ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU SỬ DỤNG HỢP NGỮ(Assembly)

GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG Đồ án vi xử lý vi điều khiển CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 1.1 a Mục tiêu sơ đồ khối hệ thống dùng vi điều khiển PIC Mục tiêu: Hiểu cấu trúc chức vi điều khiển, cụ thể PIC16f877 Ứng dụng pic16f877 vào thiết kế xây dựng mơ hình điều khiển tốc độ động DC Nắm bắt ưu điểm nhược điểm hệ thống sử dụng PIC so với hệ thống khác Cải thiện, nâng cao kỹ sử dụng phần mềm, kỹ viết chương trình chế tạo mạch b Sơ đồ khối tổng quát hệ thống: Khối nguồn nuôi Nút điều chỉnh KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM (VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A) HIỂN THỊ TỐC ĐỘ PWM Động DC Encoder Hình1.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống Khối nguồn ni có nhiệm vụ cấp nguồn cho hệ thống Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển PIC16F877A nhận tín hiệu từ nút bấm Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HỒNG sau xử lý tín hiệu xuất xung để điều khiển PWM nhằm tăng hay giảm tốc độ động Thay đổi độ rộng xung PWM để thay đổi điện áp trung bình đặt lên động DC Độ rộng xung lớn, điện áp đặt lên động lớn, tốc độ động nhanh, ngược lại, độ rộng xung bé động chạy chậm Lúc Encoder có nhiệm vụ đọc tốc độ động hồi tiếp lại cho khối điều khiển Khối điều khiển xử lý tín hiệu hiển thị tốc độ hình LCD CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG 2.1 Giới thiệu linh kiện hệ thống 2.1.1 Tổng quan họ vi điều khiển pic PIC họ vi điều khiển RISC sản xuất cơng ty Microchip Technology Dịng PIC PIC1650 phát triển Microelectronics Division thuộcGeneral_Instrument PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt “Programmable Intelligent Computer” (Máy tính khả trình thơng minh) sản phẩm hãng General Instrumentsđặt cho dòng sản phẩm họ PIC1650 Lúc này, PIC 1650 dùng để giaotiếp với thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vậy, người ta gọi PIC với tên “Peripheral Interface Controller” (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) CP1600 CPU tốt, lại hoạt động xuất nhập, vậyPIC 8-bit phát triểnvào khoảng năm 1975để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt ROM, mặc dù, cụm từ RISC chưa sử dụng thời bấygiờ, PIC thực vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy lệnh chu kỳmáy (4 chu kỳ dao động) Năm 1985 General Instruments bán phận vi điện tử họ, chủ sở hữu hủy bỏ hầu hết dự án – lúc lỗi thời Tuy nhiên, PICđược bổ sung EPROM để tạo thành điều khiển vào khả trình Ngày nhiềudòng PIC xuất xưởng với hàng loạt module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART,PWM, ADC…), với nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word a) Một số đặc tính vi điều khiển PIC − Hiện có nhiều dịng PIC có nhiều khác biệt phần cứng, điểm qua vài nét sau : 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến truc Harvard có sửa đổi Flash − ROM tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte Các cổng Xuất/ Nhập (I/ O) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với − − logic logic 1) 8/16 bit Timer Các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/ khung đồng USART Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH − − − − − − − − − − − − • • SVTH : NGUY ỄN HUY HỒNG Bộ chuyển đổi ADC Analog-to-digital converters, 10/12 bit Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparator) Các module Capture/ Compare/ PWM LCD MSSP Peripheral dựng cho giao tiếp I2C, SPI Bộ nhớ nội EPROM – ghi/ xố lớn tới triệu lần Module Điều khiển động cơ, đọc encoder Hỗ trợ giao tiếp USB b) Những đặc tính ngoại vi Timer0 : 8- bit định thời/ đếm với 8- bit prescaler Timer1 : 16- bit định thời/ đếm với prescaler, tăng lên suốt chế độ Sleep qua thạch anh/ xung clock bên Timer2 : 8- bit định thời/đếm với 8- bit, prescaler postscaler Hai module Capture, Compare, PWM: • Capture có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12.5ns Compare có độ rộng 16 bit, độ phân giải 200ns Độ phân giải lớn PWM 10bit.