Tìm hiểu cách dùng PIC để chạy motor bước

Cùng Bạn vào InterNet: Tìm hiểu cách dùng PIC để chạy motor bước Rất vui khi thấy Bạn vào xem Dẫn nhập, Tôi làm nghề điện tử trên 40 năm, vừa làm thợ mở tiệm sửa máy, vừa mở trường dạy nghề, vừa viết sách kỹ thuật, do vậy tư liệu kỹ thuật đối với tôi rất cần yếu, nhớ lại lúc trước, khi muốn tập trung tư liệu cho một đề tài, tôi phải mất rất nhiều thời gian, lại phải nhờ công sức của bạn bè khắp nơi, tốn rất nhiều tiền bạc mới có. Còn bây giờ thời đại của Internet, trên đó tích gốp vô số thông tin kỹ thuật từ đơn giản cho đến tận cao siêu, nhiều không kể siết, và với ý niệm "thông tin là của chung, mọi người cùng hưởng", với Internet chúng ta có thể trong một khoảng thời gian ngắn là đã lấy đủ thông tin liên quan đến chủ đề mà mình muốn tìm, muốn tập trung cho công việc muốn làm trước mắt, thật tiện lợi vô cùng. Trong lần này, tôi sẽ cùng Bạn đi tìm tư liệu về ic lập trình họ PIC và tìm hiểu cách viết các chương trình nguồn dùng để chạy motor bước (Stepper motor, 步進馬達) và cũng sẽ giới thiệu với Bạn nhiều địa chỉ Web có liên quan đến chủ đề PIC để Bạn tham khảo khi cần, mong bài viết sẽ có ích với nhiều Bạn. (VKH). Giới thiệu trang Web Có một trang Web của người Nhật đã chuyển qua Anh ngữ (và nhiều thứ tiếng khác), viết về đề tài kỹ thuật điện tử rất hay, quá hay, trong trang Web này, Bạn có thể tìm thấy một mãnh chuyên viết về PIC, dành cho người mới làm quen với PIC, cách viết, cách trình bày, bố cục đi từ dễ đến khó rất rõ ràng dễ hiểu. Tôi muốn giời thiệu với Bạn trang Web này. Bạn Click vào đây để mở trang Web nói về bộ môn điện tử của người Nhật (Bản chữ Anh). Khi vào trang Web này, Bạn sẽ thấy bản đề mục như hình sau, trong đó có 2 mục liên quan đến chủ đề PIC. Bạn hãy vào 2 mục: Guide to use the PIC (giới thiệu cách dùng ic PIC) PIC Circuit Gallery (Các ứng dụng của ic PIC) Tôi sẽ dùng tư liệu có trong 2 mục này và kết hợp thêm một số tư liệu của các trang Web khác và hiểu biết của chính mình để tìm hiểu về chủ đề motor bước hay còn gọi là motor bộ tiến. Do bài viết ở mức phổ quát nên tôi chọn cách viết bình dị phù hợp cho nhiều Bạn mới làm quen với PIC. Khái quát về PIC PIC là gì? PIC(Peripheral Interface Controller) là nhóm các IC dùng để chấp hành câu lệnh điều khiển theo các chương trình đã có trong bộ nhớ. Bộ nhớ và CPU có thể xem như bộ óc của máy và PIC là các hệ thần kinh dùng để chấp hành các chương trình đã có trong bộ nhớ. Để cụ thể chúng ta sẽ đơn cử một ic PIC dùng để phân tích, đó là ic PIC16F84A Khi trên tay Bạn có một ic PIC, 3 điều Bạn cần hiểu về nó là: (1) Sơ đồ chân và công dụng của các chân. (2) Sơ đồ chức năng cho thấy cấu trúc bên trong và sự vận hành của nó. (3) Sơ đồ tổ chức của các loại bộ nhớ, nhất là các thanh nhớ đặc dụng. (1) Sơ đồ chân của IC sẽ cho Bạn những hiểu biết về cấu trúc mạch điện, quen gọi là phần cứng. Về các sơ đồ mạch điện dùng ic vi điều kiển họ PIC, nói chung rất đơn giản. Bạn chú ý đến việc cấp nguồn, việc gắn thạch anh định tần và chọn định kiểu reset. Tất cả các lệnh xuất nhập bit dùng cho chức năng điều khiển đều cho thực hiện trên các cảng. Ở ic PIC16F84A có 2 cảng: Cảng A có 5 chân và cảng B có 8 chân. Do đó muốn sử dụng các ic vi điều khiển (dù cho đối với họ nào đi nữa) thì điều đầu tiên là Bạn phải hiểu rõ hoạt động của các bến cảng của ic đó. Ở đây chúng ta sẽ nói đến 2 cảng của PIC16F84A, cảng A và cảng B. Bạn xem một sơ đồ kinh điển dùng ic PIC16F84A (dùng điều khiển 8 Led trên cảng B). Hình vẽ cho thấy: * Chân 5 nối masse, chân 14 nối nguồn. Nguồn 5V được tạo ra từ ic ổn áp 7805. * Chân 15, chân 16 gắn thạch anh định tần (tần số thạch anh là 10MHz). * Chân 4, chân reset cho nối lên mức áp cao, vậy sơ đồ này dùng mạch reset nội. * Các cảng: + Trên cảng A gắn 5 nút nhấn chọn mode với 5 điện trở treo áp + Trên cảng B gắn 8 Led biểu hiện trạng thái bit trên cảng B với 8 điện trở hạn dòng, Led sáng với bit 0 và tắt với bit 1. Chỉ với mạch điện này, Bạn đã có thể dùng câu lệnh (35 câu lệnh, xem phần dưới, trình bày 35 câu lệnh dùng để viết các chương trình nguồn chạy các ic PIC ) để tạo ra các trạng thái nhấp nháy của 8 Led theo ý muốn của Bạn, Bạn có thể chọn các kiểu nhấp nháy theo các nút nhấn gắn trên cảng A. (2) Nhìn sơ đồ chức năng, Bạn sẽ hiểu được các trình thức hoạt động của IC. Giải thích khái quát về sơ đồ khối: Flash Program Memory có dung lượng 1024 thanh nhớ, loại rộng 14 bit (1Kx14). Ở đây Bạn cất giữ các mã lệnh của chương trình nguồn. Các mã lệnh được truy cập theo mã địa chỉ có trong thanh ghi PC (Program Counter). Mã lệnh xuất ra trên thanh ghi Instruction Register. Thanh ghi Program Counter dùng ghi các địa chỉ của mã lệnh của bộ nhớ Flash ROM. Trong hoạt động, khi dùng lệnh nhẩy đến các chương trình con, thì địa chỉ hiện tại sẽ được tạm thời cho cất giữ trong các thanh ghi ngăn xếp, ở đây chiều xâu ngăn xếp chỉ có 8 lớp (8 Level Stack). Ngăn xếp 8 Level Stack dùng lưu giữ các mã địa chỉ của chương trình chính khi trong chương trình có dùng lệnh nhẩy. Địa chỉ cất vào ngăn xếp có thể hiểu như dùng lệnh Push và địa chỉ lấy ra từ ngăn xếp có thể hiểu như dùng lệnh Pop. Instruction Register là thanh ghi mã lệnh, ở ngả ra, mã lệnh có thể chuyển đến khối giải mã Instruction Decode & Control để tạo ra lệnh điều khiển. Hay chuyển đến khối xử lý địa chỉ đa kênh Address Multiplex để truy cập các thanh nhớ trong bộ nhớ RAM (File Register). Instruction Decode & Control là khối giải mã, xác định tính năng điều khiển trong câu lệnh, nó tác dụng vào khối định trạng thái cho IC. Khối này gồm có các chức năng: Power- up Timer, Oscillator Start-up Timer, Power-on Reset, Watchdog Timer. Power-up Timer dùng kích hoạt IC theo đồng hồ Timer. Oscillator Start-up Timer dùng kích hoạt mạch dao động theo đồng hồ Timer. Power-on Reset dùng “phục nguyên” các thanh ghi trong ic PIC khi nó mới được cấp nguồn. Watchdog Timer dùng vào ra mode “Chó giữ nhà” theo đồng hồ Timer, một tính năng dùng để tiết kiệm điện. Timing Generation là khối tạo ra xung nhịp chính, tần số của xung nhịp thường định theo thạch anh. PIC16F84A có thể hoạt động với xung nhịp 20MHz. Đồng hồ Timer 0 (TMR0) dùng một thanh đếm 8 bit để tạo ra chức năng điều khiển theo thời gian. Nó có thể đếm tối đa 256 xung nhịp, khi thanh đếm đầy, bit báo tràn sẽ chuyển lên mức 1. Các bến cảng I/O Port (gồm Port A có 5 chân và Port B có 8 chân) dùng xuất nhập dữ liệu. Nhiều chân còn có tính đa nhiệm (một chân mà làm nhiều nhiệm vụ), nên ngoài công năng xuất nhập dữ liệu nó