Thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển động cơ theo nhiệt độ (Đồ án tốt nghiệp)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.72 MB, 67 trang )
B GIÁO D
O
I H C DÂN L P H I PHÒNG
THI T K VÀ XÂY D NG H TH NG
KHI
ÁN T T NGHI
NT
I H C H CHÍNH QUY
NG CÔNG NGHI P
H I PHÒNG - 2017
U
B GIÁO D
O
I H C DÂN L P H I PHÒNG
THI T K VÀ XÂY D NG H TH
KHI
ÁN T T NGHI
NT
I H C H CHÍNH QUY
NG CÔNG NGHI P
Sinh viên: Ki u Công Hòa
ng d n: Ths. Nguy n
H I PHÒNG - 2017
U
C ng hoà xã h i ch
c l p T Do
t Nam
H nh Phúc
----------------o0o----------------B GIÁO D
O
I H C DÂN L P H I PHÒNG
NHI M V
TÀI T T NGHI P
Sinh viên : Ki u Công Hòa MSV : 1312102017
L p:
nT
ng Công Nghi p
tài : Thi t k và xây d ng h th
u khi
theo nhi
.
NHI M V
TÀI
1. N i dung và các yêu c u c n gi i quy t trong nhi m v
v lý lu n, th c ti n, các s li u c n tính toán và các b n v ).
tài t t nghi p (
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
2. Các s li u c n thi
thi t k , tính toán
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
m th c t p t t nghi p..........................................................................:
NG D
CÁC CÁN B
TÀI T T NGHI P
ng d n th nh t:
H và tên
H c hàm, h c v
N
:
:
:
ng d n :
Nguy
Th
Phong
i h c dân l p H i Phòng
tài
Toàn b
ng d n th hai:
H và tên
H c hàm, h c v
N
:
:
:
ng d n :
tài t t nghi
Yêu c u ph
c giao ngày
n nhi m v
Sinh viên
tháng
.
c ngày......tháng....
mv
ng d
Cán b
Ki u Công Hòa
Th.S Nguy
2017
H
HI
NG
N H U NGH
PH N NH N XÉT TÓM T T C A CÁN B
NG D N
1.Tinh th
c
tài t t nghi p.
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
ng c
i n i dung yêu c
ra trong
t lý lu n th c ti n, tính toán giá tr s d ng,
nhi m v
ch
ng các b n v ..)
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
m c a cán b
ng d n
m ghi b ng s và ch )
Cán b
ng d n chính
(Ký và ghi rõ h tên)
NH
GIÁ C
I CH M PH N BI N
TÀI T T NGHI P
tài t t nghi p v các m t thu th p và phân tích s
li
lý lu n ch
ng
thuy t minh và b n v , giá tr lý lu n và th c ti
tài.
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
m c a cán b ch m ph n bi n
m ghi b ng s và ch )
7
i ch m ph n bi n
(Ký và ghi rõ h tên)
M CL C
U .................................................................................................. 1
L IM
T NG QUAN V CÁC PH N T ....................................... 2
1.1. T NG QUAN V PIC16F877A ............................................................ 2
1.1.1. Ch
u khi n PIC16F877A...................... 2
1.1.2. M t vài thông s v
kh
u khi n PIC16877A ................................ 3
u khi n PIC16F877A............................................. 4
1.1.4. T ch c b nh ................................................................................. 5
1.1.5. Các c ng xu t nh p c a PIC16F877A.............................................. 9
1.1.6. Timer0............................................................................................. 11
1.1.7. Timer1............................................................................................. 13
1.1.8. Timer2............................................................................................. 15
1.2. THI T B LCD ..................................................................................... 16
1.2.1. Hình dáng kích
c...................................................................... 17
1.2.2. Các chân ch c
........................................................................ 18
kh i c a HD44780................................................................ 19
1.2.4. T p l nh c a LCD........................................................................... 22
1.2.
c tính c a các chân giao ti p ...................................................... 27
THI T K
H
TH
U KHI
........................................................................................ 28
THEO NHI
KH I........................................................................................ 28
2.2. THI T K CÁC KH I ........................................................................ 28
2.2.1. M
............................................................................ 28
2.2.2. Kh i x lý ....................................................................................... 30
2.2.3. Kh i ADC (tích h p trong PIC16F877A) ...................................... 31
2.2.4. Kh i khu
i hi u ch nh ............................................................ 32
2.2.5. Kh i công su t ................................................................................ 33
2.2.6. Kh i hi n th ................................................................................... 38
2.2.7. Motor DC ........................................................................................ 38
m ch nguyên lý h th ng...................................................... 43
U KHI N........................................ 45
THU T TOÁN..................................................................... 45
3.2.
