Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha 1 mã lực sử dụng công nghệ chế tạo chíp chuyên dụng PSoC

Đại học quốc gia Hà nội
Tr-ờng đại học công nghệ

Lê Hùng Linh

Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển động cơ
không đồng bộ 3 pha 1 mã lực sử dụng công
nghệ chế tạo chíp chuyên dụng psoc

Ngành : Công nghệ điện tử - viễn thông
Chuyên nghành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc
Mã số:2.07.00

Luận văn thạc sĩ

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học:
PGS.TSKH Phạm th-ợng cát

Hà Nội - 2007


MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................................. 1
CÁC KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ...................................................................... 3
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 4
CHƢƠNG 1 ........................................................................................................................... 5
KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ............................................................... 5
1.1
Mở đầu ................................................................................................................... 5
1.2
Cấu trúc cơ sở và nguyên lý hoạt động.................................................................... 5

1.2.1
Stator .............................................................................................................. 5
1.2.2
Rotor .............................................................................................................. 5
1.2.3
Tốc độ của động cơ xoay chiều ....................................................................... 6
1.3
Các loại động cơ cảm ứng ....................................................................................... 7
1.3.1
Động cơ xoay chiều 1 pha ............................................................................... 7
1.3.2
Động cơ xoay chiều 3 pha ............................................................................... 8
1.3.2.1 Động cơ lồng sóc ............................................................................................ 8
1.3.2.2 Động cơ Rotor dây cuộn ................................................................................. 8
1.3.2.3 Phƣơng trình cơ bản về mômen của động cơ ................................................... 9
1.3.2.4 Các đặc tính của động cơ .............................................................................. 10
1.4
Điều khiển động cơ............................................................................................... 14
1.4.1
Sự cần thiết phải điều khiển tốc độ ................................................................ 14
1.4.2
Điều khiển tốc độ bằng thay đổi tần số (Variable Frequency Driver) ............ 14
1.4.3
Các phƣơng pháp điều khiển động cơ cảm ứng ............................................. 17
1.4.3.1 Điều khiển vô hƣớng ..................................................................................... 18
1.4.3.2 Điều khiển vectơ ........................................................................................... 18
1.4.3.3 Điều khiển trực tiếp mômen DTC ................................................................. 19
CHƢƠNG 2 ......................................................................................................................... 21
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHÍP CHUYÊN DỤNG PSoC .................................................... 21
2.1

Giới thiệu ............................................................................................................. 21
2.2
Các yêu cầu cần thiết để thiết kế chip chuyên dụng PSoC ..................................... 21
2.3
Chíp PSoC CY8C29x66 ....................................................................................... 22
2.3.1
Chức năng..................................................................................................... 22
2.3.2
Sơ lƣợc chức năng của PSoC ........................................................................ 24
2.4
Ngôn ngữ lập trình cho PSoC ............................................................................... 29
CHƢƠNG 3 ......................................................................................................................... 31
PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 3 PHA ...................... 31
3.1
Yêu cầu bài toán và phƣơng pháp chọn lựa ........................................................... 31
3.2
Thiết kế sơ đồ khối hệ thống của bộ điều khiển động cơ 3 pha .............................. 35
3.3
Chức năng hoạt động của các thành phần ............................................................. 37
3.3.1
Bộ tạo nguồn ổn định PFC và nguồn cách ly ................................................. 37
3.3.2
Bộ điều khiển giao diện ................................................................................ 39
3.3.3
Bộ điều khiển trung tâm ................................................................................ 41
3.3.4
Khối công suất .............................................................................................. 42
CHƢƠNG 4 ......................................................................................................................... 47
THIẾT KẾ CHI TIẾT VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
3 PHA 1 MÃ LỰC ............................................................................................................... 47

4.1
Xây dựng phần cứng cho hệ thống ....................................................................... 47
4.1.1
Phần điều khiển giao diện ............................................................................. 47
4.1.2
Phần điều khiển trung tâm............................................................................. 54
4.1.3
Phần phối hợp với môđun công suất .............................................................. 58
4.1.4
Phần nguồn của hệ thống .............................................................................. 63
4.2
Thiết kế phần mềm ............................................................................................... 73
1


4.2.1
Thuật toán điều khiển chính .......................................................................... 73
4.2.2
Thuật toán chƣơng trình con ......................................................................... 74
4.2.3
Thuật toán chƣơng trình con xử lý ngắt ......................................................... 77
4.3
Chế tạo thử nghiệm các môđun ............................................................................. 81
4.3.1
Môđun nguồn................................................................................................ 81
4.3.2
Môđun điều khiển ......................................................................................... 85
4.3.3
Kết quả thử nghiệm ....................................................................................... 87
KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 89

CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 90

2


CÁC KÝ HIỆU VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
STT
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.

24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.

Ký hiệu
AC
ADC
DC
DAC
RPM
KE
LRT
LRC
IC
VFD
DTC
PWM
UART
IDE

ICE
PSoC
M8C
CRC
SPI
GPIO
MCU
CPU
WDT
IMO
ILO
RTC
PLL
I2C
DTMF
MAC
LVD
POR
QEI
PFC
PI
LCD
OCC

Giải thích
Điện áp xoay chiều
Bộ chuyển đổi từ tƣơng tƣ sang số
Điện áp một chiều
Bộ chuyển đổi số sang tƣơng tự
Số vòng quay trên phút

Năng lƣợng động lực học
Mô men khoá Rotor
Dòng điện khoá Rotor
Chíp tích hợp
Bộ điều khiển thay đổi tần số
Điều khiển mômen trực tiếp
Bộ điều xung
Khối truyền tin nối tiếp không đồng bộ
Phần mềm phát triển cho PSoC
In Circuit Emulator PSoC
Chíp có khả năng lập trình hệ thống
Lõi vi điều khiển 8 bit M8C
Bộ kiểm tra lỗi
Truyền thông nối tiếp chuẩn SPI
Các chân vào ra
Vi điều khiển
Vi xử lý
Bộ định thời Watchdog
Bộ dao động tốc độ cao đƣợc tích hợp bên trong chíp
Bộ dao động tốc độ thấp đƣợc tích hợp bên trong chíp
Đồng hồ thời gian thực
Vòng bám pha
Truyền thông nối tiếp chuẩn I2C
Bộ điều chế đa tần
Bộ nhân cứng
Bộ dò điện áp thấp
Khởi động lại nguồn nuôi
Mã hoá đĩa quang
Bộ hiệu chỉnh cosφ
Bộ điều khiển tích phân

Màn hình hiển thị tinh thể lỏng
Thuật điều khiển trong một chu kỳ (One Cycle Control)

3


MỞ ĐẦU
Trong vòng 2 thập kỷ qua, điều khiển động cơ xoay chiều (AC Motor) đã đạt
đƣợc những tiến bộ vƣợt bậc nhờ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi điện tử,
khoa học máy tính, công nghệ bán dẫn công suất và kỹ thuật điều khiển.
Các máy điện 3 pha đang đƣợc ứng dụng hầu hết trong các nhà máy, xí nghiệp
cũng nhƣ trong cuộc sống hàng ngày. Vấn đề đặt ra là làm sao ta có thể điều khiển tốc
độ của động cơ dễ dàng theo yêu cầu của ngƣời sử dụng. Công nghệ chế tạo chip
PSoC (Programmable System on Chip) cho phép ta phát triển các chíp vi điều khiển
chuyên dụng cho các thiết bị đo và điều khiển. Do vậy thiết bị có tính cạnh tranh và
bảo mật cao. Mục đích của đề tài là phát triển một chíp chuyên dụng cho điều khiển
động cơ không đồng bộ 3 pha. Trên cơ sở chíp này, đề tài thử nghiệm xây dựng một
bộ điều khiển tốc độ của động cơ không đồng bộ 3 pha 1 mã lực với thuật điều khiển
tỷ lệ V/f.
Đề tài sẽ giải quyết một số vấn đề sau:
 Tổng quan về động cơ không đồng bộ 3 pha, bộ biến tần điều khiển động cơ
xoay chiều và công nghệ tạo chíp PSoC.
 Thiết kế tạo chíp chuyên dụng cho điều khiển động cơ AC 3 pha trên cơ sở
công nghệ PSoC.
 Thiết kế và chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển cho động cơ không đồng bộ 3
pha 1 mã lực sử dụng chíp chuyên dụng điều khiển động cơ.
Đề tài gồm 4 chƣơng, trong đó:
Chƣơng 1: Khái quát về động cơ không đồng bộ. Chƣơng này mô tả một cách
khái quát nhất về các động cơ xoay chiều 1 pha và 3 pha và những đƣợc tính cơ bản
của nó.

Chƣơng 2: Công nghệ chế tạo chíp chuyên dung PsoC. Trong chƣơng này,
ngƣời đọc có thể hình dung một cách khái quát nhất về cách tạo ra các chip chuyên
dụng, các tài liệu cũng nhƣ các bƣớc tiến hành thực hiện tạo ra chip chuyên dụng .
Chƣơng 3: Phân tích và thiết kế hệ thống biên tần điều khiển động cơ. Chƣơng
này nêu ra yêu cầu của bài toán và phƣơng án thiết kế hệ thống.
Chƣơng 4: Thiết kế chi tiết và chế tạo thử nghiệm biến tần điều khiển động cơ 3
pha 1 mã lực
Do điều kiện thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế, đề tài còn rất nhiều thiếu
sót. Tôi rất mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn đồng
nghiệp để đề tài đƣợc hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cám ơn!
Học viên
Lê Hùng Linh

4


CHƢƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Mở đầu
Động cơ điện cảm ứng xoay chiều là loại động cơ đƣợc sử dụng phổ biến nhất
trong công nghiệp và trong các máy gia dụng. Thiết kế đơn giản, có sẵn trên thị
1.1

trƣờng, giá thành thấp, ít cần bảo dƣỡng và có thể kết nối thẳng tới nguồn xoay chiều
AC là các ƣu điểm của động cơ 3 pha. Tuy nhiên muốn điều khiển tốc độ cũng nhƣ
mômen quay của loại động cơ xoay chiều phải hiểu rõ về cấu trúc và các đặc tính của
loại động cơ này
1.2

Cấu trúc cơ sở và nguyên lý hoạt động
Các động cơ AC đều gồm 2 phần: Stator là phần cố định ở phía ngoài. Rotor là

phần quay tròn nằm phía trong. Giữa hai phần này có khe cách. Tất cả các động cơ
xoay chiều 3 pha sử dụng từ trƣờng quay để quay Rotor của chúng. Từ trƣờng quay
này đƣợc tạo ra do dòng điện xoay chiều chạy trong các cuộn dây của Stator.
1.2.1 Stator
Stator đƣợc làm từ một số khung nhôm hoặc sắt mỏng. Chúng đƣợc ép chặt lại
với nhau để tạo thành một hình trụ rỗng (lõi của Stator) nhƣ ở hình 1.1. Các cuộn dây
đƣợc cách ly với nhau và đƣợc lồng vào các khe đó. Mỗi một nhóm các cuộn sẽ bao
quanh một lõi, tạo thành một nam châm điện khi đƣợc cung cấp nguồn điện AC. Số
cực của động cơ phụ thuộc vào cách thức cuộn của Stator. Các cuộn Stator đƣợc kết
nối tới nguồn điện. Bên trong Stator đƣợc nối nhƣ hình 1.1, khi cung cấp nguồn thì sẽ
tạo ra từ trƣờng xoay.

Hình 1.1: Một loại Stator

1.2.2 Rotor
Rotor có cấu tạo đơn giản và khoẻ. Rotor bao gồm một lõi hình trụ với các khe
song song để dẫn điện. Mỗi khe có một thanh đồng, nhôm hoặc hợp kim. Các thanh
5


Rotor đƣợc cố định đoản mạch ở 2 đầu, đƣợc mô tả ở hình 1.2. Các khe của Rotor
không nhất thiết phải song song với trục.

Hình 1.2: Rotor lồng sóc

Để cho động cơ chạy ổn định trong từ trƣờng xoay, Rotor đƣợc gắn lên một
trục. Giữa phần Stator và Rotor đƣợc cách ly bằng khe hở không khí để truyền dẫn

đƣờng cảm ứng làm cho năng lƣợng đƣợc truyền từ Stator đến Rotor. Chính điều đó đã
tạo ra lực xoắn cho Rotor, làm cho Rotor quay.
1.2.3 Tốc độ của động cơ xoay chiều
Từ trƣờng tạo ra trong Stator là từ trƣờng xoáy ở một tốc độ không đổi ( N S )
Phƣơng trình 1:
N s  120

Trong đó:

f
P

N S : Tốc độ đồng bộ của từ trƣờng Stator tính theo vòng phút.

P: Số cực của Stator
f: Tần số của nguồn nuôi.
Từ trƣờng đƣợc tạo ra trong Rotor do dòng điện cảm ứng. Để cân bằng với từ
trƣờng quay, Rotor bắt đầu chạy theo sự thay đổi liên tục của từ trƣờng quay Stator và
sẽ dần bắt kịp tới tốc độ thay đổi đó. Tuy nhiên, trong thực tiễn, Rotor không bao giờ
bắt kịp đƣợc từ trƣờng của Stator. Rotor chạy chậm hơn tốc độ thay đổi của từ trƣờng
trong Stator. Tốc độ này gọi là tốc độ cơ sở (Nb ).
Sự khác nhau giữa N S và Nb gọi là hệ số trƣợt. Hệ số trƣợt sẽ thay đổi theo tải
của nó. Nếu tải đƣợc tăng lên thì Rotor sẽ quay chậm hơn hay nói cách khác là hệ số
trƣợt tăng lên và ngƣợc lại. Hệ số trƣợt đƣợc tính theo tỉ lệ phần trăm và có thể tính
theo công thức sau:

6


Phƣơng trình 2:

%slip 

N s  Nb
*100
Ns

NS: Tốc độ đồng bộ RPM (lý thuyết)
Nb: Tốc độ cơ sở RPM (thực tế)
1.3

Các loại động cơ cảm ứng
Thông thƣờng, động cơ cảm ứng đƣợc phân loại trên cơ sở số pha của Stator,

bao gồm:
o

Động cơ xoay chiều 1 pha

o

Động cơ xoay chiều 3 pha

1.3.1 Động cơ xoay chiều 1 pha
Hiện nay, động cơ xoay chiều 1 pha đƣợc sử dụng nhiều nhất vì giá thành của
nó không đắt và ít phải bảo dƣỡng. Loại động cơ này chỉ có một cuộn dây và hoạt
động với nguồn điện 1 pha. Động cơ xoay chiều 1 pha không tự nó khởi động đƣợc.
Khi động cơ đƣợc nối với nguồn điện 1 pha, cuộn dây chính sẽ mang một dòng điện
xoay chiều. Dòng điện này sẽ làm cho từ trƣờng thay đổi. Nhờ sự cảm ứng, Rotor
đƣợc tác động mạnh. Tuy từ trƣờng đƣợc thay đổi, nhƣng mômen rất cần thiết cho sự
quay của động cơ thì lại không đƣợc tạo ra. Vì vậy, động cơ xoay chiều 1 pha phải có

khối khởi động để kích hoạt cho động cơ quay.
Phần khởi động của động cơ xoay chiều 1 pha đƣợc lắp thêm một cuộn dây trên
Stator (cuộn dây khởi động hay cuộn dây hỗ trợ) đƣợc trình bày trên hình 1.3. Cuộn
dây khởi động có thể có một dãy các tụ và/hoặc một công tắc li tâm. Khi cung cấp
nguồn, dòng điện trong cuộn dây chính chậm pha hơn nguồn cung cấp do trở kháng
của cuộn dây chính. Cùng thời điểm đó, dòng điện trong cuộn dây khởi động đƣợc cấp
nguồn phụ thuộc vào trở kháng phần khởi động. Sự tƣơng tác giữa hai từ trƣờng (từ
trƣờng của cuộn dây chính và từ trƣờng của phần khởi động) sẽ tạo ra từ trƣờng tổng
hợp quay theo một hƣớng. Động cơ bắt đầu quay theo hƣớng của từ trƣờng tổng hợp.

Hình 1.3. Động cơ 1 pha có và không có phần khởi động

7


Khi động cơ đạt đƣợc 75% tốc độ của nó, công tắc trung tâm sẽ không kết nối
với cuộn khởi động. Lúc này, động cơ xoay chiều một pha có thể duy trì mômen để
cho nó tự hoạt động.
Các động cơ xoay chiều một pha chỉ đƣợc sử dụng với công suất đến khoảng
3/4 ma lực (hp) trừ một số trƣờng hợp đặc biệt.
Động cơ xoay chiều một pha đƣợc phân loại nhƣ sau:
o Động cơ xoay chiều pha phụ
o Động cơ xoay chiều khởi động bằng tụ
o Động cơ xoay chiều tụ điện phụ cố định
o Động cơ xoay chiều khởi động bằng tụ và có tụ hoạt động
o Động cơ xoay chiều cực ẩn (pole-shaded)
1.3.2 Động cơ xoay chiều 3 pha
Động cơ xoay chiều 3 pha đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và các ứng
dụng trong thƣơng mại. Các động cơ này có thể khởi động đƣợc mà không cần sử
dụng tụ, cuộn khởi động, công tắc trung tâm hoặc một thiết bị khởi động khác.

Công suất và hiệu quả các động cơ này trong dải từ trung bình đến cao so với
các động cơ 1 pha cùng loại. Ứng dụng phổ biến của chúng là cho máy sát, máy
nghiền, máy khoan, máy bơm, máy nén, băng tải, thiết bị in ấn, thiết bị cho nông
nghiệp, điện lạnh và một số ứng dụng máy công suất khác.
Động cơ xoay chiều 3 pha gồm 2 loại: Động cơ lồng sóc và động cơ Rotor dây
cuộn
1.3.2.1 Động cơ lồng sóc
Có khoảng 90% động cơ 3 pha thuộc loại động cơ lồng sóc. Công suất của nó
từ 1 đến vài trăm mã lực cho động cơ 3 pha. Động cơ lồng sóc loại 1 mã lực hoặc lớn
hơn, giá thành thấp và có thể bắt đầu làm việc với tải lớn hơn động cơ 1 pha tƣơng tự.
1.3.2.2 Động cơ Rotor dây cuộn
Động cơ vòng trƣợt hoặc động cơ dây cuốn là một biến thể của động cơ lồng
sóc. Trong đó, Stator giống với động cơ lồng sóc; các cuộn dây đặt trên Rotor và
không ngắn mạch, nhƣng phần cuối của nó đƣợc nối tới một vòng trƣợt (xem hình 1.4)
Vòng trƣợt sẽ tạo ra mômen tỉ lệ với trở kháng của Rotor. Trở kháng Rotor
đƣợc tăng thêm bằng cách cho thêm trở kháng bên ngoài thông qua vòng trƣợt. Động
cơ chạy nhanh thì giá trị của trở kháng có thể bị giảm xuống. Một khi động cơ đạt đến
8


tốc độ cơ sở thì điện trở bên ngoài đƣợc tách khỏi Rotor. Tại thời điểm đó, động cơ
làm việc nhƣ là một động cơ cảm ứng chuẩn.

Hình 1.4. Động cơ Rotor cuộn dây

1.3.2.3 Phƣơng trình cơ bản về mômen của động cơ [12]
Mômen của động cơ có thể đƣợc mô tả bằng phƣơng trình
Phƣơng trình 3
T  Tl  J

dm
dJ
 m
dt
dt

T: là giá trị tức thời của mômen động cơ (N-m)
Tl: là giá trị tức thời của mômen tải.
 m: vận tốc góc tức thời của trục động cơ (rad/sec)
J: mômen quán tính của hệ thống tải động cơ (kg-m2)
Khi mômen quán tính (dJ/dt)=0, thì phƣơng trình (3) sẽ là:
Phƣơng trình 4
T  Tl  J

d m
dt

Phƣơng trình này mô tả quan hệ giữa mômen của động cơ với mômen tải Tl và
mômen động lực học J(d m/dt). Thành phần mômen J(d m/dt), đƣợc gọi là mômen
động lực học bởi vì nó tồn tại trong thời gian tăng tốc hoặc giảm tốc của động cơ. Việc
điều khiển tăng tốc hay giảm tốc phụ thuộc vào giá trị của T so với T l. Khi tăng tốc,
động cơ sẽ cung cấp không chỉ cho mômen tải, mà thêm thành phần mômen J(d m/dt),
nhằm khắc phục sức ì của mômen quán tính. Khi mômen quán tính lớn (nhƣ tầu điện),
mômen động cơ phải vƣợt quá mômen tải để có thể duy trì đƣợc chuyển động. Nếu ta
9


điều khiển một yêu cầu cần đáp ứng trong thời gian ngắn thì mômen động cơ sẽ đƣợc
duy trì ở giá trị cao nhất và hệ thống tải của động cơ sẽ đƣợc thiết kế với quán tính
chậm nhất có thể. Năng lƣợng kết hợp với mômen động lực học J(d m/dt) đƣợc tích

trữ trong dạng năng lƣợng động lực học KE là J(d m2/2). Khi giảm tốc độ, mômen
động lực học mang dấu âm. Vì vậy, nó giúp cho động cơ đảm bảo mômen T và duy trì
bằng năng lƣợng đƣợc tích từ năng lƣợng động lực học.
Tóm lại, để động cơ hoạt động ổn định, thì mômen tạo ra từ động cơ T sẽ luôn
bằng mômen đòi hỏi của tải Tl.

Hình 1.5. Đƣờng biểu diễn mômen-tốc độ của động cơ 3 pha

1.3.2.4 Các đặc tính của động cơ [12]
Đặc tính khởi động
Nếu đấu các động cơ cảm ứng với nguồn điện thì sẽ sinh ra một dòng điện rất
lớn có thể hiểu nhƣ “dòng điện khoá Rotor”. Chúng sẽ tạo ra mômen có thể hiểu nhƣ “
mômen khoá Rotor”. Mômen khoá Rotor (LRT) và dòng điện khoá Rotor (LRC) là
một hàm của điện áp của động cơ và cấu trúc động cơ.
Với một điện áp không đổi, dòng điện khởi động của động cơ sẽ giảm rất chậm
khi động cơ tăng tốc và sẽ bắt đầu giảm xuống đáng kể khi động cơ đạt đến dƣới 80%
tốc độ. Dòng khởi động LRC của động cơ có thể có giá trị từ 500% đến 1400% (so với
dòng tải FLC). Với các động cơ tốt, dải dòng điện giảm xuống từ 550% đến 750% (so
với FLC).

10


Với điện áp không đổi, mômen khởi động của động cơ cảm ứng sẽ giảm một
lƣợng nhỏ (so với mômen nhỏ nhất của nó) dẫn đến động cơ chạy nhanh hơn. Tại gần
tốc độ đầy đủ, mômen sẽ tăng lên đến giá trị lớn nhất. Sau đó mômen giảm xuống 0 tại
tốc độ đồng bộ.
Tại thời điểm khởi động, hệ số cosφ (PF) của động cơ khoảng 0.1- 0.25. Khi
động cơ tăng nhanh dần, PF tăng đến giá trị cực đại. Khi tốc độ động cơ đạt đến giá trị
đầy đủ, PF sẽ giảm xuống lần nữa.

Đặc tính khi hoạt động
Một động cơ hoạt động ở tốc độ cao nhất sẽ có hệ số trƣợt nhỏ nhất. Tốc độ đó
đƣợc xác định bằng số cực của Stator. Khi chạy với tải đầy đủ, hệ số trƣợt của động cơ
lồng sóc sẽ nhỏ hơn 5%. Trên thực tế, hệ số trƣợt đối với mỗi một động cơ phụ thuộc
vào việc thiết kế động cơ. Ví dụ: Do thiết kế khác nhau nên tốc độ của các động cơ 4
cực trong khoảng 1420 và 1480 RPM tại tần số 50 Hz, trong khi tốc độ đồng bộ (tính
toán theo lý thuyết) là 1500 RPM tại tần số 50 Hz.
Dòng điện trong động cơ giảm là do hai thành phần: thành phần phản ứng lại
(dòng điện từ hoá) và thành phần hoạt động (dòng điện hoạt động). Dòng điện từ hoá
không phụ thuộc vào tải nhƣng phụ thuộc vào việc thiết kế của Stator và điện áp trên
Stator. So với dòng tải FLC, dòng điện từ hoá thực tế của động cơ có thể thay đổi từ
20% (với động cơ lớn hơn 2 cực) đến 60% (với động cơ ít hơn 8 cực). Dòng điện hoạt
động của động cơ tỉ lệ với tải.
Khuynh hƣớng của các máy lớn và các máy tốc độ cao là có một dòng điện từ
hoá thấp. Ngƣợc lại, xu hƣớng của các máy nhỏ và tốc độ thấp là có dòng điện từ hoá
cao. Một loại máy trung bình cỡ 4 cực có dòng điện từ hoá khoảng 33% của FLC.
Một dòng điện từ hoá thấp cho biết sắt từ có sự mất mát thấp. Ngƣợc lại dòng
điện từ hoá cao cho biết sự mất mát trong sắt từ cao và kết quả là giảm hiệu xuất làm
việc.
Hiệu suất làm việc của động cơ cao nhất ở 3/4 tải. Ngoài khoảng đó, hiệu suất
giảm xuống còn khoảng nhỏ hơn 60% (đối với động cơ nhỏ và tốc độ thấp) và lớn hơn
92% (đối với động cơ lớn và tốc độ cao). Công suất và hiệu suất đƣợc trình bày trong
phần mô tả chi tiết của động cơ.
Đặc tính tải
Trong ứng dụng thực tế, các loại biến đổi của tải tồn tại với các đƣờng biểu diễn
tốc độ quay khác nhau. Ví dụ, mômen không thay theo đổi, tải thay đổi tốc độ (ở máy
nén khí, băng tải); mômen thay đổi, tải thay đổi theo tốc độ (ở quạt, máy bơm); công
11

suất tải không đổi (ở điều khiển lực kéo); công suất không đổi, mômen cho tải không
đổi ...
Khi mômen của động cơ cân bằng với mômen mà tải yêu cầu, động cơ sẽ hoạt
động trong trạng thái ổn định tại một tốc độ không đổi. Căn cứ vào sự đáp ứng của
động cơ, chúng ta sẽ đánh giá sự lựa chọn động cơ đối với việc điều khiển một tải cụ
thể.
Đặc tính mômen không đổi, tốc độ tải có thể thay đổi
Lúc này mômen đòi hỏi loại tải là hằng số không phụ thuộc vào tốc độ. Công
suất là tỷ lệ tuyến tính với tốc độ. Đặc tính của loại này đƣợc thể hiện nhƣ sau:

Hình 1.6. Mômen không đổi, tốc độ tải thay đổi

Đặc tính tải này thƣờng thấy ở các máy nén khí, băng tải.
Đặc tính mômen thay đổi, tốc độ thay đổi
Mômen tỷ lệ với bình phƣơng của tốc độ, trong khi công suất tỷ lệ với bậc 3
của tốc độ. Đặc tính này thƣờng thấy ở quạt hoặc máy bơm nƣớc đƣợc biểu diễn nhƣ
hình 1.7.

