Thiết kế bộ điều khiển PID số trên nền vi điều khiển PIC năm 2014

Lời mở đầu .......................................................................................... 5Lời cảm ơn.......................................................................................... 6Chương 1 : Họ vi điều khiển PIC và vi điều khiển PIC18F4520 .........................71.1 Giới thiệu chung .......................................................................................... 71.2 . Vi điều khiển Pic18F4520 ......................................................................... 81.2.1. Tổ chức bộ nhớ (Memory Organization) ........................................... 131.2.2. 8 x 8 HARDWARE MULTIPLIER ................................................... 221.2.3. Ngắt (Interrupts) ................................................................................. 231.2.4. Cổng vào ra (IO Port)....................................................................... 321.2.5. Bộ định thời (Timer) .......................................................................... 331.2.6. Bộ truyền nhận dữ liệu đồng bộ (EUSARTEnhanced UniversalSynchronous Asynchronous Receiver Transmitter).................................... 371.2.7. Module chuyển đổi tưong tự sang số 10 bit (AD) ............................ 50Chương 2 : Thiết kế bộ điều khiển PID số..........................................................572.1 Thiết kế mô hình phần cứng mạch điều khiển.......................................... 572.1.1. Yêu cầu thiết kế .................................................................................. 572.1.2. Các khối chức năng trên kit điều khiển ............................................. 58a) Khối vi điều khiển trung tâm...................................................................................58b) Khối giao tiếp máy tính qua cổng nối tiếp ..............................................................59c) Khối bàn phím .........................................................................................................60d) Khối hiển thị LCD 2x16(2 dòng, 16cột) .................................................................61e) Khối mạch động lực điều khiển...............................................................................62f) Khối nguồn 12V5V.................................................................................................62g) Các khối khác ..........................................................................................................632.2 Thiết kế phần mềm trên nền vi điều khiển PIC ......................................... 642.2.1. Yêu cầu phần mềm ............................................................................. 642.2.2. Giải thuật chương trình ...................................................................... 65a) Loop điều khiển .......................................................................................................65b) Thuật toán PID số....................................................................................................662.2.3. Thiết kế phần mềm điều khiển và giám sát trên máy tính ................. 692.3 Kit điều khiển............................................................................................ 71Chương 3 : Ứng dụng bộ điều khiển PID số điều khiển động cơ một chiều ......723.1 Đối tượng điều khiển ................................................................................. 723.1.1. Thông số kĩ thuật ................................................................................ 72Phạm Văn Cường Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1K491 3.1.2. Nhận dạng mô hình động học của động cơ điện một chiều ............... 723.1.3. Thu thập dừ liệu vàora của động cơ điện một chiều từ thựcnghiệm. 723.1.4. Nhận dạng động cơ điên một chiều bằng Toolbox Identification cảuMatlab .......................................................................................................... 743.1.5. Đánh giá chất lượng mô hình ............................................................. 763.2 Thiết kế luật điều khiển PID ..................................................................... 773.2.1. Phương pháp ZieglerNichols1 .......................................................... 773.2.2. Phương pháp IMC .............................................................................. 773.2.3. Mô phỏng và đánh giá chất lượng bộ điều khiển ............................... 783.3 Thiết bị chấp hành(IC L298) ..................................................................... 783.4 Cảm biến (Encoder) ................................................................................... 813.5 Hệ thống điều khiển .................................................................................. 843.6 Một số hình ảnh về Kit điều khiển động cơ sử dụng vi điều khiển PIC .. 863.7 :Kết quả thực nghiệm................................................................................ 873.8 So sánh kết quả mô phỏng và thực tế ........................................................ 88Kết luận ............................................................................................. 89Tài liệu tham khảo ............................................................................. 91Phụ lục Code phần mềm ................................................................... 92 Phạm Văn Cường Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1K492 MỤC LỤC HÌNH VẼHình 1.1 Sơ đồ khối kiến trúc vi điều khiển PIC18F4520 ............................................. 9Hình 1.2 Sơ đồ chân vi điều khiển Pic18F4520 ........................................................... 10Hình 1.3: Tổ chức bộ nhớ chương trình ....................................................................... 13Hình 1.5: ClockInstruction Cycle............................................................................... 15Hình 1.6 Instruction Pipeline Flow .............................................................................. 15Hình 1.7 Instruction In Program Memory ................................................................... 16Hình 1.8 Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ dữ liệu Pic18F4520 ................................................... 16Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc thanh ghi của Pic18F4520 ..................................................... 17Hình 1.10 Pic 18 Interrup logic .................................................................................... 23Hình 2.1 Mô hình khối mạch điều khiển ..................................................................... 57Hinh 2.2.Sơ đồ khối vi điều khiển trung tâm ............................................................... 58Hinh 2.3 Mạch nạp cho vi điều khiển trung tâm .......................................................... 58Hinh 2.4 Khối giao tiếp máy tính Max232.................................................................. 59Hình 2.5 : Cấu tạo cổng COM..................................................................................... 59Hinh 2.6 Modul bàn phím ............................................................................................ 