U KHI N ........................................................ 46
K T LU N .................................................................................................... 56
TÀI LI U THAM KH O ............................................................................ 58
L IM
U
Ngày nay v i nh ng ng d ng c a khoa h
t tiên ti n, th gi i
c
phát tri n c
tt
ng, t o
ra hàng lo t nh ng thi t b v
toàn, t
i mn ib
nhanh, g n nh ...
thi t k h th ng
tài xu t phát t bài toán th c t là
phòng, t
phù h p v i s
a vào nhi
i nhi
u khi n
.
Thi t k và xây d ng h th
, do Th
m
chính xác, an
u khi n
t
ng d n. Là s k t h p c a nhi u
nt
d ng ph n t
trình gi ng d y, là s t ng h p ki n th
u khi n.
ngành v
tài c a em g
ng quan v các ph n t
t k h th
u khi
u khi n
u khi n
1
c
1.
T NG QUAN V CÁC PH N T
1.1. T NG QUAN V PIC16F877A
1.1.1. Ch
chân
u khi n PIC16F877A
PIC16F877A là dòng PIC ph bi n nh t hi n nay
b nh
Hình 1.1:
cho h u h t các ng d
m nh v
ng.
u khi n PIC 16F877A/PIC16F874A và các d
2
chân.
Ch
a PIC16F877A:
- Có kh
lí ng t t nhi u ngu n ng
tràn Timer, ng t ngo
- Ch
t ngoài, ng t
t ADC...
m Comporator (b so sánh), captu
u ch
r ng xung).
- Ch
ng b n i ti p SSP g m 2 giao ti p SPI và I2C.
- Ch
truy
ng b
i ti p USART
d ng
module ph n c ng ph c v cho giao ti p theo chu n RS-232.
- B ADC 10 bit chuy
- Ch
i tín hi
ng t sang tín hi u s .
p song song PSP.
1.1.2. M t vài thông s v
u khi n PIC16877A
u khi n thu c h PIC16Fxxx v i t p l nh g m 37 l nh có
dài 14 bit. M i l
ho
c th c thi trong m t chu kì xung clock. T
ng t
i m t chu kì l nh là 200ms. B nh
nh d li u 368x8 byte RAM và b nh d li u
EEPROM v
ng 256x8 byte. S PORT I/O là 5 v i 33 pin I/O.
c tính ngo i vi bao g m các kh i ch
-Timer0: b
m 8 bit v i b chia t n s 8 bit.
-Timer1: b
m 16 bit v i b chia t n s , có th th c hi n ch c n
m d a vào xung clock ngo
u khi n ho
ng
ch
sleep.
-Timer2: b
m 8 bit v i b chia t n s , b postcaler.
- Hai b
u ch
r ng xung.
- Các chu n giao ti p n i ti p SSP(Synchronous Serial Port) v i các chân
u khi n RD, WR, CS
bên ngoài.
c tính Analog:
- 8 kênh chuy
i ADC 10 bit.
- Hai b so sánh.
3
Bên c
c tính khác c
u khi
- B nh flash v i kh
c 100.000 l n.
- B nh EEPROM v i kh
c 1.000.000 l n.
- D li u b nh EEPROM có th
- Kh
n
is
u khi n c a ph n m m.
-N
n ICSP (In Circuit Serial
Programming) thông qua 2 chân.
- Watchdog Timer v i b
- Ch
ng trong.
om
- Có th ho
kh
ng v i nhi u d ng Oscillator.
u khi n PIC16F877A
kh i c a PIC16F877A:
Hình 1.2:
kh
u khi n PIC16F877A.
4
1.1.4. T ch c b nh
C u trúc b nh
u khi n PIC16F877A bao g m b nh
trình (Program memory) và b nh d li u (Data Memmory).
1.1.4.1. B nh
B nh
u khi n PIC16F877A là b nh flash,
ng b nh
c phân thanh nhi u
trang (t
y b nh
a
c 8x1024 = 8192 l nh (vì m t l nh sau khi mã hóa s
ng 1
word = 14 bit).
a ch c a 8K word b nh
ng 3 bit (PC<12:0>).
i u khi
c reset, b
ch
0000h (Reset vector). Khi có ng t x y ra, b
a ch
ch
n
a
ch 0004h (Interrupt vector).
B nh
hóa b i b
m b nh
a ch
m
Hình 1.3: B nh
.
