Điều khiển tốc độ động cơ DC dùng PID

Trương Ngọc Anh :GVHD

Đỗ

2 Đồ
án

1

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hóa , hiện đại hóa. Nền
kinh tế ngày càng phát triển mạnh mẽ , đời sống nhân dân ngày càng được nâng
cao. Qua đó nhu cầu của ngừơi dân cũng tăng theo, điều đó đòi hỏi các nhà máy
sản xuất phải nâng cao năng suất và đảm bảo cả về mặt chất lượng.
Để làm được điều đó các nhà máy phải ngày càng nâng cao về mặt tự
động hóa. Trong các dây chuyền sản xuất tự động thì động cơ DC là một cơ cấu
điều khiển hữu hiệu. Động cơ DC được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền
sản xuất tự động , ngoài ra động cơ DC còn được ứng dụng trong các thiết bị
điều khiển chính xác, ví dụ như điều khiển robot…
Trong quá trình học ở trường sinh viên cần phải vận dụng được các kiến
thức đã học vào thưc tế. Đồ án môn học “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
DC DÙNG PID” là một trong những kết quả của sự vận dụng những kiến thức
đã học của sinh viên Đại Học ngành điện tử vào thực tế. Qua đó giúp cho mỗi

sinh viên có thể hiểu rõ hơn những gì đã học ở lý thuyết mà chưa có dịp để ứng
dụng vào thực tế.

LỜI CẢM ƠN
Đỗ

2

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án
Dù Em đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án này, tuy nhiên
cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong Thầy cùng các bạn
thẳng thắn đóng góp ý kiến để đồ án môn học của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Trương Ngọc Anh đã tận tình chỉ bảo và
hướng dẫn , Đồng cảm ơn đến các bạn trong lớp 081011 đã góp ý cho mình
trong quá trình thực hiện đồ án.

MỤC LỤC
PHẦN I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.
2.
3.
4.

Giới thiệu sơ lược các module của mạch
Giới thiệu về thuật toán PID
Phương án thực hiện
Sơ đồ nguyên lý mạch

Đỗ

3

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

5. Các bước vận hành mạch
6. Giới hạn đề tài
7. Hướng phát triển đề tài
PHẦN II. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: Giới thiệu linh kiện
CHƯƠNG 2: Thiết kế mạch

1.
2.
3.
4.

KHỐI ĐIỀU KHIỂN

KHỐI HIỂN THỊ
KHỐI XỬ LÝ
KHỐI CÔNG SUẤT
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ LƯU ĐỒ KHỐI VÀ VIẾT CODE
CHƯƠNG4: THI CÔNG
1. Sơ đồ mạch in
2. Sơ đồ linh kiện

PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1. Kết luận (nêu tóm tắt các vấn đề đã thực hiện được)
2. Hướng phát triển (nêu hướng phát triển của đề tài)
3. Phụ lục:Code chương trình

Đỗ

4

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC CÁC MODULE CỦA MẠCH
 u cầu đặt ra: Lập trình C cho PIC16f877a điều khiển ổn định tốc độ động
cơ DC dùng phương pháp PID. Tốc độ đặt trước động cơ được nhập từ nút