- Có 13 ngõ I/O điều khiển trực tiếp − Dịng vào dịng lớn : • 25mA dịng vào cho chân • 20mA dịng cho chân c) Đặc điểm tương tự − 10 bit, với kênh chuyển đổi tương tự sang số (A/D) − Brown – out Reset (BOR) −Module so sánh tương tự • Hai so sánh tương tự • Module điện áp chuẩn VREF lập trình PIC − Có thể lập trình ngõ vào đến từ ngõ vào PIC d) điện áp bên − Những ngõ so sánh sử dụng cho bên ngồi Các đặc điểm đặc biệt − Có thể ghi/ xố 100.000 lần với kiểu nhớ chương trình Enhanced − − − − − − Flash ghi/ xoá với kiểu nhớ EPROM EPROM lưu trữ liệu 40 năm Có thể tự lập trình lại điều khiển phần mềm Mạch lập trình nối tiếp qua chân Nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp Watchdog Timer (WDT) với dao động RC tích hợp sẵn Chip Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH − − − e) SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG cho hoạt động đáng tin cậy Có thể lập trình mờ bảo vệ Tiết kiệm lượng với chế độ Sleep Có thể lựa chọn dao động Vi điều khiển PIC16F877A PIC 16F877A loại vi điều khiển bit tầm trung hãng microchip − PIC 16F877A có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC với − 35 lệnh Tất lệnh thực chu kì lệnh ngoại trừ − lệnh rẽ nhánh Sơ đồ chân với chip loại cắm 40 chân: Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HỒNG Hình 2.1: Sơ đồ chân với chip loại cắm 40 chân f) Các cổng xuất nhập I/O: Trong vi điều khiển PIC16F877A có cổng: - Cổng A gồm chân: RA0, RA1 RA5 - Cổng B gồm chân: RB0, RB1, RB7 - Cổng C gồm chân: RC0, RC1, RC7 - Cổng D gồm chân: RD0, RD1, RD7 - Cổng E gồm chân: RE0, RE1, RE2 Mỗi cổng thực chất quản lý ghi PORTA, PORTB, PORTC, PORTD, PORTE nằm nhớ RAM vi điều khiển Hình 2.2: Các bank ghi nhớ Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG Bộ nhớ RAM vi điều khiển PIC 16F877A gồm bank nhớ Nhìn vào bank nhớ ta thấy ghi đặt tên ghi đa mục đích (General Purpose Register) − − Các ghi đặt tên ghi đặc biệt dùng để điều khiển, quản lý thể trạng thái khối chức vi điều khiển Các ghi đa mục đích dùng để đặt biến chương trình ứng dụng vi điều khiển Nhìn vào đồ nhớ RAM, ta thấy biến đặt từ địa 20F đến 7Fh bank nhớ 0, A0h-EFh, 120h-16Fh, 1A0h-1EFh Trở lại vấn đề cổng, tới ta đưa nhận xét: Thanh ghi PORTA phản ánh trạng thái chân cổng A, nghĩa muốn tín hiệu đầu chân cổng A ta việc đưa giá trị vào bit tương ứng ghi PORTA Cũng đọc giá trị ghi PORTA ta biết trạng thái chân cổng A Ví dụ: Muốn RA0 mức logic (mức 5V), RA1 mức logic (mức 0V), RA2 mức logic 1, RA3 mức logic 0, RA4 mức logic 1, RA5 mức logic 1, ta việc gán giá trị 000110101 cho ghi PORTA g) Tính đa chức chân vi điều khiển: Nhìn vào sơ đồ chân vi điều khiển, ta thấy số chân vi điều khiển có tên gồm nhiều phần với dấu gạch chéo Ví dụ: RA0/AN0, RC7/RX/DT, RC6/TX/CK Đây tính đa chức chân vi điều khiển hay cịn gọi dồn kênh Ý nghĩa là: Bình thường khơng cài đặt tấc chân cổng A, B, C, D, E chân vào số I/O Nếu chương trình ta có cài đặt chức RS232, ADC PWM v.v chân tương ứng với chức hoạt động theo chức Khi chân khơng dùng làm chân vào số bình thường h) Cài đặt vào/ra cho chân vào số cổng: Các chân vào/ra số vi điều khiển PIC phải cài đặt chân vào chân hoạt động chức Việc chân Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG cổng X (X=A,B, E) qui định đầu hay đầu vào phụ thuộc vào bit tương ứng ghi TRISX (X=A,B, E) hay Các đặc tính ngoại vi: Bao gồm khối chức sau: - Timer0: Bộ đếm bit với chia tần số bit - Timer1: Bộ đếm 16 bit với