5
1.1.4.2. B nh d li u
B nh d li u c a PIC là b nh
i v i PIC16F877A b nh d li
c chia ra làm nhi u
c chia ra làm 4 bank. M i
ng 28 byte, bao g m các thanh ghi có ch
SFR (Special Function Register) n m
c bi t
a ch th p và các thanh ghi
m
m
a ch còn l i
c s d ng (ví d
ghi STATUS) s
t
t t c các bank c a b nh d li u giúp thu n ti n
trong quá trình truy xu t và làm gi m b t l nh c
c a b nh d li
Hình 1.4:
b nh d li u PIC16F877A.
6
c th
1.1.4.2.1. Thanh ghi ch
c bi t SFR
c s d ng b i CPU ho
u khi n các kh i ch
c tích h
thi t l p
u khi n. Có
th phân thanh ghi SFR thành 2 lo
n các ch c
thi t l
u khi n các
kh i ch
- Thanh ghi STATUS (03h, 83h, 103h, 183h): thanh ghi ch a k t qu
th c hi n phép toán c a kh i ALU, tr ng thái reset và các bit ch n bank c n
truy xu t trong b nh d li u.
-
c và
u khi n ch
l p các tham s v
-up c a các chân trong PORTB, xác
ng, c
ng c a ng t ngo i vi và b
m
Timer0.
-
c
và ghi, ch
u khi n và các bit c hi u khi Timer0 b tràn, ng t
ngo i vi RB0/INT và ng t interrupt-on-change t i các chân c a PORTB.
- Thanh ghi PIE1 (8Ch): ch
kh i ch
u khi n chi ti t các ng t c a các
i vi.
- Thanh ghi PIR1 (0Ch): ch a c ng t c a các kh i ch c
các ng
c cho phép b
i vi,
u khi n ch a trong thanh ghi PIE1.
7
u khi n ng t c a các kh i ch c
- Thanh ghi PIE2 (8Dh): ch
t c a b so sánh và ng t ghi vào b nh EEPROM.
- Thanh ghi PIR2 (0Dh): ch a các c ng t c a các kh i ch
vi, các ng
c cho phép b
i
u khi n ch a trong thanh ghi
PIE2.
- Thanh ghi PCON (8Eh): ch a các c hi u cho bi t tr ng thái các ch
reset c
u khi n.
1.1.4.2.2.Thanh ghi m
Các thanh ghi này có th
c truy xu t tr c ti p ho c gián ti p thông
qua thanh ghi FSR
ng,
hanh ghi d li u thông
i s d ng có th tùy theo m
dùng
ch a các bi n s , h ng s , k t qu ho c các tham s
ph c v
1.1.4.3. Stack
Stack không n m trong b nh
vùng nh
c bi
y b d li u mà là m t
c hay ghi. Khi l
hi n hay khi m t ng t x
c th c
r nhánh, giá tr c a b
m
u khi n c t vào trong stack. Khi m t
trong các l n
c th c thi, giá tr PC s t
8
c l y ra t
u khi n s th c hi n ti
c.
B nh
u khi n PIC h 16Fxxxx có kh
a
a ch và ho t
c t vào b
nh stack l n th 9 s
c t vào stack l
u tiên và giá tr c t
vào stack l n th 10 s
c t vào stack l n th 2.
C n chú ý là không có c hi u nào cho bi t tr
không bi
c khi nào stack tràn. Bên c
dòng
p l nh c
u khi n
nh POP hay PUSH, các thao tác v i b nh stack
s
u khi n b i CPU.
1.1.5. Các c ng xu t nh p c a PIC16F877A
C ng xu t nh
u khi
i th gi i bên ngoài. S
ng và thông qua
u khi
c th hi n m t cách rõ
ràng.
u khi n PIC16F877A có 5 c ng xu t nh p, bao g m PORTA,
PORTB, PORTC, PORTD, PORTE.
1.1.5.1. C ng PORTA
PORTA (RPA) g
xu t và nh
c. Ch
u khi n
b i thanh ghi TRISA ( a ch 85h). Mu n xác l p ch
u khi
ng v
c l i, mu n xác l p ch
PORTA là output
u khi
a m t chân
a m t chân trong
ng v
trong thanh
i v i các PORT và các thanh ghi
u khi
i v i PORTA là TRISA, PORTB là TRISB,
PORTC là TRISC,....). Bên c
a b ADC, b so
9
sánh, ngõ vào analog ngõ vào xung clock c a Timer0 và ngõ vào c a b giao
ti p MSSP (Master Synchronous Serial Port).
n PORTA g m:
-
a ch 05h): ch a giá tr các pin trong PORTA.
a ch
u khi n xu t nh p.
a ch 9Ch): t
u khi n b so sánh.
