điều khiển góc quay của động cơ bước

LỜI NÓI ĐẦU Ngày kĩ thuật vi điều khiển trở nên quen thuộc ngành kỹ thuật ứng dụng đời thường Hầu hết dây truyền tự động lớn sản phẩn dân dụng ta thấy suất vi điều khiển Vi điểu khiển nhà sản xuất tích hợp nhiều nhiều tính với ngoại vi tích hợp vi điều khiển, với khả xử lý nhiều hoạt động phức tạp, tất tích hợp chip nhỏ gọn, gặp nhiều thuận lợi thiết kế board, board mạch nhỏ gọn đẹp dễ thiết kế nhiều Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật phát triển vi điều khiển ứng dụng kỹ thuật Chính em lựa chọn đề tài: ĐIỀU KHIỂN GÓC QUAY CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC, vận dụng để thực đề tài Trong trình làm đồ án, hạn chế chế thời gian, tài liệu trình độ có hạn nên không tránh khỏi có thiếu sót Em mong đóng góp ý kiến thầy cô hội đồng bạn để đồ án em hoàn thiện Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN TỬ 1.1 Vi điều khiển Thông thường có họ vi điều khiển bit 6811 Motorola, 8051 Intel, z8 Xilog Pic 16 Microchip Technology Mỗi loại có tập lệnh ghi riêng nhất, nên chúng thường không tương thích lẫn Ngoài có vi điều khiển 16 bit 32 bit sản xuất hãng khác Với tất vi điều khiển khác tiêu chuẩn để lựa chọn là: a) Đáp ứng nhu cầu tính toán toán cách hiệu quả, đầy đủ chức cần thiết thấp mặt giá thành Trong phân tích nhu cầu dự án dựa vi điều khiển phải biết vi điều khiển bit, 16 bit hay 32 bit đáp ứng tốt nhu cầu toán cách hiệu Những tiêu chuẩn là: - Tốc độ: tốc độ lớn mà vi điều khiển hỗ trợ - Kiểu đóng vỏ: Đóng vỏ kiểu DIP 40 chân hay QFP Đây yêu cầu quan trọng xét không gian, kiểu lắp ráp tạo mẫu thử cho sản phẩm cuối - Công suất tiêu thụ: Điều đặc biệt khắt khe sản phẩm dùng pin, ắc quy - Dung lượng nhớ Rom Ram chíp - Số chân vào định thời chíp - Khả dễ dàng nâng cấp cho hiệu suất cao giảm công suất tiêu thụ - Giá thành cho đơn vị: Điều quan trọng định giá thành sản phẩm mà vi điều khiển sử dụng b) Có sẵn công cụ phát triển phần mềm trình biên dịch, trình hợp ngữ gỡ rối c) Nguồn vi điều khiển sẵn có nhiều tin cậy Khả sẵn sàng đáp ứng số lượng tương lai Hiện vi điều khiển bit họ 8501 có số lượng lớn nhà cung cấp đa dạng Intel, Atmel,Philip… Nhưng mặt tính công xem PIC vượt trội nhiều so với 89 với nhiều module tích hợp sẵn ADC10 BIT, PWM 10 BIT, PROM 256 BYTE, COMPARATER, VERF COMPARATER, đặc điểm tất vi điều khiển PIC sử dụng có chuẩn PI tức chuẩn công nghiệp thay chuẩn PC (chuẩn dân dụng) Ngoài PIC nhiều nhà sản xuất phần mềm tạo ngôn ngữ hỗ trợ cho việc lập trình ngôn ngữ Asembly ra, sử dụng ngôn ngữ phổ biến ngôn ngữ C phần mềm CCSC, HTPIC hay sử dụng Basic có MirkoBasic… nhiều chương trình khác để hỗ trợ cho việc lập trình bên cạnh ngôn ngữ kinh điển asmbler Nên đề tài em lựa chọn sử dụng vi điều khiển PIC làm điều khiển chính, cụ thể PIC16F877A 1.1.1 Sơ đồ khối bảng mô tả chức chân PIC16F877A Hình 1.1 PIC 16F877A Hình Sơ đồ khối PIC16F877A Bảng mô tả chức chân PIC16F877A Pin Name DIP Pin# PLCC Pin# QFT Pin# I/O/ P Type Buffer Type Description 13 