còn có các công năng khác. Như công năng nhập xung đếm trên chân RA4/TOCKI, công năng ngắt trên chân RB0/INT… Bộ nhớ dữ liệu EEPROM Data Memory, đây là bộ nhớ xóa ghi được trên 1 triệu lần, EEPROM có 64 thanh nhớ, với độ rộng 8 bit (1 byte). Để truy cập dữ liệu trong các thanh nhớ, mã địa chỉ sẽ chuyển vào thanh ghi EEADR và dữ liệu xuất nhập trên thanh ghi EEDATA. Bộ nhớ RAM File Register, đây là bộ nhớ RAM có 68 thanh nhớ, với độ rộng 8 bit, trong đó có 12 thanh nhớ đặc dụng (SFR, Special Function Register), các thanh nhớ còn lại được dùng làm thanh nhớ phổ dụng (GPR, General Purpose Register). Các thanh nhớ đặc dụng xác định hoạt động của IC, các thanh nhớ phổ dụng dùng làm thanh nhớ tạm. Khi IC mất nguồn, các dữ liệu trong các thanh nhớ RAM đều bị xóa sạch. Người ta truy cập dữ liệu trong các thanh nhớ của RAM với bó nối mã địa chỉ RAM Addr (7 đường) và xuất nhập dữ liệu trên bó nối Data Bus (8 đường) Thanh ghi FSR (File Select Register) dùng truy tìm dữ liệu theo mã địa chỉ gián tiếp (Indirect Address), dùng bó nối Indirect Addr (7 đường). Thanh ghi STATUS (Status Register) dùng chọn định các điều kiện làm việc cho IC (Thanh ghi trạng thái này rất thường dùng). MUX (Multiplex) là khối xử lý đa nhiệm, nó cung cấp mã cho khối tính toán ALU. ALU (Arithmetic & Logic Unit) là khối thực hiện các phép toán số học và logic. Không có bộ phận này, IC không được gọi là IC máy tính. Thanh ghi W reg (Work Register) là thanh ghi công tác (một thanh ghi cực kỳ quan trọng của PIC), nó cất giữ các kết quả của khối toán ALU. (3). Bạn phải hiểu rõ công năng của các bộ nhớ, nhất là hiểu rõ các thanh nhớ đặc dụng. Các thanh nhớ của bộ nhớ File Register của RAM (Random Access Memory). Ở đây, người ta dùng cách chuyển dãi nhớ ( chuyển bank) cho bộ nhớ này. Mỗi dãi nhớ có dung lượng là 80 byte (80 thanh nhớ với mã địa chỉ là 00h đến 4fh). Trong IC vi điều khiển PIC16F84A có 2 dãi nhớ (có 2 Bank, bank0 và bank1). Bộ nhớ này chia ra làm 2 phần: Ở phần đầu, người ta lấy 12 byte (tức 12 thanh nhớ có địa chỉ từ 00h đến 0bh) của mỗi dãi dùng làm các thanh nhớ đặc dụng (SFR, Special Function Register) và dùng nó để đặt bit 0/1 xác định các trạng thái vận hành của PIC. Định điều kiện cho việc xuất nhập trên các bến cảng và còn định các điều kiện khác nữa. Có 16 thanh ghi khác nhau trong vùng chứa các thanh ghi đặc dụng (11 thanh trong bank0 và 5 thanh trong bank1). Nội dung trong mỗi thanh ghi này dùng quản lý sự vận hành của PIC. Mặc dù có tổng cộng 24 thanh ghi lưu trữ (file register), nhưng 7 trong chúng nằm chung trong cả hai bank. Còn lại 68 byte (tức 68 thanh nhớ, có địa chỉ từ 0ch đến 4fh), từ byte thứ 13 trở lên, được gọi là các thanh ghi phổ dụng (GPR, General Purpose Register), nó được dùng như các thanh nhớ tam thời dùng ghi các kết quả, các dữ liệu khi chương trình đang chạy. Nội dung ghi trong các thanh ghi phổ dụng GPR đều giống nhau trong cả hai dãi, do vậy việc dùng bit để chuyển bank0 hay bank1 cũng chỉ dùng được có 68 byte mà thôi (tức có 68 thanh nhớ thôi). Chúng ta biết, nội dung trong các thanh ghi phổ dụng sẽ bị xóa hết khi IC không được cấp điện. Với các thanh ghi này, số lần xóa ghi là không hạn chế. Mỗi thanh nhớ đặc dụng SFR đều có các công năng chuyên dùng như sau: INDF: Data memory contents by indirect addressing. Nội dung dữ liệu trong bộ nhớ xác định theo địa chỉ gián tiếp. TMR0: Timer counter. Thanh đếm của 8 bit của đồng hồ Timer0. PCL: Low order 8 bits of program counter. 