-
a ch
u khi n b
-
a ch
u khi n b ADC.
n áp.
1.1.5.2. C ng PORTB
PORTB (RPB) g
u khi n xu t nh
ng là TRISB. Bên c nh
t s chân c
quá trình n
c s d ng trong
u khi n v i các ch
n p khác nhau.
n ng t ngo i vi và b
h p ch
n tr
c tích
u khi n b
ình.
n PORTB g m:
-
a ch 06h, 106h): ch a giá tr các pin trong PORTB.
a ch
-
u khi n xu t nh p.
a ch
u khi n ng t ngo i vi và b
Timer0.
1.1.5.3. C ng PORTC
PORTC (RPC) g
u khi n xu t nh
ng là TRISC. Bên c
a các chân ch
a b so
sánh, b Timer1, b PWM và các chu n giao ti p n i ti p I2C, SPI, SSP,
USART.
u khi
-
n PORTC:
a ch 07h): ch a giá tr các pin trong PORTC.
a ch
u khi n xu t nh p.
10
1.1.5.4. C ng PORTD
PORTD (RPD) g
u khi n xu t nh
ng là TRISD. PORTD còn là c ng xu t d li u c a chu n giao ti p PSP
(Parallel Slave Port).
n PORTD g m:
- Thanh ghi PORTD: ch a giá tr các pin trong PORTD.
-
u khi n xu t nh p.
-
u khi n xu t nh p PORTE và chu n giao ti p
PSP.
1.1.5.5. PORTE
PORTE (RPE) g
u khi n xu t nh
ng là TRISE. Các chân c a PORTE có ngõ vào analog. Bên c
PORTE
u khi n c a chu n giao ti p PSP.
n PORTE g m:
- PORTE: ch a giá tr các chân trong PORTE.
-
u khi n xu t nh p và xác l p các thông s cho chu n giao
ti p PSP.
-
u khi n kh i ADC.
1.1.6. Timer0
t trong ba b
m ho c b
PIC16F877A. Timer0 là b
nh th i c
c k t n i v i b
u khi n
chia t n s
(prescaler) 8 bit. C u trúc c a Timer0 cho phép ta l a ch n xung clock tác
ng và c nh tích c c c a xung clock. Ng t Timer0 s xu t hi n khi Timer0
b
u khi n c a Timer0. TMR0IE=1
cho phép ng t Timer0 tác
ng, TMR0IF=0 không cho phép ng t Timer0 tác
kh i c a
11
Hình 1.5:
Mu n Timer0 ho
ng
kh i c a Timer0.
ch
Timer ta clear bit TOSC
thanh ghi TMR0 s
ng chu kì
ng h (t n s vào Timer0 b ng ¼ t n s oscillator). Khi giá tr thanh
ghi TMR0 t FFh tr v 00h, ng t Timer0 s xu t hi n. Thanh ghi TMR0 cho
c giúp ta
nh th
m ng t Timer0 xu t hi n m t
ch
counter ta set bit TOSC
ng.
Mu n Timer0 ho
ng
ng lên b
c l y t chân
RA4/TOCK1. Bit TOSE (OPTION_REG<4>) cho phép l a ch n c nh tác
ng vào b
m. C
ng s là c nh lên n u TOSE=0 và c
ng
s là c nh xu ng n u TOSE=1.
Khi thanh ghi TMR0 b tràn, bit TMR0IF (INTCON<2>) s
ng t c a Timer0. C ng t này ph
12
c xóa b
c set.
c khi b
m b
không th
u th c hi n l
u khi n t ch
B chia t n s
m. Ng t Timer0
sleep.
c chia s gi a Timer0 và WDT (Watchdog
c s d ng cho Timer0 thì WDT
s
c h tr c a
cl
u khi n
b i thanh ghi
i
ng c a prescaler. Các bit PS2:PS0 (OPTION_REG<2:0>) xác
nh t s chia t n s c a prescaler. Xem l
nh l i m t cách chi ti t v
Các l
xác
u khi n trên.
ng lên giá tr thanh ghi TMR0 s xóa ch
c
ho
ng
ng lên giá tr thanh ghi
TMR0 s
ng c a prescaler.
ng là WDT, l nh CLRWDT s
s
ng th i prescaler
h tr cho WDT.
u khi
-
n Timer0 bao g m:
a ch 01h, 101h): ch a giá tr
-
m c a Timer0.
a ch 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép ng t ho
ng
(GIE và PEIE).