60Bảng sơ lược chức năng LCD 2x16 ............................................................................. 61Hình 2.7 Khối hiển thị LCD ......................................................................................... 62Hinh 2.8 Khối thiết bị chấp hành................................................................................. 62Hình 2.9 Sơ đồ khối nguồn.......................................................................................... 62Sơ đồ nguyên lý kit điều khiển .................................................................................... 63Sơ đồ mạch in hai lớp ................................................................................................... 64Hình 2.10 Lưu đồ loop điều khiển............................................................................... 65Hình 2.11 Lưu đồ hàm ngắt dùng tạo chu lì trích mẫu................................................ 66Hình 2.12 Sơ đồ bộ điều khiển PID số ......................................................................... 67Hình 2.13 Chống bão hào tích phân ............................................................................. 68Hình 2.14. Giao diện giao tiếp PC............................................................................... 69Hình 3.1 Động cơ sủ dụng trong đồ án........................................................................ 72Hinh 3.2 Sơ đồ thu thập dữ liệu nhận dạng .................................................................. 72Hình 3.2 Đặc tính thu thập dữ liệu nhận dạng............................................................ 73Hình 3.3Chọn đầu vào và mô hình nhận dạng của đối tượng ...................................... 75Hình 3.4Phương thức nhận dạng và đánh giá mô hình thu được ................................. 75Hình 3.5 Đặc tính quá độ đối tượng sau khi nhận dang ............................................... 76Hình 3.6 Sai lệch mô hình nhận dạng.......................................................................... 76Phạm Văn Cường Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1K493 Hình 3.7 Mô phỏng trên Simulink các phương pháp điều khiển ................................ 78Hình 3.9 Đặc tính mô phỏng ........................................................................................ 78Hình 3.10 Sơ đồ chân L298......................................................................................... 79Hình 3.11: Các chế độ của L298 .................................................................................. 80Hình 3.12 : Sơ đồ giải pháp .......................................................................................... 81Hình 3.13 : Mô hình1 En coder quang tương đối ...................................................... 81Hình 3.14 : Phương thức hoạt động Encoder quang tương đối................................... 82Hình 3.15 : Mô hình 2 En coder quang tương đối ...................................................... 82Hình 3.16 : Sơ đồ xung của En coder quang tương đối(mô hình 2) ............................ 83Hình 3.17 Sơ đồ hệ thốngđiều khiển động cơ .............................................................. 84Hình 3.18 Cấu trúc hệ thống điều khiển...................................................................... 84Hình 3.19 Cấu trúc khối điều khiển động cơ................................................................ 85Một số hình ảnh mạch điều khiển động cơ một chiều................................................. 86Hình 3.20 Đặc tính với bộ điều khiển PI ..................................................................... 87Hình 3.21 Đặc tính với bộ đièu khiển PID ................................................................... 87Hình 3.22 Hệ thống khi có nhiễu................................................................................ 88Hình 3.23 Đặc tính khi hệ thống có thay đỏi giá trị đặt ............................................... 88 Phạm Văn Cường Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1K494 Lời mở đầuKhoa học công nghệ hiện đại đã có những bước tiến nhanh và xa đi theo đó lànhững thành tựu ứng dụng trong mọi lĩnh vực dời sống, công nghiệp. Kĩ thuật điềukhiển trong tiến trình hoàn thiện lý thuyết cũng tạo cho mình nhiều phát triển có ýnghĩa. Bây giờ khi nhắc tới điều khiển con người dưòng như hình dung đến sự chínhxác, tốc độ xử lý và thuật toán thông minh đồng nghĩa là lượng chất xám cao hơn.Có thể nói trong lĩnh vực điều khiển và trong công nghiệp thì bộ điều khiển PIDcó ứng dụng kha rộng rãi, một giả pháp đa năng chocác ứng dụng cả Analog cũng nhưDigital. Thống kê cho thấy có tới hơn 90% các bộ điều khiển sử dụng trong thực tế làPID. Rõ ràng nếu có thiết kế và chọn lựa các thông số hợp lý cho bộ điều khiển PIDthì việc đạt được các chỉ tiêu chất lượng mong muốn là khả thi Bộ điều khiển PIDcũng giúp người sử dụng dễ dàng tích hợp cũng như chọn các luật điều khiển như : tỉlệ(P), tích phân(I), tỉ lệ tích phân(PI), tỉ lệ vi phân(PD)… sao cho phù hợp đối với cácđối tượng điều khiển. Nhiều quá trình trong công nghiệp việc sử dụng bộ điều khiểnPID là không thể thay thế như khống chế nhiệt độ, mức, tốc độ…? Ngay cả những lýthuyết điều khiển hiện đại cũng không cho ta những hiệu quả cao như bộ điều khiểnPID mang lại.Ngoài ra bộ điều khiển PID còn ứng dụng nhiều trong điều khiển thíchnghi,bền vững vẫn mang lại hiệu quả cao trong các cơ cấu chỉnh định.Bài toán thiết kế và điều khiển động cơ một chiều là bài toán cơ bản và quen thuộctrong ngành điều khiển tự động. Có thể thiết kế điều khiển cho đối tượng độngcơ điệnmột chiều theo nhiều phương pháp như :dùng PLC biến tần, điện tử công suất, viđiều khiển… Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm khác nhau nhưng đều có mụcđích ổn định và điều khiển được tốc độ động cơ. Ngày nay vi điều khiển phát triển sâurộng và ngày càng ứng dụng nhiều trong cài đặt thiết kế bộ điều khiển cho các đốitượng công nghiệp. Trên cơ sở muốn tìm hiểu về lĩnh vực vi điều khiển chúng emchọn đề tài: Thiết kế bộ điều khiển PID số trên nền vi điều khiểnPIC. Vì khả năngvà thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong đồ án. Do vậychúng em rất mong được thầy cô và bạn bè đóng góp xây dựng để đồ án của chúng emđược hoàn thiện hơn.Hà Nội, ngàythángnăm 2009Sinh viênPhạm Văn CườngHoàng Văn QuânLớp ĐKT1 K49 Phạm Văn Cường Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1K495 Lời cảm ơnĐầu tiên chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới nhà truờng, khoa điện, bộmôn ĐKTĐ, các thầy cô đã dạy dỗ và dìu dắt chúng em trong suốt 5 năm học vừa quađể có được những kiến thức chuyên môn cơ sở sau này chúng em có thể vào đời làmviệc, sử dụng có ích cho xã hội.Để thực hiện thành công đồ án là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS PhanXuân Minh, Người đã hướng dẫn tận tình , giúp chúng em định hướng, góp ý và cungcấp ý tưởng cũng như chỉ dẫn tài liệu và các tiến trình thực hiện đồ án .Sự hướng dẫncủa cô là một yếu tố quan trọng để chúng em có thể hoàn thành đồ án này .Cuối cùng chúng em xin chân thành gửi những lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ vàgia đình, những người luôn sát cánh cùng chúng em, nuôi dưỡng chăm sóc chúng emtạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập để có kết quả như ngày hôm nay.Chúng em xin chân thành cảm ơn

