Hình 4.10: S đ chân ATmega16[7] 4.3.3. Mô t ch c năng các chân ATmega16
Vcc: điện áp ngu n nuôi GND: nối đất
PORT A (PA0 … PA7): có nhiều ch c năng:
Là ngõ vào tín hiệu để chuyển đ i A/D
Là c ng vào ra 8 bit n u như bi n đ i A/D không s d ng, các chân c a Port A có
các điện tr nối lên ngu n dư ng. Port A có thể cung cấp ngu n điện 20mA vƠ điều khiển trực ti p led hiển th .
Khi các chân Port A là các lối vƠo đư c đặt xuống m c thấp bên ngoài chúng s là ngu n dòng n u như các điện tr nối lên ngu n dư ng đư c kích ho t. Các chân này s tr ng thái t ng tr cao khi tín hiệu reset m c tích cực hoặc ngay c khi không có tín hiệu gi nh p.
PORT B (PB0 … PB7) :
Là c ng vƠo ra 8 bit, có điện tr kéo lên bên trong, có thể cung cấp dòng điện 20mA. Khi port B là port nh p vào (in put) và các ngõ ra m c thấp (low) thì port
B đóng vai trò lƠ ngu n dòng n u các điện tr kéo lên đư c kích ho t. Port B s tr ng thái t ng tr cao khi vi điều khiển b reset hoặc khi không có dao động.
Là c ng vƠo ra theo hai hư ng 8 bit. Các chân c a Port C có các điện tr nối lên ngu n dư ng. Ngõ ra port C có thể cho dòng 20mA đi qua vƠ điều khiển trực ti p led hiển th .
Khi các chân port C là các lối vƠo đư c đặt xuống m c thấp từ bên ngoài, chúng s là ngu n dòng n u các điện tr nối lên ngu n dư ng đư c kích ho t. các chân này s tr ng thái t ng tr cao khi tín hiệu reset m c tích cực hoặc ngay c khi không có tín hiệu gi nh p.
PORT D (PD0 … PD7 ) :
Là c ng vƠo ra theo hai hư ng 8 bit. Các chân c a Port D có các điện tr nối lên ngu n dư ng.
Ngõ ra port D có thể cho dòng 20mA đi qua vƠ điều khiển trực ti p led hiển th . Khi các chân port D là các lối vƠo đư c đặt xuống m c thấp từ bên ngoài, chúng s là ngu n dòng n u các điện tr nối lên ngu n dư ng đư c kích ho t. các chân này s tr ng thái t ng tr cao khi tín hiệu reset m c tích cực hoặc ngay c khi không có tín hiệu gi nh p.
Cung cấp các tính năng tư ng ng v i các ch c năng đặc biệt.
Reset: Lối vƠo đặt l i. Bộ vi điều khiển s đư c đặt l i khi chân này m c thấp
trong h n η0ms ngay c khi có tín hiệu gi nh p. Các xung ng n h n không t o ra tín hiệu đặt l i.
XTAL1: Lối vào m ch khu ch đ i đ o và lối vào m ch t o xung nh p bên trong XTAL2: Lối vào bộ khu ch đ i o.
ICP: Chân vào có ch c năng b t tín hiệu cho Timer/Counter 1
ALE: Chân tín hiệu cho phép chốt đa ch (adress latch enable) đư c dùng khi truy nh p bộ nh ngoƠi. Xung ALE đư c dùng để chốt bit đ a ch trong chu kì truy c p bộ nhó th nhất. Sau đó các chơn AD0-7 đư c dùng lƠm các đư ng d liệu trong chu kì truy nh p bộ nh th hai (AT90S8515).
Bộ t o dao động th ch anh:
XTAL1 và XTAL2 lần lư t là lối vào và lối ra c a một bộ khu ch đ i đ o, bộ
khu ch đ i nƠy đư c bố trí để làm bộ t o dao động trên chip. Một bộ cộng hư ng tinh thể th ch anh hoặc một bộ cộng hư ng gốm có thể s d ng. Để điều khiển vi
điều khiển bằng ngu n xung nh p bên ngoƠi thì chơn XTAL2 để không và nối XTAL 1 v i tín hiệu dao động bên ngoài.
