Ứng dụng vi điều khiển PSoC điều khiển động cơ một chiều theo phương pháp PID

1 I H C QU C GIA HÀ N I TR NG I H C CÔNG NGH Nguy n NG D NG VI c Minh U KHI N PSoC U KHI N CHI U THEO PH NG C M T NG PHÁP PID Ngành : K THU T NT - VI N THÔNG Chuyên ngành : K THU T VÔ TUY N NT VÀ THÔNG TIN LIÊN L C Mã s : 02.07.00 LU N V N TH C S N IH NG D N KHOA H C TS Tr n Quang Vinh Hà N i – m 2005 L IC M N Sau m t th i gian h c t p nghiên c u, b n h c d ng vi ng nghi p, u n PSoC™ c s giúp c a th y cơ, n tơi ã hồn thành b n lu n v n th c s " ng u n ng c m t chi u theo ph M c dù ã có nhi u c g ng song trình ng pháp PID" i u ki n nghiên c u có h n nên ch c ch n b n lu n v n v n i m thi u sót Tơi r t mong nh n óng góp c a th y cô b n c ý ki n hoàn thi n h n n a ki n th c c a Tơi xin bày t s kính tr ng bi t n sâu s c i v i th y giáo-ti n s Quang Vinh, m c dù r t b n nh ng ã r t nhi t tình h ng d n, giúp Tr n tơi hồn thành b n lu n v n Tôi c ng xin g i l i c m n t i th y cô, b n h c viên, giúp ng nghi p ã tơi hồn thành cơng vi c Xin chân thành c m n ! ng M CL C Trang ph bìa -1 L I C M N M C L C DANH M C CÁC KÝ HI U, CH VI T T T -5 DANH M C CÁC B NG, HÌNH V , M TH U 13 CH NG H VI U KHI N PSoC™ 1.1 Công ngh SONOS 14 1.2 PSoC™ H th ng kh trình chíp 15 1.3 Các c m c a vi 16 1.4 Các c m u vi t c a chíp PSoC™ u n PSoC™ 17 1.5 M t vài h n ch c a chíp PSoC™ 18 1.6 T ng quan v h th ng 19 1.7 n v x lý trung tâm CPU 21 1.8 B t o t n s (Frequency Generator) 22 1.9 Công su t tiêu th c a chíp PSoC™ 24 1.10 Tái kh i 26 ng (Reset) 1.11 Các l i vào s (Digital Input and Output) 27 1.12 Các l i vào t 30 ng t (Analog Input and Output) 1.13 Truy c p kh i s kh trình 31 1.14 Các kh i t 36 1.15 B t o 1.16 ng t kh trình (Analog Programable Blocks) n áp tham chi u n v MAC (multiplycation Accumulator) 1.17 B suy hao (Decimator) 40 42 44 1.18 B u n I2C (I2C Controller) 44 1.19 B u n ng t 45 1.20 Không gian a ch 1.21 Ph n m m phát tri n ng d ng PSoC™ Designer 46 48 CH NG LÝ THUY T 2.1 B U KHI N PID u n PID 50 2.2 S d ng mơ hình x p x b c nh t có tr c a it ng 52 2.3 Xác nh tham s b ng th c nghi m 54 2.4 Ph ng pháp Chien-Hrones-Reswick 55 2.4 Ph ng pháp t ng T c a Kuhn 38 CH NG D NG VI 3.1 Xác I U KHI N T C NG C THEO THU T TOÁN PID S U KHI N PSoC™ nh yêu c u toán 61 3.2 Kh i hi n th (LCD 16x2) 61 3.3 Kh i bàn phím 4x4 63 3.4 Kh i giao ti p máy tính 66 3.5 Kh i m ch công su t u n ng c 67 3.6 Kh i ngu n nuôi 68 3.7 Kh i x lý trung tâm PSoC™ 69 3.8 Thu t toán 71 u n PID 3.9 K t qu 72 K T LU N 75 TÀI LI U THAM KH O 76 PH L C 77 S chi ti t m ch Mã ngu n ch C u hình ch Mã ngu n ch u n ng c s d ng chíp PSoC™ ng trình nhúng n p cho chíp PSoC™ CY8C27443 ng trình bên chíp PSoC™ CY8C27443 ng trình LabView 77 78 90 91 DANH M C CÁC KÝ HI U, CH VI T T T A ACB- Analog Continuous Blocks AD- Analog to Digital Converter AGND- Analog Ground ALU- Athrimectic and Logic Unit ASC- Analog Switch Type C ASD- Analog Switch Type D B BC- Broadcast Line C CISC- Complex Insructions Set Computer CMOS- Complementary Metal Oxide