Trang 1

Trường đại học bách khoa hμ nội

Khoa điện

Bộ môn điều khiển tự động

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:Thiết kế bộ điều khiển PID số trờn nền

vi điều khiển PIC

Giỏo viờn hướng dẫn : PGS.TS Phan Xuõn MinhSinh viờn thực hiện : Phạm Văn Cường

Hoàng Văn Quõn

Hà Nội 5 - 2009

Trang 2

Mục lục

Lời mở đầu

5

Lời cảm ơn

7

1.2 Vi đ i ề u khi ể n Pic18F4520

8

1.2.1 T ổ ch ứ c b ộ nh ớ (Memory Organization)

13

1.2.2 8 x 8 HARDWARE MULTIPLIER

22

1.2.3 Ng ắ t (Interrupts)

23

1.2.4 C ổ ng vào ra (I/O Port)

32

Trang 3

1.2.5 B ộ định th ờ i (Timer)

33

1.2.6 ộ B truy ề n nh ậ n d ữ li ệ u đồ ng b ộ (EUSART-Enhanced Un iversal

Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)

Trang 4

c) Kh ố i bàn phím

60

d) Kh ố i hiể n thị LCD 2x16(2 dòng, 16c ột)

61

e) Kh ố im ạch độ ngl ự cđ i ề u ểkhi n

62

f) Kh ố i nguồ n 12V/5V

62

g) Các khố i khác

64

2.2.2 Gi ả i thu ậ t ươ ch ng trình

65

a) Loop đ i ề ukhi ển

65

b) Thuậ t toán PID s ố

66

Trang 5

2.2.3 Thi ế t k ế ầ n ph m ề m đ i ề u khi ể n và giám sát trên máy tính

69

2.3 Kit đ i ề u khiển

72

3.1.1 Thông s ố k ĩ ậ t thu .

72

Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân Lớp ĐKTĐ1-K49

1

3.1.2 Nh ậ n d ạ ng mô hình động h ọ c c ủ a độ ng c ơ đ i ệ n ộ t m chi ề u .

74

Trang 6

3.1.5 Đánh giá chất lượng mô hình

78

3.4 Cảm biến (Encoder)

81

3.5 Hệ thống điều khiển

84

3.6 Một số hình ảnh về Kit điều khiển động cơ sử dụng vi điều khiển PI

C 86

3.7 :Kết quả thực nghiệm

87

3.8 So sánh kết quả mô phỏng và thực tế

Trang 7

Kết luận

92

2

Trang 8

Hình 1.5: Clock/Instruction Cycle

Trang 9

Hình 2.1 Mô hình khối mạch điều khiển

Trang 10

Hinh 3.2 Sơ đồ thu thập dữ liệu nhận dạng

72

Trang 11

Hình 3.2 Đặc tính thu thập dữ liệu nhận dạng

78

Hình 3.10 Sơ đồ chân L298

79

Hình 3.11: Các chế độ của L298

Trang 12

Hình 3.12 : Sơ đồ giải pháp

Trang 13

Hình 3.20 Đặc tính với bộ điều khiển PI

Trang 15

Bài toán thiết kế và điều khiển động cơ một chiều là bài toán cơ bản và que

được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày tháng năm 2009

Sinh viênPhạm Văn CườngHoàng Văn QuânLớp ĐKT1 - K49

Trang 16

để có được những kiến thức chuyên môn cơ sở sau này chúng em có thể vào đ

ời làm

việc, sử dụng có ích cho xã hội

Để thực hiện thành công đồ án là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.T