-
a ch
u khi n prescaler.
1.1.7. Timer1
Timer1 là b
nh th i 16 bit, giá tr c a Timer1 s
thanh ghi (TMR1H:TMR1L). C ng t c a Timer1 là bit TMR1IF(PIR1<0>).
u khi n c a Timer1 s là TMR1IE (PIE<0>).
ho
ng: ch
nh
th i (timer) v i xung kích là xung clock c a oscillator (t n s c a timer b ng
¼ t n s c a oscillator) và ch
ánh các s
ki n c
RC0/T1OSO/T1CKI (c
m (counter) v i xung kích là xung ph n
m l y t
bên ngoài thông qua chân
ng là c nh lên). Vi c l a ch n xung tác
13
ng v i vi c l a ch n ch
ho
ng là timer hay counter)
u khi n b
kh i c a
Timer1:
kh i c a Timer1.
Hình 1.6:
Ngoài ra Timer1 còn có ch
e
u khi n
b i m t trong hai kh i CCP(Capture/Compare/PWM).
c set, Timer1 s l y xung clock t
hai chân RC1/T1OSI/CCP2 và RC0/T1O
b
m sau c nh xu
qua s
m. Timer s
u tiên c
b
ng c
c gán giá tr 0.
Khi clear bit T1OSCEN Timer1 s l
m t oscillator ho c t chân
RC0/T1OSO/T1CKI.
Timer1 có hai ch
ng b (Synchronous) và b
(Asynchronous). Ch
c quy
ng b
nh b
u khi n T1SYNC
m l y t bên ngoài s
ng b hóa
(T1CON<2>).
Khi T1SYNC
v i xung clock bên trong, Timer1 s ti p t
ch
th
u khi n
sleep và ng t do Timer1 t o ra khi b tràn có kh
u khi n.
ch
ng b , Timer1 không th
14
c s d ng
làm ngu n xung clock cho kh i CCP (Capture/Compare/Pulse width
modulation).
Khi T1SYNC
clock bên trong.
ch
m vào Timer1 s
ch
ng b hóa v i xung
này Timer1 s không ho
u khi n
sleep.
Các thanh ghi liên quan
-
n Timer1 g m:
a ch 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép ng t ho
ng
(GIE và PEIE).
- PIR1 ( a ch 0Ch): ch a c ng t Timer1 (TMR1IF).
-
a ch 8Ch): cho phép ng t Timer1 (TMR1IE).
-
a ch 0Eh): ch a giá tr 8 bit th p c a b
m Timer1.
-
a ch 0Eh): ch a giá tr 8 bit cao c a b
m Timer1.
-
a ch 10h): xác l p các thông s cho Timer1.
1.1.8. Timer2
Timer2 là b
nh th
c h tr b i hai b chia t n s
prescaler và postcaler. Thanh ghi ch a giá tr
cho phép ng t Timer2 tác
m c a Timer2 là TMR2. Bit
ng là TMR2ON (T2CON<2>). C
ng t c a
Timer2 là bit TMR2IF (PIR1<1>). Xung ngõ vào (t n s b ng ¼ t n s
chia t n s prescaler 4 bit (v i các t s chia t n s
là 1:1, 1:4 ho
u khi n b i các bit T2CKPS1:T2CKPS0
(T2CON<1:0>)).
c h tr thanh ghi PR2. Giá tr
TMR2 s
v
m trong thanh ghi
n giá tr ch
c reset
c nh n giá tr m
Ngõ ra c
nh FFh.
chia t n s postcaler v i các m c
chia t
u khi n b i 4 bit T2OUTPS3:
T2OUTPS0. Ngõ ra c
nh trong vi
khi n c ng t.
15
u
kh i Timer2.
Hình 1.7:
Ngoài ra ngõ ra c
c k t n i v i kh
ng b cho kh i SSP.
n Timer2 g m:
-
a ch 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép toàn b các ng t
(GIE và PEIE).
-
a ch 0Ch): ch a c ng t Timer2 (TMR2IF).
-
a ch 8Ch): ch
-
u khi n Timer2 (TMR2IE).
a ch 11h): ch a giá tr
m c a Timer2.
a ch 12h): xác l p các thông s cho Timer2.
a ch 92h): thanh ghi h tr cho Timer2.
1.2. THI T B LCD
Ngày nay, th
LCD (Liquid Crystal Display)
này em
thông
Hitachi,
ta.
16
LCD