8 bit thấp trong thanh ghi Program counter. STATUS: Flag of calculation result. Các bit cờ dùng cho các phép toán và chuyển bank. FSR: Indirect data memory address pointer. Thanh ghi con trỏ chỉ dữ liệu trong bộ nhớ theo mã địa chỉ gián tiếp. PORT A: PORT A DATA I/O. Gồm 5 bit thấp dùng xác lập trạng thái bit trên bến cảng Port A. PORT B: PORT B DATA I/O. Gồm 8 bit dùng xác lập trạng thái bit trên bến cảng Port B. EEDATA: Data for EEPROM. Thanh ghi dữ liệu dùng cho bộ nhớ EEPROM. EEDR: Address for EEPROM. Thanh ghi địa chỉ dùng cho bộ nhớ EEPROM. PCLATH: Write buffer for upper 5 bits of the program counter. Thanh ghi đệm dùng ghi 5 bit cao dùng cho thanh ghi con trỏ PC. INTCON: Interruption control. Gồm 8 bit dùng xác định tính năng ngắt. OPTIN_REG: Mode set. Gồm 8 bit dùng khai báo các mode cho PIC. TRISA: Mode set for PORTA. Thanh ghi 5 bit dùng xác định hướng chuyển dữ liệu xuất hay nhập cho Port A. TRISB: Mode set for PORTB. Thanh ghi 8 bit dùng xác định hướng dữ liệu xuất hay nhập cho Port B. EECON1: Control Register for EEPROM. Thanh ghi điều khiển việc ghi đọc cho bộ nhớ EEPROM. EECON2: Write protection Register for EEPROM. Thanh ghi thứ 2, dùng điều khiển bộ nhớ EEPROM. (Ở các ic PIC khác nó sẽ có cấu trúc bộ nhớ khác, muốn sử dụng ic PIC nào trước tiên Bạn phải tìm hiểu thật rõ các công năng của các thanh nhớ đặc dùng của nó, vì thông qua các thanh nhớ đặc dụng, Bạn mới có thể viết chính xác các chương trình nguồn và vận hành các ic PIC làm việc theo ý muốn của riêng Bạn). Sau đây là bảng ghi các thanh ghi đặc dụng: Bạn nên in ra để trước mặt khi viết các chương trình nguồn cho PIC [...]... (vốn là một nam châm vĩnh cữu) để tạo ra chuyển động quay, mỗi lần chỉ quay một bước Các cách đấu dây của một motor bước: Hình vẽ trên cho thấy cách đấu các cuộn dây của motor bước Bạn có thể cho đấu ra 8 dây, 6 dây, 5 dây hay 4 dây Trình bày cách tháo một motor bước (gồm 12 bước) : Nhìn các hình động (12 hình) Bạn thấy rõ các thành phần cấu tạo của một motor bước Tìm hiểu đề tài này trong trang Web... (Xét bit rb5 của portb để goto $-1 để xét tiếp) ;No Wait (quay lại dòng lệnh trên Đoạn chương trình trên cho thấy cách khởi tạo các tính IN/OUT cho các chân của cảng portA và cảng portB Ứng dụng: Viết chương trình nguồn cho motor bước Trước hết hãy nói về nguyên lý hoạt động của motor bước Cấu tạo của motor bước: Bạn xem hình Motor bước lấy bước góc làm đơn vị tính (các loại motor khác lấy số vòng...Bây giờ hãy nói đến cách dùng 35 câu lệnh của ic vi điều khiển họ PIC IC vi điều khiển họ PIC chỉ có 35 câu lệnh, muốn sử dụng ic PIC Bạn phải quen cách dùng các câu lệnh này, sau đâu là cách dùng và ý nghĩa của từng cầu lệnh Trước hết hãy hiểu rõ một số qui định dùng trong câu lệnh Trong các câu lệnh, ký tự f dùng để chỉ địa chỉ của các thanh nhớ, ký tự W là chỉ thanh... bài ứng dụng của PIC1 6F84A trên trang Web của Nhật Dùng PIC1 6F84A để điều khiển một motor bước với 3 nút nhấn: STOP, LEFT và RIGHT và một biến trở chỉnh tốc Nguyên lý vận hành của motor