Hình 1.7. Mômen thay đổi, tốc độ thay đổi

Công suất tải không đổi
Trƣờng hợp này rất ít thấy trong công nghiệp. Công suất là không đổi trong khi
mômen thay đổi. Mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ có nghĩa là giá trị mômen là vô cùng
12


tại tốc độ bằng 0 và ngƣợc lại. Trong thực tế, các thông số này luôn là một giá trị hữu
hạn. Loại tải này có đặc tính cho việc điều khiển lực kéo, yêu cầu mômen cao tại tốc
độ thấp và mômen giảm nhanh khi ở tốc độ tăng lên.

Hình 1.8. Công suất tải không đổi

Công suất và mômen tải không đổi

Hình 1.9. Công suất không đổi, mômen tải không đổi

Trƣờng hợp này rất thông dụng trong công nghiệp giấy. Trong loại tải này, khi
mômen không đổi, công suất tăng tuyến tính. Khi mômen bắt đầu giảm, công suất
không đổi.
Đặc tính mômen khởi động cao
Đây là loại tải có đặc tính có mômem rất cao tại tần số tƣơng đối thấy. Thƣờng
thấy ở máy đúc ép và máy bơm chân vịt.

Hình 1.10. Mômen khởi động cao

13


1.4

Điều khiển động cơ

1.4.1 Sự cần thiết phải điều khiển tốc độ
Vì động cơ không đồng bộ 3 pha có đặc tính phi tuyến nên có nhiều cách điều
khiển khác nhau.
Trƣớc kia các động cơ đƣợc thiết kế để điều khiển cho một tải cụ thể có hiệu
suất không cao vì một phần đáng kể công suất lối vào làm việc vô ích. Phần lớn thời
gian mômen của động cơ tạo ra là nhiều hơn khoảng thời gian mômen tải yêu cầu.
Đối với động cơ cảm ứng, miền trạng thái ổn định đƣợc giới hạn từ 80% của
vận tốc đến 100% tại tần số nguồn không đổi và số cực không đổi.

Khi một động cơ cảm ứng khởi động, nó tiêu thụ dòng điện rất lớn dẫn đến sụt
giảm điện áp trên đƣờng dây và tổn hao nhiệt trong Rotor. Điện áp sụt trên đƣờng dây
nguồn còn có thể ảnh hƣởng đến một số thiết bị khác nối với nguồn này.
Khi động cơ hoạt động với tải nhỏ nhất, dòng kéo của động cơ là dòng từ hoá
và hoàn toàn chỉ là cảm ứng. Kết quả, PF là rất thấp, khoảng 0,1. Khi tải tăng lên,
dòng điện cung cấp cho động cơ cũng tăng lên. Dòng từ hoá hầu nhƣ không đổi trong
toàn bộ dải hoạt động, từ không có tải đến có tải đầy đủ. Tuy nhiên, với việc tăng tải,
PF sẽ ổn định.
Khi động cơ hoạt động với một PF thấp, dòng động cơ không là hình sin làm
suy hao chất lƣợng công suất của đƣờng dây nguồn nuôi và có thể ảnh hƣởng đến sự
vận hành của các thiết bị khác nối với nguồn này.
Khi nguồn cung cấp có hệ số PF nhỏ, dòng kéo của động cơ lớn, sự mất mát
trong Rotor sẽ cao làm ảnh hƣởng đến tuổi thọ của động cơ. Với vận tốc cao, tần số
mômen dao động lớn có thể đƣợc lọc bởi trở kháng của động cơ. Nhƣng với vận tốc
chậm, mômen dao động dẫn đến sự dao động vận tốc của động cơ. Kết quả là sự
chuyển động bị trục trặc và ảnh hƣởng tuổi thọ của động cơ.
Do vậy, ta cần có bộ điều khiển thông minh cho động cơ để hạn chế đƣợc các
nhƣợc điểm nêu trên.
1.4.2 Điều khiển tốc độ bằng thay đổi tần số (Variable Frequency Driver)
VFD là một hệ thống gồm các thiết bị điện tử công suất (IGBT, MOSFET,…),
khối xử lý điều khiển tốc độ (nhƣ PIC18, PSoC…) và một số cảm biến.
Một VFD thông minh cho động cơ 3 pha đƣợc trình bày ở hình 1.11.

14


Hình 1.11. Một VFD điển hình

Chức năng cơ bản của VFD là một bộ biến tần để điều khiển tốc độ của động
cơ. Bộ chỉnh lƣu và bộ lọc để chuyển đổi điện áp xoay chiều sang một chiều. Bộ

nghịch lƣu với sự điều khiển của PSoC sẽ cung cấp dòng xoay chiều vào động cơ 3
pha, với tần số AC có thể thay đổi. Bộ điều khiển còn có thể thêm một số chức năng
khác nhƣ đo điện áp nguồn nuôi 1 chiều, bảo vệ dòng điện quá tải, điều khiển chính
xác tốc độ, điều khiển nhiệt độ, dễ dàng cài đặt, hiển thị, ghép nối với máy tính cho
việc kiểm tra thời gian thực, hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) ... Một bộ vi điều khiển
có nhiều chức năng có thể tích hợp tất cả các chức năng cần thiết vào một chíp làm
cho nó có lợi thế nhƣ là: độ tin cậy, điều khiển chính xác, tiết kiệm không gian, tiết
kiệm tiền và một số lợi thế khác.
Tốc độ cơ sở của động cơ tỷ lệ với tần số của nguồn cung cấp và nghịch đảo với
số cực trên Stator. Vì vậy, khi thay đổi tần số của nguồn nuôi thì tốc độ của động cơ
cũng bị thay đổi. Nhƣng khi tần số của nguồn nuôi bị giảm xuống, tƣơng đƣơng với
trở kháng của mạch điện bị giảm. Kết quả là dòng điện kéo cao hơn. Nếu điện áp
nguồn nuôi không đổi thì từ trƣờng có thể đạt một mức bão hoà. Do vậy để giữ sự thay
đổi của từ trƣờng trong phạm vi dải làm việc thì cả nguồn nuôi và tần số đƣợc thay đổi
theo một tỷ lệ không đổi. Do mômen cung cấp bởi động cơ tỷ lệ với từ thông trong khe
khí hở, mômen sẽ không đổi trong suốt dải hoạt động.
Trong hình 1.12, điện áp và tần số đƣợc thay đổi theo một tỷ lệ không đổi với
tốc độ. Từ thông và mômen hầu nhƣ không thay đổi từ tốc độ thấp nhất đến tốc độ cơ
sở. Đạt đến tốc độ cơ sở, điện áp cung cấp không thể tăng. Nếu tăng tần số ở ngoài tốc
độ cơ sở thì từ thông bị suy yếu và mômen giảm.
15