Semiconductor CPU- Central Processing Unit CRC- Cyclic Redunduncy Check D DA- Digital to Analog Converter DSP- Digital Signal Processing DTMF- Dial Tone Multifrequency F FPGA- Field Programable Gate Array G GIE- Global Input Even GIO- Global Input Odd GOE- Global Output Even GOO- Global Output Odd GPIO- General Purpose Input Output H HDL- Hardware Description Language I I2C- Inter Intergrated Circuit (Inter-IC) IC- Intergrated Circuit ILO- Internal Local Oscilator IMO- Internal Main Oscilator IrDA- Infrared Data Association IP-Intellectual Properties M MAC- Multiply Accumulate O AP-AM - Operational Amplifier P PC- Program Counter PCH- Program Counter Hight PCL- Program Counter Low PDA- Portable Digital Access PSoC™ -Programable System on Chip POR- Power on Reset PRSPWM- Pulse Width Modulation R RAM- Read Only Memory RO- Row Output ROM- Read Only Memory S SC- Switch Capacitor SISO- Serial In Serial Out SMP- Switch Mode Pump SoC- System on Chip SP- Stack Pointer SPI- Serial Programming Interface SRAM- Static Random Access Memory U UART- Universal Asynchroneous Rceiver Transmiter W WDT- Watch-dog Timer DANH M C CÁC B NG, HÌNH V , TH Các hình s d ng lu n v n Hình 1: Mơ hình chíp PSoC Hình 2: M t c t ngang c a l p SONOS Hình 3.Chíp PSoC CY8C27442 PDIP Hình Ki n trúc chung c a h vi u n PSoC Hình 5: C u t o CPU Hình v H th ng Hình 7: Ho t Hình M ch ng h PSoC ng ti t ki m n ng l ng c a vi u n PSoC n reset ngồi Hình Thao tác truy xu t c ng Hình 10 Ch Strong Hình 11 Ch Analog Hi-Z Hình 12 Ch Open Drain Hình 13 Các l i vào/ra t ng t Hình 14 Truy c p kh i s Hình 15.K t n i ng dây l i vào tồn c c Hình 16 K t n i thơng qua b h p kênh Hình 17 Các kh i s kh trình Hình 18 Các ngu n Hình 19 M ch ng h kh d n logic Hình 20 K t n i ng dây vào Hình 21 Các kh i s kh trình Hình 22 Các kh i t Hình 23 Các l i t Hình 24 Cung c p ng t ng t ng h cho kh i t ng t Hình 25 i n áp tham chi u AGND PSoC Hình 26 Các giá tr Hình 27 Ch n áp tham chi u PSoC b m i n áp SMP Hình 28 Ph n c ng th c hi n phép nhân 8x8 bít Hình 29.Q trình nhân Hình 30 Các ng t x y Hình 31 Khơng gian a ch PSoC Hình 32 Ph n m m thi t k PSoC Designer Hình 33 Ph n c ng l p trình cho chíp PSoC Hình 34 a i u n v i b u n PID Hình 34 b i u n v i b u n PID Hình 35 Nhi m v c a b u n PID Hình 36 Hàm q Hình 37.a Xác nh tham s cho mơ hình x p x c a Hình 37.b Xác nh tham s cho mơ hình x p x c a Hình 38.a Xác nh h ng s khu ch it ih n Hình 38.b Xác nh h ng s khu ch it ih n Hình 39 Hàm cho it ng thích h p cho ph it it ng ng ng pháp Chien-Hrones-Reswick Hình 40 Quan h gi a di n tích A t ng h ng s th i gian Hình 41.S kh i h th ng Hình 42 Module LCD Hình 43 LCD HD4478A Base Hình 44.C u trúc ghép n i bàn phím 4x4 v i vi i u n PSoC Hình 45 GPIO Hình 46 L u t ch Pull-Down thu t tốn qt bàn phím Hình 47 Kh i m ch giao ti p gi a vi u n PSoC RS232 Hình 48 Kh i m ch cơng su t Hình 49 M ch ngu n u n n áp +5Volt Hình 50.M ch ngu n n áp +12Volt Hình 51.S kh i m ch o t n s ng c máy tính PC qua c ng 10 Hình 52.C u hình máy o t n s chíp PSoC