Đồ án sử dụng Vi điều khiển pic18f4520 điều khiển tốc độ động cơ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
HỌC PHẦN: VI XỬ LÝ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều theo
phương pháp PWM
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quốc Định
Sinh viên thực hiện: Trần Việt Nam
Số thẻ sinh viên:

105170300

Nhóm HP / Lớp: 17N32B
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH
Trường Đại học Bách Khoa
do – Hạnh Phúc

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Khoa Điện Độc lập – Tự

Bộ mơn Tự động hóa

---o0o---

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MƠN HỌC VI XỬ LÝ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN
Họ và tên sinh viên: Trần Việt Nam

Lớp: 17TDH1

I. Tên đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều theo phương pháp PWM ”
II.

Số liệu ban đầu:
+ Nguồn 24V DC
+ Vi điều khiển PIC 18F4520A

III.

Nội dung thiết kế:
Yêu cầu: Điều khiển tốc độ ĐCĐ 1 chiều 24VDC với các nút bấm tăng tốc, giảm tốc, đảo chiều quay động cơ
(sử dụng mạch cầu H) - Tốc độ ĐC được hiển thị trên LED 7 đoạn hay LCD; Dùng hợp ngữ để lập trình

CHƯƠNG 1: Nguyên lý hoạt động của hệ thống
u cầu: Sinh viên trình bày từ 1¸2 trang
1.1
Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dùng vi điều khiển
1.2
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
CHƯƠNG 2: Tính chọn linh kiện sử dụng trong hệ thống
Yêu cầu: Sinh viên Giới thiệu chung về các linh kiện sẽ sử dụng trong hệ thống
Phần tính tốn phải tính được công thức chuyển đổi từ giá trị xung đọc từ encoder thành đại lượng vật lý cần đo;
phải tính được công suất mạch nguồn

2.1
2.2

Giới thiệu các linh kiện trong hệ thống
Tính tốn linh kiện trong hệ thống

CHƯƠNG 3: Mơ phỏng hệ thống
Yêu cầu: Sinh viên Dùng Proteus vẽ sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Xây dựng lưu đồ thuật tốn và lập trình Assembly vận hành hệ thống, dịch sang mã hex để chạy thử mô phỏng trên
Proteus
3.1
3.2
3.3

Thiết kế mạch ngun lý
Lưu đồ thuật tốn của chương trình chính
Chạy mơ phỏng chương trình bằng phần mềm ứng dụng Proteus

CHƯƠNG 4: Chế tạo mạch thực tế
Yêu cầu: Sinh viên Đưa ra mạch in; Ảnh của hệ thống đã lắp ráp; nhận xét ưu nhược điểm của hệ thống khi chạy
4.1
4.2
4.3

Thiết kế mạch in
Lắp đặt thiết bị và hoàn thiện mạch
Chạy mạch và đánh giá kết quả

IV.
V.

Bản vẽ: Vẽ sơ đồ khối của hệ thống , mạch nguyên lý, chương trình điều khiển trên giấy A2
Tài liệu tham khảo:
Trần Thái Anh Âu- Giáo trình Vi xử lý và vi điều khiển- Trung tâm học liệu Đại học Đà Nẵng – 2014

VI.

Thời gian bắt đầu:

Kiểm tra tiến độ đồ án

Đà nẵng, ngày

tháng

năm 20

Giáo viên hướng dẫn

2
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1. 1 Thêm hình chương 1 và đánh số........................................................................1
3
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

4
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1. 1 Thêm bảng chương 1 và đánh số........................................................................5

5
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG VI ĐIỀU
KHIỂN
1.1 Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dùng vi điều khiển Pic:
1.1.1 Xây dựng mục tiêu:
Động cơ điện một chiều (DC) là một trong những phát minh vĩ đại của nhân loại
dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ. Ngày nay, chúng xuất hiện
trong hầu hết cách ứng dụng của cuộc sống, trong các lĩnh vực công nghệ, sản xuất …
Xuất phát từ đó việc xây dựng một bộ điều khiển tốc độ động cơ DC có độ chính xác cao
điều khiển được tốc độ động cơ điện một cách ồn định, đáp ứng nhanh, vận hành trơn tru
khi xác lập và khi thay đồi trạng thái. Trong đề tài này, em sẽ trình bày “Thiết kế hệ thống
điều khiển tốc độ Động cơ điện 1 chiều sử dụng PWM” dùng PIC 18f4520A
1.1.2 Sơ đồ khối hệ thống