Hình 4.12. Cách b trí đ đi u khi n b vi đi u khi n t m t ngu n xung bên ngoài
4.4. Gi i thi u vi đi u khi n ATtmega8
4.4.1. Đặc đi m
Vi điều khiển ATmega8 c a hãng ATMEL là một lo i vi điều khiển AVR m i v i ki n trúc rất ph c t p.
ATmega 8 là bộ vi điều khiển RISC 8 bit tiêu th năng lư ng nhưng đ t hiệu suất rất cao, dựa trên ki n trúc RISC AVR. Bằng việc thực hiện các lệnh trong một chu kỳ xung nh p, ATmega8 đ t đư c tốc độ x lý d liệu lên đ n 1 triệu lệnh/giây tần số 1MHz. ATmega8 còn cho phép ngư i thi t k hệ thống tối ưu hoá m c độ
tiêu th năng lư ng mà vẫn đ m b o tốc độ x lý.
ATmega 8 đã tích h p đầy đ các tính năng như bộ chuyển đ i ADC 10bit, bộ so sánh, bộ truyền nh n nối ti p, bộ đnh th i, bộ đ m th i gian thực, bộ điều ch độ
rộng xung…Do đó, ta ph i nghiên c u và khai thác triệt để các tính năng này để
ng d ng hiệu qu vào nh ng m ch trong thực t .
ATmega8 v i ki n trúc RISC có ch tiêu chất lư ng cao và tiêu th năng lư ng ít:
o 130 lệnh hầu h t đư c thực hiện trong một chu kỳ xung nh p.
o 32 thanh ghi làm việc đa năng.
o Tốc độ x lý lệnh lên đ n 16 triệu lệnh/giây tần số 16MHz. Bộ nh d liệu và bộ nh chư ng trình không tự mất d liệu:
o 8K byte bộ nh Flash l p trình đư c ngay trên hệ thống, có thể n p xóa 10000 lần.
o 512 byte bộ nh EEFROM l p trình đư c ngay trên hệ thống, có thể
ghi xóa 100000 lần.
o 1K byte bộ nh SRAM.
o Có thể giao ti p v i 8K byte bộ nh ngoài.
o Khóa b o m t phần mềm l p trình đư c.
o Giao diện nối ti p SPI để l p trình ngay trên hệ thống. Các tính năng ngo i vi:
o Hai bộđ m/ bộđnh th i 8 bit v i ch độ so sánh và chia tần số tách biệt.
o Một bộđnh th i 16 bit v i ch độ so sánh, chia tần số tách biệt và ch
độ b t mẫu (Capture Mode).
o Bộđ m th i gian thực (RTC) v i bộdao động tách biệt.
o Bộđiều ch độ rộng xung PWM 8 bit.
o Bộ bi n đ i ADC bên trong 8 kênh 10 bit.
o 2 bộ USART nối ti p l p trình đư c.
o Bộđnh th i Watchdog l p trình đư c v i bộdao động trên chip.
o Một bộ so sánh Analog. Các tính năng vi điều khiển đặc biệt:
o Có m ch power - on reset và có thể reset bằng phần mềm.
o Các ngu n ng t ngoài và trong.
o Có 5 ch độ ng : ngh (Idle). Ti t kiệm năng lư ng (power save) và power down, ADC Noise Reduction, Standby.
o Tần số làm việc có thểthay đ i đư c bằng phần mềm. Vào ra và các cách đóng vỏ
o 23 đư ng vào ra l p trình đư c.
o 32 chân dán kiểu vỏ vuông (TQFP) Điện th làm việc: o VCC = 2,7V đ n η,ηV đối v i ATmega8L. o VCC = 4,ηV đ n η,ηV đối v i ATmega8. Vùng tốc độ làm việc: o 0 đ n 8 MHz đối v i ATmega8L. o 0 đ n 1θ MHz đối v i ATmega8.
4.4.2. S đ chơn vƠ s đ kh i c a ATmega8
Hình 4.13. S đ chân ATmega8 4.4.3. Mô t ch c năng các chơn ATmega8
VCC: Điện áp ngu n nuôi. GND: Đất.
Port B (PB0…PB7) :
Port B là port I/O 8 bit v i điện tr kéo lên bên trong, cung cấp dòng điện 40mA có thểđiều khiển trực ti p led đ n.
Khi các chân Port B là các lối vào đư c đặt xuống m c thấp từ bên ngoài, chúng
chân này s tr ng thái t ng tr cao khi tín hiệu Reset m c tích cực hoặc ngay c khi không có dao động.