chia tần số, thực chức i) đếm dựa vào xung clock ngoại vi vi điều khiển hoạt động chế 2.1.2 a) độ sleep - Timer2: Bộ đếm bit với chia tần số, postcaler Động điện chiều – Encoder Động chiều Động điện chiều động điện hoạt động với dòng điện chiều Động điện chiều ứng dụng rộng rãi ứng dụng dân dụng công nghiệp Thông thường động điện chiều chạy tốc độ nối với nguồn điện, nhiên điều khiển tốc độ chiều quay động với hỗ trợ mạch điện tử phương pháp PWM Hình 2.3: Động chiều Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG Encoder Đo tốc độ động dùng encoder, tín hiệu từ encoder tạo dạng b) xung vng có tần số thay đơi phụ thuộc vào tốc độ động Do xung vng đưa vào vi xử lý để đếm số xung khoảng thời gian cho phép từ ta tính giá trị vận tốc động Đây phương pháp mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động hay điều khiển nhanh chậm… Hình 2.4 : Cấu tạo hoạt động Encoder Nguyên tắc hoạt động Encoder Nguyên lý encoder, đĩa trịn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có lỗ (rãnh) Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ khơng có lỗ (rãnh), đèn led khơng chiếu xun qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led chiếu xun qua.Khi đó, phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu Với tín hiệu có, khơng có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Số xung đếm tăng lên tính số lần ánh sáng bị cắt! Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG Như encoder tạo tín hiệu xung vng tín hiệu xung vng cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ Nên tần số xung đầu phụ thuộc vào tốc độ quay trịn Mơt số Encoder có tín hiệu lệch pha 90 Hai tín hiệu xác định chiều quay động 2.1.3 Màn hình LCD 16x2 Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng VĐK LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác: Nó có khả hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẽ … Hình 2.5: Vị trí chân LCD ∗ Chức chân: Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 10 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG CALL DELAY RETURN GHIKYTU BSF RS MOVWF PORTD BSF E BCF E CALL DELAY RETURN DELAY nop nop movlw d'149' movwf VONG1 movlw d'3' movwf VONG2 movlw d'1' movwf VONG3 decfsz VONG1,f goto $-1 decfsz VONG2,f goto $-3 decfsz VONG3,f goto $-5 Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 25 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG return ; CHUONG TRINH CON HIEN THI TOC DO ; HIENTHI MOVLW 0X80 CALL GHILENH MOVLW ' ' CALL GHIKYTU MOVLW ' ' CALL GHIKYTU MOVLW ' ' CALL GHIKYTU MOVLW ' ' CALL GHIKYTU MOVLW 'T' CALL GHIKYTU MOVLW 'O' CALL GHIKYTU MOVLW 'C' CALL GHIKYTU MOVLW ' ' CALL GHIKYTU MOVLW 'D' CALL GHIKYTU MOVLW 'O' Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 26 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG CALL GHIKYTU HTTOCDO MOVLW 0XC3 CALL GHILENH MOVF CHIEU,W CALL GHIKYTU MOVF CHUC,W CALL GHIKYTU MOVF DONVI,W CALL GHIKYTU MOVLW ' ' CALL GHIKYTU MOVLW 'V' CALL GHIKYTU MOVLW '/' CALL GHIKYTU MOVLW 'S' CALL GHIKYTU MOVLW ' ' CALL GHIKYTU MOVLW ' ' CALL GHIKYTU MOVLW ' ' CALL GHIKYTU Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 27 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG MOVLW ' ' CALL GHIKYTU RETURN CHIA10 CLRF CHUC CLRF DONVI MOVF XUNG,W MOVWF DEM TRU10 MOVF DEM,W MOVWF DONVI MOVLW D'10' SUBWF DEM,F BTFSC STATUS,C GOTO TANGCHUC MOVLW 0X30 ADDWF CHUC,F MOVLW 0X30 ADDWF DONVI,F RETURN TANGCHUC INCF CHUC,F GOTO TRU10 ; -CHUONG TRINH LAP Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 28 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG ; -KIEM TRA CAC NUT NHAN -; ; KIEM TRA NUT START START BTFSC PORTA,3 GOTO $-1 BTFSS PORTA,3 GOTO $-1 CLRF CCPR1L CLRF XUNG BSF PORTB,1 BCF PORTB,2 MOVLW '+' MOVWF CHIEU CALL