Trang 17

6

Vi điều kh iển Pic

Chương 1: Họ vi điều khiển PIC và vi điều

khiển PIC18F4520 1.1 Giới thiệu chung

Ngày nay, những ứng dụng của vi điều khiển đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt và

sản xuất của con người Thực tế hiện nay là hầu hết các thiết bị điện hiện nay đều có

sự góp mặt của vi điều khiển và vi xử lí Ứng dụng vi điều khiển trong thiế

Pic để thực hiện ứng dụng và phát triển không ngoài những nguyên nhân sau:

- Họ vi điều khiển Pic phát triển và sử dụng phổ biến ở nước ta => việc tìm

mua và trao đổi kinh nghiệm là hết sức thuận lợi

- Giá thành các dòng Pic là không quá mắc

- Các dòng Pic có đầy đủ tính năng để hoạt động độc lập

- Là sự bổ sung hợp lý về kiến thức cũng như ứng dụng cho họ vi điều khiển

8051

- Có sự hỗ trợ cao của nhà sản xuất về các công cụ lập trình, trình biên dịch,

Trang 18

mạch nạp Pic từ đơn giản tới phức tạp Không những vậy các tính năng đa

dạng của các đòng Pic không ngừng được phát triển

- Có nhiều bộ phận ngoại vi ngay trên chip, bao gồm: Cổng và/ra số,

xuất Microchip với đặc điểm 28/40/44 -Pin Enhanced Flash Microcontrollers with 10-

Bit A/D and nanoWatt Technology Dòng sản phẩm này có nhiều cải tiến đán

g kể về

tính năng so các dòng Pic trước đó như :

- Bộ nhớ chương trình được tăng cường (16Kbytes for PIC18F2420/4420

devices and 32Kbytes for PIC18F2520/4520 devices)

7

- I/O ports (3 bidirectional ports on 28-pin devices, 5 bidirectional ports on

40/44-pin devices)

- Tăng cường modul CCP

- Sử dụng công nghệ nanoWatl

Trang 19

Dòng sản phẩm này nói chung có nhiều sự tương đồng về tính năng nhưn

1.2 Vi điều khiển Pic18F4520

Vi điều khiển Pic18F4520 có các đặc điểm cơ bản:

- Sử dụng công nghệ nanoWatl: Hiệu năng cao, tiêu thụ năng lượng ít

thể thực hiện được 100.000 lần ghi/xóa

256 bytes EEPROM có thể thực hiện được 1.000.000 lần ghi/xóa-

256 bytes SRAM

- Những ngoại vi tiêu biểu

4 bộ định thời/bộ đếm 8 bit với các chế độ tỉ lệ đặt trước và chế độ

so sánh

Bộ đếm thời gian thực với bộ tạo dao động riêng biệt

2 kênh PWM

13 kênh ADC 10 bit

Bộ truyền tin nối tiếp USART khả trình

Trang 20

Watchdog Timer khả trình với bộ tạo dao động bên trong riê

ng biệt

Bộ so sánh tương tự

- Các đặc điểm đặc biệt khác

Power on Reset và dò Brown out khả trình

8

Bộ tạo dao động RC được định cỡ bên trongCác nguồn ngắt bên trong và bên ngoài

- I/O và các kiểu đóng gói

32 đường I/O khả trìnhĐóng gói 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, và 44-pad MLF

Trang 21

Hình 1.1 Sơ đồ khối kiến trúc vi điều khiển PIC18F4520

9

Sơ đồ chân của các vi điều khiển Pic18F4420/4520

Hình 1.2 Sơ đồ chân vi điều khiển Pic18F4520

Sau đây là giới thiệu cấu tạo chân loại 40 chân (40 Pin PDIP):

Chân 1( MCLR /VPP/RE3) :

Trang 22

- MCLR là đầu vào Master Clear (reset) hoạt động ở mức thấp dể reset toàn bộ

thiết bị

- VPP dùng để thay đổi điện áp đầu vào

- RE3 đầu vào số

Các chân thuộc cổng vào ra Port A

Chân 2(RA0/AN0):với RA0 là cổng vào ra số, AN0 là đầu vào tương tự Input0

Chân 3(RA1/AN1): RA1 là cổng vào ra số, AN1 là đầu vào tương tự Input1

Chân 4(RA2/AN2/VREF+): RA2 là cổng vào ra số, AN2 là đầu vào tương tự

Input2 VREF+ đầu vào tương tự chuyển đổi A/D điện áp tham chiếu(mứ

c thấp),

còn CVREF là đầu ra tương tự để so sánh điện áp chuẩn

Chân 5(RA3/AN3/VREF-/CVREF ): RA3 là cổng vào ra số, AN3 là đầu và

ngoài của Timer0, C1OUT là đầu ra bộ so sánh 1

Chân 7(RA5/AN4/ SS /HLVDIN/C2OUT): trong đó RA5 là cổng vào ra

só, AN4

là đầu vào tương tự Input 4, SS chọn đầu vào phụ thuộc SPI, HLVDINđ

ầu vào

tương tự để dò điện áp, C2OUT đầu ra bộ so sánh 2

10

Chân 13(OSC1/CLKI/RA7): với OSC1là đầu vào bộ dao động thạch anh hoặc là

Trang 23

đầu vào nguồn xung từ bên ngoài, khi ta nối dây với các thiết bị tương tự thì đầu