Port C (PC0…PCθ) :
Port C là port I/O 8 bit v i điện tr kéo lên bên trong, cung cấp dòng điện 40mA có thểđiều khiển trực ti p led đ n.
Khi các chân Port C là các lối vƠo đư c đặt xuống m c thấp từ bên ngoài, chúng s là ngu n dòng n u như các điện tr nối lên ngu n dư ng đư c kích ho t. Các chân này s tr ng thái t ng tr cao khi tín hiệu Reset m c tích cực hoặc ngay c khi
không có dao động.
Port C cũng đóng vai trò như 8 đư ng đ a ch cao từA8 đ n A15 khi k t nối bộ nh SRAM bên ngoài.
Port D (PD0…PD7) :
Port D là port I/O 8 bit v i điện tr kéo lên bên trong, cung cấp dòng điện 40mA có thểđiều khiển trực ti p led đ n.
Khi các chân Port D là các lối vƠo đư c đặt xuống m c thấp từ bên ngoài, chúng s là ngu n dòng n u như các điện tr nối lên ngu n dư ng đư c kích ho t. Các chân này s tr ng thái t ng tr cao khi tín hiệu Reset m c tích cực hoặc ngay c khi không
có dao động.
Reset: Ngõ vƠo đư c đặt l i. ATmega8 s đư c đặt l i khi chân này m c thấp
trong h n η0ns hoặc ngay c khi không có tín hiệu xung clock. Các xung ng n h n
không t o ra tín hiệu đặt l i. AVCC:
Cung cấp ngu n cho Port C và bộ chuyển đ i ADC ho t động.
Ngay khi không s d ng bộ chuyển đ i ADC thì chân AVCC vẫn ph i đư c k t nối t i ngu n VCC.
AREF: Đơy lƠ chơn điều chnh điện áp tham chi u cho chuyển đ i A/D.
Bộ t o dao động th ch anh:
XTAL1 và XTAL2 lần lư t là lối vào và lối ra c a một bộ khu ch đ i đ o, bộ
khu ch đ i này bốtrí để làm bộ t o dao động trên chip.
Để điều khiển đư c bộ Vi Điều Khiển từ một ngu n xung nh p bên ngoài, chân
4.5. Thi t k card giao ti p gi a máy tính và mô hình
4.5.1. S đ giao ti p gi a máy tính và mô hình:
Hình 4.15: S đ kh i giao ti p gi a máy tính v i m t s b ph n đi u khi n
trên mô hình
Card giao ti p lƠ n i truyền và nh n các d liệu từ mô hình qua bộ ph n hiển th và
ngư c l i. Card đư c thi t k xây dựng trên trong môi trư ng vi điều khiển, nhưng đư c ng d ng truyền và nh n d liệu trong giao th c LabVIEW.
Cấu trúc c a card bao g m: Nhóm ngõ vào có 7 port, nhóm ngõ ra có 7 port và một số các port ch c năng khác.
Điện áp ngu n cung cấp 12V, ch y u s d ng ngu n từ c quy.
Máy Tính -Giá tr điện áp c a cb mô men - Thông số c a motor tr lực -Các núm điều khiển Card Giao Ti p Các ngõ vào M ch công suất CB mô men CB t c đ xe M ch đk b t o mô men c n Motor tr l c Đi u ch nh t c đ xe Đèn báo PS Đi u ch nh mô men c n Các ngõ ra
4.5.2. Chuẩn giao ti p:
Để thu n tiện trong việc giao ti p đề tài này ng d ng chuẩn giao ti p gi a card giao ti p v i máy tính để truyền và nh n d liệu thông qua c ng USB c a máy tính b i một cáp truyền d liệu USB (hình 4.16).
Hình 4.16: S đ giao ti p gi a máy tính v i card giao ti p
Hình 4.17: K t c u Card giao ti p
C ng USB
Card Giao Ti p
Các ngõ vào
Ch ng 5
THI T K , THI CÔNG MÔ HÌNH H TH NG LÁI
TR L C ĐI N
5.1. Gi i thi u mô hình
Hinh 5.1: S đ kh i mô hình h th ng lái tr l c đi n giao ti p v i máy tính
Mô hình hệ thống đư c thi t k b i các bộ ph n chính như:
- Trục lái trợ lực điện và cơ cấu dẫn động: Các bộ ph n c a hệ thống đư c l p đặt trên khung thép hình l p phư ng, thể hiện rõ k t cấu c b n bên ngo i c a các c m chi ti t và nguyên lý v n hành các bộ ph n.