nhấn, tốc độ tức thời hồi tiếp từ động cơ được hiển thị trên LCD 16x2.
 Tóm tắt hướng thực hiện đề tài:
+ Sử dụng vi điều khiển PIC làm vi điều khiển trung tâm. Dùng phần mềm CCS
để lập trình và biên dịch.
+ Xây dựng khối nút nhấn gồm 6 nút nhấn để điều khiển tốc độ và chiều động
cơ, đồng thời có thêm một nút nhấn để reset VĐK.
+ Hiển thị tốc độ động cơ dùng màn hình LCD 16x2 lập trình ở chế độ 8 bit.
+ Dùng IC L298 và IC cổng logic 7408 và 7414 để làm cơ cấu lái và đệm công
suất cho động cơ.
+ Dùng kênh PWM ccp1 để thay đổi tốc độ cho động cơ.
+ Đối tượng điều khiển là động cơ DC 12V có tích hợp encoder
+ Khối nguồn cung cấp cho mạch sử dụng IC7805 ổn đònh 5V
cấp cho vi điều khiển và khối nguồn dùng IC7812 tạo điện áp 12V
cấp cho động cơ DC.
2. GIỚI THIỆU VỀ THUẬT TỐN PID:
- Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID) là một cơ chế
phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng qt được sử dụng rộng rãi
trong các hệ thống điều khiển cơng nghiệp – bộ điều khiển PID được sử
dụng phổ biến nhất trong số các bộ điều khiển phản hồi. Một bộ điều khiển
PID tính tốn một giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thơng số biến
đổi và giá trị đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số
bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào. Trong trường hợp khơng có
kiến thức cơ bản về q trình, bộ điều khiển PID là bộ điều khiển tốt nhất.
[1]
 Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thơng số PID sử dụng trong
tính tốn phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều
khiển là giống nhau, các thơng số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống.
Đỗ

5

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án
- Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt, do đó
đôi khi nó còn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ,tích
phân và đạo hàm, viết tắt là P, I, và D. Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai
số hiện tại, giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ,
và giá trị vi phân xác định tác động của tốc độ biến đổi sai số. Tổng chập của
ba tác động này dùng để điều chỉnh quá trình thông qua một phần tử điều
khiển như vị trí của van điều khiển hay bộ nguồn của phần tử gia nhiệt. Nhờ
vậy, những giá trị này có thể làm sáng tỏ về quan hệ thời gian: P phụ thuộc
vào sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ, và D dự đoán
các sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi hiện tại.
- Bằng cách điều chỉnh 3 hằng số trong giải thuật của bộ điều khiển PID, bộ
điều khiển có thể dùng trong những thiết kế có yêu cầu đặc biệt. Đáp ứng
của bộ điều khiển có thể được mô tả dưới dạng độ nhạy sai số của bộ điều
khiển, giá trị mà bộ điều khiển vọt lố điểm đặt và giá trị dao động của hệ
thống. Lưu ý là công dụng của giải thuật PID trong điều khiển không đảm
bảo tính tối ưu hoặc ổn định cho hệ thống.
- Vài ứng dụng có thể yêu cầu chỉ sử dụng một hoặc hai khâu tùy theo hệ
thống. Điều này đạt được bằng cách thiết đặt đội lợi của các đầu ra không
mong muốn về 0. Một bộ điều khiển PID sẽ được gọi là bộ điều khiển PI,
PD, P hoặc I nếu vắng mặt các tác động bị khuyết . Bộ điều khiển PI khá phổ
biến, do đáp ứng vi phân khá nhạy đối với các nhiễu đo lường, trái lại nếu
thiếu giá trị tích phân có thể khiến hệ thống không đạt được giá trị mong

muốn.

Đỗ

6

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

:Giải thuật điều khiển PID tốc độ
PID là cách viết tắt của các từ Propotional (tỉ lệ), Integral (tích phân) và
Derivative (đạo hàm). Tuy xuất hiện rất lâu nhưng đến nay PID vẫn là giải thuật
điều khiển được dùng nhiều nhất trong các ứng dụng điều khiển tự động. Đề tài
này điều khiển tốc độ của động cơ DC dùng giải thuật PID có thể được giải
:thích như sau
Gọi F là lực quay động cơ. Ban đầu động cơ ở vận tốc bằng 0, nhiệm vụ đặt
ra là điều khiển lực F (một cách tự động) để làm quay động cơ đạt tới tốc độ đặt
trước với các yêu cầu: chính xác (accurate), nhanh (fast response), ổn định
.(small overshot)
Một điều rất tự nhiên, nếu vận tốc hiện tại của động cơ rất xa vận tốc mong
muốn, hay nói cách khác sai số (error) lớn, chúng ta cần tác động lực F lớn để
nhanh chóng đưa vận tốc động cơ về tới vận tốc đặt trước. Một cách đơn giản
:để công thức hóa ý tưởng này là dùng quan hệ tuyến tính
F=Kp*e (1)
Trong đó Kp là một hằng số dương nào đó mà chúng ta gọi là hệ số P

