ĐỒ án điện tử CÔNG SUẤT đề tài điều KHIỂN ĐỘNG cơ DÙNG PIC 16f877a

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP -o0o - ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DÙNG PIC 16F877A GVHD: TH.S NGUYỄN HỮU PHƯỚC SVTH: NGUYỄN VĂN PHÚC LỚP: CĐ ĐKTĐ19A NGUYỄN SỸ ĐANG LỚP: CĐ ĐKTĐ19A Tp HCM, ngày 15 tháng năm 20 Lời nói đầu Trong năm gần đây, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ nhanh chóng, để đạt kết có đóng góp lớn ngành kĩ thuât Với phát triển vũ bão kỹ thuật điện tử xâm nhập vào tất ngành khác đáp ứng nhu cầu người dân Việc đưa kiến thức vào thực tiễn khơng cịn xa lạ sinh viên theo học trường cao đẳng, đặc biệt trường kỹ thuật Trong học phần đồ án điện tử công suất em lựa chọn đề tài: “ Điều khiển động pic 16f877a ” Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Phước tận tình quan tâm hướng dẫn em suốt thời gian qua Do cịn việc hạn chế trình độ ngoại ngữ, chuyên môn thiếu kinh nghiệm làm nên đồ án em cịn nhiều khiếm khuyết, sai sót Em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp lời khun hữu ích từ thầy thấy rõ điều cần nghiên cứu bổ sung, giúp cho việc xây dựng đề tài đạt đến kết hoàn thiện tạo tiền đề cho em sau NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Về tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: Những kết đạt ĐA/KLTN: Những hạn chế ĐA/KLTN: Đánh giá chung đề tài Xuất sắt  Giỏi  Đề nghị: Được phản biện  Khá  Trung Bình  Yếu  khơng bảo vệ  TP.HCM, ngày … tháng … năm 20… Giảng viên hướng dẫn (GV ký tên ghi rõ họ tên) MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tóm tắt đề tài: .1 1.1.1 Giới thiệu sơ lược modul mạch: 1.2 Sơ đồ nguyên lý mạch: 1.3 Cách vận hành: .3 1.4 Ưu nhược điểm: .3 1.4.1 Nhược điểm: 1.4.2 Ưu điểm: 1.5 hướng phát triển đề tài: CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái quát chung PIC 16F877A: .4 2.1.1 Khái niệm PIC 16F877A: .4 2.1.2 sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý 2.2 PWM: 2.2.1 Phương pháp điều chế xung PWM: 2.3 ADC: 2.4 Mạch cấu H (LM298) 13 2.4.1 Công dụng nguyên lý hoạt động mạch: 13 2.4.2 Công dụng sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý: .15 2.5 Các linh kiện: 16 2.5.1 Tụ điện: 16 2.5.2 Nguồn DC ngõ vào: 17 2.5.3.IC 7805: 19 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 20 3.1 Thiết kế phần cứng: 20 3.1.1 khối nguồn: 20 3.1.2 khối bàn phím: 21 3.1.3 khối hiển thị: 22 3.1.4 Khối công suất: .22 3.2 giới thiệu chương trình viết code: 24 3.3 CODE CHƯƠNG TRÌNH: 25 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: sơ đồ nguyên lý Hình 2:sơ đồ khối PIC 16F877A Hình 3:sơ đồ chân pic 16f877a Hình 4: Sơ đồ nguyên lí Port PIC 16F877A Hình 5: Đồ thị dạng xung điều chế PWM Hình : Sơ đồ nguyên lí dùng PWM điều khiển điện áp tải (trái) Sơ đồ xung van điều khiển đầu (phải) Hình 7: Sơ đồ khối chuyển đổi ADC 10 Hình 8: cách lưu kết chuyển đổi AD 10 Hình 9: Mạch cầu H 14 Hình 10: Nguyên lý hoạt động mạch cầu H 14 Hình 11: Sơ đồ chân IC L298D (phải) IC L298D (trái) 15 Hình 12: Sơ đồ nguyên lí IC L298D 15 Hình 13: Các loại tụ điện thơng dụng 16 Hình 14: Nguồn DC thơng dụng 17 Hình 14: Cấu tạo tụ điện 18 Hình 16: IC7805 19 Hình 17: khối ổn áp 19 Hình 18: khối bàn phím 20 Hình 19: khối hiển thị led đoạn 21 Hình 20:Khối mạch cơng suất sử sụng IC L298 22 Chương 1: Tổng quan CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tóm tắt đề tài: 1.1.1 Giới thiệu sơ lược modul mạch: -Tên đề tài đồ án : Lập trình PIC16F877A điều khiển tốc độ động DC -Yêu cầu đặt ra: Lập trình C cho Pic 16F877A điều khiển tốc độ cho động DC Tốc độ cài đặt từ biến trở % duty cycle lên led đoạn -Tóm tắt hướng thực đề tài:  Sử dụng Pic 16F877A vi điều khiển trung tâm Dùng chương trình CCS lập trình C biên dịch chương trình  Xây dựng nút nhấn biến trở để khiển động DC:  nút xoay chiều thuận  nút xoay chiều nghịch  nút dừng  biến trở điều chỉnh tốc độ động  Sử dụng mạch cầu H dùng IC L298 để đảo chiều động  Hiện thị % duty cycle lên led đoạn  Sử dụng PWM vi điều khiển Pic để điều khiển tốc độ động  Đối tượng điều khiển động DC 12V  Ngồi mạch cịn có nút reset cho Pic 16F877A 1.2 Sơ đồ nguyên lý mạch: Chương 1: Tổng quan Hình 1: sơ đồ nguyên lý Chương 1: Tổng quan 1.3 Cách vận hành: Bước1: nạp code vào pic sau sử dụng +chương trình điều khiển tăng,giảm,đảo chiều động đồng thời thị phần trăm duty Bước 2: cấp nguồn cho mạch pic 16f877a lm298 +nguồn pic 16f877a 5v +nguồn lm298 12v +để điểu chỉnh tốc độ ta vặn biến trở +để đảo chiều ta bấm nút (b0,b4) Bước 3: muốn dừng hết hoạt động cợ chương trình cài sẵn mà bố trí Cho thêm nút b5 mạch 1.4 Ưu nhược điểm: 1.4.1 Nhược điểm: -Mạch cầu H sử dụng IC L298 điều khiển động DC có cơng suất nhỏ -Do khơng áp dụng phương pháp điều khiển (ví dụ như: PID, điều khiển mờ,…) nên tốc độ động chưa ổn định 1.4.2 Ưu điểm: dễ làm không cầu kì 1.5 hướng phát triển đề tài: - Cải thiện ổn định tốc độ động phương pháp PID hay điều khiển mờ - Tính tốn thiết kế mạch cơng suất để điều khiển động có cơng suất lớn - Sử dụng LCD để tăng khả quan sát khối hiển thị - Kết nối với máy tính, sử dung vi điều khiển lập trình để điều khiển tốc độ động DC 1.6 Chương 2: Cơ sở lý thuyết CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái quát chung PIC 16F877A: 2.1.1 Khái niệm PIC 16F877A: PIC tên viết tắt “Programmable Intelligent computer” hãng General Instrument đặt tên cho vi điều khiển họ Hãng Micrchip tiếp tục phát triển sản phầm hàng tạo gần 100 loại sản phẩm khác PIC16F887A dòng PIC phổ biến, đầy đủ tính phục vụ cho hầu hết tất ứng dụng thực tế Đây dòng PIC dễ cho người làm quen với PIC học tập tạo tảng họ vi điều khiển PIC mình.Cấu trúc tổng quát PIC16F877A sau: - 8K Flash Rom - 368 bytes Ram - 256 bytes EFPROM - port vào với tín hiệu điều khiển độc lập - định thời Timer0 Timer2 bit - định thời Timer1 16 bit hoạt động chế độ tiết kiệm lượng với nguồn xung clock ngồi - Capture/ Compare/ PWM - biến đổi Analog -> Digital 10 bit, ngõ vào - so sánh tương tự - định thời giám sát (Watch Dog Timer) - cổng song song bit với tín hiệu điều khiển - cổng nối tiếp - 15 nguồn ngắt Sơ đồ khối: Chương 2: Cơ sở lý thuyết L298D chip toch1 hợp mạch gói 15 chân L298D có điện áp danh nghĩa cao (lớn 50V) dòng điện danh nghĩa lớn 2A nên thích hợp cho ứng dụng công suất nhỏ động DC loại vừa nhỏ Hình 11: Sơ đồ chân IC L298D (phải) IC L298D (trái) Hình 12: Sơ đồ nguyên lí IC L298D 18 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Có mạch cầu H chip L298D nên điều khiển đối tượng riêng với chip Mỗi mạch cầu H bao gồm đường nguồn Vs (thật đường chung cho mạch cầu), chân current sensing (cảm biến dòng) phần cuối mạch cầu H, chân không nối đất mà bỏ trống người dùng nối điện trở nhỏ gọi sensing resistor.Bằng cacch1 đo điện áp rơi điện trở tính dịng qua điện trở, dịng qua động cơ, mục đích việc để xác định dòng tải Nếu việc đo lường khơng cần thiết ta nối chân với GND Động nối với chân OUT1, OUT2 OUT3, OUT4.Chân EN (ENA ENB) cho phép mạch cầu hoạt động, chân kéo lên mức cao L298D không dùng để đảo chiều động mà điều khiển vận tốc động PWM.Trong thực tế, công suất thực ma L298D tải nhỏ giá trị danh nghĩa (U =50V, I =2A) Để tăng dịng tải chíp lên gấp đơi, nối hai mạch cầu H song song với (các chân có chức