vào này dạng ST( Schmitt Trigger input ưith CMOS levels).CLKI là đ

ầu vào

CMOS cho nguồn xung bên ngoài và luôn được ghép nối với chân OSC

1 Còn

RA7 là chân vào ra sử dụng chung

Chân 14(OSC2/CLKO/RA6): OSC2 là đầu ra bộ dao động thạch anh được nối

với thạch anh hoặc bộ công hưởng dể lựa chọn dạng bộ dao động thạ

cho kéo đầu vào bên trong yếu lên trên toàn bộ đầu vào

Chân 33(RB0/INT0/FLT0/AN12): Với RB0 là cổng vào ra số, INT0 là đầu vào

ngắt ngoài Interrup 0, FLT0 là đầu vào báo lỗi PWM được tăng cường CCP1,

AN12 đầu vào tương tự Input 12

Chân 34(RB1/INT1/AN10): RB1 là đầu vào ra số, INT1 đầu vào ng

ắt ngoài

Interrup1, AN10 đầu tương tự Input 10

Chân 35(RB2/INT2/AN8): RB2 là đầu vào ra số, INT2 đầu vào ng

ắt ngoài

Interrup2, AN8 đầu tương tự Input 8

Chân 36 (RB3/AN9/ccp2): RB3 là đầu vào ra số, AN9 đầu tương tự Input 9,

CCP2 ( Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2 output.)

Chân 37(RB4/KBI0/AN11):): RB4 là đầu vào ra số, KBI0 thay đổi

mở ngắt,

AN11 đầu tương tự Input 9

Chân 38(RB5/KBI1/PGM): RB5 đầu vào ra số, KBI1 thay đổi mở ngắ

t, PGM

cho phép có thể lập trình ISCPTM ở điện áp thấp

Chân 39(RB6/KBI2/PGC): RB6 là đầu vào ra số, KBI2 thay đổi mở ng

ắt, PGC

Trang 24

chân dùng trong mạch chạy và xung lập trình ICSP.

Chân 40(RB7/KBI3/PGD): RB7 đầu vào ra số, KBI3 thay đổi mở ng

ắt, PGD

chân dùng trong mạch chạy và xung lập trình ICSP

Các chân công Port C

Chân 15(RC0/T1OSO/T13CKI):RC0 đầu vào ra số, T1OSO đầu ra bộ d

ao động

Timer1, T13CKI đầu vào xung bên ngoài Timer1/Timer3

Chân 16(RC1/T1OSI/CCP2): RC1 đầu vào ra số, T1OSI đầu vào bộ d

ao động

Timer1, CCP2(Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2 output.)

