thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (825.11 KB, 47 trang )
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
1
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
Phần I: Giới Thiệu Chung…………………………………………....
Phần II: Nội Dung Thiết Kế…………………………………………..
Chương 1: Nguyên lý hoạt động của hệ thống vi điều khiển.
I.
II.
Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dung vi điều khiển Pic.
Nguyên lí hoạt động cảu hệ thống.
Chương 2:Tính chọn linh kiện sử dụng trong hệ thống vi điều khiển.
I.
Giới thiệu và tính toán chọn linh kiện của hệ thống.
Chương 3: Mô phỏng hệ thống.
I.
II.
Thiết kế mạch nguyên lý.
Chạy mô phỏng mạch bằng phần mềm ứng dụng Proteus.
Chương 4: Chế tạo mạch thực tế.
I.
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
tốc độ của động cơ truyền động chính…
Nhưng ở đây chúng ta chỉ khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độ của động cơ
truyền động.Ở động cơ một chiều, việc điều chỉnh tốc độ động cơ có nhiều ưu
việt hơn so với các loại động cơ khác. Động cơ một chiều không những có khả
năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lạc, mạch điều khiển lại đơn giản
hơn các loại động cơ khác và đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh
rộng.
Do đông cơ một chiều rất quan trọng trong cuộc sống và rất phổ biến trong
cuộc sống lên học kỳ này chúng em được làm đồ án ‘’ Điều khiển đông cơ 1
chiều bằng vi điều khiển’’. Có thể nói động cơ 1 chiều có vai trò rất lớn trong
ngành điều khiển tự động.
Để điều khiển được động cơ một chiều,hay nói cách khác là điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều thì có nhiều cách khác nhau như:
- Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng.
- Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông của cuộn dây kích từ.
- Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện áp phần ứng.
Tuy nhiên như những cách trên thì việc điều khiển tốc độ động cơ trở lên khó
khăn và hiệu quả thấp. Do vậy ở đây chúng em sử dụng phương pháp điều xung
(tức thay đổi độ rộng xung), sử dụng vi điều khiển PIC16F877A, độ rộng xung
càng lớn thì động cơ quay càng nhanh.
Để điều khiển được động cơ theo phương pháp này thì cần nhiều bước khác
nhau, từ việc đi thiết lập phần cứng điều khiển đến cấu trúc chương trình điều
khiển phải hợp logic. Nếu việc thiết lập phần cứng và chương trình điều khiển
không phù hợp nhau thì sẽ không điều khiển được động cơ.
3
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
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.
- Tham khảo những ý kiến của các giáo viên trong khoa và của bạn bè.
- Thu thập những thông tin cần thiết trên mạng internet(một số trang wed
: diendandientu.com,PICvietnam.com,…)
Trình tự thiết kế: Sau khi bắt tay vào thực hiện đề tài, chúng em đã tuân
thủ các bước thiết kế sau :
- Thu thập dữ liệu.
- Phân tích dữ liệu.
- Đề ra các phương án và lựa chọn phương án tối ưu.
- Thi công.
- Kiểm tra và đưa ra kết luận.
Phần II: Nội Dung Thiết Kế
4
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
Chương 1: Nguyên lý hoạt động của hệ thống vi điều khiển.
1.1 Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dung vi điều điều khiển Pic.
- Mục tiêu của đề tài là: tạo ra một mô hình điều khiển cho động cơ 1
chiều, mô hình điều khiển này có thể làm mô hình thí nghiệm cho các sinh viên
nghiên cứu để tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như các phương
pháp điều khiển hoạt động cho động cơ. Đặc biệt là việc điều khiển cho động cơ
1 chiều sử dụng vi điều khiển PIC16F877A.
- Sơ đồ khối của hệ thống vi điều khiển:
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:
Khối Phím Nhấn(button): có các nút bấm dung để thực hiện chức năng
điều khiển động cơ quay thuận, quay nghịch, tăng tốc độ, giảm tốc độ, và
dừng .
5
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
Khối Vi Xử Lý: là phần mạch điều khiển chính gồm IC 16F877A, với các
linh kiện phụ khác như bộ tạo dao động thạch anh...
- Phần mạch công suất : trực tiếp điều khiển các cuộn dây động cơ, gồm
có trantor H1061 kích xung điều khiển cho IRF9540 hoạt động, transistor
trường chịu dòng ngược cao là FET IRF540.
