http://www.ebook.edu.vn
ĐAI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
BỘ MÔN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ CÁNH TAY ROBOT GẮP KHỐI
DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A

SVTH : DƯƠNG BÌNH THẠNH MSSV:403T0254
VÕ THANH ĐIỀN MSSV:403T0055
GVHD : TS. HOÀNG MINH TRÍ
Ks. BÙI THANH HUYỀN
Lớp : BT03TDH

TP.HOÀ CHÍ MINH, Tháng 5/2008

http://www.ebook.edu.vn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA ----oOo----
----oOo----
TS. NGUYỄN ĐỨC THÀNH TS. HOÀNG MINH TRÍ

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN
Người duyệt(chấm sơ bộ):………………..
Đơn vị: …………………………………...
Điểm tổng kết: …………………………...
http://www.ebook.edu.vn
Nơi lưu trữ luận án: ……………………...
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC
----oOo---- ----oOo----
Ngày ….tháng …. năm 2008
PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
(Dành cho người hướng dẫn / phản biện)
1. Họ và tên SV: ………………………………………………………………………
MSSV:………………………………..Ngành (chuyênngành):…………………….
2. Đề tài:……………………………………………………………………………….
3. Họ tên người hướng dẫn / phản biện:………………………………………………
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang :……………………….. Số chương: ………………………..
Số bản số liệu:……………………….. Số hình vẽ:…………………………
Số tài liệu tham khảo:………………… Phần mềm tính Toán:………………
Hiện vật(sản phẩm):…………………..
5. Tổng quát về các bản vẽ.
-Số bản vẽ: bản A1 bảnA2 khổ khác
-Số bản vẽ tay Số bản vẽ trên máy tính
6. Những ưu điểm chính của LVTN :…………………………………………

MSSV:………………………………..Ngành (chuyênngành):……………………
2. Đề tài:………………………………………………………………………………
3. Họ tên người hướng dẫn / phản biện:………………………………………………
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang :……………………….. Số chương: ………………………….
Số bản số liệu:……………………….. Số hình vẽ:…………………………..
Số tài liệu tham khảo:………………… Phần mềm tính Toán:……………….
Hiện vật(sản phẩm):…………………..
6. Tổng quát về các bản vẽ.
-Số bản vẽ: bản A1 bảnA2 khổ khác
-Số bản vẽ tay Số bản vẽ trên máy tính
6. Những ưu điểm chính của LVTN:………………………………………………..
7. Những thiếu sót chính của LVTN:……………………………………………….
……………………………………………………..…………………………………
8. Đề nghị: Được bảo vệ:

Bổ xung thêm để bảo vệ

không được bảo vệ 9. Câu hỏi SV phải trả lời trước hội đồng(CBPB ra ít nhất 02 câu):
a. ………………………………………………………………………………...
b. ………………………………………………………………………………...
c. ………………………………………………………………………………...
10. Đánh giá chung(bằng chữ: giỏi, khá ,TB): Đi ểm: ……./10
Ký tên (ghi rõ họ tên)

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, Ngày …. Tháng ….năm 2008
GVHD http://www.ebook.edu.vn
Nhận xét của giáo viên phản biện
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

khỏe và thành công trong mọi việc. http://www.ebook.edu.vn
LỜI NÓI ĐẦU
Từ các thông tin trên các diễn đàn Internet và các trung tâm học tập thực hành,
cho thấy nhu cầu học tập và nghiên cứu cũng như tự mài mò tìm hiểu về nhiều lĩnh
vực trong ngành điện tử nói chung, tự động hóa nói riêng là rất cao. Trong nhiều lĩnh
vực được quan tâm, có một lĩnh vực về vi điều khiển được quan tâm rất nhiều hiện
nay đó là vi điều khiển PIC. Việc tìm hiểu và ứng dụng hết khả năng của nhiều loại
PIC là cả một quá trình dài lý thú và hữu ích, vì sự thuận tiện, tinh gọn, khả năng phát
triển cũng như sự đa dạng các dòng sản phẩm phù hợp nhiều quy mô ứng dụng của
nó.
Một lĩnh vực khác được quan tâm đông đảo trên các diễn đàn học tập ngành
điện tử và tự động hóa, nhưng chưa có một tài liệu chính thống phổ biến hướng dẫn
hay cung cấp thông tin về nó, cũng như chưa được giảng dạy ở nhiều trung tâm đó là
ứng dụng PIC 16f877 điều khiển cánh tay ROBOT và thể hiện một sự linh hoạt mà
trong thực tế rất phù hợp với nhu cầu s ản x ấut đa dạng trong các hệ thống từ công
nghiệp cho đến dân dụng. Thuận tiện cho người vận hành cũng như cũng như năng
xuất và chất lượng sản phẩm, trình bày một cách sinh động hơn
Lựa chọn PIC trong đề tài này là một bước đi phù hợp với những yêu cầu giới
hạn cần có của một đề tài tốt nghiệp cũng như đáp ứng những nhu cầu ứng dụng thực
tế trong các lĩnh vực của ngành điện tử và tự động hóa đã theo học.
Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do vốn kiến thức còn hạn chế cũng như thời