1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
- Cảm biến đo tốc độ động cơ: đo tốc độ của động cơ điện 1 chiều
- Với vi điều khiển PIC 18F4520A có tính hợp sẵn bộ chuyển đổi ADC, nên tính
hiệu lấy từ cảm biến được đưa trực tiếp vào vi điều khiển. PIC sẽ chuyển đổi
giá trị đọc thành giá trị nhị phân.
- Chương trình điều khiển sẽ được đưa vào vi điều khiển bằng phần mềm. Sau đó
kết quả sẽ được hiển thị trên hệ thống hiển thị
- Các nút bấm:
 Start: Khởi động
 Stop: Dừng
 Up: Tăng tốc
 Down: Giảm tốc


Reverse: Đảo chiều
6
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
2.1 Giới thiệu các linh kiện trong hệ thống
2.1.1 Vi điều khiển PIC18F4520

Hình : Ảnh thực tế PIC18F4520

PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip
Technology Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division
thuộc General Instruments.
PIC bắt nguồn là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" (Máy tính
khả trình thơng minh) là một sản phẩm của hãng General Instrument đặt cho dòng sản
phẩm đầu tiên của họ là PIC1650. Lúc này, PIC1650 được dùng để giao tiếp với các thiết
bị ngoại vi cho máy chủ 16bit 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
tốt, nhưng lại kém về các hoạt động xuất nhập, và vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào
khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600. PIC sử dụng microcode
đơn giản đặt trong ROM, và mặc dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bây giờ,
nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ
máy (4 chu kỳ của bộ dao động).

Năm 1985 General Instrument bán bộ phận 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 khả trình. Ngày nay rất nhiều dịng 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.
Hiện nay, tại Việt Nam, đã có một cộng đồng nghiên cứu và phát triển PIC, dsPIC
và PIC32.

7
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

2.1.1.1 Tổng quan về pic18f4520
a. Đặc điểm cơ bản
Hiện nay có khá nhiều dịng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng,
nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau:
Sử dụng công nghệ nanoWatl: Hiệu năng cao, tiêu thụ năng
lượng ít
- Kiến trúc RISC
- Tăng cường modul CCP.
75 lệnh mạnh, hầu hết các lệnh thực hiện trong bốn chu kì xung.
 Tốc độ thực hiện lên tới 10 triệu lệnh trong 1s với tần số
40Mhz.
 Có bộ nhân cứng.

-

-

Các bộ nhớ chương trình và dữ liệu cố định
 32 Kbytes bộ nhớ flash có khả năng tự lập trình trong hệ thống có
thể thực hiện được 100.000 lần ghi/xóa
 256 bytes EEPROM có thể thực hiện được 1.000.000 lần ghi/xóa
 256 bytes SRAM
 Một lệnh có độ dài 16bit
b. Những ngoại vi tiêu biểu
Timer
 Timer0: 8-bit định thời/đếm với 8-bit prescaler
 Timer1: 16- bit định thời/đếm với prescaler, có thể được tăng lên trong suốt
chế độ Sleep qua thạch anh/xung clock bên ngoài
 Timer2: 8-bit định thời/đếm với 8-bit prescaler và postscaler
Hai module 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.
Có 13 ngõ I/O có thể điều khiển trực tiếp





Dịng vào và dòng ra lớn
25mA dòng vào cho mỗi chân
20mA dòng ra cho mỗi chân
8 kênh của bộ chuyển đổi tương tự sang số(A/D) 10-bit

8
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

c. Những điểm đặc biệt
-

Power on Reset và dò Brown out khả trình
Bộ tạo dao động RC được định cỡ bên trong
Các nguồn ngắt bên trong và bên ngoài
d. I/O và các kiểu đóng gói

-

32 đường I/O khả trình
Đóng gói 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, và 44-pad MLF

2.1.1.2 Chi tiết về PIC18F4520
a. Sơ đồ và chức năng các chân của vi điều khiển PIC18F4520

Hình : Sơ đồ chân của vi điều khiển pic18f452

Chức năng các chân:

Chân 1 (MCLR /VPP/RE3):
 MCLR là đầu vào Master Clear (reset) hoạt động ở mức thấp dể reset toàn bộ thiết
bị.
-

 VPP dùng để thay đổi điện áp đầu vào.
 RE3 đầu vào số.
Các chân thuộc cổng vào ra Port A
-

Chân 2(RA0/AN0): với RA0 là cổng vào ra số, AN0 là đầu vào tương tự Input0.
Chân 3(RA1/AN1): RA1 là cổng vào ra số, AN1 là đầu vào tương tự Input1.