- Phần nguồn: gồm 2 cấp điện áp: một nguồn cấp cho vi điều khiển, một
nguồn cấp cho khối công suất để chuyển tới động cơ, để đảm bảo an toàn
ta dùng hai nguồn riêng và cách ly chúng.
- Động cơ.
1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống.
-
-Nguyên lý hoạt động của hệ thống: khối điều khiển trung tâm dùng VĐK PIC
16F877A nhận tín hiệu từ các nút nhấn, sau đó sẽ xử lý tín hiệu và xuất ra xung
điều khiển PWM để tăng giảm tốc độ và đảo chiều động cơ DC.Trong lúc đó
Encoder sẽ thực hiên công việc của mình đó là đo tốc độ động cơ, tín hiệu từ
encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần số thay đôi phụ thuộc vào tốc độ
động cơ. Do đó các xung vuông này được đưa vào bộ vi xử lý để đếm số xung
trong khoảng thời gian cho phép từ đó ta có thể tính được giá trị vận tốc của
động cơ.những giá trị tốc đó sẽ được hiển thị trên màn hình LCD. Đây cũng là
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
như 8051,
Motorola 68HC, AVR, ARM,... Ngoài họ 8051 được
hướng dẫn một cách căn
ở môi trường đại học, bản thân người viết đã
chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các
ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau:
Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường
Việt Nam.
Giá thành không quá đắt.
Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập.
Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ
viđiều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051.
-
7
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
-
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC. Hiện nay tại Việt Nam
cũng như
trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi. Điều này
tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng
như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành
công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó
khăn,…
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
memory).
-
a . Bộ nhớ chương trình
-
Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash,
dung
lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14- bit) và được phân thành nhiều trang
(từ page0 đến page 3) . Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được
8*1024 = 8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word
(14bit).
Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương
trình có dung lượng 13 bit (PC<12:0>). Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm
chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vector). Khi có ngắt xảy ra, bộ
đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector).
- Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa
bởi bộ đếm chương trình.Bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau.
b.Bộ nhớ dữ liệu.
Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm
nhiều
bank. Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank. Mỗi
9
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
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
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.
Do có phiếu góp nhiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng
không thay đổi.
Khi quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư
chiều của suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải, ở động cơ một
chiếu sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động. .
Phương trình cân bằng điện áp :
U = Eư + Rư.Iư +Iư.
didt
ENCODER DÙNG ĐỂ LÀM GÌ? CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG RA SAO?
Đo tốc độ động cơ dùng encoder, tín hiệu từ encoder tạo ra các dạng xung
vuông có tần số thay đôi phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Do đó các xung vuông
này được đưa vào bộ vi xử lý để đếm số xung trong khoảng thời gian cho phép
từ đó ta có thể tính được giá trị vận tốc của động cơ. Đây cũng là phương pháp
mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động cơ hay điều khiển nhanh chậm….
Hình 2.4
Encoder
11
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
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn
thích hợn cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiều
trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính .
Điện áp cấp cho Mosfet: U=100-120V, I=22A, điện trở trong r=0.055ohm
Chức năng: dùng để điều chỉnh độ rộng xung , tăng giảm tốc độ động cơ
2.1.4 Diode IN4007.
a. Khái niệm về diode
Điốt bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng
điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tính
chất của cb.c chất bán dẫn.
b. Cấu tạo của diode
Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo
một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt
tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P
để lấp vào các lỗ trống =>tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện =>lớp Ion này
tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.
Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode .
Hình 2.7: cấu tạo của diode
c. Nguyên lý hoạt động của diode
13
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
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
khuyếch tán của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở
nên nghèo hạt dẫn điện tự do. Nói cách khác điốt chỉ cho phép dòng điện qua nó
khi đặt điện áp theo một hướng nhất định.
d. Ứng dụng của diode
Vì điốt có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt đến ca-tốt khi phân cực
thuận nên điốt được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện
một chiều.
Ngoài ra điốt có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD0 (nối tắt),
phân cực nghịch RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các công tắc điện tử,
14
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp, được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật
điện và điện tử.