bước: Trong bài viết, tác giả dùng motor bước 2 pha (4 cuộn dây) với phần quay là một từ cực tạo từ nam châm vĩnh cữu và cho xung cấp dòng cho các cuộn dây trên phần tĩnh và tạo ra chuyển động quay, góc bước là 90 độ... nguồn với MPLAB và phân tích vài bo nạp PIC đơn giản, để Bạn ráp và dùng nạp PIC VKH) Chúng ta tách chương trình ra từng phần để tìm hiểu cách viết chương trình điều khiển motor bước (1) Phần đặt tên, tất cả các chú thích Bạn phải đặt sau dấu ; Source code file of Stepper Motor controller ;******************************************************** ; ; Stepper Motor controller ; ; Author : Seiichi Inoue... không? Phân tích cách viết chương trình nguồn dùng để điều khiển motor bước: Đây là chương trình nguồn dùng điều khiển motor bước theo sơ đồ mạch điện bên trên Source code file of Stepper Motor controller ;******************************************************** ; ; Stepper Motor controller ; ; Author : Seiichi Inoue ;******************************************************** list include p =pic1 6f84a p16f84a.inc... xem hình) Dùng hình động để trình bày nguyên lý vận hành của một motor bước có góc bước là 90 độ Với Motor bước có góc bước 7.5 độ, chúng ta sẽ phải cung cấp tín hiệu cho các cuộn dây 2 pha theo qui trình sau (Đoạn chương trình sẽ cấp tín hiệu theo bảng này cho motor bước) : Sơ đồ mạch điện và bản mạch bố trí linh kện: Giải thích sơ đồ mạch điện: Phần mạch cơ bản: Chân 5 cho nối masse để lấy dòng... dụ: Về cách viết các lệnh dùng để chọn hướng xuất nhập cho cảng portA và cảng portB trong PIC: Trước hết Bạn phải hiểu ý nghĩa các bit trong thanh ghi đặc dụng Status (Bạn xem hình) Hãy tìm hiểu ý nghĩa của từng bit trong thanh ghi STATUS (có địa chỉ 03h, 83h) Bit 7 ( IRP): Register Bank Select bit (used for indirect addressing) Bit dùng chọn dãi nhớ Bit IRP không dùng với PIC1 6F84A Sau lệnh Reset nó... lại chuyển xuống mức áp thấp (L) để qui trình trên được lập lại Vậy với điện trở R có trị lớn thì mức áp trên tụ sẽ lên chậm, điều này cho phép chúng ta có thể làm thay đổi tốc độ quay của motor bằng cách chỉnh điện trở R và kiểm tra bit 1 vào trên chân RB5 Giải thích các linh kiện dùng trong mạch: Tôi dùng hình động để giải thích nhanh các linh kiện dùng trong mạch, cách trình bày này ít chiếm chổ... đơn vị tính), motor bước gồm có 2 phần: Phần tĩnh (Stator) gồm các cuộn dây quấn trên các trụ từ cực khi các cuộn dây này nhận dòng xung nó sẽ trở thành các cực nam châm điện và tương tác với Phần quay (Rotor) là nam châm vĩnh cữu và sẽ tạo ra chuyển động quay Đặc tính là phần quay, quay mỗi nhịp chỉ nhíc 1 bước, đo đó góc của bước là một tham số của motor bước Sự vận hành của motor bước: Bạn thấy . để tìm hiểu về chủ đề motor bước hay còn gọi là motor bộ tiến. Do bài viết ở mức phổ quát nên tôi chọn cách viết bình dị phù hợp cho nhiều Bạn mới làm quen với PIC. Khái quát về PIC PIC. nguồn cho motor bước. Trước hết hãy nói về nguyên lý hoạt động của motor bước. Cấu tạo của motor bước: Bạn xem hình Motor bước lấy bước góc làm đơn vị tính (các loại motor khác. kinh dùng để chấp hành các chương trình đã có trong bộ nhớ. Để cụ thể chúng ta sẽ đơn cử một ic PIC dùng để phân tích, đó là ic PIC1 6F84A Khi trên tay Bạn có một ic PIC, 3 điều Bạn cần hiểu