9
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

-

Chân 4(RA2/AN2/VREF+): RA2 là cổng vào ra số, AN2 là đầu vào tương tự
Input2. VREF+ đầu vào tương tự chuyển đổi A/D điện áp tham chiếu (mức thấp),
còn CVREF là đầu ra tương tự để so sánh điện áp chuẩn.

-

-

-

Chân 5(RA3/AN3/VREF-/CVREF): RA3 là cổng vào ra số, AN3 là đầu vào tương tự
Input3. VREF- đầu vào tương tự chuyển đổi A/D điện áp tham chiếu (mức cao).
Chân 6(RA4/T0CKI/C1OUT): RA4 là đầu vào ra số, T0CKI dầu vào xung bên
ngoài của Timer0, C1OUT là đầu ra bộ so sánh 1.
Chân 7(RA5/AN4/ SS /HLVDIN/C2OUT): trong đó RA5 là cổng vào ra só, AN4
là đầu vào tương tự Input 4, SS chọn đầu vào phụ thuộc SPI, HLVDINđầu vào
tương tự để dò điện áp, C2OUT đầu ra bộ so sánh 2.
Chân 13(OSC1/CLKI/RA7): với OSC1là đầu vào bộ dao động thạch anh hoặc là
đầu vào nguồn xung từ bên ngoài, khi ta nối dây với các thiết bị tương tự thì đầu
vào này dạng ST( Schmitt Trigger input ưith CMOS levels).CLKI là đầu vào
CMOS cho nguồn xung bên ngồi và ln được ghép nối với chân OSC1. Còn
RA7 là chân vào ra sử dụng chung.
Chân 14(OSC2/CLKO/RA6): OSC2 là đầu ra bộ dao động thạch anh được nối với
thạch anh hoặc bộ công hưởng dể lựa chọn dạng bộ dao động thạch anh. CLK0 có
tần số bằng ¼ tần số của OSC1 độ rộng chu kì lệnh, RA6 là đầu vào ra chung.

Các chân cổng vào ra hai chiều Port B. Port B có thể lập trình bằng phần mềm khi cho
kéo đầu vào bên trong yếu lên trên toàn bộ đầu vào.
-

-

Chân 33(RB0/INT0/FLT0/AN12): Với RB0 là cổng vào ra số, INT0 là đầu vào
ngắt ngoài Interrup 0, FLT0 là đầu vào báo lỗi PWM được tăng cường CCP1,
AN12 đầu vào tương tự Input 12.

Chân 34(RB1/INT1/AN10): RB1 là đầu vào ra số, INT1 đầu vào ngắt ngoài
Interrup1, AN10 đầu tương tự Input 10.
Chân 35(RB2/INT2/AN8): RB2 là đầu vào ra số, INT2 đầu vào ngắt ngoài
Interrup2, AN8 đầu tương tự Input 8.
Chân 36 (RB3/AN9/ccp2): RB3 là đầu vào ra số, AN9 đầu tương tự Input 9, CCP2
(Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2 output.)
Chân 37(RB4/KBI0/AN11): RB4 là đầu vào ra số, KBI0 thay đổi mở ngắt, AN11
đầu tương tự Input 9.
Chân 38(RB5/KBI1/PGM): RB5 đầu vào ra số, KBI1 thay đổi mở ngắt, PGM cho
TM

-

phép có thể lập trình ISCP ở điện áp thấp.
Chân 39(RB6/KBI2/PGC): RB6 là đầu vào ra số, KBI2 thay đổi mở ngắt, PGC
chân dùng trong mạch chạy và xung lập trình ICSP.
10
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

-

Chân 40(RB7/KBI3/PGD): RB7 đầu vào ra số, KBI3 thay đổi mở ngắt, PGD chân
dùng trong mạch chạy và xung lập trình ICSP.

Các chân cơng Port C
-

Chân 15(RC0/T1OSO/T13CKI):RC0 đầu vào ra số, T1OSO đầu ra bộ dao động
Timer1, T13CKI đầu vào xung bên ngoài Timer1/Timer3.
Chân 16(RC1/T1OSI/CCP2): RC1 đầu vào ra số, T1OSI đầu vào bộ dao động
Timer1, CCP2(Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2 output.).
Chân 17(RC2/CCP1/P1A): RC2 lầ đầu vào ra số, CCP1(Capture1 input/Compare
1 output/PWM1 output.), P1A đầu ra tăng cường CCP1.
Chân 18(RC3/SCK/SCL): RC3 là đầu vào ra số, SCK đầu vào ra đư chuỗi xung
2 TM

vào ra cho SPI lựa chọn, SCL đầu vào ra đưa chuỗi xung vào ra cho I C
chọn.

lựa

-

Chân 23(RC4/SDI/SDA): RC4 là đầu vào ra số, SDI đầu vào dữ liệu API, SDA

-

đầu vào ra dữ liệu cho I C
Chân 24(RC5/SDO): RC5 đầu vào ra số, SDO đầu ra dữ liệu SPI.

2

-

Chân 25(RC6/TX/CK): RC6 đầu vào ra số, TX đầu ra chuyển đổi dị bộ
EUSARRT, CK dầu vào ra xung đồng bộ EUSART.
Chân 26(RC7/RX/DT): RC7 đầu vào ra số, RX đầu vào nhận dị bộ EUSART, DT
đầu vào ra dữ liệu đồng bộ EUSART.

Các chân cổng Port D (Port D có thể vào ra hai hướng hoặc cổng song song phụ thuộc
(PSP) cho giao diên vi xử lý và khi đó các đầu vào phải là TTL.
-

Chân 19(RD0/PSP0): RD0 đầu vào ra số, PSP0 cổng dữ liệu song song phụ thuộc.
Chân 20(RD1/PSP1): RD1 đầu vào ra số, PSP1cổng dữ liệu song song phụ thuộc
Chân 21(RD2/PSP2): RD2đầu vào ra số, PSP2 cổng dữ liệu song song phụ thuộc
Chân 22(RD3/PSP3): RD3 đầu vào ra số, PSP3 cổng dữ liệu song song phụ thuộc
Chân 27(RD4/PSP4): RD4 đầu vào ra số, PSP4 cổng dữ liệu song song phụ thuộc
Chân 28(RD5/PSP5/P1B): RD5 đầu vào ra số, PSP5 cổng dữ liệu song song phụ
thuộc, P1B đầu ra được tăng cường CCP1.
Chân 29(RD6/PSP6/P1C): RD6 đầu vào ra số, PSP6 cổng dữ liệu song song phụ
thuộc, P1C đầu ra được tăng cường CCP1.
Chân 30(RD7/PSP7/P1D): RD7 đầu vào ra số, PSP7 cổng dữ liệu song song phụ
thuộc, P1D đầu ra được tăng cường CCP1.

Các chân cổng Port E
-

Chân 8(RE0/ RD /AN5): RE0 đầu vào ra số, RD đầu vào điều khiển đọc cho cổng
PSP, AN5 đầu vào tương tự Input5.
11
SVTH: TRẦN VIỆT NAM

ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

-

Chân 9(RE1/ WR /AN6): RE1 đầu vào ra số, WR đầu vào điều khiển viết dữ liệu
cổng PSP, AN6 đầu vào tương tự Input6.
Chân 10(RE2/ CS /AN7): RE2 đầu vào ra số, CS điều khiển chọn Chip cho cổng
PSP, AN7 đầu vào tương tự Input7.
Đầu RE3 nằm ở chân 1

Một số chân khác
-

Chân 12,31(VSS): nối đất chuẩn cho I/O và logic.

-

Chân 11,32(VDD): cungcấp nguồn dương cho I/O và logic.

Loại 44 chân có thêm một số chân phụ khác khi cần thiết ta có thể dễ dàng tra trong
DataSheet.

12
SVTH: TRẦN VIỆT NAM

ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

b. Khối kiến trúc của PIC18F4520

Hình: Sơ đồ khối kiến trúc bên trong vi điều khiển PIC18F4520

c. Tổ chức bộ nhớ PIC18F4520
Dòng Pic18Fxxxx được tổ chức bộ nhớ thành ba loại:
 Bộ nhớ chương trình (Program Memory).
 Bộ nhớ dữ liệu RAM (Data RAM).
 Bộ nhớ dữ liệu EEPROM (Data EEPROM).
d. Chu kì lệnh của PicF184520
13
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

Bất kì một vi điều khiển Pic nào khi nhận một xung từ bên trong hay bên ngoài
đều xử lý theo một chu kì gồm 4 bước. Họ 18Fxxxx cũng vậy chu kì lệnh được xử lý
song song (Pipelining) qua 4 bước Q1, Q2, Q3, Q4.

