Điều khiển động cơ 1 chiều sử dụng vi xử lý STM32F4

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Đinh Hữu Mạnh Giảng viên hướng dẫn: TS Ngơ Quang Vĩ HẢI PHỊNG – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG - ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CHIỀU SỬ DỤNG VI XỬ LÝ STM32F4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên : Đinh Hữu Mạnh Giảng viên hướng dẫn: T.S Ngơ Quang Vĩ HẢI PHỊNG – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Đinh Hữu Mạnh MSV: 1913102003 Lớp : DCL2301 Nghành : Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài: Điều khiển động chiều sử dụng vi xử lý STM32F4 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn 3.Địa điểm thực tập tốt nghiệp CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ tên : Ngô Quang Vĩ Học hàm, học vị : Tiến sĩ Cơ quan công tác : Trường Đại học Quản lý Cơng nghệ Hải Phịng Nội dung hướng dẫn: Điều khiển động chiều xử dụng vi xử lý STM32F4 Đề tài tốt nghiệp giao ngày 12 tháng 10 năm 2020 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 31 tháng 12 năm 2020 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Đinh Hữu Mạnh TS Ngơ Quang Vĩ Hải Phịng, ngày…….tháng …… năm 2020 TRƯỞNG KHOA Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Ngô Quang Vĩ Đơn vị công tác: Trường Đại học Quản lý Cơng nghệ Hải Phịng Họ tên sinh viên: Đinh Hữu Mạnh Chuyên ngành: Điện tự động cơng nghiệp Nội dung hướng dẫn : Tồn đề tài Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu.) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2020 Giảng viên hướng dẫn TS Ngô Quang Vĩ Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giảng viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2020 Giảng viên chấm phản biện Lời mở đầu Hiện trình sản xuất quản lý hệ thống đo lường điều khiển tự động sản xuât công nghiệp, hệ thống di động không dây tiên tiến, hệ thống thông tin vệ tinh hệ thống dựa Web, phủ điện từ, thương mại điện tử, sở liệu nhiều ngành kinh tế Quốc gia, hệ thống Y tế đại, thiết bị dân dụng ,……đều sản phẩm kết hợp lĩnh vực khoa học Do dòng Vi xử lý Vi điều khiển hình thành phát triển từ sớm, Việt Nam ứng dụng chưa nhiều Những nơi sử dụng Vi xử lý Vi điều khiển chủ yếu khu công nghệ cao, viện nghiên cứu trường đại học top đầu, việc tiếp cận với công nghệ mới, dòng Vi xử lý Vi điều khiển cần nghiên cứu có hạn chế định Do em nhận thấy thật cần thiết để nghiên cứu tìm hiểu vấn đề Quá trình học tập trường em có giao đề tài: “Điều khiển động chiều sử dụng Vi xử lý STM32F4” Đề tài hướng dẫn thầy Ngô Quang Vĩ, dù cố gắng hế sức để hồn thành tốt đề tài giao Nhưng q trình làm đề tài khơng tránh khỏi sai sót, em hy vọng nhận đóng góp ý kiến thầy cơ, bạn bè lớp Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng ngày … tháng … năm 2020 Sinh Viên Đinh Hữu Mạnh Chương Giới thiệu dòng vi điều khiển STM32 1.1 Khái niệm Vi xử lý Vi điều khiển 1.1.1 Vi xử lý Bộ vi xử lý (microprocessor) máy tính nhỏ CPU (đơn vị xử lý trung tâm) sử dụng để tính tốn, thực phép toán logic, kiểm soát hệ thống lưu trữ liệu vv Vi xử lý xử lý liệu đầu vào / đầu (input/output) thiết bị ngoại vi đưa kết trở lại để chúng hoạt động Dòng vi xử lý bit Intel sản xuất vào tháng 11/1971 với tên gọi 4004 Hình 1 Sơ đồ khối hệ thống Vi xử lý Các loại