Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH II
Nhóm sinh viên thực hiện :
Lớp :
Khóa :
Ngành đào tạo :
Tên đề tài: “Thiết kế mạch điều khiển và đo tốc độ động cơ điện một chiều
hiển thị trên LCD”
Thời lượng: 02 TC
Thời gian thực hiện: 08 tuần
GVHD:
SVTH: Trang1
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

GVHD:
SVTH: Trang4
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
PHẦN I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
Động cơ là 1 loại rất phổ biến với dân kĩ thuật điện và nó được ứng dụng khá
rộng rãi trong cuộc sống : quạt, các loại máy trong sản suất nông nghiệp ( máy
tuốt , máy xay sát ) trong sân chơi robocon thì động cơ điện 1 chiều được sử
dụng rất nhiều : nó giúp cho robot chuyển động theo ý muốn, cũng như nâng hạ
1 số kết cấu. Chính vì những ứng dụng của nó nên chúng em chon đề
tài :“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch đo và điều khiển tốc động cơ DC”.
1.2 Đặc điểm của đề tài
- An toàn và hiệu quả
- Có tính thẩm mĩ
- Có tính kinh tế
- Có tính ứng dụng vào thực tế
1.3 Mục đích của đề tài
- Giúp sinh viên hiểu biết hơn về công dụng và cách sử dụng của một số linh
kiện đặc biệt là hiểu rõ về vi điều khiển, đặc biệt là biết thêm về họ điều
khiển PIC
- Giúp sinh viên có khả năng nghiên cứu và làm việc độc lập cũng như theo
nhóm.
GVHD:
SVTH: Trang5
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
PHẦN II:CƠ SỞ LÍ LUẬN
2.1 Vi điều khiển PIC16F877A
2.1.1 Khái quát về vi điều khiển PIC16F877A

Trong kiến trúc phần cứng của PIC16F877A, người ta sử dụng thanh ghi
TRISA ở địa chỉ 85H để điều khiển chức năng I/O trên. Muốn xác lập các chân
nào của PORTA là nhập (input) thì ta set bit tương ứng chân đó trong thanh ghi
TRISA. Ngược lại, muốn chân nào là output thì ta clear bit tương ứng chân đó
trong thanh ghi TRISA. Điều này hoàn toàn tương tự đối với các PORT còn lại
Ngoài ra, PORTA còn có các chức năng quan trọng sau :
- Ngõ vào Analog của bộ ADC : thực hiện chức năng chuyển từ Analog
sang Digital
- Ngõ vào điện thế so sánh
- Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện
các nhiệm vụ đếm xung thông qua Timer0…
- Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port)
PORTB
PORTB có 8 chân. Cũng như PORTA, các chân PORTB cũng thực hiện được
2 chức năng : input và output. Hai chức năng trên được điều khiển bới thanh ghi
TRISB. Khi muốn chân nào của PORTB là input thì ta set bit tương ứng trong
thanh ghi TRISB, ngược lại muốn chân nào là output thì ta clear bit tương ứng
trong TRISB.
Thanh ghi TRISB còn được tích hợp bộ điện trở kéo lên có thể điều khiển
được bằng chương trình.
PORTC
PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới
sự điều khiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên.
Ngoài ra PORTC còn có các chức năng quan trọng sau :
- Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng
- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty
cycle: sử dụng trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v….
- Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART
GVHD:
SVTH: Trang7

- 1 bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer)
- 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển
- 1 cổng nối tiếp
- 15 nguồn ngắt
GVHD:
SVTH: Trang8
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
Sơ đồ khối vi điều khiển 16F877A
GVHD:
SVTH: Trang9
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
2.1.2.2 Tổ chức bộ nhớ PIC16F877A
Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chương trình PIC16F877A
Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ Flash, dung
lượng 8K word (1 word chứa 14bit) và được phân thành nhiều trang như hình
trên.
Để mã hóa được địa chỉ 8K word bộ nhớ chương trình, thanh ghi đếm
chương trình PC có dung lượng 13 bit.
Khi vi điều khiển reset, bộ đếm chương trình sẽ trỏ về địa chỉ 0000h. Khi có
ngắt xảy ra thì thanh ghi PC sẽ trỏ đến địa chỉ 0004h.
Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ Stack và không được địa chỉ
hóa bởi bộ đém chương trình.
Bộ nhớ dữ liệu
Bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A được chia thành 4 bank. Mỗi bank có dụng
lượng 128 byte.
GVHD:
SVTH: Trang10