Hình 1.12. Đƣờng biểu diễn điện áp/ tần số V/f

Bằng việc chọn lựa tỉ số V/f phù hợp cho mỗi động cơ, dòng điện khởi động có
thể giữ ổn định. Điều này tránh một số sự sụt giảm trong nguồn nuôi, cũng nhƣ sự
nóng lên của động cơ. VFD cung cấp mạch bảo vệ quá dòng. Đây là chức năng rất có
ích trong việc điều khiển động cơ với quán tính cao.
Mạch bù cosφ PFC cho một điện áp lối vào của VFD giúp để duy trì hệ số PF

cao. Do sự kết hợp chặt chẽ bộ lọc nên nhiễu dòng từ VFD tới đƣờng dây có thể đƣợc
triệt tiêu. Mặt khác VFD nằm giữa nguồn cung cấp và động cơ, một số nhiễu (giảm
hoặc tăng) trên nguồn cung cấp không ảnh hƣởng tới động cơ.
Với sự sử dụng các loại cảm biến khác nhau, VFD trở nên hoạt động thông
minh hơn. Với thông tin phản hồi, VFD sẽ dịch đƣờng mômen - tốc độ của động cơ
phù hợp với tải và trạng thái lối vào làm tăng hiệu quả làm việc.
Với VFD, động cơ có thể dễ dàng đảo chiều (tiến thẳng và phanh, đảo chiều và
phanh). Do đó, ta có thể loại bỏ phanh cơ khí và tăng hiệu quả của năng lƣợng động
lực (KE) của động cơ. Tuy nhiên, trong một số ứng dụng nhƣ máy tời và máy nâng,
phanh cơ khí vẫn đƣợc giữ để dự phòng trong trƣờng hợp phanh điện hỏng.
Bộ lọc DC liên kết với tụ phải đủ lớn, vì khi phanh điện áp DC đƣợc nâng lên.
Điều này có thể dẫn đến tụ điện bị đánh hỏng.
Một VFD đơn giản có khả năng điều khiển nhiều loại động cơ khác nhau. Với
một công suất xác định, việc điều khiển đƣợc cung cấp bởi VFD phụ thuộc vào thuật
toán bên trong nó. Trong điều kiện công nghệ luôn luôn phát triển, giá thành của linh
kiện bán dẫn luôn có khuynh hƣớng giảm xuống, ngƣời sử dụng có thể có một VFD
thông minh với giá không đắt dẫn đến vốn đầu tƣ có thể thu hồi trong 1 đến 2 năm.

16


Khả năng tiết kiệm năng lƣợng của VFD
Máy bơm ly tâm là trƣờng hợp kinh điển về việc sử dụng VFD có hiệu quả
năng lƣợng và giá thành thấp. Máy bơm ly tâm cho phép các luật quan hệ, mô tả nhƣ
hình 1.13.

Hình 1.13. Đặc tính của máy bơm ly tâm

Trong trƣờng hợp đơn giản, lƣu lƣợng nƣớc, áp suất và công suất tỷ lệ với tốc
độ, bình phƣơng tốc độ và luỹ thừa 3 của tốc độ. Trong điều kiện cân bằng toán học,

chúng ta có thể hình dung nhƣ sau:
Phƣơng trình 5:
2

Luu _ luong 2 Toc _ do2 Ap _ suat 2  Toc _ do2  Cong _ suat 2  Toc _ do2 
 ;


;


Luu _ luong 1 Toc _ do1 Ap _ suat1  Toc _ do1  Cong _ suat1  Toc _ do1 

3

Chú ý: Ký hiệu (1) và (2) biểu diễn 2 điểm làm việc khác nhau
VFD có thể điều khiển tốc độ của máy bơm để đạt đƣợc lƣu lƣợng yêu cầu. Xử
lý ở đây giống nhƣ thay thế máy bơm hiện tại với một máy bơm mới có các đặc tính
thay đổi. Giảm tốc độ đồng nghĩa với giảm áp suất đỉnh và giảm công suất tiêu thụ.
1.4.3 Các phƣơng pháp điều khiển động cơ cảm ứng
Có 3 loại điều khiển tốc độ động cơ đƣợc thực hiện bởi VFD
 Điều khiển vô hƣớng (điều khiển V/f)
 Điều khiển vectơ (điều khiển mômen gián tiếp)
 Điều khiển mômen trực tiếp (DTC)
17


1.4.3.1 Điều khiển vô hƣớng
Với loại điều khiển này, động cơ đƣợc nuôi với một tần số tín hiệu có thể thay
đổi tạo ra bằng bộ điều khiển PWM của vi điều khiển. Tại đây, tỷ số V/f là không đổi

