sử dụng vi ? ?i? ??u... ưu ? ?i? ??m vượt tr? ?i vi ? ?i? ??u khiển so v? ?i 8051 Giá PIC16F877A mà em mua thị trường 50000 đồng, mắc lần giá chip họ 8051 Việc sử dụng PIC16F877A đề t? ?i không lớn đề t? ?i “? ?i? ??u khiển tốc độ động cơ? ??... linh kiện, lo? ?i IC, hoạt động lo? ?i cảm biến… Thiết kế, thi công mạch ? ?i? ??u khiển mạch động lực ? ?i? ??u khiển động DC Viết chương trình cho vi ? ?i? ??u khiển PIC16F877A thực thành công theo yêu cầu đề Đánh