các thanh ghi thông dụng khác ( sẽ giới thiệu sau) cũng chứa ở bank0
- Bank1 gồm các ô nhớ có địa chỉ từ 80h đến FFh. Các thanh ghi dùng chung
có địa chỉ từ A0h đến Efh. Các thanh ghi TRISA, TRISB, TRISC, TRISD,
TRISE cũng được chứa ở bank1
GVHD:
SVTH: Trang12
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
- Tương tự ta có thể suy ra các nhận xét cho bank2 và bank3 dựa trên sơ đồ
trên.
Cũng quan sát trên sơ đồ, ta nhận thấy thanh ghi STATUS, FSR… có mặt trên cả
4 bank. Một điều quan trọng cần nhắc lại trong việc truy xuất dữ liệu của
PIC16F877A là : phải khai báo đúng bank chứa thanh ghi đó. Nếu thanh ghi nào
mà 4 bank đều chứa thì không cần phải chuyển bank.
2.1.2.3 Một vài thanh ghi chức năng đặc biệt SFR
Thanh ghi STATUS : thanh ghi này có mặt ở cả 4 bank thanh ghi ở các địa chỉ
03h, 83h, 103h và 183h : chứa kết quả thực hiện phép toán của khối ALU, trạng
thái reset và các bit chọn bank cần truy xuất trong bộ nhớ dữ liệu.
Thanh ghi OPTION_REG : có mặt ở bank2 và bank3 có địa chỉ 81h và 181h.
Thanh ghi này cho phép đọc và ghi, cho phép điều khiển chức năng pull_up của
các chân trong PORTB, xác lập các tham số về xung tác động, cạnh tác động của
ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer0
Thanh ghi INTCON : có mặt ở cả 4 bank ở địa chỉ 0Bh,8Bh,10Bh,18Bh.
Thanh ghi cho phép đọc và ghi, chứa các bit điều khiển và các bit báo tràn
timer0, ngắt ngoại vi RB0/INT và ngắt khi thay đổi trạng thái tại các chân của
PORTB.
Thanh ghi PIE1 :địa chỉ 8Ch, chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của các
khối chức năng ngoại vi.
Thanh ghi PIR1 : địa chỉ 0Ch, chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi,
các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE1.

2.1.2.4 Các vấn đề về Timer
PIC16F877A có tất cả 3 timer : timer0 (8 bit), timer1 (16 bit) và timer2 (8
bit).
GVHD:
SVTH: Trang14
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
Timer0
Sơ đồ khối của Timer0
Cũng giống như 8051, Timer0 của 16F877A cũng có 2 chức năng : định thời
và đếm xung. 2 chức năng trên có thể được lựa chọn thông qua bit số 5 TOCS
của thanh ghi OPTION.
Ngoài ra, ta cũng có thể lựa chọn cạnh tích cực của xung clock, cạnh tác
động ngắt…thông qua thanh ghi trên.
Timer0 được tích hợp thêm bộ tiền định 8 bit (prescaler), có tác dụng mở
rộng “dung lượng” của Timer0. Bộ prescaler này có thể được điều chỉnh bởi các
3 bit PS2:PS0 trong thanh ghi OPTION. Nó có thể có giá trị 1:2, 1:4, 1:8, 1:16,
1:32, 1:64, 1:128, 1:256 tùy thuộc vào việc thiết lập các giá trị 0 ,1 cho 3 bit
trên.
Bộ tiền định có giá trị 1:2 chẳng hạn ,có nghĩa là : bình thường không sử
dụng bộ tiền định của Timer0 (đồng nghĩa với tiền định tỉ lệ 1:1) thì cứ khi có
tác động của 1 xung clock thì timer0 sẽ tăng thêm một đơn vị. Nếu sử dụng bộ
tiền định 1:4 thì phải mất 4 xung clock thì timer0 mới tăng thêm một đơn vị. Vô
GVHD:
SVTH: Trang15
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
hình chung, giá trị của timer0 (8 bit) lúc này không còn là 255 nữa mà là
255*4=1020.
Các thanh ghi liên quan đến Timer0 bao gồm :

timer2 cung cấp thời gian hoạt động cho chế độ điều biến xung PWM nếu
module CCP được chọn.
Sơ đồ khối của Timer2
2.2 Một số linh kiện khác
2.2.1 IRF540
Hình ảnh của IRF540
GVHD:
SVTH: Trang17
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
IRF540 thuộc họ mofet loại N được kích dẫn bằng áp Ugs :
Ugs >0 thì IRF540 dẫn
Ugs= <0 thì IRF540 khóa( ở 0v thì nó không dẫn)
Dòng làm việc max Id từ 23A 33A tùy vào nhiệt độ môi trường cao hay thấp
Kích dẫn áp +-20v
Thời gian trễ turn on ( 11ns) và turn off ( 39ns)
Tần số chuyển mạch cực đại là 1Mhz
2.2.2PC817
Hình ảnh của PC817
Sơ đồ nguyên lí
- Nguyên lí hoạt động : khi cấp tín hiệu vào chân số 1, led phía trong opto nối
giữa chân 1 và chân 2 phát sáng , xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3  4
thông
-Tác dụng : cách li điều khiển giữa 2 tầng mạch điện khác nhau
-Mục đích : nếu có sự cố từ tầng ứng dụng như cháy ,chập , tăng áp thì cũng
không làm ảnh hưởng tới tầng điều khiển
GVHD:
SVTH: Trang18
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử

* Cấu tạo của encoder
GVHD:
SVTH: Trang21
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
Nhìn trên hình ta thấy encoder gồm : 1 tấm tròn có khắc lỗ, 1 Hệ thông LED
phát và thu.
* Nguyên tắc hoạt động cơ bản:
Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên
đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa
quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ
(rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta
đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua,
người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Số xung đếm được
và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt!
Như vậy là encoder sẽ tạo ra các tín hiệu xung vuông và các tín hiệu xung
vuông này được cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ. Nên tần số của xung đầu ra sẽ
phụ thuộc vào tốc độ quay của tấm tròn đó. Đối với encoder mình đang dùng
thì nó có 2 tín hiệu ra lệch pha nhau 90. Hai tín hiệu này có thể xác định được
chiều quay của động cơ.
Đây là sơ đồ cấu tạo cơ bản bên trong của nó để tạo được xung vuông!
GVHD:
SVTH: Trang22
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
GVHD:
SVTH: Trang23
Đại Học SPKT Hưng Yên Đồ án chuyên ngành II
Khoa Điện – Điện Tử
PHẦN III THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG