Ứng dụng vi điều khiển PSoC điều khiển động cơ một chiều theo phương pháp PID

1

I H C QU C GIA HÀ N I
TR

NG

I H C CÔNG NGH

Nguy n

NG D NG VI

c Minh

U KHI N PSoC

U KHI N

CHI U THEO PH

NG C

M T

NG PHÁP PID

Ngành : K THU T

NT

- VI N THÔNG

Chuyên ngành : K THU T VÔ TUY N

NT

VÀ THÔNG TIN LIÊN L C
Mã s : 02.07.00

LU N V N TH C S

N

IH

NG D N KHOA H C

TS. Tr n Quang Vinh

Hà N i –

m 2005


2

L IC M

N

Sau m t th i gian h c t p và nghiên c u,
các b n h c và
d ng vi

ng nghi p,

u khi n PSoC™

c s giúp

c a các th y cô,

n nay tôi ã hoàn thành b n lu n v n th c s " ng
u khi n

ng c m t chi u theo ph

M c dù ã có nhi u c g ng song do trình

ng pháp PID".

và i u ki n nghiên c u có h n nên

ch c ch n b n lu n v n v n còn i m thi u sót. Tôi r t mong nh n
óng góp c a các th y cô và các b n

c các ý ki n

hoàn thi n h n n a ki n th c c a mình.

Tôi xin bày t s kính tr ng và bi t n sâu s c

i v i th y giáo-ti n s

Quang Vinh, m c dù r t b n nh ng ã r t nhi t tình h

ng d n, giúp

Tr n

tôi hoàn

thành b n lu n v n này.
Tôi c ng xin g i l i c m n t i các th y cô, các b n h c và
viên, giúp

ng nghi p ã

tôi hoàn thành công vi c.
Xin chân thành c m n !

ng


3

M CL C
Trang ph bìa-----------------------------------------------------------------------------------1
L I C M N----------------------------------------------------------------------------------2
M C L C--------------------------------------------------------------------------------------3

DANH M C CÁC KÝ HI U, CH

VI T T T-----------------------------------------5

DANH M C CÁC B NG, HÌNH V ,
M

TH ------------------------------------------7

U--------------------------------------------------------------------------------------13

CH

NG 1. H VI

U KHI N PSoC™

1.1 Công ngh SONOS

14

1.2 PSoC™ H th ng kh trình trên chíp

15

1.3 Các

c

m chính c a vi

16

1.4 Các

c

m u vi t c a chíp PSoC™

u khi n PSoC™

17

1.5 M t vài h n ch c a chíp PSoC™

18

1.6 T ng quan v h th ng

19

1.7

n v x lý trung tâm CPU

21

1.8 B t o t n s (Frequency Generator)

22

1.9 Công su t tiêu th c a chíp PSoC™

24

1.10 Tái kh i

26

ng (Reset)

1.11 Các l i vào ra s (Digital Input and Output)

27

1.12 Các l i vào ra t

30

ng t (Analog Input and Output)

1.13 Truy c p các kh i s kh trình

31

1.14 Các kh i t

36

1.15 B t o

1.16

ng t kh trình (Analog Programable Blocks)

n áp tham chi u

n v MAC (multiplycation Accumulator)

1.17 B suy hao (Decimator)

40
42
44

1.18 B

u khi n I2C (I2C Controller)

44

1.19 B

u khi n ng t

45

1.20 Không gian

a ch

1.21 Ph n m m phát tri n ng d ng PSoC™ Designer

46
48


4

CH

NG 2. LÝ THUY T
2.1 B

U KHI N PID

u khi n PID

50

2.2 S d ng mô hình x p x b c nh t có tr c a

it

ng

52

2.3 Xác

nh tham s b ng th c nghi m

54

2.4 Ph

ng pháp Chien-Hrones-Reswick

55

2.4 Ph

ng pháp t ng T c a Kuhn

38

CH

NG 3.

D NG VI
3.1. Xác

I U KHI N T C

NG C

THEO THU T TOÁN PID S

U KHI N PSoC™
nh các yêu c u bài toán

61

3.2 Kh i hi n th (LCD 16x2)

61

3.3 Kh i bàn phím 4x4

63

3.4 Kh i giao ti p máy tính

66

3.5 Kh i m ch công su t

u khi n

ng c

67

3.6 Kh i ngu n nuôi

68

3.7 Kh i x lý trung tâm PSoC™

69

3.8 Thu t toán

71

u khi n PID

3.9 K t qu

72

K T LU N

75

TÀI LI U THAM KH O

76

PH L C

77

1. S

chi ti t m ch

2. Mã ngu n ch
3. C u hình ch
4. Mã ngu n ch

u khi n

ng c s d ng chíp PSoC™

ng trình nhúng n p cho chíp PSoC™ CY8C27443
ng trình bên trong chíp PSoC™ CY8C27443
ng trình LabView

77
78
90
91


5

DANH M C CÁC KÝ HI U, CH

VI T T T

A
ACB- Analog Continuous Blocks
AD- Analog to Digital Converter
AGND- Analog Ground
ALU- Athrimectic and Logic Unit
ASC- Analog Switch Type C
ASD- Analog Switch Type D
B
BC- Broadcast Line