Hình: Mơ tả q trình xử lí lệnh của Pic18f4520

Ngồi ra cịn bộ nhớ chương trình Flash (Flash Program Memory)
Đặc điểm bộ nhớ Flash là có khả năng đọc viết và xố trong thời gian hoạt động
dựa vào khoảng điện áp VDD một cách dễ dàng.
Tại một thời điểm chúng ta có thể thực hiện đọc một byte, Viết một khối 32 byte,
xoá một khối 64 byte. Hoạt động xố một khối lớn khơng có khả năng từ mã người sử
dụng.

14
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

e. Ngắt (Interrupts)
Dòng Pic18Fxxxx này cung cấp cho người sử dụng nhiều nguồn ngắt và một đăc
trưng ưu tiên ngắt là hầu hết các ngắt đều có cả mức ưu tiên cao và thấp. Ngắt ưu tiên cao
ở địa chỉ 0008h, ngắt ưu tiên thấp ở địa chỉ 0018h. Những ngắt ưu tiên cao thực hiện ngắt
còn các ngắt ưu tiên thấp phải được gọi trong chương trình.
Có tất cả mười thanh ghi sử dụng dể điều khiển hoạt dộng ngắt gồm: RCON, INTCON,
INTCON2, INTCON3, PIR1, PIR2, PIE1, PIE2, IPR1, IPR2.
Nói chung các nguồn ngắt có 3bit dể điều khiển hoạt động ngắt;
 Flag bit: để xác định sự kiện ngắt xảy ra.
 Enable bit: Cho phép thực hiện ngắt tại địa chỉ Flag bit trỏ tới.

 Priority bit: Để chọn mức ưu tiên cho ngắt
Ngoài ra ở các thanh ghi chức năng cụ thể phục vụ cho các ngắt thì có các bit
riêng với các chức năng giúp người lập trình có thể quản lý và sử dụng các ngắt hiệu quả.
2.1.2 Khối hiển thị LCD 2x16(2 dòng, 16cột)
LCD làm việc với chức năng hiện thị tốc độ từ vi điều khiển trung tâm.

Hình: Cấu tạo LCD 1602

15
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

Bảng sơ lược chức năng LCD 2x16

Thông số kỹ thuật









Điện áp hoạt động là 5 V.
Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm
Chữ đen, nền xanh lá
Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1inch tiện dụng khi kết nối với
Breadboard.
Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây
điện.
Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít
điện năng hơn.
Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu
Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật, xem thêm HD44780
datasheet để biết thêm chi tiết.

2.1.3 Motor DC
Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là Động cơ
điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói dễ hiểu hơn thì đây là loại động cơ chạy
16
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

bằng nguồn điện áp DC- điện áp 1 chiều (Khác với điện áp AC xoay chiều). Đầu dây ra
của đông cơ thường gồm hai dây (dây nguồn- VCC và dây tiếp đất- GND). DC motor là
một động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục.
Một động cơ một chiều thường có cấu tạo 3 phần là: stator (phần cảm), rotor (phần

ứng), và phần cổ góp- chỉnh lưu.
Để điều chỉnh tốc độ động cơ có 1 số cách
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.
-Thay đổi điện áp phần ứng.
-Thay đổi điện trở mạch rotor.
-Thay đổi từ thơng.

Hình: Động cơ DC

Trong đồ án này ta sẽ dùng loại động cơ Động Cơ Có Encoder 100 Xung DC24100AB (điện áp encoder: 5V/ tốc độ ở 24V khoảng 3000rpm)
2.1.4 Encoder
Encoder hay còn gọi là bộ mã hóa, là một bộ cảm biến chuyển động cơ học tạo ra
tín hiệu kỹ thuật số đáp ứng với chuyển động. Là một thiết bị cơ điện có khả năng làm
biến đổi chuyển động thành tín hiệu số hoặc xung.

17
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

Hình: Cấu tạo của encoder

Encoder bao gồm:






1 đĩa quay có khoét lỗ gắn vào trục động cơ.
1 đèn Led dùng làm nguồn phát sáng.
1 mắt thu quang điện được sắp xếp thẳng hàng.
Bảng mạch điện giúp khuếch đại tín hiệu.