http://www.ebook.edu.vn
MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN Trang

1.1 Giới thiệu sơ lược về lịch sử phát triển của Robot. 1
1.2 Tình hình phát triển của Robot hiện nay. 2
1.3 Tình hình phát triển của ngành TDH ở nước ta hiện nay. 3
1.4 Nội dung đề tài. 4
1.5 Giới thiệu vấn đề. 4


5.3
Chương trình nạp Vi điều khiển PIC qua cổng LPT WinPic800 42
5.4
Bài tập minh họa điều khiển dãy 8 LED đơn
46

Chương 6: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC.
6.1 Nguyên lí hoạt đ
ộng của động cơ bước. 50
6.2 Gi
ới
thiệu các motor dùng trong cánh tay máy . 55 http://www.ebook.edu.vn
Chng 7: THấT K V THI CễNG
7.1 Tớnh toỏn s b cỏnh tay mỏy. 58
7.2 Tớnh v
n tc
v moment ca ng c bc . 59
7.3 Tớnh toỏn ph
n c ca
cỏnh tay mỏy. 60
7.4 Mụ
h
ỡnh thi cụng cỏnh tay mỏy. 61
7.4 Thit k bo mch iu khin cho cỏnh tay mỏy. 68
7.6 Lu
gii thut iu khin.
70

- Đang đầu những năm 60 xuất hiện sản phẩm đầu tiên tên Versatran của
công ty AMF.
- Ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo các IR theo bản quyền của
Mỹ từ năm 1967;
- Ở các nước Tây Âu khác như : Đức, Ý, Pháp, Thụy Điển, từ những năm
70.
- Châu Á có Nhật bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968.
Đến nay trên thế giới có khoảng trên 20 công ty sản xuất IR trong số đó có
80 công ty của Nhật , 90 công ty của các nước Tây Âu, 30 công ty của Mỹ và một
số công ty ở Nga, Tiệp …
Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và khả năng nhận biết thông tin của
tay máy - người máy đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại các IR thành
các thế hệ sau:
Thế hệ 1 : thế hệ có kiểu điều khiển theo chu trình dạng chương trình cứng
không có khả năng nhận biết thông tin
Thế hệ 2 : thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình mềm
bước đầu đả có khả năng nhận biết thông tin
Thế hệ 3 : thế hệ có kiểu điều khiển dạng tinh khôn ,có khả năng nhận biết
thông tin và bước đầu đã có một số chức năng lý trí của con người
Đối với tay máy công nghiệp đã có hơn 250 loại ,trong số đó có hơn 40% là
loại tay máy có kiểu điều khiển đơn giản thuộc thế hệ thứ nhất .
Sự xuất hiện của robot và sự gia tăng vai trò của chúng trong sản xuất
và xã hội loài người làm xuất hiện một ngành khoa học mới là ngành robot
học (Robotic) . trên thế giới ở nhiều nước đã xuất hiện những viện nghiên
cứu riêng về robot . Ở Việt Nam, từ những năm giữa của thập kỷ 80 đã có
viện nghiên cứu về robot.

