Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển

GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng

LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành
điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển, từ
khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật
điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều
khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm
việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ.
Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các
thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người như
máy giặt, đồng hồ báo giờ, cân điện tử… đã giúp cho đời sống của chúng ta ngày
càng hiện đại và tiện nghi hơn. Truyền động điện một chiều sử dụng cho các máy
có yêu cầu cao về điều chỉ tốc độ và moomen. Về phương diện điều chỉnh tốc độ,
đông cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác, không
những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch
điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải
điều chỉnh tốc độ rộng.
Vì vậy với điều tài đồ án môn học về “Điều khiển tốc độ và đảo chiều
động cơ điện một chiều” dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Tiến Dũng rất
đa dạng và phong phú, có nhiều loại hình khác nhau dựa vào công dụng và độ
phức tạp. Do tài liệu tham khảo bằng Tiếng Việt còn nhiều hạn chế, trình độ có
hạn và kinh nghiệm trong thực tế chưa cao, nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu
sót. Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của
các thầy cô.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

II.
III.

Thiết kế mạch in.
Lắp đặt thiết bị và hoàn thiện mạch.
Chạy mạch và đánh giá kết quả.

Phần III: Kết Luận……………………………………………………


Tài liệu tham khảo: -Giáo trình giảng dạy Vi Xử Lý Và Vi Điều Khiển của
thầy Trần Thái Anh Âu.
- v.v……………………...........................

Phần I: Giới Thiệu Chung
2


Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển

GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng

I.Tổng quan.
Trong quá trính làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thay đổi do sự biến
thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực với tốc độ đặt, làm
giảm năng suất của máy sản xuất. Chính vì vậy việc điều khiển tốc độ động cơ là
một yêu cầu cần thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất. Như ta biết rằng hầu
hết các máy sản xuất đều đòi hỏi có nhiều tốc độ, nhưng tuỳ theo từng công việc,
điều kiện làm việc mà ta lựa chọn các tốc độ khác nhau. Muốn có được các tốc độ khác
nhau trên máy, ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hoặc thay đổi





GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng

Đặc điểm, yêu cầu của đồ án

Với khẳ năng có hạn cũng như thời gian hạn chế, hơn nữa là
chỉ đi sâu vào nghiên cứu một loại vi điều khiển đang có ứng dụng
thực tế cao và phổ biến là vi điều khiển PIC 16F877A, vì vậy đồ
án phải đạt được các yêu cầu và đặc điểm sau:
Có thể điều khiển được động cơ điện một chiều.
Có tính an toàn, thẩm mỹ và có tính ứng dụng
thực tế cao. Dễ dàng mở rộng vấn đề cho đề tài.
Phương pháp thiết kế
Từ những yêu cầu, đặc điểm của đề tài, chúng em đã chọn ra phương án
thực hiện như sau:
- Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn, bạn bè và thu
thập những tài liệu liên quan.
- Đề ra phương án thi công có tính khả thi xét trên các
mặt kinh tế và kĩ thuật.
Thực hiện theo phương án và kế hoạch dưới sự chỉ đạo của
giáo viên hướng dẫn.
Phương pháp thu thập dữ liệu
-



- Sử dụng những tài liệu, những vấn đề do giáo viên hướng dẫn cung cấp.

BUTTON
ĐIỀU CHỈNH

KHỐI ĐIỀU KHIỂN
TRUNG TÂM(VI
ĐIỀU KHIỂN
PIC16F877A)

KHỐI NGUỒN

Đảo
chiều
PWM

KHỐI
ĐIỀU
KHIỂN
CÔNG
SUẤT

ĐỘNG CƠ

LED HIỂN
THỊ

Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiến sử dụng vi điều khiển Pic.

-

Khái quát chức năng của từng khối:

phương pháp mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động cơ hay điều khiển
nhanh chậm

Chương 2:TÍNH CHỌN LINH KIỆN
*******************************
6


Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển

GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng

2.1 Giới thiệu linh kiện của hệ thống.
II.1.1

Vi điều khiển PIC16F877A

2.1.1.1 Khái quát về vi điều khiển PIC16F877A

PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm
dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument
đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ: PIC1650 được thiết kế để
dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600. Vi điều
khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành
nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay.


Lý do sử dụng vi điều khiển PIC cho đề tài

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển

Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công
cụ lập trình, nạp chương trình từ đơn giản đến phức tạp,…
Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính
năng nà
không ngừng được phát triển.
2.1.1.2

Sơ đồ.

a.Sơ đồ chân
Hình 2.1: Sơ đồ chân của PIC 16F877A

8


Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển

GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng

2.1.1.3 Một vài thông số về vi điều khiển
Pic16F877a
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có
độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock.
Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là
200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM
và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là
5 với 33 pin I/O.
2.1.1.4 Tổ chức bộ nhớ
Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A gồm có bộ
nhớ chương trình (program memory) và bộ nhớ dữ liệu(data


bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt
SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh
ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ còn lại
trong bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh
ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện
trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình. Sơ đồ cụ thể
của bộ nhớ dữ liệu PIC1
2.1.2 Động cơ điện một chiều.
a.

Khái niệm động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.
Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng
như công nghiệp. Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ
duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều
quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM.

Hình 2.2: Động cơ điện một chiều có gắn encoder
c.Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng :
a.Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh ra từ thông kích từ
b. Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp của
phần ứng.
Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có
điện. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm
rôto quay. Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái.
10



Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển

GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng

Nguyên tắc hoạt động của Encoder
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.

* Các linh kiện sử dụng trong đề tài
1)

Mosfet IRF540.

a.Giới thiệu về Mosfet.

Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor)là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với
Transistor thông thường mà ta đã biết, Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên
12


GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng

Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi
ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu
hướng chuyễn động khuếch tán sang khối N.Cùng lúc khối P lại nhận thêm các
điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm
(thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương ( thiếu
hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).
Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi
chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các
nguyên tử trung hòa.Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh
sáng (hay các bức xạ điện từ có bướcsónggầnđó).Điện áp tiếp xúc hình thành.
Sự tích điện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một điện áp gọi là
điện áp tiếp xúc (UTX).Điện trường sinh ra bởi điện áp có hướng từ khối n đến
khối p nên cản trở chuyển động khuếch tán và như vậy sau một thời gian kể từ
lúc ghép 2 khối bándẫn với nhau thìquá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt
và tồn tại điện áp tiếp xúc. Lúc này ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng.
Điện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng khoảng 0.6V đối với điốt làm bằng bán
dẫn Si và khoảng 0.3V đối với điốt làm bằng bán dẫn Ge.
Điệp áp ngoài ngược chiều điện áp tiếp xúc tạo ra dòng điện.
Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nên quá
trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa. Vì
vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên
được gọi là vùng nghèo. Vùng này không dẫn điện tốt, trừ phi điện áp tiếp xúc
được cân bằng bởi điện áp bên ngoài. Đây là cốt lõi hoạt động của điốt.
Điệp áp ngoài cùng chiều điện áp tiếp xúc ngăn dòng điện.
Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các
điện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giáp
dẫn điện tốt. Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự

Điện áp vào mức cao VIH

2.2V đến Vcc

Điện áp vào mức thấp VIL

-0.3V đến 0.6V

Điện áp ra mức cao (DB0-DB7)

Min 2.4V (khi IOH = -0.205mA)

Điện áp ra mức thấp (DB0-DB7)

Max 0.4V (khi IOL = 1.2mA)

Dòng điện ngõ vào (input leakage current) ILI

-1uA đến 1uA (khi VIN = 0 đến Vcc)

Dòng điện cấp nguồn ICC

350uA(typ.) đến 600uA

Tần số dao động nội fOSC

190kHz đến 350kHz (điển hình là 270kHz)
15



trong kết nối tinh thể chỉ cần có 4 ).
Khi mối nối PN được cho phân cực thuận với nguồn pin ngoài, một dòng
điện kích thích khi chảy qua mối nối bán dẫn PN sẽ tạo các dao động của các
điện tử (Bạn xem hình) và các dao động này sẽ phát ra sóng điện từ trường đó
chính là các tia sáng. Tóm lại Led có 2 chân, gọi là chân âm cực hay Cathode (
do chân này cho nối vào cực âm của pin) và chân dương cực hay Anode (do chân
này cho nối vào cực dương của pin), khi chúng ta cho dòng điện chảy qua một
Led nó sẽ phát ra chùm tia sáng, và để có điềm sáng đủ mạch, chúng ta dùng vật
liệu nhựa trong suốt làm kính hội tụ (Bạn xem hình cấu tạo của Led).
1.2 Các hình dạng Led phổ biến

2. Ưu, Nhược điểm của đèn Led
Ưu điểm: Có hiệu suất phát sáng cao hơn bóng sợi đốt.
- Màu sắc: LED có thể phát ra màu sắc như ý muốn mà không cần bộ lọc
màu theo phương pháp truyền thống.
- Kích thước: Kích thước của bóng LED rất nhỏ (có thể nhỏ hơn 2 mm2) vì
vậy có thể bố trí dễ dàng trên mạch in.
- Thời gian bật tắt nhanh: Led có thời gian bật và tắt rất nhanh kể từ lúc có
tác động (micro giây). Điều này rất quan trọng trong thông tin liêc lạc, lĩnh vực
yêu cầu có thời gian đáp ứng nhanh.
- Độ sáng tối: LED có thể dễ dàng điều khiển độ sáng tối bằng phương pháp
điều chế độ rộng xung hoặc tăng giảm dòng điện tác động.
- Tuổi thọ đèn cao: Đây là ưu điểm lớn nhất của đèn LED, tuổi thọ của đèn
LED vào khoảng 35000 đến 50000 giờ, lớn hơn nhiều lần so với bóng huỳnh
quang và sợi đốt.
17


Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển


GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
3.1 : Thiết kế mạch nguyên lý của hệ thống
3.1.1 Sơ đồ mạch điều khiển khối điều khiển

Khối điều khiển được cấp nguồn 5VDC, sử dụng VĐK 16f877a, điều khiển độ
rộng xung PWM được nối vào chân RC1, tức chân số 16.
19


Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển

GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý các nút nhấn

Khối buton gồm 5 nút nhấn với các trạng thái làm việc khác nhau của động
cơ. Nguồn cấp vào là 5DVC, trở hạn dòng là 330 ohm. Ngoài ra còn có led tín
hiệu cho mỗi nút nhấn.

20


Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển

GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng

3.1.3 Khối hiển thị LCD
LCD được chọn là LCD 4 bit 16*2, cũng được cấp nguồn 5VDC, các chân của

GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng

Các chức năng:
-

Hiện thị tốc độ (vòng/s) của động cơ DC
Quay theo chiều thuận
Quay theo chiều ngược
Dừng lại
Chạy với 80% tốc độ
Thay đổi tốc độ bẵng Var

3.2: Chạy mô phỏng: ( bằng phần mềm proteus….)

CHƯƠNG 4:

LỆNH- CODE CỦA CHƯƠNG TRÌNH

4.1 Khai báo PIC
LIST

P=16F877a

#INCLUDE P16F877a.inc
4.2 Cấu hình cho PIC
__CONFIG _HS_OSC &_WDT_OFF &_LVP_OFF &_PWRTE_OFF
4.3 Khai báo biến và định nghĩa chân ra
;------------------------------------------------------------------------------------#define LCD_D4
#define LCD_D5
#define LCD_D6

x
ENDC
4.4 Khai báo ngắt và chương trình ngắt TIMER
W_save
STATUS_save
PCLATH_save
FSR_save

EQU 0x35
EQU 0x36
EQU 0x37
EQU 0x38

;--------CHUONG TRINH NGAT-----------ORG 0X0004
GOTO NGAT
NGAT
MOVWF
W_save
SWAPF
STATUS,W
ghi STATUS ; W= 00110000
CLRF
STATUS
MOVWF
STATUS_save
MOVF
PCLATH,W
MOVWF
PCLATH_save
CLRF