(Propotional gain), e là sai số cần điều khiển tức độ chênh lệch giữa vận tốc đặt
trước với vận tốc hiện tại của động cơ. Mục tiêu điều khiển là đưa e tiến về 0
càng nhanh càng tốt. Rõ ràng nếu Kp lớn thì F cũng sẽ lớn và động cơ rất nhanh
chóng tiến về vận tốc đặt trước. Tuy nhiên, lực F quá lớn sẽ gia tốc cho động cơ
rất nhanh (định luật II của Newton: F=ma). Khi động cơ đã đến vận tốc đặt
trước (tức e=0), thì tuy lực F=0 (vì F=Kp*e=F=Kp*0) nhưng do quán tính tốc
độ động cơ vẫn tiếp tục tăng, sai số e lại trở nên khác 0, giá trị sai số lúc này
được gọi là overshot (vượt quá). Lúc này, sai số e là số âm, lực F lại xuất hiện
nhưng với chiều ngược lại để hãm tốc độ động cơ về lại tốc độ đặt trước. Nhưng
một lần nữa, do Kp lớn nên giá trị lực F cũng lớn và có thể kéo tốc độ động cơ
về thấp hơn tốc độ đặt trước. Quá trình cứ tiếp diễn, tốc độ động cơ cứ mãi dao
động quanh tốc độ đặt trước. Có trường hợp tốc độ dao động càng ngày xàng xa
tốc độ đặt trước. Bộ điều khiển lúc này được nói là không ổn định. Một đề xuất
nhằm giảm overshot của động cơ là sử dụng một thành phần “thắng” trong bộ
điều khiển. Sẽ rất lý tưởng nếu khi tốc độ đang ở xa điểm O (tốc độ đặt trước),
bộ điều khiển sinh ra lực F lớn nhưng khi tốc độ động cơ đã tiến gần đến điểm
O thì thành phần “thắng” sẽ giảm tốc độ động cơ lại. Chúng ta đều biết khi một
vật dao động quanh 1 điểm thì vật đó có vận tốc cao nhất ở tâm dao động (điểm
O). Nói một cách khác, ở gần điểm O sai số e của tốc độ động cơ thay đổi
nhanh nhất (cần phân biệt: e thay đổi nhanh nhất không phải e lớn nhất). Mặt
khác, tốc độ thay đổi của e có thể tính bằng đạo hàm của biến này theo thời
gian. Như vậy, khi tốc độ động cơ từ ban đầu tiến về gần O, đạo hàm của sai số
e tăng giá trị nhưng ngược chiều của lực F (vì e đang giảm nhanh dần). Nếu sử
Đỗ