Nguyên lí hoạt động của Encoder là khi Motor chuyển động bộ chuyển đổi sẽ xử
lý các chuyển động và chuyển thành các tín hiệu điện. Các tín hiệu này sẽ được truyền
đến các thiết bị điều khiển như PLC, PIC … và được xử lý để biểu thị các giá trị cần đo
đạt bằng chương trình riêng biệt. Cách chuyển đổi của encoder là mỗi lần thay đổi các tín
hiệu của đèn led khi chiếu qua các lỗ được thiết kế sẵn trên đĩa thì sẽ được ghi lại và đưa
tới mạch điều khiển để xử lí.
Ở đồ án này, ta dùng encoder 100 xung hỗ trợ 2 xung A, B ngõ ra với nguồn cấp
5V thích hợp với các ứng dụng điều khiển chính xác động cơ cũng như nguồn nuôi mạch
điều khiển
Module Encoder 100 xung tương ứng với 100 lỗ trong đĩa quét được tích hợp sẵn ở trong
motor DC.

18
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

2.1.5 Mạch cầu H

Hình: Sơ đồ mạch cầu H

Thơng số mạch L298N








Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.
Điện áp điều khiển: +5 V ~ +35 V
Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A
Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
Dịng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA
Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)
Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃

19
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

Hình : Datasheet của L298N

Tóm tắt qua chức năng các chân của L298:
- 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10, 12 của
L298. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.
- 4 chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân INPUT) được
nối với các chân 2, 3, 13, 14 của L298. Các chân này sẽ được nối với động cơ.
- Hai chân ENA và ENB dung để điều khiển các mạch cầu H trong L298. Nếu ở mức
logic “1” (nối với nguồn 5V) thì cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic “0” thì
mạch cầu H không hoạt động. Ta dùng 2 chân này để cấp xung PWM
Điều khiển chiều quay với L298:
- Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào .
- Khi ENA = 1:
+ INT1 = 1; INT2 = 0: động cơ quay thuân.
+ INT1 = 0; INT2 = 1: động cơ quay nghịch.
+ INT1 = INT2: động cơ dừng ngay tức thì.
(tương tự với các chân ENB, INT3, INT4).
20
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

2.1.6 Tổng quan nguyên lí điều khiển

Từ sơ đồ khối trên ta có thể tóm tắt cơ bản về các phần sử dụng những linh kiện
nào và chức năng của nó trong đồ án này như sau:
Vi điều khiển nhận tác động từ nút bấm để điều khiển động cơ qua mạch cầu H
(mạch lái) với động cơ một chiều 24V. Khi động cơ quay thì encoder có nhiệm vụ đo tốc
độ phản hồi về VĐK sau đó hiển thị lên LCD. Phần mạch điều khiển dùng nguồn ổn áp
5V.
2.2 Tính chọn các linh kiện trong mạch.
2.2.1 Điện trở qua LCD
Sử dụng một biến trở 10K điều chỉnh độ tương (phản của LCD).
2.2.2 Mạch nguồn
Sử dụng adapter 24V và mạch hạ áp dùng module LM2596 hoặc 1 adapter 5V
2.2.3 Công suât tiêu thụ của mạch.
PIC: P1=3W.
DC Motor: P2 =30W.
Màn hình: P3=5.6W.
Tổn hao: P4=1W.
Tổng công suất P=40W.

21
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
3.1 Thiết kế mạch trong Proteus

Hình :Mạch ngun lí

Trong hình mơ phong ta chia ra các khối
-

Khối LCD kết nối với VDK qua portD (giao tiếp 8bit)
Khôi Reset PIC ta nối vào chân MCLR
Khối thạch anh tạo dao động 4Mhz ta dùng 2 còn tụ 33pF
Khối nút bấm điều khiển tốc độ (tăng, giảm, đảo chiều)
Khối encoder gồm có ic cầu H L298N và motor 24V-DC, encoder

22
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

3.2 Lưu đồ thuật tốn

Hình :Lưu đồ thuật tốn tổng quát

23
SVTH: TRẦN VIỆT NAM

ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

3.3 Lưu đồ từng vùng và code
3.3.1 Giao tiếp LCD

Hình: lưu đồ giao tiếp LCD

24
SVTH: TRẦN VIỆT NAM


ĐỒ ÁN VI XỬ LÍ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD: NGUYỄN QUỐC

ĐỊNH

3.3.2 NÚT NHẤN

Hình : Lưu đồ cài đặt nút nhấn

-

Các nút nhấn khi thay đổi giá trị sẽ tác động tới ngắt và sau đó set giá trị của các
chân ENA, IN1, IN2 của IC cầu L298N
Ngồi ra, cịn nút nhấn reset tác động tới chân MCLR của PIC

Start/Stop ta thiết kế là Switch cấp nguồn cho mạch

25
SVTH: TRẦN VIỆT NAM