THIẾT KẾ CÁNH TAY ROBOT GẮP KHỐI DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A

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


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----

Số: ……./BKĐT
KHOA : ĐIỆN-DIỆN TỬ
NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

HỌ VÀ TÊN :DƯƠNG BÌNH THẠNH MSSV: 403T0254
NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LỚP :BT03TĐH
1. Đầu đề luận án :
THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY ROBOT SÁU BẬC TỰ DO DÙNG
VI ĐIỀU KHIỂN PIC
2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
3. Ngày giao nhiệm vụ luận án :
………………………………………………………………
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ :
………………………………………………………………
5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn:
1/ TS. Hoàng Minh Trí Toàn phần
2/ …………........................................ …………........................................
3/ …………........................................ …………........................................
Nội dung và yêu cầu của LATN đã được thông qua bộ môn.
Ngày …. tháng …. năm 2008
Chủ nhiệm bộ môn Người hướng dẫn chính
(ký tên và ghi rõ họ tên) (ký tên và ghi rõ họ tên)

TS. NGUYỄN ĐỨC THÀNH TS. HOÀNG MINH TRÍ

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN
Người duyệt(chấm sơ bộ):………………..
Đơn vị: …………………………………...
Điểm tổng kết: …………………………...

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 :…………………………………………

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)






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):…………………..
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)

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

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

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

Tp. Hồ Chí Minh, Ngày …. Tháng ….năm 2008
GVHD



Nhận xét của giáo viên phản biện
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, Ngày …. Tháng…. năm 2008
GVPB

LỜI CẢM ƠN

Đề tài được hoàn thành trong sự hỗ trợ và động viên rất nhiều từ gia đình,
người thân, thầy cô cũng như bạn bè thân thuộc. Đó là những tình cảm thật đáng trân
trọng không sao đền đáp hết, và thật phấn khởi biết bao khi thấy mọi người vẫn luôn ở
bên cạnh mình trong những hoàn cảnh khó khăn nhất. Dù ở bất kỳ nơi đâu, tôi sẽ vẫn
nhớ và ghi sâu những tình cảm cao đẹp này.
Cảm ơn ba mẹ đã luôn cùng con đi suốt những tháng ngày khó khăn qua.
Cảm ơn ông, bà, và các cô chú vẫn luôn động viên và ủng hộ con.
Đặc biệt cảm ơn thầy Hoàng Minh Trí và cô Bùi Thanh Huyền đã tạo điều kiện
và hướng dẫn em cách học tập cũng như nghiên cứu để hoàn thành tốt đề tài này.
Chân thành cảm ơn những người bạn vẫn luôn đồng hành cùng mình cả trong
những lúc khó khăn nhất.
Cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Điện tử – Tự động hóa Trường Đại học Bách
Khoa luôn cảm thông và tạo điều kiện tốt cho em trong suốt thời gian học tập tại
trừơng.
Qua đây em cũng rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý
thầy cô trong Hội đồng bảo vệ khóa luận tốt nghiệp.
Cuối cùng xin chúc gia đình, người thân, quý thầy cô cùng bạn bè nhiều sức

khỏe và thành công trong mọi việc.









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

gian còn hạng chế nên sẽ không tránh khỏi những sai sót và khuyết điểm trong qúa
trình tính toán cũng như thi công công mô hình, rất mong được sự thông cảm và góp ý
kiến của qúi thầy cô cũng như các bạn sinh viên.












TÓM TẮT LUẬN VĂN

Thực hiện đề tài “THIẾT KẾ & ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY
MÁY SÁU BẬC TỰ DO”
Thực hiện đề tài nghiên cứu khái niệm, nguyên lý làm việc của cánh tay
máy sử dụng step motor để di chuyển sản phẩm.
Cành tay máy sẽ di chuyển vật theo lộ trình định trước, và lập lại thao tác
tương tự khi ấn phím enter.
Ứng dụng phần mềm PCWH 3.227 sử dụng ngơn ngữ lập trình C (CCSC) để
biên dịch và nạp cho vi xử lí PIC.
Hiển thị trạng thái hoạt động của cành tay máy thơng qua màn hình tinh thể
lỏng LCD.
Ứng dụng phần mềm OrCAD hổ trợ thiết kế mạch in.