7

Huy Duy :SVTH

Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án
dụng đạo hàm làm thành phần “thắng” thì có thể giảm được overshot của động
cơ. Thành phần “thắng” này chính là thành phần D (Derivative) trong bộ điều
khiển PID mà chúng ta đang khảo sát. Thêm thành phần D này vào bộ điều
:khiển P hiện tại, chúng ta thu được bộ điều khiển PD nhu sau
F=Kp*e + Kd*(de/dt) (2)
Trong đó (de/dt) là vận tốc thay đổi của sai số e và Kd là một hằng số không
.âm gọi là hệ số D (Derivative gain)
Sự hiện diện của thành phần D làm giảm overshot của động cơ, khi vận tốc
động cơ tiến gần về O, lực F gồm 2 thành phần Kp*e > =0 (P) và Kd*(de/dt)
<=0 (D). Trong một số trường hợp thành phần D có giá trị lớn hơn thành phần P
và lực F đổi chiều, “thắng” động cơ lại, vận tốc của động cơ vì thế giảm mạnh ở
gần điểm O. Một vấn đề nảy sinh là nếu thành phần D quá lớn so với thành
phần P hoặc bản thân thành phần P nhỏ thì khi vận tốc động cơ tiến gần điểm O
(chưa thật sự đến O), động cơ có thể không tăng tốc nữa, thành phần D bằng 0
(vì sai số e không thay đổi nữa), lực F = Kp*e. Trong khi Kp và e lúc này đều
nhỏ nên lực F cũng nhỏ và có thể không thắng được lực ma sát tĩnh. Bạn hãy
tưởng tượng tình huống bạn dùng sức của mình để đẩy một xe tải nặng vài chục
tấn, tuy lực đẩy tồn tại nhưng xe không thể di chuyển. Như thế, động cơ sẽ
không tăng tốc dù sai số e vẫn chưa bằng 0. Sai số e trong tình huống này gọi là
steady state error (tạm dịch là sai số trạng thái tĩnh). Để tránh steady state error,
người ta thêm vào bộ điều khiển một thành phần có chức năng “cộng dồn” sai
số. Khi steady state error xảy ra, 2 thành phần P và D mất tác dụng, thành phần
điều khiển mới sẽ “cộng dồn” sai số theo thời gian và làm tăng lực F theo thời
gian. Đến một lúc nào đó, lực F đủ lớn để thắng ma sát tĩnh và tăng tốc động cơ
tiến tiếp về điểm O. Thành phần “cộng dồn” này chính là thành phần I (Integral
- tích phân) trong bộ điều khiển PID. Vì chúng ta điều biết, tích phân một đại

lượng theo thời gian chính là tổng của đại lượng đó theo thời gian. Bộ điều
:khiển đến thời điểm này đã đầy đủ là PID
F=Kp*e + Kd*(de/dt)+Ki*§edt (3)
Như vậy, chức năng của từng thành phần trong bộ điều khiển PID giờ đã rõ.
Tùy vào mục đích và đối tượng điều khiển mà bộ điều khiển PID có thể được
lượt bớt để trở thành bộ điều khiển P, PI hoặc PD. Công việc chính của người
thiết kế bộ điều khiển PID là chọn các hệ số Kp, Kd và Ki sao cho bộ điều khiển
.hoạt động tốt và ổn định (quá trình này gọi là PID gain tuning)

Đỗ

8

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

3. PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN:
SƠ ĐỒ KHỐI TOÀN MACH:
Sơ đồ khối:

KHỐI
ĐIỀU
KHIỂN
1.

HIỂN THỊ

NGÕ RA

HỒI TIẾP

ĐỘNG CƠ DC

NGUỒN
 Khối nguồn: cấp nguồn cho toàn mạch
 Khối điều khiển: điều khiển khối công suất để ổn định tốc độ động cơ
DC,đồng thời nhận xung từ khối hồi tiếp về điều khiển và hiển thị.
 Khối hồi tiếp: là encorder tích hợp sẵn trong động cơ DC,đưa xung về cho khối
điều khiển xử lý.
 Khối hiển thị: nhận dữ liệu từ khối điều khiển để hiển thị
 Ngõ ra:gồm IC số để lái va IC mạch cầu H(L298) để điều khiển động cơ DC
 Động cơ DC:động cơ 12V có tích hợp encorder
4. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH:

Đỗ

9

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

5. CÁC BƯỚC VẬN HÀNH MẠCH:
 Bước 1: nhấn nút MODE chọn chế độ hoạt động bình thường hay ổn
định tốc độ.
 Bước 2: chọn tốc độ đặt trước và chọn chiều quay.
 Bước 3: nhấn nút START/STOP cho động cơ bắt đầu chạy, nhấn lần
nữa thì động cơ dừng.
6. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:
Đỗ

10

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

 Mạch cầu H sử dụng IC L298 chỉ điều khiển được động cơ DC với công suất
nhỏ.
 Đối với khối hiển thị,do tính chất của màn hình LCD nên bị hạn chế quan sát
giá trị ở khoảng cách xa.
7. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI:
 Dùng C# lập trình điều khiển động cơ qua máy tính, vẽ biểu đồ tốc độ động cơ
theo thời gian, có thể thay đổi tốc độ động cơ như ý muốn.
 Thiết kế mạch công suất để có thể điều khiển động cơ có công suất lớn.
 Dùng led7đoạn để tăng khả năng quan sát.