mạch cầu nối chung) 2.5 Các linh kiện: 2.5.1 Tụ điện:  Khái niệm: Tụ điện linh kiện điện tử thụ động cấu tạo hai cực đặt song song ngăn cách lớp điện mơi Khi có chênh lệch điện hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích điện lượng trái dấu Tụ điện có tính chất cách điện chiều cho dòng điện xoay chiều qua nhờ ngun lý phóng nạp 19 Hình 13: Các loại tụ điện thông dụng Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2.5.2 Nguồn DC ngõ vào: Mạch tăng áp thường sử dụng ngõ vào DC lấy từ nhiều nguồn khác chẳng hạn ắc quy, điện áp DC từ ngõ mạch chỉnh lưu, điện áp DC từ pin mặt trời, pin nhiên liệu, máy phát điện chiều, … Hình 14: Nguồn DC thơng dụng  Cấu tạo: Một tụ điện thơng thường có cấu tạo bao gồm: Tụ điện gồm hai dây dẫn điện thường dạng kim loại Hai bề mặt đặt song song với ngăn cách lớp điện môi Điện môi sử dụng cho tụ điện chất không dẫn điện gồm thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm, mica, màng nhựa khơng khí Các điện mơi khơng dẫn điện nhằm tăng khả tích trữ lượng điện tụ điện Tùy thuộc vào chất liệu cách điện cực tụ điện có tên gọi tương ứng Ví dụ như lớp cách điện khơng khí ta có tụ 20 Chương 2: Cơ sở lý thuyết khơng khí, giấy ta có tụ giấy, cịn gốm ta có tụ gốm lớp hóa chất cho ta tụ hóa 21 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Hình 15: Cấu tạo tụ điện  Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý phóng nạp tụ điện hiểu khả tích trữ lượng điện ắc quy nhỏ dạng lượng điện trường Nó lưu trữ hiệu electron phóng điện tích để tạo dịng điện Nhưng khơng có khả sinh điện tích electron Đây điểm khác biệt lớn tụ điện với ắc qui Nguyên lý nạp xả tụ điện tính chất đặc trưng điều nguyên lý làm việc tụ điện Nhờ tính chất mà tụ điện có khả dẫn điện xoay chiều Nếu điện áp hai mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp xả tụ dễ gây tượng nổ có tia lửa điện dịng điện tăng vọt  Công dụng: Từ phân loại nguyên lý hoạt động loại tụ điện để áp dụng vào cơng trình điện riêng, hay nói cách khác có nhiều cơng dung, có cơng dụng là: - Khả lưu trữ lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu tác dụng biết đến nhiều Nó giống cơng dụng lưu trữ ắc-quy Tuy nhiên, ưu điểm lớn tụ điện lưu trữ mà không làm tiêu hao lượng điện - Công dụng tụ điện cho phép điện áp xoay chiều qua, giúp tụ điện dẫn điện điện trở đa Đặc biệt tần số điện xoay chiều (điện dung tụ lớn) dung kháng nhỏ Hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp lưu thông qua tụ điện 22 Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Với nguyên lý hoạt động tụ điện khả nạp xả thông minh, ngăn điện áp chiều, cho phép điện áp xoay chiều lưu thơng giúp truyền tí hiệu tầng khuyếch đại có chênh lệch điện - Cơng dụng bật thứ tư tụ điện có vai trị lọc điện áp xoay chiều thành điện áp chiều phẳng cách loại bỏ pha âm 2.5.3 IC 7805: - chức ổn áp điện áp 5V Hình 16: IC7805 23 Chương 2: Cơ sở lý thuyết - C4 tụ hóa (có phân cực) ổn áp ngõ vào, điện dung tụ lớn điện áp vào IC 7805 phẳng 24 Chương 3: Thực nghiệm CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 3.1 Thiết kế phần cứng: Mạch thiết kế gồm có khối sau: khối nguồn, khối bàn phím, khối hiển thị, khối mạch cơng suất, khối điều khiển 3.1.1 khối nguồn: Mạch lấy nguồn xoay chiều qua adapter AC/DC 220VAC/12VDC Hình 17: khối ổn áp 20 Chương 3: Thực nghiệm 3.1.2 khối bàn phím: Hình 18: khối bàn phím 21 Chương 3: Thực nghiệm  Cơng dụng:gồm nút biến trở có chức khác nối vào port B pic 16f877a : - B0: động đảo chiều sang trai - B4: động đảo chiều sang phải - B5: cho động ngừng chạy - Biến trở: dùng để tăng,giảm tốc độ động 3.1.3 khối hiển thị: Hình 19: khối hiển thị led đoạn  Chức năng: hiển thị % duty vặn biến trở 3.1.4 Khối công suất: - Mạch công suất sử dụng IC cầu H L298, với kênh A B,mỗi kênh với điện áp định mức 50V dòng định mức cho tải 2A.Khi đấu song song kênh ta dịng cấp cho tải lên đến 4A (gấp đơi).