Đề tài lập TRÌNH PIC 16f877a điều KHIỂN ĐỘNG cơ DC BẰNG l298

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP -o0o - ĐỒ ÁN MƠN HỌC Đề tài: LẬP TRÌNH PIC 16F877A ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC BẰNG L298 GVHD: ThS Nguyễn Hữu Phước SVTH: Đoàn Thị Hồng Phấn Trần Cơng Tuấn Trịnh Hồng Tùng Lớp: CĐTĐ 17A TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án mơn học, nhóm nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy bạn bè Nhóm thực đồ án gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn đồ án ThS Nguyễn Hữu Phước, giảng viên môn khoa điện tử - tin học trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Người tận tình hướng dẫn bảo nhóm suốt q trình thực đồ án Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy trường nói chung giảng viên khoa nói riêng dạy nhóm kiến thức mơn điện tử cơng suất mơn chun ngành, giúp nhóm thực đồ án có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ nhóm q trình học lý thuyết lớp trình thực đồ án môn điện tử công suất Cuối nhóm xin chân thành cảm ơn bạn thầy cô nhà trường tạo điều kiện, giúp đỡ, quan tâm động viên nhóm thực đồ án suốt q trình học tập hồn thành đồ án NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TP.HCM, ngày…tháng…năm 20… Giảng viên hướng dẫn (GV ký tên ghi rõ họ tên) MỤC LỤC MỤC TRANG CHƯƠNG DẪN NHẬP 1.1 Tầm quan trọng đề tài 1.2 Giới hạn đề tài 1.3 Mục đích nghiên cứu CHƯƠNG VI XỬ LÝ PIC 16F877A 2.1 Giới thiệu 2.2 Sơ đồ chân sơ đồ nguyên lý PIC 16F877A 2.3 Giới thiệu 2.4 KHẢO SÁT PWM 2.4.1 Nguyên lý điều chế độ rông xung PWM 2.4.2 Cấu trúc khối điều rộng xung PWM CHƯƠNG NGUYÊN LÝ MẠCH CẦU H: 3.1 Cơng dụng ngun lí hoạt động: 3.1.1 Điều khiển với chế độ thuận : 3.1.2 Điều khiển chế độ nghịch : 10 3.2 Ưu nhược điểm mạch cầu H 10 3.3 Mạch cầu H L298 10 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ LCD VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 13 A.LCD 13 4.1 Giới thiệu LCD 13 4.2 Sơ đồ chân LCD 13 4.3 Sơ đồ mạch giao tiếp vi điều khiển với LCD 14 4.4 Địa ký tự LCD 14 B.ĐỘNG CƠ CHIỀU 15 4.5 Nguyên lý hoạt động động điện chiều 15 4.5.1 Cấu tạo 15 4.5.2 Phân loại 15 4.6 Nguyên lý hoạt động động điện chiều 16 4.7 Cơ chế sinh lực quay 17 4.8 Các phương pháp điều khiển động 18 CHƯƠNG NGUN LÝ VÀ TÍNH TỐN 20 5.1 Sơ đồ nguyên lý 20 5.1.1 Khối vận hành 20 a Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 20 b Chức thành phần mạch: 21 5.1.2 Khối nguồn 22 5.1.3 Khối Vi Điều Khiển 22 5.2 Tính tốn 23 5.2.1 Mạch nguồn 23 A Tính tốn 23 B Thiết kế mạch 23 5.2.2 Mạch vi điều khiển 23 5.3 Chương trình tính PWM 24 5.3.1 Tính PWM 24 5.3.2 Chương trình 25 CHƯƠNG KẾT LUẬN 31 Tóm tắt đề tài 31 Tự đánh giá 31 Hướng phát triển đề tài 31 PHỤ LỤC 32 MỤC ẢNH CHƯƠNG 2: VI XỬ LÝ PIC 16F877A Hình 2.1 Hệ thống vi xử lý .2 Hình 2.2 Vi điều khiển tích hợp từ vi xử lý, nhớ ngoại vi Hình 2.3 Sơ đồ chân PIC 16F877A ………………………………………………4 Hình 2.4 Dạng sóng điều chế độ rộng xung…………………………………… Hình 2.5.Dạng sóng điều chế độ rộng xung điện áp trung bình cấp độ Hình 2.6 Sơ đồ khối PWM khối CCP1 PIC16F877A CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ MẠCH CẦU H Hình 3.1 Mạch cầu H Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động mạch cầu H Hình 3.3 Sơ đồ chân IC L298 (phải) IC L298 (trái) 10 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lí IC 298 11 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ LCD VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Hình 4.1 Hình ảnh LCD 13 Hình 4.2 Các chân LCD 14 Hình 4.3 Giao tiếp vi điều khiển PIC16F887 với LCD 14 Bảng 4.4 Địa kí tự 15 Hình 4.5 Động điện chiều 15 Hình 4.6 Động DC 16 Hình 4.7 Động DC 17 Hình 4.8 Động DC 17 Hình 4.9 Đường đặc tính động thay đổi điện áp phần ứng…19 CHƯƠNG 5: NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TỐN Hình 5.1 Sơ đồ ngun lí khối vận hành 20 Hình 5.2 Sơ đồ khối L298 21 Hình 5.3 Sơ đồ khối nguồn 22 Hình 5.4 Khối vi điều khiển 22 Hình 5.5 Mạch PCB nguồn 23 Hình 5.6 Mạch PCB Vi Điều Khiển 24 CHƯƠNG DẪN NHẬP CHƯƠNG DẪN NHẬP 1.1 Tầm quan trọng đề tài Ngày với việc phát triển mạnh mẽ ứng dụng khoa học – kĩ thuật công nghiệp, đặc biệt cơng nghiệp điện - điện tử thiết bị điện tử có cơng suất lớn chế tạo ngày nhiều Và đặc biệt ứng dụng vào ngành kinh tế quốc dân đời sống hàng ngày phát triển mạnh mẽ Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu ngày nhiều phức tạp cơng nghiệp điện tử cơng suất ln phải nghiên cứu để tìm giải pháp tối ưu Đặc biệt với chủ trương cơng nghiệp hóa – đại hóa Nhà nước, nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiển vào sản xuất Do đó, địi hỏi phải có thiết bị phương pháp điều khiển an tồn, xác Đó nhiệm vụ điện tử cơng suất cần phải giải Vì thế, đồ án điện tử cơng suất lần này, nhóm nhận đề tài “Lập trình PIC 16F877A điều khiên động DC L298” Với phương pháp điều khiển động lập trình PIC ứng dụng chủ yếu lĩnh vực công nghiệp 1.2 Giới hạn đề tài Do thời gian tìm hiểu trình độ cịn hạn chế, nên nội dung trình bày đồ án điện tử cơng suất trình bày nội dung điều chỉnh tốc độ động việc đảo chiều động IC L298, tiếp nhận xử lí xung PWM xuất từ vi xử lý để thay đổi điện áp ngõ điều khiển tốc độ động Cũng sử dụng nguyên lý cầu H IC L298 để thay đổi chiều động ngồi cịn xuất tín hiệu LCD hiển thị chiều thuận nghịch mức độ động Ngồi qua q trình nghiên cứu giúp nhóm thực đồ án hệ thống lại kiến thức học môn điện tử cơng suất, qua thấy ứng dụng rộng rãi tầm quan trọng môn học sống ngày thường 1.3 Mục đích nghiên cứu Mục đích trước mắt đồ án thiết kế mạch dùng để thay đổi tốc độ động đảo chiều quay đồng thời hiển thị LCD TRANG CHƯƠNG 2: VI XỬ LÝ PIC 16F877A Chương VI XỬ LÝ PIC 16F877A 2.1 Giới thiệu Vi xử lý có nhiều loại bit 32 bit, vi xử lý bit khơng cịn vi xử lý bit cịn có vi xử lý 64 bit Lý tồn vi