- Bộ phận điều khiển hệ thống: Bao g m các m ch điện điều khiển, ECU ậ EPS,
ECU động c , ECU ậ ABS, các cực c a ECU và công t c điều khiển. Bộ ph n này
đư c thi t k d ng b ng để thu n tiện cho việc kiểm tra, chẩn đoán hệ thống. Ngoài ra bộ ph n này còn có các công t c t o pan và nh ng công t c nƠy đư c thi t k kín bên trong hộp c a mô hình.
- Máy tính (PC) - Phần mềm LabVIEW CB tốc độ xe Card I/O -Thu th p d liệu từ các c m bi n.
-Truyền tín hiệu điệu khiển
- G i tín hiệu hiện th về máy tính C m bi n mô men Vô lăng tr lMotor ực Mô men c n Thư c lái C m bi n Ne
ECU - ABS ECU động c
- Bộ tạo mô men cản c a mặt đường: T o ra mô men c n c a mặt đư ng tác d ng lên các bánh xe dẫn hư ng để chống l i kh năng quay vòng c a ô tô.
- Bộ phận hiển thị: Là một máy tính đư c giao ti p v i mô hình thông qua phần mềm LabVIEW để hiển th các thông tin nhằm lƠm rõ h n về nguyên lý ho t động,
tăng tín trực quang c a mô hình.
Hình 5.2: K t c u mô hình
5.2. Thi t k các b ph n chính trên mô hình 5.2.1. B ph n t o mô men c n c a mặt đ ng:
Thi t k t o ra mô men c n c a mặt đư ng tác d ng lên các bánh xe dẫn động là bộ
ph n rất quan tr ng đối v i mô hình. Vì v y mô hình này ta s d ng 03 ly h p từ
lo i thư ng đóng liên k t l i v i nhau trên cùng một tr c đểtăng mô men c n.
Hình 5.4: S đ kh i b t o mô men c n
Hình 5.5: K t c u b t o mô men c n
Đặc điểm cơ bản của một ly hợp từ:
Ly h p từ NB-01 c a Shinco electric co.ltd, Nh t b n có đặc điểm luôn đ t đư c ti p xúc tốt nh một tấm thép lò xo không g, do đó n u độ song song c a hai bề
mặt ly h p không tốt thì lực từkhông thay đ i nhiều.
Hình 5.6: K t c u kh p ly h p t Ly h p điện từ 1 Ly h p điện từ 2 Ly h p điện từ 3 Lực truyền từ
Các thông số chính c a một kh p ly h p g m có:
Điện áp: 12 DC
Công suất: 3W
Hãng s n xuất: Shinco electric co.ltd, Nh t b n
Mô men ma sát cực đ i: 10 Nm
5.2.2. Tr c lái tr l c đi n vƠ c c u d n đ ng:
Mô hình s d ng các bộ ph n c a hệ thống lái trên xe TOYOTA Prius Hybrid, s n xuất từnăm 2004 ậ 2007.
Hình 5.7: Tr c lái tr l c đi n vƠ c c u d n đ ng trên mô hình
1- Trục lái và motor trợ lực; 2- Thước lái và cơ cấu dẫn động
- Tr c lái tr lực điện: Bao g m vô lăng lái, tr c lái chính, motor DC tr lực, c m bi n mô men và bộ t o ra mô men c n.
- C cấu dẫn động bao g m bộthư c lái, các cam quay vƠ các đòn dẫn động.
2
5.2.3. B ph n đi u khi n:
Bộ ph n điều khiển g m có 2 phần chính:
- Bảng điều khiển và các ECU điều khiển trên mô hình:
Trên b ng điều khiển thi t k các công t c điều khiển thay đ i mô men c n quay vòng, công t c ngu n IG, Đèn báo P/S vƠ các gi c chẩn đoán. Hình η.8
Hình 5.8: B ng đi u khi n c a mô hình
Mô hình s d ng 03 hộp ECU để truyền nh n thông tin thông qua m ng CAN
(Controller Area Network). ECU động c truyền tín hiệu tốc độ động c đ n ECU ậ EPS, ECU ậ ABS nh n tín hiệu từ c m bi n tốc độ bánh xe và truyền tín