Điện áp điểu khiển 5v - Cầu Diode dùng để chống dòng điện ngược, tải động có tính chất cảm kháng.Nguồn cấp cho động 12V - Sử dung IC cầu H này, dùng để đảo chiều động mà điểu khiển tốc độ động phương pháp băm xung (PWM) 22 Chương 3: Thực nghiệm giới trình code: Trong thiệu chương viết nhóm chúng em sử dụng chương trình viết code CCS, đồ án chương trình cho phép lập trình ngơn ngữ C cho vi điều khiển PIC Hình 20: Khối mạch cơng suất sử sụng IC L298 Microchip Chương trình có câu lệnh đơn giản, dễ hiểu, hổ trợ biên dịch với chức hiển thị lỗi cảnh báo chương trình khơng khả dụng Ngồi cịn biên dịch từ code C file.hex code Assemble 23 Chương 3: Thực nghiệm Cấu trúc chương trình CCS: Đầu tiên thị tiền xử lý : ( # ) có nhiệm vụ báo cho CCS cần sử dụng chương trình C dùng vi xử lí , có dùng giao tiếp PC khơng , ADC khơng , DELAY khơng , có sử dụng ngắt hay không… Các khai báo biến Các hàm Các hàm phục vụ ngắt theo sau thị tiền xử lý cho biết dùng ngắt Chương trình Ví dụ cấu trúc chương trình CCS: // khai báo tiền xử lí #include #device PIC16F877 *=16 ADC=10 #use delay (clock=20000000) …… // khai báo them có // khai báo biến - Int a,b; Int16 x,y; ……… // chương trình Void xu_ly_ADC () {…… ………} Int cai_dat_PWM () {…… 24 Chương 3: Thực nghiệm Return(biến);} // hàm ngắt #INT_TIMER1 Void xu_ly_ngăt() {…… ………} // -chương trình Void main() {……… ……… } 3.2 CODE CHƯƠNG TRÌNH: #include #device adc=10 #fuses hs #use delay (clock = 20000000) int16 tram,chuc,dv,i=0; float phantram=0,value; int8 maled[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; void ts_ql(int8 value) {chuc=(value/10)%10; tram=value/100; dv=value%10; output_low(pin_a1); output_d(maled[tram]); delay_ms(5); output_high(pin_a1); output_low(pin_a2); output_d(maled[chuc]); delay_ms(5); output_high(pin_a2); output_low(pin_a3); output_d(maled[dv]); delay_ms(5); output_high(pin_a3); } void main() 25 Chương 3: Thực nghiệm {set_tris_a(0b00000001); set_tris_b(0xff); set_tris_c(0x00); set_tris_d(0x00); output_c(0x00); output_high(pin_a1); output_high(pin_a2); output_high(pin_a3); output_high(pin_a4); setup_adc_ports(AN0); setup_adc(adc_clock_internal); set_adc_channel(0); setup_ccp2(ccp_pwm); setup_timer_2(t2_div_by_1,249,1); while(TRUE) { if(input(pin_b0)==0) {while(input(pin_b0)==0); output_high(pin_c6); output_low(pin_c7); } if(input(pin_b4)==0) {while(input(pin_b4)==0); output_high(pin_c7); output_low(pin_c6); } if(input(pin_b5)==0) {while(input(pin_b4)==0); output_low(pin_c7); output_low(pin_c6); } i=read_adc(); output_high(pin_c0); value=(float)(i*0.2434017595); //! if(value249) value = 249; 26 Chương 3: Thực nghiệm phantram=(value*100)/249; set_pwm2_duty((int8)value); ts_ql((int8)phantram); } } 27 ... Hình 3:sơ đồ chân pic 16f877a Hình 4: Sơ đồ ngun lí Port PIC 16F877A Hình 5: Đồ thị dạng xung điều chế PWM Hình : Sơ đồ nguyên lí dùng PWM điều khiển điện áp tải (trái) Sơ đồ xung... luật điều chỉnh thời gian đóng ngắt.Phần tử thực nhiệm vụ đóng cắt van bán dẫn.Sơ đồ nguyên lí điều khiển tải dùng PWM Hình : Sơ đồ ngun lí dùng PWM điều khiển điện áp tải (trái) Sơ đồ xung van điều. .. mạch cơng suất sử sụng IC L298 22 Chương 1: Tổng quan CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tóm tắt đề tài: 1.1.1 Giới thiệu sơ lược modul mạch: -Tên đề tài đồ án : Lập trình PIC1 6F877A điều khiển