CHIA10 CALL HIENTHI BSF INTCON,GIE BSF INTCON,TMR0IE BSF INTCON,INTE ; -KIEM TRA NUT TANG -; TANG BTFSC PORTA,0 GOTO GIAM BTFSS PORTA,0 GOTO $-1 Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 29 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG MOVF CCPR1L,W SUBLW D'180' BTFSS STATUS,Z GOTO $+2 GOTO GIAM MOVLW D'30' ADDWF CCPR1L,F ; -KIEM TRA NUT GIAM -; GIAM BTFSC PORTA,1 GOTO DAO BTFSS PORTA,1 GOTO $-1 MOVF CCPR1L,W SUBLW D'0' BTFSS STATUS,Z GOTO $+2 GOTO DAO MOVLW D'30' SUBWF CCPR1L,F ; -KIEM TRA NUT DAO CHIEU -; DAO BTFSC PORTA,2 GOTO STOP Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 30 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG BTFSS PORTA,2 GOTO $-1 BTFSS PORTB,1 GOTO CHIEUDUONG CHIEUAM BCF PORTB,1 BSF PORTB,2 MOVLW '-' MOVWF CHIEU GOTO STOP CHIEUDUONG BSF PORTB,1 BCF PORTB,2 MOVLW '+' MOVWF CHIEU GOTO STOP ; KIEM TRA NUT STOP ; STOP BTFSC PORTA,3 GOTO TANG BTFSS PORTA,3 GOTO $-1 BCF PORTB,1 BCF PORTB,2 Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 31 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG CLRF CCPR1L BCF INTCON,GIE BCF INTCON,TMR0IE BCF INTCON,INTE GOTO HIENTHILCD ; -CHUONG TRINH NGAT -; NGAT ; CHUONG TRINH PHUC VU NGAT ; ;LUU GIA TRI CUA CAC THANH GHI VAO BIEN TAM THOI MOVWF W_TEMP SWAPF STATUS,W CLRF STATUS MOVWF STATUS_TEMP MOVF PCLATH,W MOVWF PCLATH_TEMP CLRF PCLATH MOVF FSR,W MOVWF FSR_TEMP ; KIEM TRA NGAT ; BTFSS INTCON,INTF GOTO CAPNHAT ; NGAT NGOAI ; ;DEM XUNG KHI DONG CO CHAY BCF INTCON,7 Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 32 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG BCF INTCON,1 INCF XUNG,F GOTO THOATNGAT ; NGAT TIMER1 ; ;DE HIEN THI TOC DO KHI CO NGAT CAPNHAT BCF INTCON,7 BCF INTCON,TMR0IF DECFSZ LAP,F GOTO THOATCAPNHAT MOVF HT,W ; LAY GIA TRI HIEN THI TAI LAN THU 10 SUBLW D'11' BTFSS STATUS,Z goto $+4 CALL CHIA10 CALL HTTOCDO CLRF HT INCF HT,F MOVLW D'100' MOVWF LAP CLRF XUNG THOATCAPNHAT MOVLW D'247' MOVWF TMR0 Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 33 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG THOATNGAT BSF INTCON,7 MOVF FSR_TEMP,W MOVWF FSR MOVF PCLATH_TEMP,W MOVWF PCLATH SWAPF STATUS_TEMP,W MOVWF STATUS SWAPF W_TEMP,F SWAPF W_TEMP,W RETFIE END Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 34 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH 3.3 SVTH : NGUY ỄN HUY HỒNG Chạy mơ chương trình phần mềm ứng dụng Proteus a) b) c) Hình 3.2 a),b),c) : Mơ chương trình proteus Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 35 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH 4.1 SVTH : NGUY ỄN HUY HOÀNG CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MẠCH THỰC TẾ Thiết kế mạch in Hình 4.1: Mạch in thiết kế phần mềm Altium Hình4.2: Mạch in sau in giấy Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 36 GVHD : NGUYỄN QUỐC ĐỊNH 4.2 SVTH : NGUY ỄN HUY HỒNG Lắp đặp thiết bị hồn thiện mạch Hình 4.3 Mạch lắp đặp hoàn thiện 4.3 Chạy mạch đánh giá hoạt động Hình 4.4 Mạch hoạt động điêu khiển động − Mạch hoạt động tốt chạy ổn định tăng, giảm, đảo chiều hiển thị tốc độ động hình LCD Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 37 ... a) độ sleep - Timer2: Bộ đếm bit với chia tần số, postcaler Động điện chiều – Encoder Động chiều Động điện chiều động điện hoạt động với dòng điện chiều Động điện chiều ứng dụng rộng rãi ứng dụng. .. dân dụng công nghiệp Thông thường động điện chiều chạy tốc độ nối với nguồn điện, nhiên điều khiển tốc độ chiều quay động với hỗ trợ mạch điện tử phương pháp PWM Hình 2.3: Động chiều Đồ án vi xử. .. giá hoạt động Hình 4.4 Mạch hoạt động điêu khiển động − Mạch hoạt động tốt chạy ổn định tăng, giảm, đảo chiều hiển thị tốc độ động hình LCD Đồ án vi xử lý vi điều khiển Trang 37