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

Chương 2: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Tổng quang. 5
2.2 Giới hạn đề tài nghiên cứu. 5
2.3 Phương pháp nghiên cứu. 5

Chương 3 : GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A

3.1 Vi điều khiển PIC 16F877A . 7
3.1.1 Giới thiệu chung. 8
3.1.2 Phân loại PIC. 8
3.2 Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A. 8
3.3 Các Port xuất nhập và thanh ghi điều khiển. 10
3.4 Mạch dao đ
ộng cho PIC . 13
3.5 Chân Reset PIC 13
3.6 Vấn đề cấp nguồn chi vi điều khiển. 14
3.7 Tổ chức bộ nhớ PIC . 14
Chương 4:
MÔ-ĐUN MÀN HÌNH TINH THỂ LỎNG LCD(LIQUID CRYSTAL
DISPLAY)
4.1 Giới thiệu Chung LCD. 17
4.2 Module LCD hi
ển th ị k ý t ự theo d òng LMB 162ABC. 18
4.3 Lưu đồ khởi động LCD. 24
4.4 Sơ đồ kết nói ứng dụng vi điều khiển. 25

Chương 5: BIÊN DỊCH PCWH 3.227 SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH C .
5.1 Giới thiệu chung về ngôn ngữ C. 26
5.2 Cách viết một chương trình trong CCSC
. 28

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



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

7.6 Chng trỡnh i
u khin
. 74

Chng8: KT QU THC HIN V HNG PHT TRIN TI

8.1 Túm tt ti. 95
8.2 Kt quaỷ thửùc hieọn. 95
8.3 Mt vi ngh. 96

Ti Liu Tham kho. 97



Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT
Thuật ngữ
ROBOT xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn học
của nhà văn Tiệp Khắc có tên Karel Capek.
Thuật ngữ
Inducstrial Robot (IR) - xuất hiện đầu tiên ở Mỹ do công ty
AMF (American Manchine and Foundry company) quảng cáo mô tả một thiết bò
mang dáng dấp và có một số chức năng như tay người được điều khiển tự động để
thực hiện một số thao tác sản xuất thiết bò có tên gọi
Versatran.
Quá trình phát triển của IR có thể tóm tắt như sau:
- Từ những năn 50 ở Mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên.

- 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

Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh góp phần nâng cao năng
suất lao động. Đặt biệt sự ra đời và phát triển của công nghệ chế tạo Robot nhằm
tạo ra sự tự động hóa trong quá trình sản xuất giảm đi sức lao động bằng chân tay
của người lao động .
Đối với các nưước ngoài lãnh vực tự động hóa đã xuất hien rất sớm ,tới nay
ngành tự động hóa đã đạt được những thành tựu hết sức to lớn ,hỗ trợ đắc lực con
nguoi trong nhiều lãnh vực như :

+ROBOT Công nghiệp



CÁNH TAY MÁY 5 BÂËC DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP CUA HÃNG
SANYO DENKI
Hình 2.1
+Không gian:


Xe tự hành Spirit của NASA đang thám hiểm sao hỏa
Hình 2.2

GVHD: Ts. Hồng Minh Trí Trang: 2

Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh

Hình 2.3

Tự động hóa
ù đã trở thành một trông những ngành mũi nhọn của nhiều nước

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

thân, chúng em đã bắt tay vào thực hiện đề tài này với sự giúp đỡ nhiệt tình về
GVHD: Ts. Hồng Minh Trí Trang: 3

Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh
kiến thức, tài chính và sự động viên nhiệt tình cua thâỳ cơ. Mong đóng góp một
phần sức lực vào sự phát triển cuả nước nhà.