14 30 ST/CMOS(4) Đầu vào xung dao động thạch anh/ngõ vào xung clock ngoại 18 O - Đầu xung dao động thạch anh Nối với thạch anh hay cộng hưởng chế độ dao động thạch anh.Trong chế độ RC, ngõ nhân OSC2 18 I/P ST Ngõ vào Master Clear(Reset) ngõ vào điện lập trình Chân cho phép tín hiệu Reset thiết bị tác động mức thấp 19 I/O TTL PORTA port vào hai chiều RA0cos thể làm ngõ vào tương tự thứ 20 I/O TTL RA1 làm ngõ vào tương tự thứ OSC1/CLKIN OSC2/CLKOU T MCLR/Vpp RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF- 21 I/O TTL RA2 làm ngõ vào tương tự điện áp chuẩn tương tự âm RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI RA5/SS/AN4 RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM 33 34 35 36 36 37 38 39 22 23 24 10 11 I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O TTL ST RA3 làm ngõ vào tương tự điện áp chuẩn tương tự dương RA4 làm ngõ vào xung clock cho định thời Timer0 TTL RA5 làm ngõ vào tương tự thứ TTL/ST(1) TTL TTL PORTB port chiều RB0 làm chân ngắt TTL RB3 làm ngõ vào điện lập trình mức thấp RB4 37 41 14 I/O TTL RB5 38 42 15 I/O TTL RB6/PGC 39 43 16 I/O TTL/ST(2) RB7/PGD 40 44 17 I/O TTL/ST(3) RC0/T1OSO/TCKI 15 16 32 I/O ST Interrupt-on-change Pin Interrupt-on-change Pin Interrupt-on-change Pin In-Cruit Debugger pin Serial programming clock Interrupt-on-change Pin In-Cruit Debugger pin Serial programming PORTC port vào hai chiều RC0 ngõ vào dao động Timer1 ngõ xung clock cho Timer1 RC1/T1OSI/CCP2 16 18 35 I/O ST RC1 ngõ vào dao động Timer1 ngõ vào Capture2/ngõ Capture2/ngõ vào PWM2 RC2/CCP1 17 19 36 I/O ST RC3/SCK/SCL 18 20 37 I/O ST RC4/SDI/SDA 23 25 42 I/O ST RC5/SDO 24 26 43 I/O ST RC6/TX/CK 25 27 44 I/O ST RC7/RX/DT 26 29 I/O ST RD0/PSP0 RD1/PSP1 19 20 21 22 38 39 I/O I/O ST/TTL(3) ST/TTL(3) RC2 ngõ vào Capture1/ngõ Capture1/ngõ vào PWM1 RC3 ngõ vào xung Clock đồng nội tiếp/ngõ hai chế độ SPI I2C RC4 liệu bên SPI(chế độ SPI) liệu I/O (chế độ I2C) RC5 liệu SPI) RC6 chân truyền không đồng USART đồng với xung đồng RC7 chân nhận không đồng USART đồng với liệu PORTD port vào RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 RE0/RD*/AN5 21 22 27 28 29 30 23 24 30 31 32 33 40 41 25 I/O I/O I/O I/O I/O I/O I/O ST/TTL(3) ST/TTL(3) ST/TTL(3) ST/TTL(3) ST/TTL(3) ST/TTL(3) ST/TTL(3) RE1/WR*/AN6 10 26 I/O ST/TTL(3) RE2/CS*/AN7 10 11 27 I/O ST/TTL(3) Vss 12 31 11 32 13 34 12 35 28 29 P 17 40 12 13 33 VDD NC P hai chiều parallel slave port giao tiếp với bus vi xử lý PORTE port vào hai chiều RE0 điều khiển việc đọc parrallel slave port ngõ vào tương tự thứ RE1 điều khiển việc ghi parallel slave port ngõ vào tương tự thứ RE2 điều khiển việc chọn parallel slave port ngõ vào tương tự Cung cấp nguồn dương cho mức logic, chân I/O Những chân không nối bên để trống Ghi chú: I= input; O=output; I/O= input/output; P= power -= Not used ; TTL = TTL input; ST = SchmittTrigger input Là vùng đệm có ngõ vào trigger Schimitt cấu ngắt Là vùng đệm có ngõ vào Trigger Schimitt sử dụng chế độ Serial Programming LÀ vùng đệm có ngõ vào Trigger Schimitt cấu ngõ vào ramucj đích chung ngõ vào TTL sử dụng chế độ Paralell Slave Port (cho phép việc giao tiếp với bus vi xử lý) Là vùng đệm cóa ngõ vào Trigger Schmitt cấu hình chế độ dao động RC ngõ vào CMOS khác 1.1.2 Tổ chức nhớ Có khối nhớ vi điều khiển họ PIC16F87X, nhớ chương trình nhớ liệu, với bus riêng biệt để truy cập đồng thời Mấu 1b 0010001000100010001000100 Mấu 1b 0011001100110011001100110 Mấu 2a 0100010001000100010001000 Mấu 2a 0110011001100110011001100 Mấu 2b 0001000100010001000100010 Mấu 2b 10001100110011001100110011 Hướng thời gian  Nhớ hai nửa mấu không kích lúc Cả hai dãy nêu quay động nam châm vĩnh cửu bước thời điểm Dãy bên trái cấp điện cho mấu thời điểm, mô tả hình Vì vậy, dùng lượng Dãy bên phải đòi hỏi phải cấp điện cho hai mấu lúc nói chung tạo moment xoáy lớn dãy bên trái 1.4 lần cần cấp điện gần gấp lần Vị trí bước tạo hai chuỗi không giống Kết kết hợp cho ta điều khiển nửa bước, với việc dừng động cách vị trí nêu hai dãy Chuỗi kết hợp sau: Mấu 1a 11000001110000011100000111 Mấu 1b 00011100000111000001110000 Mấu 2a 01110000011100000111000001 Mấu 2b 00000111000001110000011100 Hướng thời gian  Hình 1.3 Động nam châm vĩnh cửu hỗn hợp hai cực có cấu trúc khí giống y động đơn cực, hai mấu động bước nối đơn giản hơn, đấu trung tâm Vì vậy, thân động đơn giản, mạch điều khiển để đảo cực cặp cực động phức tạp Minh họa hình 1.3 cách nối động cơ, phần tử rotor giống y hình 1.2 Mạch điều khiển cho động đòi hỏi mạch điều khiển cầu H cho mấu, điều trình bày chi tiết chương sau Các mạch điều khiển mạch Tóm lại,một cầu H cho phép cực nguồn áp đến đầu mấu điều khiển cách độc lập Các dãy điều khiển cho bước đơn loại động nêu bên dưới, dùng + – để để đại diện cho cực nguồn áp áp vào đầu động Đầu 1a + -+ -+ -+ Đầu 1b + -+ -+ -+Đầu 2a -+ -+ -+ -+-Đầu 2b -+ -+ -+ -+ Hướng thời gian  Chú ý Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GÓC QUAY ĐỘNG CƠ BƯỚC 2.1 Sơ đồ khối Với yêu cầu đề tài thiết kế hệ thống điều góc quay động bước cách sử dụng chip vi điều khiển pic 16f877a để điều khiển góc quay động em hình thành nên lưu đồ sau: Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển động bước 2.2 Thiết kế khối 2.2.1 Bộ xử lý Bộ xử lý làm nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ bên góc quay, hiển thị thông số led đoạn, điều khiển động chạy theo thông số nhập vào Như phân tích chương 1, em sử dụng vi điều khiển pic 16f877a Đây vi điều khiển có 40 chân, cổng vào port A(RA0-RA5), Port B(RB0-RB7), Port C(RC0-RC7), Port D(RD0RD7), Port E (RE0-RE2) Nó có 8K Flash ROM 368 byte RAM Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A mạch 2.2.2 Khối hiển thị Led đoạn ngõ tích cực mức thấp Bảng giá trị tín hiệu anode chung Hình 2.3 led đoạn 2.2.3 Các khối khác 1) Điều khiển ngoài: Để nhập thông số góc quay, chiều quay, reset, em dùng nút nhấn hình 2.5 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý phím nhấn 2) Bộ ổn định dòng: ULN 2003 nhằm hỗ trợ cho động bước, giữ cho dòng cấp vào