cấu trúc: Hình Kiến trúc phần cứng STM32 + Các vi xử lý sử dụng cấu trúc Von-Neumann Trong cấu trúc Von Neumann nhớ liệu nhớ chương trình đặt nhớ Để xử lý lệnh từ nhớ yêu cầu từ I / O, nhận lệnh thông qua bus từ nhớ I / O, đặt vào ghi, xử lý ghi Bộ xử lý lưu kết nhớ thông qua bus Nhưng kiến trúc có số nhược điểm chậm q trình truyền liệu khơng đồng thời xảy lúc chia sẻ bus chung + Sau cấu trúc Harvard (Atmega328, Atmega168, Arduino dùng) phát triển Trong cấu trúc Harvard nhớ liệu nhớ chương trình bus tách biệt với Ngồi cịn có hai loại CPU micro programming hardwired programming Microprogramming chậm so sánh với hardwired programming + Kiến trúc tập lệnh Complex Instruction Set Computer: complex instruction set computer (CISC) tập lệnh phức tạp nên tốn nhiều thời gian để thực hiện; tập lệnh phức tạp bao gồm q trình xử lý opcode toán hạng …vv tốc độ thực lệnh chậm Cấu trúc X86 ví dụ + Reduced Instruction Set Computer: Reduced Instruction Set Computer (RISC) tập lệnh thu gọn tốc độ thực nhanh Việc thực đơn giản không yêu cầu cấu trúc phức tạp RISC sử dụng rộng rãi ứng dụng hệ thống nhúng SHARC PowerPC sử dụng RISC Bộ vi xử lý thường dùng ứng dụng nhỏ Tùy theo ứng dụng thiết bị ngoại vi bạn sử dụng mà chọn vi xử lý cần thiết để thực 1.1.2 Vi điều khiển(microcontroller) Nó máy tính nhỏ, CPU, nhớ (RAM, ROM), I / O thiết bị ngoại vi, timers, counters, nhúng vào mạch tích hợp (IC) nơi mà vi xử lý tất khối kết hợp vào board thông qua hệ thống bus Vi điều khiển dễ dàng giao tiếp với thiết bị ngoại vi bên cổng nối tiếp, ADC, DAC, Bluetooth, Wi-Fi, …vv trình giao tiếp nhanh so sánh với vi xử lý Hầu hết vi điều khiển sử /* USER CODE BEGIN EV */ /* USER CODE END EV */ /*********************************************************** *******************/ /* Cortex-M4 Processor Interruption and Exception Handlers */ /*********************************************************** *******************/ /** * @brief This function handles Non maskable interrupt */ void NMI_Handler(void) { /* USER CODE BEGIN NonMaskableInt_IRQn */ /* USER CODE END NonMaskableInt_IRQn */ /* USER CODE BEGIN NonMaskableInt_IRQn */ /* USER CODE END NonMaskableInt_IRQn */ } 36 /** * @brief This function handles Hard fault interrupt */ void HardFault_Handler(void) { /* USER CODE BEGIN HardFault_IRQn */ /* USER CODE END HardFault_IRQn */ while (1) { /* USER CODE BEGIN W1_HardFault_IRQn */ /* USER CODE END W1_HardFault_IRQn */ } } /** * @brief This function handles Memory management fault */ void MemManage_Handler(void) { 37 /* USER CODE BEGIN MemoryManagement_IRQn */ /* USER CODE END MemoryManagement_IRQn */ while (1) { /* USER CODE BEGIN W1_MemoryManagement_IRQn */ /* USER CODE END W1_MemoryManagement_IRQn */ } } /** * @brief This function handles Pre-fetch fault, memory access fault */ void BusFault_Handler(void) { /* USER CODE BEGIN BusFault_IRQn */ /* USER CODE END BusFault_IRQn */ while (1) { /* USER CODE BEGIN W1_BusFault_IRQn */ 38 /* USER CODE END W1_BusFault_IRQn */ } } /** * @brief This function handles Undefined instruction or illegal state */ void UsageFault_Handler(void) { /* USER CODE BEGIN UsageFault_IRQn */ /* USER CODE END UsageFault_IRQn */ while (1) { /* USER CODE BEGIN W1_UsageFault_IRQn */ /* USER CODE END W1_UsageFault_IRQn */ } } /** * @brief This function handles System service call via SWI instruction 39 */ void SVC_Handler(void) { /* USER CODE BEGIN SVCall_IRQn */ /* USER CODE END SVCall_IRQn */ /* USER CODE BEGIN SVCall_IRQn */ /* USER CODE END SVCall_IRQn */ } /** * @brief This function handles Debug monitor */ void DebugMon_Handler(void) { /* USER CODE BEGIN DebugMonitor_IRQn */ /* USER CODE END DebugMonitor_IRQn */ /* USER CODE BEGIN DebugMonitor_IRQn */ 40 /* USER CODE END DebugMonitor_IRQn */ } /** * @brief This function handles Pendable request for system service */ void PendSV_Handler(void) { /* USER CODE BEGIN PendSV_IRQn */ /* USER CODE END PendSV_IRQn */ /* USER CODE BEGIN PendSV_IRQn */ /* USER CODE END PendSV_IRQn */ } /** * @brief This function handles System tick timer */ void SysTick_Handler(void) { 41 /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn */ /* USER CODE END SysTick_IRQn */ HAL_IncTick(); /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn */ /* USER CODE END SysTick_IRQn */ } /*********************************************************** *******************/ /* STM32F4xx Peripheral Interrupt Handlers */ /* Add here the Interrupt Handlers for the used peripherals /* For the available peripheral interrupt handler names, /* please refer to the startup file (startup_stm32f4xx.s) */ */ */ /*********************************************************** *******************/ /** * @brief This function handles EXTI line0 interrupt */ void EXTI0_IRQHandler(void) 42 { /* USER CODE BEGIN EXTI0_IRQn */ /* USER CODE END EXTI0_IRQn */ HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0); /* USER CODE BEGIN EXTI0_IRQn */ /* USER CODE END EXTI0_IRQn */ } /** * @brief This function handles TIM2 global interrupt */ void TIM2_IRQHandler(void) { /* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn */ /* USER CODE END TIM2_IRQn */ HAL_TIM_IRQHandler(&htim2); /* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn */ 43 /* USER CODE END TIM2_IRQn */ } /** * @brief This function handles TIM3 global interrupt */ void TIM3_IRQHandler(void) { /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn */ /* USER CODE END TIM3_IRQn */ HAL_TIM_IRQHandler(&htim3); /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn */ /* USER CODE END TIM3_IRQn */ } /* USER CODE BEGIN */ /* USER CODE END */ 44 /************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/ 45 Kết luận Nghiên cứu ban đầu cho cho thấy kết khả quan tạo tiền đề ứng dụng với STM32F4 Đề tài phát triển xin đưa số ưu điểm sau :  Ưu nhược điểm : Ưu điểm : Giá thành rẻ so với dòng chip khác Tốc độ xử lý cao, ổn định Tiết kiệm lượng Số tài nguyên phù hợp với ứng dụng khác Nhược điểm Nhiều ghi câu lệnh dài , gây khó nhớ cho người dùng , dễ nhầm lẫn Thị trường Việt Nam chưa mở rộng , gây khó việc tìm kiếm tài liệu khó khăn việc đặt mua chip , nghiên cứu chưa sâu Sau thời gian tháng làm đồ án với hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Ngơ Quang Vĩ , em hồn thành đề tài giao Q trình thực đồ án giúp em củng cố lại kiến thức mà học , ngồi q trình tìm hiều đồ án giúp em có thêm kiến thức thực tế Do thời gian làm đồ án ngắn kiến thức hạn chế nên đồ án cịn nhiều thiếu sót định Vì em mong góp ý , bổ sung thầy cô giáo đề đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Hải phòng , ngày tháng năm 2020 Sinh viên Đinh Hữu Mạnh 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Gia Hanh (Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu)( 2006) “Máy điện tập 2” Nhà xuất KHKT Bùi Quốc Khánh (Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền)( 2006) “Truyền Động điện” Nhà xuất KHKT Nguyễn Phùng Quang (2004) “Matlab dùng cho kĩ sư điều khiển tự động” Nhà xuất KHKT GS.TSKH.Thân Ngọc Hoàn /TS.Nguyễn Trọng Thắng (2016).“ Nguyên lý hoạt động máy điện ” Nhà xuất xây dựng Kiều Xuân Thực/Vũ Thị Thi Hương/Vũ Trung Kiên.“Vi điều khiển” Nhà uất giáo dục Việt Nam Nguyễn Văn Hóa “Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động” Nhà xuất KHKT Nguyễn Duy Anh “Lý thuyết điều khiển đại” Nhà xuất KHKT Châu Ngọc Thạch/Trịnh Xuân Thu “Hướng dẫn tự lắp ráp 100 mạch điện điện tử” Nhà xuất KHKT 9.TS Nguyễn Vũ Quỳnh/KS Phạm Quang Huy “Giáo trình điện tử thực hành” Nhà xuất niên 10.TS Nguyễn Vũ Quỳnh/KS Phạm Quang Huy “Giáo trình vi điều khiển ARM – Hướng dẫn sử dụng STM32” Nhà xuất niên Một số trang Web: 11 http://www.dientuvietnam.net/forums 12 http://www.thaieasyelec.net 47 13 http://www.tailieu.vn 14 https://hocthatlamthat.edu.vn 15.http://luanvan.net.vn 16.https://123doc.net 48 Mục lục Lời mở đầu Chương Giới thiệu dòng vi điều khiển STM32 1.1 Khái niệm Vi xử lý Vi điều khiển 1.1.1 Vi xử lý 1.1.2 Vi điều khiển(microcontroller) 1.2 Đặc điểm bật STM32 1.2.1 Sự tinh vi 1.2.2 Sự an toàn 1.2.3 Tính bảo mật 1.2.4 Phát triển phần mềm 1.2.5 Dòng Performance Access STM32 Chương Các phương pháp điều khiển động chiều 2.1 Tổng quan động điện chiều 2.1.1 Cấu tạo động điện chiều 2.1.2 Nguyên lý làm việc phân loại động điện chiều 11 2.1.3 Phương trình đặc tính động điện chiều 12 2.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động điện chiều 15 2.2.1 Phương pháp điều khiển tốc độ cách thay đổi điện trở phụ phần ứng 15 2.2.2 Phương pháp điều khiển tốc độ đồng cách thay đổi từ thơng kích từ 17 2.2.3 Phương pháp điều khiển tốc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng 18 Chương Thiết kế lập trình chương trình điều khiển động chiều STM32F407 21 3.1 Các thành phần hệ thống điều khiển 21 3.1.1 Sơ đồ điều khiển sử dụng điều khiển PID 21 3.1.2 Một số điều khiển khác 23 3.2 Thiết kế phần cứng 23 3.2.1 Khối mạch cấp nguồn 23 49 Mạch cấp nguồn 12VDC cho động cơ: chất lượng điện áp cấp cho động khơng địi hỏi qua cao nên ta sử dụng mạch đơn giản sau: 24 3.2.2 Mạch driver 25 3.2.3 Khối phản hồi tốc độ 28 3.3 Hình ảnh thực tế sơ đồ điều khiển 30 3.4 Phần code STM32F407 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 50 ... thầy cơ, bạn bè lớp Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng ngày … tháng … năm 2020 Sinh Vi? ?n Đinh Hữu Mạnh Chương Giới thiệu dòng vi điều khiển STM32 1. 1 Khái niệm Vi xử lý Vi điều khiển 1. 1 .1 Vi xử. .. sử dụng rộng rãi ứng dụng hệ thống nhúng SHARC PowerPC sử dụng RISC Bộ vi xử lý thường dùng ứng dụng nhỏ Tùy theo ứng dụng thiết bị ngoại vi bạn sử dụng mà chọn vi xử lý cần thiết để thực 1. 1.2... thiết bị dân dụng ,……đều sản phẩm kết hợp lĩnh vực khoa học Do dòng Vi xử lý Vi điều khiển hình thành phát triển từ sớm, Vi? ??t Nam ứng dụng chưa nhiều Những nơi sử dụng Vi xử lý Vi điều khiển chủ