xử lý bit phù hợp với số yêu cầu điều khiển công nghiệp Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho máy tính khối lượng liệu máy tính lớn nên cần vi xử lý mạnh tốt Hình 2.1 Hệ thống vi xử lý Các hệ thống điều khiển công nghiệp sử dụng vi xử lý bit hay 16 bit hệ thống điện xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất, … Để kết nối khối tạo thành hệ thống vi xử lý đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tất thành phần vi xử lý, nhớ, thiết bị ngoại vi Hệ thống tạo phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in, vấn đề địi hỏi người thiết kế hiểu thật rõ hệ thống Một lý vi xử lý thường xử lý liệu theo byte word đối tượng điều khiển cơng nghiệp thường điều khiển theo bit Chính phức tạp nên nhà chế tạo tích hợp nhớ số thiết bị ngoại vi với vi xử lý tạo thành IC gọi vi điều khiển – Microcontroller hình 2-2 TRANG CHƯƠNG 2: VI XỬ LÝ PIC 16F877A Hình 2.2 Vi điều khiển tích hợp từ vi xử lý, nhớ ngoại vi Khi vi điều khiển đời mang lại tiện lợi dễ dàng sử dụng điều khiển công nghiệp, việc sử dụng vi điều khiển khơng địi hỏi người sử dụng phải hiểu biết lượng kiến thức nhiều người sử dụng vi xử lý 2.2 Sơ đồ chân PIC 16F877A Sơ đồ chân TRANG CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ LCD VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỌT CHIỀU Trong máy điện chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối nhiều phiến góp khác cổ góp Nhờ dịng điện lực quay liên tục không bị thay đổi theo vị trí khác rotor Phương trình động chiều: E= K∗ 𝜔(1) V= E+Rư.Iư (2) M= K Φ Iư (3) Với: - Φ: Từ thơng cực(Wb) - Iư: dịng điện phần ứng (A) - V: Điện áp phần ứng (V) - Rư: Điện trở phần ứng (Ohm) - 𝜔: tốc độ động cơ(rad/s) - M: moment động (Nm) - K: số, phụ thuộc cấu trúc động 4.8 Các phương pháp điều khiển động Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ: - Thay đổi điện áp phần ứng - Thay đổi điện trở mạch rôto Thay đổi từ thông Trên thực tế, phương pháp sử dụng nhiều thay đổi điện áp phần ứng Trong điển hình phương pháp thay đổi độ rộng xung PWM, đường đặc tính động thay đổi điện áp phần ứng sau: TRANG 18 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ LCD VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỌT CHIỀU v Hình 4.9 Đường đặc tính động thay đổi điện áp phần ứng Đối với mạch cầu H hay L298 phương pháp thay đổi điện áp phần ứng đặt vào động đảo chiều động cách thay đổi chiều điện áp đặt lên phần ứng TRANG 19 CHƯƠNG 5: NGUN LÝ VÀ TÍNH TỐN Chương NGUN LÝ VÀ TÍNH TỐN 5.1 Sơ đồ ngun lý 5.1.1 Khối vận hành a Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Khối vận hành sử dụng PIC 16F877A IC L298 làm IC Có chân kết nối, hình sơ đồ sau: Khối Vận Hành Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lí khối vận hành Ngõ vào xung tín hiệu điều khiển kết nối với vi điều khiển thông qua cổng cắm b Chức thành phần mạch: IC L298 có chức nhận tín