Hình 53.K t qu thu t tốn PID Hình 54 S chi ti t b ng m ch Hình 55 C u hình ch Hình 56 Mã ngu n ch u n s d ng chíp PSoC ng trình bên chíp PSoC ng trình CY8C27443 CY8C27443 c c ng COM s d ng ph n m m LabVIEW 7.1 Các b ng s d ng lu n v n B ng Ch B ng S l u n chân ng kh i s m i thành ph n ch c n ng B ng Các giá tr n áp tham chi u B ng4 Các h s l a ch n theo ph ng pháp th hai c a Nichols-Ziegles 77 PH L C 1- S chi ti t b ng m ch u n s d ng chip PSoC™ CY8C27443 JP? +5 Volt +5 Gnd CY8C27443 Motor Controler To Controler Circuit Du tru OUT To Controler Circuit JP? JP? R1 100 25 JP2 10 18 11 17 Du tru IN 12 16 13 15 P0[2] SMP P0[0] P0[1] P0[3] Vcc 24 Analog IN 28 CY? P2[7] P1[7] P1[6] P2[5] P2[6] P2[4] P2[0] P2[1] P2[2] P2[3] P1[5] P1[4] Gnd P1[3] P1[2] P1[1] P1[0] P0[6] P0[4] P0[7] P0[5] XRES 27 26 R2 10K 23 22 20 21 19 14 RESET S1 R3 10K R4 330 P[1]4 P[1]5 P[1]6 Colum? Colum? Colum? JP? 10 11 12 13 14 15 16 Vss CON VDD RS R/W E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 LED+ LED LCD HD44780A Base P[1]7 Colum? P[1]0 Raw0 P[1]1 ? ? ? ? ? ? A? B? C? D? E? F? Raw1 P[1]2 Raw2 P[1]3 Raw3 Hình 54 S chi ti t b ng m ch u n s d ng chíp PSoC CY8C27443 ng c 78 2- Mã ngu n c a ch ng trình n p cho chíp PSoC™ // -// C main line // -#include #include "PSoCAPI.h" #include "stdlib.h" //****************************************************************** #pragma interrupt_handler #define PRESCALER gate_handler 31 #define Kp 6.8 #define Ki 35 #define Kd //#define GATE_TIME (32000/(PRESCALER+1) ) #define FREQU_COUNTER_PERIOD 65535 #define Col 0xf0; #define Row 0x0f; #define key_1 0x11 #define key_2 0x21 #define key_3 0x41 #define key_A 0x81 #define key_4 0x12 #define key_5 0x22 #define key_6 0x42 #define key_B 0x82 #define key_7 0x14 #define key_8 0x24 #define key_9 0x44 #define key_C 0x84 79 #define key_sao 0x18 #define key_0 0x28 #define key_thang 0x48 #define key_D 0x88 float tanso; char *pString; char *pTemp; int iTemp,counter1, counter2; //****************************************************************** signed int velo_error_perfect; signed int velo_error_past; signed int velo_error_present; signed int daoham1; signed int daoham2; signed int Proportion; signed int Integration; signed int Derivation; signed int delta_duty; signed long int duty_temp; signed int pwm_duty; unsigned char readr,readc,keyout,ans1,ans2,ans; //****************************************************************** //Xay dung cac ham //****************************************************************** void delay20ms(void) { asm("delay20ms: \n" "mov A,163 \n"//4 chu ky "mov [_counter1],A \n" //5 chu ky 80 "loop1: \n" "mov A,29 \n" "mov [_counter2],163 \n" "loop2: \n" "dec [_counter2] \n" "jnz loop2 \n" "dec [_counter1] \n" "jnz loop1 \n" //tong la:12KL+20K+8 "ret \n"); } //****************************************************************** //Ham tre dung de truyen du lieu len may tinh //****************************************************************** void delay(long t) { long i; for (i=0;i