PHẦN II: NỘI DUNG
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LINH KIỆN
1.PIC16F877A:
I. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC
- PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip
Technology. Thế hệ PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi
Microelectronics Division thuộc General – Instrument.
PIC là viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" là một sản phẩm của
hãng General Instruments đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên là PIC1650. Thời
điểm đó PIC1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ
16 bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với cái tên "Peripheral Interface
Controller" - Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi:
 CP1600 là một CPU mạnh nhưng lại yếu về các hoạt động xuất nhập vì vậy
PIC 8-bit được phát triển vào năm 1975 để hỗ trợ cho hoạt động xuất nhập
của CP1600.
 ROM để chứa mã, mặc dù khái niệm RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ,
nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh
với một chu kỳ máy – gồm 4 chu kỳ của bộ dao động.
Năm 1985 General Instruments bán công nghệ các vi điện tử của họ, và chủ
sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án - lúc đó đã quá lỗi thời. Tuy nhiên PIC
được bổ sung EEPROM để tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra lập trình.
 Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module
ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC...), với bộ nhớ chương trình
từ 512 Word đến 32K Word.
Đỗ

11

Huy Duy :SVTH

Trương Ngọc Anh :GVHD







2 Đồ
án

II. MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN PIC
 Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần
cứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau:
 Là CPU 8/16 bit, xây dựng theo kiến trúc Harvard.

Có bộ nhớ Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256
Kbyte.
 Có các cổng xuất – nhập (I/O ports).
 Có timer 8/16 bit.
 Có các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/không đồng bộ USART.
 Có các bộ chuyển đổi ADC 10/12 bit.
 Có các bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators).
 Có các khối Capture/Compare/PWM.
 Có hỗ trợ giao tiếp LCD.
 Có MSSP Peripheral dùng cho các giao tiếp I²C, SPI, và I²S.
 Có bộ nhớ nội EEPROM - có thể ghi/xoá lên tới 1 triệu lần.
 Có khối Điều khiển động cơ, đọc encoder.
 Có hỗ trợ giao tiếp USB.

Tốc độ hoạt động:
 DC- 20MHz ngõ vào xung clock.
 DC- 200ns chu kì lệnh.
Dung lượng của bộ nhớ chương trình Flash là 8K×14words.
Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu RAM là 368×8bytes.
Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu EEPROM là 256×8 bytes.
1. CÁC ĐẶC TÍNH NGOẠI VI
 Timer0: là bộ định thời timer/counter 8 bit có bộ chia trước.
 Timer1: là bộ định thời timer/counter 16 bit có bộ chia trước, có
thể đếm khi CPU đang ở trong chế độ ngủ với nguồn xung từ tụ
thạch anh hoặc nguồn xung bên ngoài.
 Timer2: bộ định thời timer/counter 8 bit với thanh ghi 8-bit, chia
trước và bộ chia sau.
 Hai khối Capture, Compare, PWM.
 Capture có độ rộng 16-bit, độ phân giải 12.5ns
 Compare có độ rộng 16-bit, độ phân giải 200ns
 Độ phân giải lớn nhất của PWM là 10-bit.
2.CÔNG NGHỆ CMOS:
Có các đặc tính: công suất thấp, công nghệ bộ nhớ Flash/EEPROM tốc độ
cao. Điện áp hoạt động từ
Đỗ

12

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ

án

2V đến 5,5V và tiêu tốn năng lượng thấp. Phù hợp với nhiệt độ làm việc
trong công nghiệp và thương mại.
Hình 1-1 trình bày sơ đồ chân của các loại PIC16F87XA.