Chân 17(RC2/CCP1/P1A): RC2 lầ đầu vào ra số, CCP1(Capture1 input/Compare

1 output/PWM1 output.), P1A đầu ra tăng cường CCP1

Chân 18(RC3/SCK/SCL): RC3 là đầu vào ra số, SCK đầu vào ra đư chu

Chân 23(RC4/SDI/SDA): RC4 là đầu vào ra số, SDI đầu vào dữ liệu A

PI, SDA

đầu vào ra dữ liệu cho I2C

Chân 24(RC5/SDO): RC5 đầu vào ra số, SDO đầu ra dữ liệu SPI

Chân 25(RC6/TX/CK): RC6 đầu vào ra số, TX đầu ra chuyển đổ

i dị bộ

EUSARRT, CK dầu vào ra xung đồng bộ EUSART

Chân 26(RC7/RX/DT): RC7 đầu vào ra số, RX đầu vào nhận dị bộ EUSA

RT, DT

đầu vào ra dữ liệu đồng bộ EUSART

Trang 25

Các chân cổng Port D( Port D có thể vào ra hai hướng hoặc cổng song so

ng phụ

thuộc(PSP) cho giao diên vi xử lý và khi đó các đầu vào phải là TTL

Chân 19(RD0/PSP0): RD0 đầu vào ra số, PSP0 cổng dữ liệu song song phụ

thuộc, P1B đầu ra được tăng cường CCP1

Chân 29(RD6/PSP6/P1C): RD6 đầu vào ra số, PSP6 cổng dữ liệu song song phụ

thuộc, P1C đầu ra được tăng cường CCP1

Chân 30(RD7/PSP7/P1D): RD7 đầu vào ra số, PSP7 cổng dữ liệu song song phụ

thuộc, P1D đầu ra được tăng cường CCP1

Các chân cổng Port E

Chân 8(RE0/ RD /AN5): RE0 đầu vào ra số, RD đầu vào điều khiển đọc c

ho cổng

PSP, AN5 đầu vào tương tự Input5

Chân 9(RE1/ WR /AN6): RE1 đầu vào ra số, WR đầu vào điều khiển viết

dữ liệu

cổng PSP, AN6 đầu vào tương tự Input6

Chân 10(RE2/ CS /AN7): RE2 đầu vào ra số, CS điều khiển chọn Chip c

ho cổng

PSP, AN7 đầu vào tương tự Input7

- Đầu RE3 nằm ở chân 1

Trang 26

Các chân khác

Chân 12,31(VSS): nối đất chuẩn cho I/O và logic

Chân 11,32(VDD): cungcấp nguồn dương cho I/O và logic

Loại 44 chân có thêm một số chân phụ khác khi cần thiết ta có thể dễ dàng tra

trong DataSheet Chi tiết hơn chúng ta có thể thấy qua sơ đồ kh

ối của

Pic18F4420/4520 trong tài liệu do microchip cung cấp sẽ có hoàn toàn đầy đ

ủ thông

tin đặc điểm cấu tạo

12

1.2.1 Tổ chức bộ nhớ (Memory Organization)

Dòng Pic18Fxxxx được tổ chức bộ nhớ thành ba loại:

• Bộ nhớ chương trình (Program Memory)

• Bộ nớ dữ liệu RAM (Data RAM)

• Bộ nhớ dữ liệu EEPROM (Data EEPROM )

Tổ chức các bộ nhớ chương trình theo kiến trúc Harvard được sắp xếp theo s

ơ đồ:

Trang 27

Hình 1.3: Tổ chức bộ nhớ chương trình

Tổ chức bộ nhớ chương trình(Program Memory Organization)

Dòng vi điều khiển Pic18xxxx là thiết bị với 21bit bộ đếm chương trinh PC

(Program counter) có thể quản lý 2Mbyte bộ nhớ chương trình Với Pic18F4

Bộ đếm chương trình – PC (Program Counter)

PC có độ rộng 21 bits phân chia trên 3 thanh ghi 8 bits: thanh ghi PCL, thanh ghi

PCH, thanh ghi PCU Dữ liệu bytes địa chỉ của PC được lưu trong bộ nhớ chương

trình Khi sử dung cần lưu ý tới cấu trúc lệnh có làm thay đổi giá trị PC hay không

13

Khôi phục dịa chỉ ngăn xếp (RETURN ADDRESS STACK)

Ở đây ta có thể cho phép lưu trữ gọi 31 chương trình và các ngắt xảy ra Trong

thực thi ngăn xếp cấu trúc lệnh CALL và RCALL là được quan tâm Sơ đ

ồ ngăn

xếp dạng:

Trang 28

Hình 1.4: Sơ đồ địa chỉ ngăn xếp

Trong vùng ngăn xếp này cần quan tâm tới::

- Top-of-Stack Access

- Return Stack Pointer (STKPTR)

- Stack Full and Underflow Resets

Khi chúng ta lập trình cần thiết chính xác khi gọi chương trình qua lệnh Call và

Rcall nên khi tác động cần quan tâm sự thay đổi các ngăn xếp cũng như quản lý

con trỏ (Pointer) Ta có thể dùng các lệnh Push và Pop để điều khiển con tr

ỏ Một

quan tâm khác nữa đó là Stack Pointer Register (STKPTR) - thanh ghi con trỏ

ngăn xếp:

Bit 7 (STKFUL): bit cờ báo ngăn xếp đầy

− Giá tri 1 có nghĩa là ngăn xếp đã đầy hoặc tràn

− Giá trị 0 thì ngăn xếp vẫn chưa bị đầy hoặc trànBit 6 (STKUNF): bit cờ báo tràn dưới

− Giá trị 1: xảy ra tràn dưới

− Giá trị 0: không có tràn dướiBit 5 (Unimplementad): mang giá trị “0”

Bit 4-0 (SP<4:0>:Các bit xác định con trỏ ngăn xếp

Chúng ta có thể xóa bit 6 và bit 7 nhờ phần mềm hoạc bởi một POR

FAST REGISTER STACK

Nhóm thanh ghi này gồm có các thanh ghi: Status, WREG, BSR giúp vi

ệc khôi

phục nhanh lựu chọn cho các ngắt Ví dụ một chương trình:

14

Trang 29

Việc quản lý tốt bộ nhớ chương trình sẽ giúp ta thực hiện chương trình tốt hơn

cũng như tối ưu câu lệnh

Trang 30

15

Hình 1.7 Instruction In Program Memory

Tổ chức dữ liệu bộ nhớ(Data Memory Organization)

Pic18Fxxxx là họ Statis Ram mỗi thanh ghi bộ nhớ dữ liệu có 12 bit địa chỉ,

cho phép truy nhập tới 4096 bytes dữ liệu bộ nhớ Không gian bộ nhớ chia làm

16 bank gồm 256 byte mỗi bank Pic18F4520 như sơ đồ phía sau

Bộ nhớ dữ liệu bao gồm : thanh ghi chức năng đặc biệt (SFRs), thanh g

Trang 31

Hình 1.8 Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ dữ liệu Pic18F4520