1.2 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT TRÊN THẾ GIỚI
GVHD: Ts. Hồng Minh Trí Trang: 1
http://www.ebook.edu.vn

trên thế giới,với sự phát triển không ngừng của công nghệ bán dẫn,công nghệ
thông tin, trí tụê nhân tạo va cơ khí chính xác, robot khơng con la những cổ máy vô
tri,vô giac chi biết lạp đi lập lại một công vi

c nhất đònh mà nó đã bắt đầu có cảm
súc ,suy nghó va hành động như một sinh vật, từ đó nghành tự động hóa đẩ mở ra
nhiều ứng dụng hết sức phong phú. những thế hệ robot gân giống con người lần
lượt được các hãng như HONDA ASIMO,MITSUBITSI,SONY,..cho ra đời chứng
tỏ tương sự phát triển va tương lai của ngành tự đông hóa là rất mạnh mẽ.

1.3
TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA NGHÀNH TỰ ĐỘNG HÓA & ROBOT
TẠI VIỆT NAM.

Riêng ở nước ta lónh vực này còn khá mới mẽ.chúng ta đang ở giai đoạn
đầu của thời kỳ công nghiệp hóa và hiện dại hóa đất nươc, đa số các máy móc của
chúng ta trong các nhà máy xí ngiệp đều đã lỗi thời và hết sức lạc hạâu ,chúng
không còn thích hơp cho việc sản xuất.Việc đầu tư mới các thiết bò này là hết sức
cần thiết nhưng hiện nay phần lớn cacù trang thiết bò này ta đều phải nhập ngoại mà
chưa thể tự chế tạo được ,do đó tự động hoá đươc xem nhu một trong bảy nghành
công nghiệp mũi nhọn cần đầu tư phát triển để nó có thể đáp ứng trước sự đòi hỏi
của nghành công nghiệp nước nhà. Để có thể có thể làm được điều đó chúng ta
cần có một lực lượng nhận lực hùng hâụ cả về số lượng lẩn trình độ chuyên môn
cùng với sự đầu tư về trang thiết bò và cơ sơ vật chất
Nhiều cuộc thi về tự động hóa đã diễn ra nhằm khuyến khích lòng xay mê sáng
tạo trong giới trẻõ đã được tổ chức như :ROBOCON,EUREKA,. . . . . đã nhận được
sự ủng hộ nhiệt tình trong sinh viên và góp phần tích cực vao việc thúc đẩy sự đam
mê và lòng ham thích của sinh viên VIETNAM trên con đường xây dựng đất
nước
Đứng trước nhu cầu đó trước nhu cầu thực tế đó cộng với lòng đam mê của bạn

GIỚI HẠN VẤN ĐỀ

Tay máy rất đa dạng về nguồn gốc và chủng loại đây là lần đầu thực hiện
nghiên cứu đề tài: “THIẾT KẾ & ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY
SÁU BẬC TỰ DO” trong điều kiện:
• Thời gian thực hiện đề tài chỉ trong một học kỳ
• Kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều
• Tài liệu về vi xử lí và tay máy còn hiếm
• Vật tư và linh kiện không đồng bộ
Vì vậy chúng em đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau
đây:
• Thiết kế & chế tạo cánh tay máy 5 bậc tự do & hệ thống băng chuyền
• Thiết kế & chế tạo mạch giao tiếp công suất của cánh tay máy
• Thiết kế& chế tạo mạch điều khiển cánh tay máy & băng chuyền
•
Lập trình bằng vi xử lí PIC16F877A

•
Xây dựng những chương trình tiêu biểuGVHD: Ts. Hồng Minh Trí Trang: 4
http://www.ebook.edu.vn
Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh :
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU


kiệm năng lượng hơn tuy nhiên giá thành sẽ cao hơn rất nhiều. Từ đó các nghiên cứu
trong lĩnh vực này sẽ thuận lợi hơn, sáng tạo hơn và chuyên nghiệp hơn.
2.2
Giới hạn nghiên cứu:
• Động cơ step motor .
• Vi điều khiển PIC 16F877A.
• Phần mềm CCS ( ngôn ngữ C) hổ trợ lập trình và biên dịch chương trình vi
xử lí.
• Phần mềm OrCAD hổ trợ thiết kế mạch in.
2.3
Giới hạn áp dụng:
Điều khiển cành tay Robot để di chuyển vật trên lộ trình đã định.
2.4
Phương pháp nghiên cứu:
GVHD: Ts. Hoàng Minh Trí Trang: 5
http://www.ebook.edu.vn
Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh
# Tìm hiểu vi xử lí PIC16F877A phần cứng và tập lệnh.
# Tìm hiểu màn hình LCD.
# Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình và biên dịch CCS, viết chương trình và biên
dịch ra file.hex nạp cho vi điều khiển PIC.Viết chương trình diều khiển cho
một motor bước quay một góc x ác định bằng kit thực hành đa năng theo
# Thiết kế phần cơ và chế tạo cánh tay robot.
# Thiết kế mạch công suất và thử nghiệm cho quay từng khớp cuả cánh tay
máy.
# Thiết kế hệ thống băng chuyền các sensor và mạch điều khiển.
# Lập trình và hoàn thiện cánh tay robot.