1.4
NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI:

Yêu cầu của đề tài là chế tạo hoàn thiện phần cơ-điện của một cánh tay
máy 6 bậc tự do có chiều dài tổng công là 60cm(dài bằng tay người),tuy nhiên để
chứng tỏ tính ứng dụng cao của cánh tay máy em đã thiết kế thêm phần băng
chuyền và cảm biến vật thể.
Ở Việt Nam nói chung công nghệ chế tạo cơ khí chính xác con chưa phát
triển nếu không muốn nói là con số không, chúng ta hoàn toàn chưa có khả năng
chế tạo các bộ phận cấu thành của tay máy đạt tiêu chuẩn quốc tế (có độ chính
xác và độ bền cao). Tận dụng những vật liệu có sẳn để gia công các chi tiết cơ khí
cũng như linh kiện, thiết bò điện do nước ngòai sản suất để thiết kế thành những
sản phẩm cụ thể trước hết là ứng dụng làm phương tiện giảng dạy trong trường học
và từ đó phát triển cao hơn để ứng dụng vào trong sản suất đã và đang là hướng đi
đúng đắng của các nhà khoa học và kỹ sư ở Việt Nam . Đề tài : “THIẾT KẾ &
ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY SÁU BẬC TỰ DO” không nằm
ngoài nhận đònh trên. Điều quan trọng hơn hết là các vấn đề liên quan đến việc
tính toán thiết kế, chế tạo, nguyên lý hoạt động của tay máy và phần lý thuyết ve
àmạch giao tiếp công suất và mạch điều khiển hệ thống bằng vi điều khiển. Nó sẽ
là nguồn thông tin hửu ích cho những ai muốn tìm hiểu về lónh vực tự động hóa nói
chung và lãnh vực cánh tay máy nói riêng.

1.5

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 biểu


GVHD: Ts. Hồng Minh Trí Trang: 4

Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh


:
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 2

Tổng quan:
2.1
Đề tài Thiết kế cánh tay Robot dùng Vi điều khiển PIC 16F877A bao gồm
các thành phần chính:
Động cơ bước (step motor )
•
• Phần cứng lập trình Vi điều khiển PIC 16F877A của MICROCHIP Mỹ với
32 tập lệnh 14bit.
• Trình biên dịch PCWH 3.227 sử dụng ngôn ngữ lập trình C (CCSC) (Do
TM e-DESIGN cung cấp).
• Chương trình nạp Vi điều khiển PIC qua cổng LPT1 WinPic800 3.56 (Do
TM e-DESIGN cung cấp).
• Thiết kế bo mạch điều khiển với sự hổ trợ của phần mềm OrCAD
(electronic design automation)
• Các khâu truyền động cơ khí giửa các khớp của cánh tay Robot
# Ý nghĩa đề tài
Đề tài điều khiển cánh tay Robot là một ứng dụng thực tế mà hiện nay dang phát triển
mạnh mẽ, đa dạng và sinh động, nó được ứng dụng nhiều trong các nhà máy sản xuất
nhầm giảm bớt công sức lao động của con người dồng thời nâng cao số lượng cũng
như chất lượng của sản phẩm, nên nó phù hợp nhiều ứng dụng thực tế,...
Việc trình bày thao tác đối với cánh tay Robot, nhất là động cơ bước (step
motor),Tuy nhiên Step motors hiện nay các nước tiên tiến đã sản xuất và ứng dụng
trong một số lĩnh vực, trong công nghi
ệp
hiện nay người ta dùng

một loại motor mới
(Servo motor AC) Loại motor này vận hành ở tốc độ cao hơn công suất lớn hơn và tiết

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

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.

GVHD: Ts. Hoàng Minh Trí Trang: 6

Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh
CHƯƠNG 3
:
GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A


3.1
Vi điều khiển PIC16F877A:

Hình 3.1 Sơ đồ chân của PIC16FxxxA
3.1.1
Giới thiệu chung
PIC là tên viết tắt của Máy tính khả trình thông minh (Programable Intelligent

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

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:

• Loại thứ nhất là dòng PIC cơ bản (Base-Line), gồm các PIC 12Cxxx, có độ
dài lệnh là 12 bit.
• Loại thứ hai là các dòng PIC 10F, 12F, và 16F, gọi là dòng phổ thông (Mid-
Range), có độ dài lệnh là 14 bit.
• Loại thứ ba là dòng PIC 18F (High-End), có độ dài lệnh là 16 bit.
PIC là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, sử dụng microcode đơn giản đặt
trong ROM, chạy một lệnh một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộ dao động). PIC nhờ có
EEPROM nên tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình, có rất nhiều dòng PIC với
hàng loạt các mô-đun ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC...), với bộ nhớ
chương trình từ 512 Word đến 32K Word. PIC16F877A là dòng PIC phổ biến nhất,
đủ mạnh về tính năng, 40 chân, bộ nhớ đủ lớn cho hầu hết các ứng dụng thông thuờng.
3.2
Cấu trúc tổng quát PIC16F877A gồm:
• 8 K Flash ROM
• 368 bytes RAM
• 256 bytes EEPROM
• 5 Port I/O (A, B, C, D, E), ngõ vào/ra với tín hiệu điều khiển độc lập
• 2 bộ định thời 8 bit Timer 0 và Timer 2
GVHD: Ts. Hoàng Minh Trí Trang: 8

Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh
• 1 bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt động trong cả chế độ tiết kiệm
năng lượng (Sleep Mode) với nguồn xung clock ngoài
• 2 bộ CCP, Capture/Compare/PWM - tạm gọi là: Bắt giữ / So sánh / Điều
biến xung
• 1 bộ biến đổi tương tự – số (ADC) 10 bit, 8 ngõ vào
• 2 bộ so sánh tương tự (Comparator)
• 1 bộ định thời giám sát (WDT – Watch Dog Timer)
• 1 cổng song song (Parallel Port) 8 bit với các tín hiệu điều khiển
• 1 cổng nối tiếp (Serial Port)

• 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

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

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

không được dùng bởi Port A
Port A gồm 6 chân RA0-RA5, việc ghi các giá trị nào vào thanh ghi
TRISA sẽ quy định các chân của Port A là Input hay Output, 0 = Output, 1 = Input.
Việc đọc thanh ghi Port A sẽ đọc các trạng thái chân cảu Port A. Việc
ghi giá trị vào thanh ghi Port A sẽ thay đổi các trạng thái của các chân của Port A.
Riêng chân RA4 được tích hợp thêm chức năng cung cấp xung clock
ngoài cho Timer 0 (RA4/T0CLKI).
Các chân khác của Port A được đa hợp với các chân Analog của bộ
ADC và chân ngõ vào điện thế so sánh của bộ so sánh Comparator. Hoạt động của các
chân này được quy định bằng các bit ADCON1 và CMCON1.
Khi các chân của Port A được sử dụng là ngõ vào thì các bit của thanh
ghi TRISA phải luôn bằng 1.
3.3.2
Port B và thanh ghi TRISB

Bảng 3.6 Các thanh ghi liên quan đến Port B
Ghi chú: x – giá trị không rõ, u – giá trị không thay đổi. Các ô tô bóng
không được dùng bởi Port B
Port B gồm 8 chân RB0-RB7, việc ghi các giá trị nào vào thanh ghi
TRISB sẽ quy định các chân của Port B là Input hay Output, 0 = Output, 1 = Input.
Việc đọc thanh ghi Port B sẽ đọc các trạng thái chân cảu Port B. Việc
ghi giá trị vào thanh ghi Port B sẽ thay đổi các trạng thái của các chân của Port B.
Ba chân của Port B được đa hợp với chức năng In-Circuit Debugger và
Low Voltage Programing Function là RB3/PGM, RB6/PGC, RB7/PGD. Việc thay đổi
chức năng của ba thanh ghi này được đề cập trong phần các thanh ghi chức năng đặc
biệt.
Mỗi chân của Port B có một transistor kéo lên nguồn V
dd
, chức năng
này hoạt động khi bit RBPU OPTION<7> được xóa, chức năng này sẽ tự động tắt khi

