Mô hình khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều (tt)

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án nghiên cứu: “ MÔ HÌNH KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ” là của riêng tôi. Mọi thông
tin đồ án chƣa đƣợc đăng tải trên bất kì tài liệu nào.
Hải phòng, ngày…tháng…năm 2015
Sinh viên thực hiện

PHẠM PHÚ TIỆP

1


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... 1
MỤC LỤC HÌNH VẼ..................................................................................... 3
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................... 6
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ......................................................................................... 7
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN PHẦN TỬ SỬ DỤNG
TRONG MẠCH ................................................................................................. 8
1.1. Vi điều khiển PIC16F877A ..................................................................... 8
1.1.1. Khái quát về vi điều khiển PIC16F877A .............................................. 8
1.1.2. Bộ nhớ của PIC .................................................................................. 12
1.1.3. Khái quát về công dụng của các cổng trong vi điều khiển PIC16F877A14
1.1.4. Các vấn đề về Timer ........................................................................... 14
1.2. Thuâ ̣t toán điề u khiể n PID số ................................................................. 16
1.2.1. Giải thuật điều khiển PID ................................................................... 16
1.2.2. Giải thuật điều khiển PID số ............................................................... 17
1.3. Phƣơng pháp điều chế xung PWM ........................................................ 20
1.3.1. Điều chế PWM ................................................................................... 20
1.3.2. Nguyên lí của PWM ........................................................................... 20
1.4. Mạch cầu H ( H-Bridge Circuit ) ........................................................... 21

1.4.1. Công dụng và nguyên lí hoạt động ..................................................... 21
1.4.2. Khảo sát hoạt động của mạch cầu H ................................................... 22
CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM ................... 24
2.1. Một số linh kiện đƣợc sử dụng trong mạch cầu H .................................. 24
2.2. Các phần mềm đƣợc sử dụng ................................................................. 25
2.2.1. Phần mềm mô phỏng .......................................................................... 26
2


2.2.2. Phần mềm lập trình ............................................................................. 27
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG...... 32
3.1. Sơ đồ tổng thể của của mạch ................................................................. 32
3.1.1. Khối ổn áp nguồn ............................................................................... 33
3.1.3. Khối điều khiển động cơ ..................................................................... 34
3.2. Lƣu đồ thuật toán và code chƣơng trình................................................. 35
3.2.1. Lƣu đồ thuật toán................................................................................ 35
3.2.2. Code chƣơng trình .............................................................................. 37
3.3. Mạch mô phỏng ..................................................................................... 40
3.3.1. Khi sai lệch = dead_band .................................................................... 40
3.3.2 Khi sai lệch > dead_band ..................................................................... 41
3.3.3. Khi sai lệch < dead_band .................................................................... 42
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 44
1. Kết luận .................................................................................................... 44
2. Kiến nghị .................................................................................................. 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 45

3


MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ chân của PIC 16F877A (Trang 8).
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lí của PIC (Trang 9).
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lí các Port của PIC 16F877A (Trang 10).
Hình 1.4. Tổ chức bộ nhớ chƣơng trình của PIC16F877A (Trang 11).
Hình 1.5. Tổ chức bộ nhớ dữ liệu của PIC 16F877A (Trang 12)
Hình 1.6. Sơ đồ khối Timer2 (Trang 15).
Hình 1.7. Xấp xỉ đạo hàm của biến sai số e (Trang 17).
Hình 1.8. Xấp xỉ tích phân của biến sai số e (Trang 17).
Hình 1.9: Sơ đồ dùng PWM điều khiển điện áp tải (trái) (Trang 19).
Hình 1.10. Sơ đồ xung điện áp đầu ra (phải) (Trang 19).
Hình 1.11. Mạch cầu H (Trang 21).
Hình 1.12. Ví dụ mạch cầu H đảo chiều (Trang 21).
Hình 2.1. 78N137 (Trang 23).
Hình 2.2. N35 (Trang 23).
Hình 2.3. Mosfet 50N024 (Trang23).
Hình 2.4. IC IR218 (Trang 23).
Hình 2.5. IC SN7402 (Trang 24).
Hình 2.6. IC ổn áp LM7812 (Trang 24).
Hình 2.7. IC ổn áp LM7805 (Trang 24).
Hình 2.8. Phần mềm mô phỏng mạch điện tử Proteus (Trang 25).
Hình 2.9. Giao diện làm việc của phần mềm Proteus (Trang 25).
Hình 2.10. Phần mềm lập trình PIC C complier (Trang 26).
Hình 3.1. Mạch mô phỏng chƣơng trình. (Trang 36).
Hình 3.2. Khi sai lệch = dead_band (Trang 37).
Hình 3.3. Khi sai lệch > dead_band (Trang 37).
Hình 3.4. Khi sai lệch < dead_band (Trang 38).
Hình 3.1. Sơ đồ tổng thể của của mạch (Trang 28).
Hình 3.2. Sơ đồ khối ổn áp nguồn (Trang 29).

4

Hình 3.3. Sơ đồ khối cộng tín hiệu từ vi điều khiển và cách li quang (Trang
29).
Hình 3.4. Khối điều khiển động cơ (Trang 30).