C
CISC- Complex Insructions Set Computer
CMOS- Complementary Metal Oxide Semiconductor
CPU- Central Processing Unit
CRC- Cyclic Redunduncy Check
D
DA- Digital to Analog Converter
DSP- Digital Signal Processing
DTMF- Dial Tone Multifrequency
F
FPGA- Field Programable Gate Array
G
GIE- Global Input Even
GIO- Global Input Odd
GOE- Global Output Even
GOO- Global Output Odd
GPIO- General Purpose Input Output
H
HDL- Hardware Description Language


6

I
I2C- Inter Intergrated Circuit (Inter-IC)
IC- Intergrated Circuit
ILO- Internal Local Oscilator
IMO- Internal Main Oscilator
IrDA- Infrared Data Association
IP-Intellectual Properties

M
MAC- Multiply Accumulate
O
AP-AM - Operational Amplifier
P
PC- Program Counter
PCH- Program Counter Hight
PCL- Program Counter Low
PDA- Portable Digital Access
PSoC™ -Programable System on Chip
POR- Power on Reset
PRSPWM- Pulse Width Modulation
R
RAM- Read Only Memory
RO- Row Output
ROM- Read Only Memory
S
SC- Switch Capacitor
SISO- Serial In Serial Out
SMP- Switch Mode Pump
SoC- System on Chip


7

SP- Stack Pointer
SPI- Serial Programming Interface
SRAM- Static Random Access Memory
U
UART- Universal Asynchroneous Rceiver Transmiter

W
WDT- Watch-dog Timer


8

DANH M C CÁC B NG, HÌNH V ,

TH

Các hình s d ng trong lu n v n
Hình 1: Mô hình chíp PSoC
Hình 2: M t c t ngang c a l p SONOS
Hình 3.Chíp PSoC CY8C27442 PDIP
Hình 4. Ki n trúc chung c a h vi

u khi n PSoC

Hình 5: C u t o CPU
Hình v 6. H th ng
Hình 7: Ho t
Hình 8. M ch

ng h trong PSoC

ng ti t ki m n ng l

ng c a vi

u khi n PSoC

n reset ngoài

Hình 9. Thao tác truy xu t c ng
Hình 10. Ch

Strong

Hình 11. Ch

Analog Hi-Z

Hình 12. Ch

Open Drain

Hình 13. Các l i vào/ra t

ng t

Hình 14. Truy c p các kh i s
Hình 15.K t n i

ng dây l i vào toàn c c

Hình 16. K t n i thông qua b h p kênh
Hình 17. Các kh i s kh trình
Hình 18. Các ngu n
Hình 19. M ch

ng h kh d

n logic

Hình 20. K t n i các

ng dây vào ra

Hình 21. Các kh i s kh trình
Hình 22. Các kh i t
Hình 23. Các l i ra t
Hình 24. Cung c p

ng t
ng t
ng h cho các kh i t

ng t

Hình 25. i n áp tham chi u AGND trong PSoC
Hình 26. Các giá tr
Hình 27. Ch

n áp tham chi u trong PSoC

b m i n áp SMP


9

Hình 28. Ph n c ng th c hi n phép nhân 8x8 bít
Hình 29.Quá trình nhân
Hình 30. Các ng t x y ra
Hình 31. Không gian

a ch trong PSoC

Hình 32. Ph n m m thi t k PSoC

Designer

Hình 33. Ph n c ng l p trình cho chíp PSoC
Hình 34. a. i u khi n v i b

u khi n PID

Hình 34. b. i u khi n v i b

u khi n PID

Hình 35. Nhi m v c a b

u khi n PID

Hình 36. Hàm quá
Hình 37.a. Xác

nh tham s cho mô hình x p x c a

Hình 37.b Xác

nh tham s cho mô hình x p x c a

Hình 38.a Xác

nh h ng s khu ch

it ih n

Hình 38.b Xác

nh h ng s khu ch

it ih n

Hình 39. Hàm quá

cho

it

ng thích h p cho ph

it
it

ng
ng

ng pháp

Chien-Hrones-Reswick
Hình 40. Quan h gi a di n tích A và t ng các h ng s th i gian
Hình 41.S

kh i h th ng

Hình 42. Module LCD
Hình 43. LCD HD4478A Base
Hình 44.C u trúc ghép n i bàn phím 4x4 v i vi i u khi n PSoC
Hình 45. GPIO
Hình 46 .L u

t

ch

Pull-Down

thu t toán quét bàn phím

Hình 47. Kh i m ch giao ti p gi a vi

u khi n PSoC

RS232
Hình 48. Kh i m ch công su t
Hình 49. M ch ngu n

u khi n

n áp +5Volt

Hình 50.M ch ngu n n áp +12Volt
Hình 51.S

kh i m ch o t n s

ng c

và máy tính PC qua c ng


10

Hình 52.C u hình máy o t n s trên chíp PSoC
Hình 53.K t qu thu t toán PID
Hình 54. S

chi ti t b ng m ch

Hình 55. C u hình ch
Hình 56. Mã ngu n ch

u khi n s d ng chíp PSoC

ng trình bên trong chíp PSoC
ng trình

CY8C27443

CY8C27443

c c ng COM s d ng ph n m m LabVIEW 7.1

Các b ng s d ng trong lu n v n
B ng 1. Ch
B ng 2. S l

u khi n các chân
ng các kh i s trong m i thành ph n ch c n ng

B ng 3. Các giá tr

n áp tham chi u

B ng4. Các h s l a ch n theo ph

ng pháp th hai c a Nichols-Ziegles