2.1.5. LCD 16*2
Tổng quan
Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780)
bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. Các chân này được đánh
số thứ tự và đặt tên như hình 2 :
Đặc tính điện làm việc điển hình: (Đo trong điều kiện hoạt động Vcc =
4.5V đến 5.5V, T = -30 đến +75C)
Chân cấp nguồn Vcc-GND
2.7V đến 5.5V
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
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
Bảng 7: Miền làm việc bình thường
LCD được sử dụng để hiện thị tốc độ , các thông số của động cơ trong đề tài.
2.1.6 LED đơn
LED, viết tắt của Light-Emitting-Diode có nghĩa là “đi-ốt phát sáng”, là một
nguồn sáng phát sáng khi có dòng điện tác động lên nó. Được biết tới từ những
năm đầu của thế kỷ 20, công nghệ LED ngày càng phát triển, từ những diode
phát sáng đầu tiên với ánh sáng yếu và đơn sắc đến những nguồn phát sáng đa
sắc, công suất lớn hay phát ra các tia hồng ngoại hoặc tử ngoại.
2.1.6.1 Cấu tạo Led đơn và nguyên tắc hoạt động.
2.1.6.2 Nguyên Tắc Hoạt Động
Hình vẽ cho thấy Led được cấu tạo từ một mối nối bán dẫn PN, khi chất bán
dẫn Silicon cho pha Indium (có 3 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng Silicon cần 4
nối, sẽ có một nối thiếu điện tử và cho ra 1 lỗ trống) chúng ta sẽ có chân bán dẫn
loại P và khi cho pha với Phosphor (có 5 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng Silicon
cần 4 nối, sẽ dư ra 1 hạt điện tử), chúng ta có chân bán dẫn loại N.
Chất bản dẫn loại P tạo điều kiện dẫn điện bằng các lỗ trống (Hole), đó
chính là các nối hóa trị thiếu điện tử. Còn chất bán dẫn loại N có điểu kiện dẫn
16
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
điện là do các điện tử tự do (điện tử dư ra do phosphor có 5 điện tử hóa trị mà
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
- Độ bền cao: LED được làm từ vật liệu bán dẫn, nên rất khó bị phá huỷ bởi
sự va đập...
-An toàn: LED không gây độc hại, thân thiện với môi trường.
Nhược điểm:
Chất lượng của đèn Led trên thị thường không giống nhau nên dễ tạo hiểu
nhầm về chất lượng chung của Led
3. Ứng dụng của đèn LED: thông báo tín hiệu.
2..1.7 IC ổn áp LM7805
Ic lm 7805 có chức năng biến đổi điện áp ngõ ra ở mức 5V, cấp nguồn cho pic
và một số linh kiện khác
Hình dạng IC họ 78xx thực tế Sơ đồ bên trong của IC 7805
Cách mắc 7805 điều chỉnh điện áp (5V)
Nguyên lý ổn áp: Thông qua điện trở R2 và D1 gim cố định điện áp chân Rt của
Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân E đèn Q1 giảm => khi đó điện áp UBE
tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện áp chân E của đèn tăng , và ngược lại
...
Chú ý: Điện áp đặt trước IC 7805 phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 5V trở
lên
Ngoài những linh kiện trên, chúng ta còn sử dụng một số linh kiện như : nút
bấm, transistor, các loại trở.vv.…. , điện trở hạn dòng cho led đơn là 330ohm,
cho lcd là 1K.
18
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
LCD được nối như hình . tốc độ sẽ được hiển thị trên LCD này.
3.1.4 Khối nguồn và khối ADC+CB
Do nguồn cần dùng cho đề tài chủ yếu là 5V, nên ta sử dụng IC U5LM7805 để
tạo nguồn 5V.
21
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
3.1.5 Khối công suất
22
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
3.2: Mô phỏng hệ thống
Sơ đồ mạch và linh kiện trong mô phỏng ( proteus )
23
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
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
#define LCD_D7
#define LCD_RS
#define LCD_RW
#define LCD_E
PORTC,7
PORTD,4
PORTD,5
PORTD,6
PORTC,4
PORTC,5
PORTC,6
24
Đồ án Vi Xử Lý-Vi Điều Khiển
GVHD: Ts.Lê Tiến Dũng
CBLOCK 0x20
LCDTmp
Vong1
Vong2
HC
HDV
COUNT
v
so
T
XUNG
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
PCLATH
25
;W_save = W
; Dao 4 bit cao va 4 bit cua thanh