hiệu từ vi điều khiển sau điều tốc TRANG 20 CHƯƠNG 5: NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TỐN đảo chiều động Các diode mạch có chức bảo vệ mạch khỏi dịng điện cảm ứng Dịng điện cảm ứng có chiều ngược với chiều dịng điện mạch, gây hại cho thiết bị điện mạch vốn hoạt động với chiều dòng điện định Để đảo chiều quay động DC ta thay đổi tín hiệu vào chân kết nối thông qua dây cắm Jum_in Để điều khiển tốc độ động ta dùng xung Pwm cấp từ Pic Hình 5.2 Sơ đồ khối L298 TRANG 21 CHƯƠNG 5: NGUN LÝ VÀ TÍNH TỐN 5.1.2 Khối nguồn Hình 5.3 Sơ đồ khối nguồn Mạch điện gồm phần sau: hạ áp, chỉnh lưu, lọc, biến đổi (7812).Nguồn điện xoay chiều 220VAC-50Hz qua biến áp hạ áp xuống 16VAC- 1A qua chỉnh lưu nhằm biến đổi xoay chiều thành chiều Thành phần chiều có độ gợn nên phải qua lọc C để san phảng điện áp gợn cho điện áp chiều Sau điện áp chiều qua IC ổn áp 7812 cho điện áp ổn áp mà cần 5.1.3 Khối Vi Điều Khiển Đề tài sử dụng PIC16F877a để xuất xung PWM từ chân RC1 RC2 dùng để thay đổi trạng thái ngõ IN để đảo chiều động Hình 5.4 Khối vi điều khiển TRANG 22 CHƯƠNG 5: NGUN LÝ VÀ TÍNH TỐN 5.2 Tính tốn 5.2.1 Mạch nguồn A Tính tốn Điện áp vào qua máy biến áp : Chọn V0 = 12V - Vin = V0 * √2 = 12 * √2 ≈ 16,97 (V) Áp qua cầu diode: Ta có : Vdiode = 1,4 + 0,9 = 2,3 (V) - V1 = 16,97 – 2,3 = 14.67 (V) - Qua IC 7812 hạ áp xuống xấp xỉ 12V Nên Vout ≈ 12V B Thiết kế mạch Các linh kiện: cầu diode 3A, tụ hóa 100uF 35v, tụ hóa 10uF 25v, đèn led, điện trở 2.2kΩ, IC 7812, tụ gốm 104 Hình 5.5 Mạch PCB nguồn 5.2.2 Mạch vi điều khiển Thiết kế mạch Các linh kiện: thạch anh 20MHz, nút nhấn chân, LCD 1602, PIC 16F877A, biến trở 10kΩ, trở 1kΩ TRANG 23 CHƯƠNG 5: NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH TỐN Hình 5.6 Mạch PCB Vi Điều Khiển 5.3 Chương trình tính PWM 5.3.1 Tính PWM Chu kì xung = 0,8ms Thạch anh: fosc=20M Chọn Mode=16 (Với mode :giá trị chia tần timer2 (bằng 1,4 16) Gía trị đếm timer2: PR2 = T pwm f osc = 1   mod e 0,8  =249   16 20 103 Độ rộng xung: Dutycycle= TPW M 0,8 = =1000 mod e 16 20 10 f osc Với Dutycycle=1000 TRANG 24 CHƯƠNG 5: NGUN LÝ VÀ TÍNH TỐN Chia thành 10 cấp độ : 1000 =100 10 5.3.2 Chương trình #include #fuses hs #use delay (clock=20m) #define LCD_ENABLE_PIN PIN_b2 #define LCD_RS_PIN PIN_b4 //// //// #define LCD_RW_PIN PIN_b3 //// #define LCD_DATA4 PIN_D7 //// #define LCD_DATA5 PIN_D6 //// #define LCD_DATA6 PIN_D5 //// #define LCD_DATA7 PIN_D4 #include #define on pin_a0 #define thuann pin_a1 #define up pin_a2 #define dw pin_a3 signed int16 duty,i; int1 tt_ss,tt_tn; void nn_up() { if(!input(up)) { delay_ms(20); if(!input(up)) { TRANG 25 CHƯƠNG 5: NGUN LÝ VÀ TÍNH TỐN duty=duty+100; i++; if(i>10) i=10; if(duty>1000) { duty=1000; } if(tt_tn==0) set_pwm1_duty(duty); else set_pwm2_duty(duty); } while(!input(up)); } } void nn_dw() { if(!input(dw)) { delay_ms(20); if(!input(dw)) { duty = duty-100; i ; if(i