Computer) do hãng General Instrument đặt tên, con vi điều khiển đầu tiên của họ là
PIC1650. Hãng Microchip tiếp tục phát triển các dòng sản phẩm này. Cho đến nay,
các sản phẩm vi điều khiển PIC của Microchip đã gần 100 loại, từ họ 10Fxxx đến các
họ 12Cxxx, 17Cxx, 16Fxx, 16Fxxx, 16FxxxA, 16LFxxxA, 18Fxxx 18LFxxx,

Bảng 3.2 Sơ đồ chân của PIC16FxxxA
GVHD: Ts. Hoàng Minh Trí Trang: 7
http://www.ebook.edu.vn
Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh

3.1.2
Phân loại PIC theo ký tự:
• Nhóm thứ nhất có ký tự C, họ PIC xxCxxx được đưa vào một nhóm, gọi là
OTP (One Time Programable) chỉ có thể lập trình một lần duy nhất.
• Nhóm thứ hai có ký tự F, LF, họ PIC xxFxxx, xxFxxx, gọi là Flash, cho
phép ghi/xóa nhiều lần bắng các mạch điện thông thường.
3.1.3
Phân loại PIC theo ký số:

• 15 nguồn ngắt (Interrupt)
• Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode)
• Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP
TM
(In-Circuit Serial Programing)
• Nguồn dao động lập trình được tạo bằng công nghệ CMOS
• 35 tập lệnh có độ dài 14 bit
• Tần số hoạt động tối đa là 20 MHz
*
Cấu trúc phần cứng PIC16F877A:
PIC là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy (4
chu kỳ của bộ dao động).
PIC16F877A là họ vi điều khiển có 40 chân, mỗi chân có một chức năng khác
nhau. Trong đó có một số chân đa công dụng (đa hợp), mỗi chân có thể hoạt động như
một đường xuất/nhập (I/O) độc lập hoặc là một chức năng đặc biệt dùng để giao tiếp
với các thiết bị ngoại vi.
GVHD: Ts. Hoàng Minh Trí Trang: 9
http://www.ebook.edu.vn
Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh

Hình 3.4 Sơ đồ khối của PIC16F877A
3.3 Các Port x và thanh ghi TRISx [ x={A,B,C,D,E} ]
3.3.1
Port A và thanh ghi TRISA
GVHD: Ts. Hoàng Minh Trí Trang: 10
http://www.ebook.edu.vn
Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh

Bảng 3.5 Các thanh ghi liên quan đến Port A
Ghi chú: x – giá trị không rõ, u – giá trị không thay đổi. Các ô tô bóng

chân Port B được quy định là Input. Bốn chân RB4-RB7 có chức năng ngắt (interrupt)
khi trạng thái chân Port thay đổi (khi chân Port được quy định là output thì chức năng
này không hoạt động), giá trị chân Port được so sánh với giá trị được lưu lại trước đó,
GVHD: Ts. Hoàng Minh Trí Trang: 11
http://www.ebook.edu.vn
Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh
khi có 2 trạng thái sai lệch giữa 2 giá trị này, ngắt sẽ xảy ra với cờ ngắt RBIF
INTCON<0> bật lên, ngắt có thể làm cho vi điều khiển thoát khỏi trạng thái Sleep
Mode.
Bất cứ hoạt động truy xuất nào trên Port B sẽ xóa trạng thái sai lệch, kết
thúc ngắt và cho phép xóa cờ RBIF.
3.3.3
Port C và thanh ghi TRISC