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

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

Bảng 3.8 Các thanh ghi liên quan đến Port D
Ghi chú: x – giá trị không rõ, u – giá trị không thay đổi. Các ô tô bóng
không được dùng bởi Port D
Port D gồm 8 chân từ RD0-RD7. Ngoài việc Port D được cấu trúc là
một Port xuất nhập, nó còn có thể hoạt động như một cổng song song phụ tá (Parallel
Slave Port) bằng cách đặt bit PSPMODE(TRIS<4>) lên 1, trong chế độ này buffer của
ngõ vào là linh kiện TTL.
3.3.5
Port E và thanh ghi TRISE

GVHD: Ts. Hoàng Minh Trí Trang: 12

Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh
Bảng 3.9 Các thanh ghi liên quan đến Port E
Ghi chú: x – giá trị không rõ, u – giá trị không thay đổi. Các ô tô bóng
không được dùng bởi Port E
Port E có 3 chân RE0/RD/AN5, RE1/WR/AN6, và RE2/CS/AN7 có thể
được cấu hình là các chân xuất nhập.
Các chân của Port E có thể trở thành các chân điều khiển cho các cổng
của vi xử lý khi bit PSPMODE(TRISE<4>) được đặt lên 1. Trong chế độ này, phải
đảm bảo rằng các bit từ 0 đến 2 của thanh ghi TRISE phải được đặt lên 1 để các chân
này được cấu hình như là chân ngõ vào.
Ngoài ra, các chân của Port E còn được cấu hình như các ngõ vào
Analog, ở chế độ này khi đọc trạng thái các chân của Port E sẽ cho ta giá trị 0.
Thanh ghi TRISE quy định chức năng xuất nhập của các chân Port E
ngay cả khi nó được sử dụng là các ngõ vào Analog, khi đó các chân Port E phải là
ngõ vào.
3.4
OSC1 và OSC2 – Dao động thạch anh cho vi điều khiển PIC:
Hình .Bộ nhớ chương trìn

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

Báo cáo luận văn tốt nghiệp. SVTH: Dương Bình Thạnh

3.6 Nguồn cấp cho PIC16F877A:
PIC16F877A vận hành với nguồn đơn 5V. V
dd
(chân nguồn dương)
được nối váo chân số 11 và 32 của PIC. V
ss
(chân mass) được nối vào chân số 12 và
31 của PIC. Cả 4 chân này phải được nối nguồn thì PIC mới hoạt động được.
3.7
Tổ chức bộ nhớ:
Có tất cả 3 khối bộ nhớ riêng biệt trong PIC16F877A bao gồm: Bộ nhớ
dữ liệu, Bộ nhớ chương trình, và Bộ nhớ EEPROM.
PIC16F877A có bộ đếm chương trình (Program Counter) dài 13 bit có
thể định địa chỉ cho 8K không gian bộ nhớ, 8K không gian bộ nhớ được chia làm 8
trang bộ nhớ. Mọi sự truy cập ngoài vùng không gian này sẽ không có tác dụng. Bộ
nhớ chương trình còn có các ngăn xếp (stack) với 8 mức. Vector reset được đặt ở địa
chỉ 0000h và vector ngắt ngoại vi được đặt ở địa chỉ 0004h, khi PIC được reset thì
chương trình sẽ nhảy về vị trí vector reset và bắt đầu thực hiện tại đó.
Bộ nhớ dữ liệu bao gồm 4 Bank: Bank 0, Bank 1, Bank 2, và Bank 3. Mỗi Bank có
dung lượng 128 Bytes, bao gồm vùng RAM đa mục đích và vùng các thanh ghi chức
năng đặc biệt SFRs (Special Function Registers).
Các Bank này được lựa chọn bằng bit RP0 và RP1 ở thanh ghi Status.

Bảng 3.10 Lựa chọn Bank của Bộ nhớ dữ liệu trong PIC
Các vùng RAM đa mục đích (GPR – General Purpose RAM) có chiều
rộng là 8 bit và được truy cập trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua thanh ghi chức năng
đặc biệt.
Các thanh ghi chức năng đặc biệt được sử dụng bởi bộ xử lý trung tâm
và các hàm chức năng ngoại vi để điều khiển hoạt động của các thiết bị. Các thanh ghi
chức năng đặc biệt được chia làm 2 loại, loại thứ nhất dùng cho các chức năng ngoại

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