Hình 1-1: Sơ đồ chân họ PIC16F87XA.

Bảng 1-2 sẽ tóm tắt đặc điểm PIC16F877A:

Đỗ

13

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

2.IC CỔNG LOGIC AND 74HC08 :
+IC 74HC08 là IC cổng AND 2 trạng thái , IC này gồm có 4 cổng AND ,
1 chân nguồn, 1 chân nối mass , tổng cộng có 14 chân.
Sơ đồ chân:

7: GND
14: VCC = 5V

Đỗ

14

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

Sơ đồ nguyên lý:

Mô tả chân:

Bảng trạng thái:

Trong đó:
H: mức điện áp cao
L: mức điện áp thấp
Phép toán logic: Y = AB
Đặc tính điện:

Đỗ

15

Huy Duy :SVTH

Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

3.IC CỔNG LOGIC NOT 74LS14:
+IC 74LS14 là IC cổng NOT , bao gồm 6 cổng NOT, 1 chân nguồn, 1
chân nối mass , tổng cộng có 14 chân.
Sơ đồ chân và nguyên lý:

7: GND
14: VCC = 5V
Bảng trạng thái:
Input
X
L
H

Output
Y
H
L

Trong đó:
H: mức điện áp cao
L: mức điện áp thấp
Phép toán logic: Y = NOT(X)
Đặc tính điện:

Đỗ

16

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

4. CHIP DRIVER L298:
L298D là một chip tích hợp 2 mạch cầu H trong gói 15 chân. Tất cả các
mạch kích, mạch cầu đều được tích hợp sẵn. L298D có điện áp danh nghĩa cao
(lớn nhất 50V) và dòng điện danh nghĩa lớn hơn 2A nên rất thích hợp cho các
.các ứng dụng công suất nhỏ như các động cơ DC loại nhỏ và vừa

- Hình phía trên là hình dáng bên ngoài và tên gọi các chân của L298D. Hình
phía dưới là cấu trúc bên trong chip. Có 2 mạch cầu H trên mỗi chip L298D
nên có thể điều khiển 2 đối tượng chỉ với 1 chip này. Mỗi mạch cầu bao gồm
1 đường nguồn Vs (thật ra là đường chung cho 2 mạch cầu), một đường
current sensing (cảm biến dòng), phần cuối của mạch cầu H không được nối
với GND mà bỏ trống cho người dùng nối một điện trở nhỏ gọi là sensing
resistor. Bằng cách đo điện áp rơi trên điện trở này chúng ta có thể tính được
dòng qua điện trở, cũng là dòng qua động cơ
Đỗ

17

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

5.ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:
Động cơ điện một chiều:
-  Là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.
Nguyên tắc hoạt độngcủa động cơ điện một chiều:
- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh
cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn
điện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận
chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động
quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp
và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển
động quay của rotor

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và
rotor cùng dấu, trở lại pha 1
Cơ chế sinh lực quay của động cơ điện một chiều:
- Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non,
cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi
cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn

tay trái của Fleming. Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm
cho rotor quay. Để làm cho rô to quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp
điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ. Chỉ có
Đỗ

18

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án
vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường.
Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương
ban đầu của nó, khi đó Rô to sẽ quay theo quán tính.

- Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều
phiến góp khác nhau trên cổ góp. Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên
tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của Rô to.
6.ENCODER:
 Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì chúng ta nhất thiết phải
đọc được góc quay của motor. Một số phương pháp có thể được dùng để xác
định góc quay của motor bao gồm tachometer (thật ra tachometer đo vận tốc
quay), dùng biến trở xoay, hoặc dùng encoder. Trong đó 2 phương pháp đầu
tiên là phương pháp analog và dùng optiacal encoder (encoder quang) thuộc
nhóm phương pháp digital. Hệ thống optical encoder bao gồm một nguồn
phát quang (thường là hồng ngoại – infrared), một cảm biến quang và một
đĩa có chia rãnh. Optical encoder lại được chia thành 2 loại: encoder tuyệt

đối (absolute optical encoder) và encoder tương đối (incremental optical
encoder). Trong đa số các DC Motor đều dùng incremental optical encoder.

 Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I
(Index). Trong hình 2 bạn thấy hãy chú ý một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa
quay và một cặp phat-thu dành riêng cho lỗ nhỏ này. Đó là kênh I của
encoder. Cữ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí
của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm
biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến. Như thế kênh I xuất hiện
một “xung” mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa quay được chia thành
các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này. Đây là kênh
A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểm khác nhau
là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số
rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của encoder. Mỗi loại
encoder có độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chĩ có vài rãnh nhưng
cũng có trường hợp đến hàng nghìn rãnh được chia. Để điều khiển động cơ,
Đỗ

19

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án
bạn phải biết độ phân giải của encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hưởng
đến độ chính xác điều khiển và cả phương pháp điều khiển. Không được vẽ
trong hình 2, tuy nhiên trên các encoder còn có một cặp thu phát khác được

đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch một chút (lệch M+0,5 rãnh),
đây là kênh B của encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh
A nhưng lệch pha 90o. Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc sẽ biết
chiều quay của động cơ.
 Hình dưới thể hiện sự bộ trí của 2 cảm biến kênh A và B lệch pha nhau. Khi
cảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B hoàn toàn nhận được hồng ngoại
xuyên qua, và ngược lại. Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh. Xét
trường hợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ trái sang
phải. Lúc tín hiệu A chuyển từ mức cao xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B
đang ở mức thấp. Ngược lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tín
hiệu “đi” từ phải qua trái. Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B
đang ở mức cao. Như vậy, bằng cách phối hợp 2 kênh A và B chúng ta
không những xác định được góc quay (thông qua số xung) mà còn biết được
chiều quay của động cơ (thông qua mức của kênh B ở cạnh xuống của kênh
A).

7.LCD:
1.Hình dạng và kích thước:

Đỗ

20

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

2.Chức năng của các chân:

Đỗ

21

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

3.Tập lệnh LCD:

Đỗ

22

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

Đỗ

2 Đồ
án

23

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD

2 Đồ
án

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH
I.KHỐI ĐIỀU KHIỂN:
- Gồm 6 nút nhấn:
 Nút UP đêû tăng tốc độ cho động cơ, nút này nối với chân RA0 của
VĐK.
 Nút DOWN đêû giảm tốc độ cho động cơ, nút này nối với chân RA1 của
VĐK.
 Nút RIGHT đêû đặt chiều quay phải cho động cơ, nút này nối với chân
RA2 của VĐK.
Đỗ

24

Huy Duy :SVTH


Trương Ngọc Anh :GVHD






2 Đồ
án
Nút LEFT đêû đặt chiều quay trái cho động cơ, nút này nối với chân RA3
của VĐK.
Nút START/STOP đêû khởi động hay dừng động cơ, nút này nối với
chân RA4 của VĐK.
Nút MODE đêû chọn chế độ hoạt động cho động cơ, nút này nối với chân
RA6 của VĐK.
Đồng thời có thêm một nút nhấn RESET mạch cho VĐK
Sơ đồ mạch:
+5V

R 9
8K2

R 3
8K2

R 4
8k2

R 5
8k2

R 6
8k2

R 7
8k2

R 8
8k2

M C LR

R A0

R A1

R A2

R A3

R A4

R A5

C 9

C 10

10u

10u

10u

10i

10i

10u

0

0

0

0

SW 5

0

SW 6

C 8

SW 4

C 7

SW 3

C 6

SW 1

SW 7

10u

C 5

SW 2

C 11

0

0

II.KHỐI HIỂN THỊ:
Dùng LCD 16x2 để hiển thị:
 8 đường dữ liệu của LCD được nối với PORTD của VĐK
 3 chân E, RW, RS lần lựơt được nối với 3 chân RB5, RB6, RB7 của
VĐK

Sơ đồ mạch:

Đỗ

25

Huy Duy :SVTH