để tạo ra một mômen không đổi trong dải hoạt động. Độ lớn của việc thay đổi tần số
và điện áp đƣợc điều khiển có tỷ lệ không đổi gọi là bộ điều khiển vô hƣớng. Thông
thƣờng, bộ điều khiển này không có thiết bị phản hồi (điều khiển mạch hở) nên giá
thành thấp và dễ dàng thực hiện. Trong bộ điều khiển V/f, rất ít thông số của động cơ
cần cho thuật điều khiển. Vì vậy, cách điều khiển này đƣợc sử dụng rộng rãi.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp V/f là: Khi mômen phụ thuộc vào tải nó không
kiểm soát đƣợc. Trong trƣờng hợp động cơ kẹt mà vẫn tiếp tục điều khiển để Rotor
quay thì sẽ làm cho dây dẫn nóng lên trong động cơ. Những nhƣợc điểm này có thể
đƣợc khắc phục nếu có thêm cảm biến tốc độ. Tuy nhiên, điều này sẽ làm tăng giá
thành, kích thƣớc và độ phức tạp của hệ thống.
Trong điều khiển vô hƣớng, có một số cách tạo tín hiệu điều khiển là:
Điều khiển độ rộng xung PWM hình sin
Trong một số giải pháp, trị số trọng hình sin đƣợc đặt trong bảng hình sin. Số
lƣợng phần tử trong bảng hình sin chính là số mẫu của một chu kỳ sin. Ƣu điểm của kỹ
thuật này là việc tính toán nhanh. Chỉ cần một bảng tìm kiếm giá trị của hình sin, ta có
thể có tất cả các pha của động cơ là trễ nhau 120o.
PWM sáu bước
Bộ chuyển đổi điện của VFD có 6 công tắc trạng thái riêng biệt. Khi nó đƣợc
đóng/ngắt theo một chế độ phù hợp, động cơ 3 pha AC có thể quay. Ƣu điểm của
phƣơng pháp này là không yêu cầu tính toán trung gian, nên dễ dàng sử dụng. Nhƣợc
điểm là hài bậc thấp nhiều hơn và không thể lọc đƣợc bằng cuộn cảm động cơ. Điều
này có nghĩa là sự mất mát trong động cơ cao, sự gợn mômen cao và động cơ sẽ bị giật
nếu hoạt động với tốc độ thấp.
1.4.3.2 Điều khiển vectơ
Phƣơng pháp điều khiển này đƣợc gọi là “điều khiển hƣớng từ thông”, “điều
khiển hƣớng luồng” hoặc “điều khiển mômen gián tiếp”. Sử dụng biến đổi Clarke –
Park, các vectơ 3 pha đƣợc biến đổi sang toạ độ tham chiếu 2 hƣớng quay (d-q) từ toạ
độ 3 chiều tĩnh. Thành phần d đại diện cho thành phần tạo từ thông của Stator và thành
phần q đại diện cho thành phần tạo mômen. Các thành phần tách riêng này có thể đƣợc
điều khiển một cách độc lập bằng việc đƣa qua các bộ điều khiển PI. Đầu ra của bộ

điều khiển PI đƣợc biến đổi trở lại toạ độ tham chiếu tĩnh 3 chiều sử dụng biến đổi đảo
Clarke=Park. Phần chuyển mạch tƣơng ứng là độ rộng xung đƣợc điều chế. Sự điều
18


khiển này mô phỏng một mô hình động cơ DC lối ra tách biệt nhau, cung cấp cho ta
một đƣờng cong biểu diễn tốc độ mômen chất lƣợng cao.
Điều khiển vectơ đƣợc chia làm hai kiểu: Điều khiển vectơ trực tiếp và điều
khiển vectơ gián tiếp.
Điều khiển vectơ trực tiếp: Trong phƣơng pháp này, từ thông đƣợc đo trực tiếp
bằng cảm biến từ thông hoặc cảm biến Hall. Do phải thêm phần cứng và một số thành
phần khác, dẫn đến giá thành cao.
Một phƣơng pháp thông dụng hơn là điều khiển vectơ gián tiếp. Trong phƣơng
pháp này, từ thông không đƣợc đo trực tiếp, nhƣng đƣợc ƣớc lƣợng từ mạch tƣơng
đƣơng từ phép đo tốc độ quay của Rotor, dòng Stator và điện áp.
Một kỹ thuật thông dụng để ƣớc lƣợng từ thông Rotor là sử dụng trong mối
quan hệ với hệ số trƣợt. Nó đòi hỏi phép đo vị trí của Rotor và dòng Stator. Với dòng
và vị trí của các cảm biến, phƣơng pháp này thực hiện hợp lý hơn trên dải tốc độ.
Muốn xác định vị trí của Rotor, chúng ta phải lắp đặt hệ thống dây và các phành phần
khác, do đó làm tăng kích thƣớc của động cơ. Khi phần điều khiển và động cơ ở xa
nhau, phải lắp đặt thêm dây dẫn.
Để khắc phục vấn đề bộ cảm biến/giải mã, chúng ta cần nghiên cứu việc giảm
các cảm biến. Ƣu điểm của điều khiển vectơ là đáp ứng mômen tốt hơn so với điều
khiển vô hƣớng. Ngƣợc lại nó yêu cầu thuật toán phức tạp cho việc tính toán tốc độ
trong thời gian thực. Do có thiết bị phản hồi, phần điều khiển này trở nên tốn kém hơn
so với điều khiển vô hƣớng.
1.4.3.3 Điều khiển trực tiếp mômen DTC
Ƣu điểm nổi bật của công nghệ này là có mô hình động cơ tự thích nghi. Mô
hình này dựa trên biểu thức toán học nguyên lý hoạt động của động cơ và yêu cầu biết
các thông số của động cơ (nhƣ trở kháng Stator, hỗ cảm, hiệu suất bão hoà…). Khi

động cơ không quay, thuật toán lấy tất cả các thông số chi tiết. Khi động cơ quay trong
một vài giây thì thuật toán sẽ điều chỉnh mô hình động cơ. Nhờ đó, tốc độ và mômen
của động cơ sẽ chính xác hơn. Điện áp DC, các dòng điện, vị trí khoá chuyển đổi là
các đầu vào của mô hình tính toán từ thông và mômen của động cơ. Các giá trị trên
đƣợc đƣa đến 2 bộ so sánh của mômen và từ thông, theo thứ tự định sẵn. Lối ra của
các bộ so sánh sẽ đƣợc cung cấp cho bảng chuyển mạch tối ƣu. Trong DTC, mômen
và từ thông động cơ có thể điều khiển trực tiếp.
Sơ đồ khối của DTC đƣợc trình bày hình 1.14.

19


Hình 1.14. Sơ đồ khối DTC

Để điều chỉnh tốt hơn mô hình và giảm sự phụ thuộc vào các thông số của
động cơ, DTC có thể sử dụng mô hình trí tuệ nhân tạo thay thế mô hình dựa trên các
phƣơng trình toán.

20


CHƢƠNG 2
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHÍP CHUYÊN DỤNG PSoC
Giới thiệu
Trong việc thiết kế các hệ thống tự động, có rất nhiều IC có thể làm bộ xử lý để
điều khiển hệ thống nhƣ: 8051, AVR, PIC, PLC, FPGA, ASIC, PSoC. Mỗi một loại
2.1

chíp trên đều có những ƣu, nhƣợc điểm riệng. Ví dụ: 8051 có ƣu điểm là việc thiết kế
đơn giản, giá thành thấp. Nhƣng 8051 không thể đáp ứng đƣợc khi cần thiết kế một hệ