Bảng 3.7 Các thanh ghi liên quan đến Port C
Ghi chú: x – giá trị không rõ, u – giá trị
không thay đổi.
Port C gồm 8 chân từ RC0-RC7, việc ghi các giá trị nào vào thanh ghi
TRISC sẽ quy định các chân của Port C là Input hay Output, 0 = Output, 1 = Input.
Việc đọc thanh ghi Port C sẽ đọc các trạng thái chân cảu Port C. Việc
ghi giá trị vào thanh ghi Port C sẽ thay đổi các trạng thái của các chân của Port C.
Các chân của Port C được đa hợp với các chức năng ngoại vi. Khi các
hàm chức năng ngoại vi được cho phép, thì cần quan tâm chặt chẽ tới giá trị các bit
của thanh ghi TRISC. Một số chức năng ngoại vi sẽ ghi các giá trị 0 đè lên các bit của
thanh ghi TRISC và mặc định các chân là ngõ vào. Do đó cần phải xem xét kỹ các
tính năng của các hàm ngoại vi để thiết lập giá trị các bit trong thanh ghi TRISC cho
chính xác.
3.3.4
Port D và thanh ghi TRISD


Mỗi vi điều khiển hoạt động đều cần một xung clock nhất định. Hai
chân OSC1 và OSC2 (chân 13 và chân 14) cung cấp dao động cho vi điều khiển PIC
hoạt động.
PIC16F877A có thể hoạt động trong 4 chế độ dao
động khác nhau Ở chế độ LP, XT, HS, thì dùng
thạch anh nối vào 2 chân OSC1 và OSC2 để thiếp lập
dao động. Việc mắc thêm các tụ lọc giúp tăng tính ổn
định của bộ dao động, tuy nhiên giá trị của tụ không
quá lớn hay quá nhỏ để dao động ổn định và thời gian
khởi động ngắn. Với điện thế V
dd
> 4.5V thì nên dùng
tụ có trị số 33pF.
Đối với một số ứng dụng mà độ chính xác của thời
gian không quan trọng, có thể dùng dao động RC
như một giải pháp tiết kiệm. Tần số dao động được
xác định bởi giá trị của điện trở R và tụ C.
3.5
MCLR (Master Clear):
Ngõ vào Master Clear (RESET PIC)
trên chân số 1 của vi điều khiển PIC. Khi đưa MCLR
xuống thấp, các thanh ghi bên trong vi điều khiển PIC
sẻ được tải những giá trị thích hợp để khởi động lại hệ
thống.

h
Hình 3.9 Sơ đồ mạch Master Clear (Reset PIC)
GVHD: Ts. Hoàng Minh Trí Trang: 13
http://www.ebook.edu.vn
Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh

vi (ngắt, so sánh, điều biến xung PWM,...) loại thứ hai dùng cho các chức năng bên
trong của vi điều khiển (các phép tính số học, truy xuất dữ liệu,... )
Phần thông tin cơ bản về vi điều khiển PIC16F877A tạm gác ở đây, thông tin
thêm về Các thanh ghi chức năng đặc biệt SFR, bộ định thời, Các chế độ ngắt, Bộ biến
đổi ADC 10 bit, Sử dng EEPROM, Tập lệnh hợp ngữ của PIC,.. có thể tra cứu, tham
khảo trong datasheet PIC16F87xA của Microchip (microchip.com).
Các phần ứng dụng điều khiển dùng PIC16F877A sẽ được trình bày cụ thể
trong các phần tiếp theo, ví dụ như việc truy xuất các port I/O, delay, Bộ biến đổi
ADC, hay ngắt,... Có thể khái quát một điều là việc truy xuất dữ liệu trong PIC cần
được thực hiện theo một trình tự như sau:
• Đầu tiên : Chọn và thiết lập các Bank 0, 1, 2, 3 trong bộ nhớ dữ liệu bằng
các thanh ghi chức năng đăc biệt.
• Tiếp theo : Chọn và thiết lập thanh ghi TRISx để định hướng Port, thiết lập
các bit điều khiển liên quan.
• Cuối cùng : Chọn và tác động các Port, hoặc các thanh ghi chức năng khác
cần cho việc điều khiển.
GVHD: Ts. Hoàng Minh Trí Trang: 14