Theo cấu trúc lệnh và kiến trúc dòng Pic18Fxxxx cho phép các bank ho

đơn Pic 18Fxxxx cung cấp một AccesBank gồm 256 byte bộ nhớ cho phép tr

uy cập

nhanh tới SFRs và phần Bank0 của GPR nếu không sử dụng BSR

Chi tiết các bank thanh ghi và chức năng ta có thể theo dõi kĩ hơ

n trong

dataSheet

Sau đây là một số cấu trúc các thanh ghi điển hình:

Trang 32

Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc thanh ghi của Pic18F4520 Thanh ghi Status (Status Register)

Bit 7-5 (Unimplemented): mang giá trị “0”

Bit 4 (N): bit xác định dấu(Negative bit) dược sử dụng cho số có dấu(số b

ù 2), nó

được xác dịnh khi kết quả mang dấu âm(ALU MSB=1)

− Giá trị 1: kết quả là âm

− Giá trị 0: kết quả là dươngBit 3 (OV): bít báo tràn(overflow bit) được sử dụng cho số có dấu (số b

− Giá trụ 1: kết quả các phép toán số học và logic là bằng “0”

− Giá trị 0 : kết quả các phép toán khác “0”

Bit 1 (DC): Digit Carry/ borrow bit Sử dụng cho các lệnh ADDWF, A DDLW,

− Giá trụ 1: xảy ra việc thao tác 4 bit thấp

17

− Giá trị 0 : không xảy ra việc thao tác 4 bit thấp

Bit 1 (DC): Carry/ borrow bit Sử dụng cho các lệnh ADDWF, A DDLW,

− Giá trụ 1: xảy ra việc thao tác bit quan trọng

Trang 33

− Giá trị 0 : không xảy ra việc thao tác với bit quan trọng.

Các kiểu địa chỉ dữ liệu(Data Addressing Modes)

Có bốn kiểu địư chỉ như sau:

• Địa chỉ có sẵn (Inherent addressing)

• Địa chỉ bằng chữ (Literal addressing)

• Địa chỉ có hướng (Direct addressing)

• Địa chỉ vô hướng (Indirect addressing)

Các chế độ này có chế độ địa chỉ theo hướng khi sử dụng có liên hệ thanh ghi

FSR

Bộ nhớ dữ liệu và cấu trúc lệnh được mở rộng(Data Memory and the

Extended Instruction Set)

Pic 18 có khả năng cho ta mở rộng cấu trúc lệnh nhờ Access Bank và cho

Trang 34

18

Bộ nhớ chương trình Flash (Flash Program Memory)

Đặc điểm bộ nhớ Flash là có khả năng đọc viết và xoá trong thời gian ho

ạt động

dựa vào khoảng điện áp VDD một cách dễ dàng

Tại một thời điểm chúng ta có thể thực hiện đọc một byte, Viết một khối 3

liệu Sẽ có một bộ đếm thời gian khi có hoạt động xoá hoặc viết

Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu một số thuộc tính cơ bản khi thao tác bộ nhớ Flash

Table Reads and Table Writes

Theo thứ tự đọc và viết dữ liệu cho phép vi xử lý di chuyển các byte giữa không

gian bộ nhớ chương trình và dữ liệu trong RAM thông qua: Table Reads an

nhớ của RAM.:

Trang 35

Bảng viết hoạt động lưu trữ dữ liệu từ bộ nhớ dữ liệu htông qua đó giữ trong bộ

nhớ chương trình:

19

Control Registers

Có bốn thanh ghi điều khiển:

• EECON1 register

• EECON2 register

• TABLAT (TABLE LATCH ) register

• TBLPTR(TABLE POINTER) registers

Ta đưa ra thanh ghi EECON1 ví dụ:

Bit 7 (EEPGD): bit lựa chọn bộ nhớ Flash và bộ nhớ dữ liệu EEPROM

− Giá trị 1:Cổng vào cho bộ nhớ Flash

− Giá trị 0: Cổng vào cho bộ nhớ EEPROM

Trang 36

Bit 6 (CFGS): bit lựa chọn bộ nhớ Flash , bộ nhớ dữ liệu EEPROM hoặ

c thanh

ghi cấu hình (Configuration register):

− Giá trị 1:Cổng vào cho thanh ghi cấu hình

− Giá trị 0: Cổng vào cho bộ nhớ EEPROM hoặc bộ nhớ Flash

Bit 5 (Unimplemented): mang giá trị “0”

Bit 4 (FREE): bit cho phép xóa bộ nhớ Flash theo hàng:

− Giá trị 1: Xoá bộ nhớ chương trình theo địa chỉ hà

ng bởi

TBLPTR trên cơ sỏ lệnh WR kế tiếp

− Giá trị 0: Chỉ thực hiện hoạt động viết

Bit 3 (WRERR): bit cờ để báo lỗi trren bộ nhớ Flash và bộ nhớ

dữ liệu

EEPROM − Giá trị 1: Một hoạt động viết kết thúc sớm

− Giá trị 0: Hoạt động viết được hoàn tất

Bit 2 (WREN): bít cho phép hoạt động viết trên bộ nhớ Flash và bộ nhớ

Bit 1 (WR): bit điều khiển hoạt động viết

− Giá trị 1: Bắt đầu chu kỳ xóa/viết dữ liệu trên bộ nhớ

dữ liệu

EEPROM hoặc bộ nhớ chương trình

− Giá trị 0: Chu kỳ viết trên bộ nhớ EEPROM hoàn tất

Bit 0 (RD): Bit điều khiển hoạt động đọc

− Giá trị 1: Bắt đầu hoạt động đọc dữ liệu EEPROM

− Giá trị 0: Chưa bắt đầu hoạt động đọc dữ liệu

Ta có thể xác định hoặc điều khiển các bit 0 và bit 1 nhờ phần mềm

20

Reading the Flash Program Memory

Khi đọc dữ liệu chúng ta sử dụng cấu trúc lệnh TBLRD để lấy dữ liệu từ

bộ nhớ

tới bộ nhớ RAM Hoạt động theo hình sau:

Trang 37

Erasing Flash Program Memory

Việc thực hiện xoá dữ liệu có thể thông qua người lập trình hoặc thông q

thanh ghi EECON1

Writing to Flash Program Memory

Ta có thể thực hiện viết dữ liệu từ bên trong để tải dữ liệu cần thiết tới

Trang 38

Flash Program Operation During Code Protection

21

Bộ nhớ dữ liệu EEPROM (Data EEPROM Memory)

Dữ liệu EEPROM là một mảng bộ nhớ bất biến được phân chia từ bộ nh

hoạt đông thông qua khoảng điên áp VDD

Năm thanh ghi SFRs được sử dụng để đọc và viết dữ liệu bộ nhớ EEPRO

M gồm:

EECON1, EECON2, EEDATA, EEADR

Khi có giao diện tới khối dữ liệu bộ nhớ thì EEDATA nhiệm vụ giữ dữ liệu 8bit để

đọc viết còn thanh ghi EEADR là để chốt địa chỉ EEPROM cho phép truy nhập

Một byte được viết ngay lập tức xoá tai vị trí đó và viết dữ liệu mới, quá trì

nh này

được điều khiển bới bộ đếm thời gian on-Chip

Thanh ghi EEADR (EEADR Register)

Chức năng thanh ghi này dùng dể đưa địa chỉ dữ liệu trong hoạt động đọc/viết

Thanh ghi này độ rộng 8 bit có khả năng quản lý bộnhớ rộng FFh)

EECON1 and EECON2 Registers

Cả hai thanh ghi này dùng để điều khiển truy nhập dữ liệu EEPROM, ho

Trang 39

Quá trình đọc dữ liệu nhờ thanh ghi EEDATA, thanh ghi này sẽ giữ giá trị cần đọc

tới khi nó được viết bới người sử dụng Nhưng để đọc dược dữ liệu người s

ử dụng

phải viết dữ liệu lên thanh ghi EEADR, xoá bit điều khiển EEPGD Thuộc thanh gi

EECON1<7>, sau dó set bit điều khiển EECON<0>

Writing to the Data EEPROM Memory

Quá trình viết dữ liệu vào bộ nhớ EEPROM trước tiên là nạp địa chỉ vào thanh ghi

EEADR, sau đó viết dữ liệu lên thanh ghi EEDATA

Kiểm tra lại quá trình viết dữ liệu (Write Verify)

Hoạt đông này phụ thuộc vào từng ứng dụng và nó đảm bảo ta có bài lập trìn

h tốt

Operation During Code-Protect

Protection Against Spurious Write

Using the Data EEPROM

1.2.3 Ngắt (Interrupts)

Dòng Pic18Fxxxx này cung cấp cho người sử dụng nhiều nguồn ngắt và một đăc

Trang 40

trưng ưu tiên ngắt là hầu hết các ngắt đều có cả mức ưu tiên cao và thấp Ngắt

ưu tiên

cao ở địa chỉ 0008h, ngắt ưu tiên thấp ở địa chỉ 0018h Những ngắt ưu tiên c

ao thực

hiện ngắt còn các ngắt ưu tiên thấp phải được gọi trong chương trình

Có tất cả mười thanh ghi sử dụng dể điều khiển hoạt dộng ngắt gồm:

Nói chung các nguồn ngắt có 3 bit dể điều khiển hoạt động ngắt;

• Flag bit : để xác định sự kiện ngắt xảy ra

• Enable bit : Cho phép thực hiện ngắt tại địa chỉ Flag bit trỏ tới

• Priority bit : Để chọn mức ưu tiên cho ngắt

Ngoài ra ở các thanh ghi chức năng cụ thể phục vụ cho các ngắt thì có các b

Định dạng
Số trang	159
Dung lượng	7,73 MB

Thiết kế bộ điều khiển PID số trên nền vi điều khiển PIC năm 2014

Bộnhớ chương trỡnh Flash (Flash Program Memory)

Cổng vào ra (I/O Port)