thống hoạt động phức tạp hơn. Do đó ta phải chọn MCU để thiết kế đƣợc các hệ thống
có tính năng tốt, hiệu quả cao, giá thành hợp lý .
Trong đề tài này, tôi tiến hành xây dựng một hệ thống biến tần điều khiển động
cơ 3 pha không đồng bộ. Hệ thống này có những yêu cầu đặc biệt: phải có các bộ
PWM với thời gian trễ để điều khiển 6 đƣờng công suất, có các bộ chuyển đổi ADC
tốc độ cao, các bộ đếm, định thời, bộ giao tiếp UART, các tín hiệu điều khiển bộ phận
hiển thị, bộ lấy dữ liệu điều khiển… Căn cứ vào các yêu cầu này, ta tiến hành chọn
một chip điều khiển phù hợp nhất để điều khiển hệ thống. Trong các vi điều khiển trên
có một số loại có thể đáp ứng yêu cầu này. Tôi đã chọn PSoC làm bộ điều khiển trung
tâm vì đây là công nghệ mới của hãng Cypress cho phép ta tự tạo nên chíp vi điều
khiển chuyên dụng của riêng mình.
Để thiết kế đƣợc chip chuyên dụng PSoC thì việc đầu tiên ta phải tiến hành một
số nghiên cứu sau:
+ Tìm hiểu phần hƣớng dẫn lập trình thiết kế PSoC “PSoC Designer PSoC
Programmer User Guide”
+ Tìm hiểu phần ngôn ngữ lập trình C “PSoC Designer C Language Compiler
User Guide”
+ Tìm hiểu phần ngôn ngữ lập trình ASM cho PSoC “PSoC Designer
Assembly Language User Guide”
+ Tìm hiểu về bộ nạp và gỡ rối “PSoC Designer ICE User Guide”
2.2

Các yêu cầu cần thiết để thiết kế chip chuyên dụng PSoC
Để thực hiện việc hiểu đƣợc cách tạo ra chíp chuyên dụng PSoC, chúng ta phải

tiến hành xây dựng phần cứng bên trong của chíp cần thiết lập. Để có thể thiết kế đƣợc
chúng ta phải tìm hiểu kỹ phần PSoC Designer PSoC Programmer User Guide.

21

Các bƣớc thực hiên:
+ Cài đặt chƣơng trình “PSoC Designer”
+ Tìm hiểu cách sử dụng IDE
+ Cách tạo ra một project
+ Tìm hiểu công cụ soạn thảo
+ Chức năng về thay đổi cấu hình.
+ Trình soạn thảo ứng dụng Application Editor
+ Chƣơng trình dịch hợp ngữ
+ Trình tạo Builder
+ Trình gỡ rối Debugger .
+ Bảo vệ Flash
Hãng Cypress cung cấp sự trợ giúp miễn phí cho trình soạn thảo PSoC trên
trang web. Ngoài ra còn có các file trình chiếu Forum thảo luận, các ứng dụng, tƣ vấn
PSoC, các hỗ trợ về công nghệ thông qua email và các ứng dụng thiết kế mẫu.
2.3

Chíp PSoC CY8C29x66 [1]

2.3.1 Chức năng
Chíp PSoC có các chức năng chủ yếu sau:
Bộ xử lý cấu trúc Harvard
 Bộ xử lý M8C với tốc độ 12M
 Hai bộ nhân 8x8, bộ tích luỹ 32 bit
 Công suất tiêu thụ thấp với tốc độ cao
 Dải điện áp hoạt động 4,75 - 5,25 V
 Dải nhiệt làm việc độ từ -40 đến +120 0C
Nguyên lý hoạt động (các khối trong PSoC)
12 khối tương tự PSoC Rail to Rail cung cấp
 Các bộ ADC 14 bit

 Các bộ ADC 9 bit
 Các bộ khuếch đại có thể lập trình đƣợc
 Các bộ so sánh và lọc lập trình đƣợc

22


16 khối số PSoC cung cấp
 Các bộ định thời, đếm 8 - 32 bit, bộ tạo độ rộng xung PWM
 Môđun CRC và PRS
 4 đƣờng UART song công
 Nhiều SPI chủ và tớ
 Có thể kết nối với tất cả các chân GPIO
Khối dao động
 Bộ dao động thạch anh bên trong 24 M sai số 4%.
 Thạch anh 24 M với tuỳ chọn 32,768 kHz
 Tuỳ chọn bộ dao động ngoài cao nhất 24 MHz
 Dao động trong cho chế độ Watchdog và Sleep
Bộ nhớ bên trong mềm dẻo
 Bộ nhớ chƣơng trình 32K byte với khả năng xoá/ghi 100 lần
 2 KByte lƣu dữ liệu SRAM
 Hệ thộng lập trình nối tiếp ISSP
 Cập nhật Flash cục bộ
 Chế độ bảo vệ mềm dẻo
Lập trình cấu hình các chân
 Dòng thấp 25 mA trên tất cả các chân GPIO
 Kéo lên, kéo xuống, trở kháng cao, dòng cao, hoặc chế độ điều khiển cực
máng mở trên tất cả các chân GPIO
 12 lối vào tƣơng tự trên các chân GPIO
 4 chân ra 30 mA trên GPIO

 Cấu hình ngắt trên tất cả các chân GPIO
Tài nguyên khác
 I2C chủ, tớ, nhiều chủ với 400 kHz
 Bộ định thời Watchdog và Sleep
 Điện áp dò cấu hình sử dụng thấp
 Tích hợp mạch giám sát
 Độ chính xác điện áp tham chiếu trên chíp
Công cụ phát triển
 Phần mềm phát triển miễn phí (bộ thiết kế PSoC)
 Đầy đủ chức năng, bộ nạp ICE và lập trình
 Cấu trúc điểm ngắt phức hợp
23


 Bộ nhớ Trace 128 Kbyte
 Phức hợp sự kiện
 Các bộ soạn thảo C, ASM, liên kết
2.3.2 Sơ lƣợc chức năng của PSoC

Hình 2.1. Sơ đồ khối của PSoC

Họ PSoC bao gồm một số dãy tín hiệu pha trộn với vi điều khiển tích hợp trên
chíp. Một số thiết bị đƣợc thiết kế để thay thế nhiều thành phần truyền thống trên hệ
thống cơ sở MCU với một thiết bị đơn chip có thể lập trình đƣợc. Thiết bị PSoC bao
gồm các khối logic tƣơng tự và số và có thể lập trình kết nối đƣợc. Cấu trúc này cho
phép ngƣời sử dụng tạo ra cấu hình nguyên lý theo ý của khách hàng, điều này đáp
ứng yêu cầu của từng ứng dụng riêng lẻ. Ngoài ra, một CPU tốc độ nhanh, bộ nhớ lập
trình Flash, bộ nhớ dữ liệu SRAM, và cấu hình lại cổng vào/ra bao gồm các chân ra
tiện lợi và các khối.
Kiến trúc PSoC đƣợc minh hoạ trên hình 2.1 gồm có 4 vùng chính: lõi PSoC,

hệ thống số, hệ thống tƣơng tự, tài nguyên hệ thống. Có thể cấu hình Bus toàn cục cho
phép tất cả các tài nguyên thiết bị phối hợp trong một hệ thống hoàn thiện. PSoC
CY8C29x66 có thể có 6 cổng IO để kết nối tới hệ thống số và tƣơng tự, cung cấp truy
cập 16 khối số và 12 khối tƣơng tự.

24