5


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay khi khoa học công nghệ ngày càng phát triển mạnh mẽ. Động cơ
một chiều đƣợc ứng dụng rất nhiều trong sản xuất nông nghiệp cũng nhƣ công
nghiệp. Trong đó nó đòi hỏi động cơ cần phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra
nhƣ ngừng, đảo chiều, cũng nhƣ thay đổi tốc độ.Vậy vấn đề đặt ra là làm sao
giải quyết đƣợc những yêu cầu đó, bằng việc đƣợc học qua môn vi xử lí trong
quá trình ngồi trên ghế nhà trƣờng, em thấy vi xử lí đáp ứng đầy đủ những yêu
cầu đó và việc điều khiển động cơ điện một chiều đƣợc giải quyết. Đây chính là
ý tƣởng để em thực hiện đề tài nghiên cứu “ Mô hình khởi động và điều khiển
động cơ điện một chiều ”. Em xin đƣợc nói lời cảm ơn chân thành nhất đến các
Thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho
em trong thời gian vừa qua. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy
Th.s Đồng Xuân Thìn với sự chỉ dẫn tận tình cũng nhƣ đã tạo những điều kiện
tốt nhất cho em để em có thể thực hiện và hoàn thành tốt đề tài này. Trong quá
trình thực hiện em đã rất nỗ lực và cố gắng, nhƣng do kiến thức và hiểu biết của
bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh
khỏi những sai phạm, thiếu sót… Rất mong đƣợc sự chỉ dẫn của thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!

6

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Vận dụng những kiến thức đã học trong quá trình học tập ở nhà trƣờng em
thực hiện đồ án nghiên cứu: Mô hình khởi động và điều khiển tốc độ động cơ
điện một chiều.
Sử dụng động cơ điện một chiều có gắn cảm biến tốc độ dạng xung dùng để
đƣa tín hiệu tốc độ dƣới dạng xung về vi điều khiển sau đó so sánh với tín hiệu
đặt để điều khiển tốc độ động cơ.
Mục tiêu của đồ án đặt ra: dừng, quay thuận, quay ngƣợc, giảm tốc, tăng tốc.
Trong đồ án của mình em xin trình bày phƣơng pháp điều khiển động cơ dùng
vi điều khiển PIC16F877A bằng phƣơng pháp điều chế độ rộng xung PWM sử
dụng PIC16F877A để lập trình.

7


CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN PHẦN TỬ SỬ DỤNG
TRONG MẠCH
1.1. Vi điều khiển PIC16F877A
1.1.1. Khái quát về vi điều khiển PIC16F877A
a. Khái quát
PIC (Programmable Intelligent) là vi điều khiển đầu tiên của hãng General
Instrument. Từ đó tới nay họ không ngừng phát triển và tạo ra trên 100 loại sản
phẩm với sự đa dạng và nhiều ứng dụng hơn.
PIC16F877A là dòng PIC khá phổ biến, đáp ứng hầu nhƣ đầy đủ các yêu cầu
mang tính chất ứng dụng thực tế. Ngoài ra dòng PIC rất dễ tiếp cận, tạo nền tảng đi
sâu nghiên cứu về PIC.
PIC 16F877A thuộc họ vi điều khiển 16Fxxx gồm có các đặc điểm nhƣ sau:
Ngôn ngữ lập trình đơn giản với 35 lệnh có độ dài 14 bit.
Hầu hết các câu lệnh đƣợc thực hiện trong 1 chu kì máy, chỉ có câu lệnh rẽ

nhánh mới thực hiện trong 2 chu kì máy, 4 lần chu kì máy đƣợc tính bằng 1 chu kì
lệnh.
Bộ nhớ chƣơng trình Flash 8Kx14word, có khả năng ngắt trong cũng nhƣ ngắt
ngoài.
Hoạt động bộ nhớ bằng cách truy nhập trực tiếp hay gián tiếp vào địa chỉ trên
thanh ghi.
Có 3 timer.
Timer0 (8 bit) có nhiệm vụ là bộ định thời với hệ số tỉ lệ trƣớc.
Timer1 (16 bit) có nhiệm vụ là bộ định thời và có chế độ nghỉ (sleep).
Timer2 (8 bit) có nhiệm vụ gần giống timer0 khác là bộ định thời với hệ số tỉ lệ
cả trƣớc và sau.
Có 2 kênh tạo xung PWM cho bộ điều chế xung CCP và xuất xung điều chế ra 2
chân: chân CCP1 (16) và chân CCP2 (17)
Có 8 bộ chuyển đổi ADC 10 bit nằm ở cổng A và cổng E.
8


Do thời gian làm đồ án có hạn, dƣới đây là một vài tính năng của PIC 16F877A
đƣợc ứng dụng trong đồ án:
Tổ chức bộ nhớ của PIC 16F877A.
Chức năng vào/ra của các cổng.
Chức năng và các thiết lập chế độ ngắt cho các bộ Timer.
Kênh chuyển đổi ADC.
Chức năng và cách thiết lập bộ điều chế độ rộng xung PWM.
b. Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A

Hình 1.1. Sơ đồ chân của PIC 16F877A

9

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý của PIC

10