ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU DÙNG PWM HỆ THỐNG NHÚNG( LẤY FILE CODE PIC + FILE MÔ PHỎNG PROTEUS LIÊN HỆ ZALO 0327697318)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
Môn học: HỆ THỐNG NHÚNG

Đề tài: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU
DÙNG PWM (1)
GVHD : Ths.Tăng Cẩm Nhung
SVTH 1 : PHẠM QUANG NGHĨA
MSSV : K175520114036
SVTH 2 : LÊ TUẤN ANH
MSSV : K175520114002

Thái Nguyên - 2021

1


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU - GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

4

1.1 Giới thiệu đề tài

4

1.2 Mục đích của đề tài

4

1.3 Phạm vi nghiên cứu

4

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ

5

2.1 Giới thiệu

5

2.2 Thiết kế sơ đồ khối

5

2.2.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý

6

a. Khối nguồn

6

b. Khối điều khiển

6

c. Khối xử lý

7

d. Khối hiển thị

8

e. Khối công suất (cầu H)

9

f. Khối động lực

10

2.2.2 Lưu đồ và chương trình

10

a. Giới thiệu yêu cầu điều khiển

10

b. Lưu đồ và mạch mô phỏng trên Proteus

11

c. Chương trình

12

d. Giải thích các lệnh sử dụng trong chương trình

13

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN

15

3.1 Kết quả thực hiện

15

3.2 Phương hướng phát triển của đề tài

15

TÀI LIỆU THAM KHẢO

17

2


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Sơ đồ khối mạch điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều dùng PWM
5
Hình 2 Nguồn tổ ong 12V thực tế
6
Hình 3: Nút nhấn điều khiển

7
Hình 4: PIC16F877A
7
Hình 5: Sơ đồ tính tốn giá trị Timer
8
Hình 6: Kí hiệu và hình ảnh led 7 đoạn
8
Hình 7: Mạch cầu H (mạch điều khiển động cơ L298)
9
Hình 8: Động cơ 1 chiều
10
Hình 9: Lưu đồ cho mạch điều khiển động cơ 1 chiều dùng PWM, trình tự điều khiển theo
thứ tự là: (1)-(2)-(3)-(4)
11
Hình 10: Mạch mơ phỏng trên Proteus
11

3


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU - GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu đề tài
- Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong mọi lĩnh
vực. Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản xuất để nâng cao năng suất
chất lượng rút ngắn thời gian sản xuất. Động cơ một chiều được sử dụng phổ biến và
rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực từ quân sự đến công nghiệp và dân dụng. Những ứng
dụng quan trọng của nó bao gồm: nhà máy cán, nhà máy giấy, nhà máy dệt, nhà máy
in, máy công cụ, máy xúc, cần cẩu và đặc biệt là lĩnh vực robotic…
- Các mạch điều khiển động cơ yêu cầu thay đổi tốc độ quay của động cơ nhịp nhàng
và điều khiển chính xác. Phương pháp truyền thống để điều khiển tốc độ động cơ một

chiều là thay đổi giá trị điện áp cung cấp cho động cơ. Phương pháp đơn giản nhất là
sử dụng biến trở và phương pháp điều khiển này khơng chính xác như mong muốn do
đặc tuyến của biến trở, tầm hoạt động bị giới hạn, điều khiển không hiệu quả và gây
ra hiện tượng quá nhiệt của cuộn dây dẫn đến hư động cơ.
- Phương pháp PWM được biết đến từ những năm 1970 cải thiện được hạn chế của các
phương pháp truyền thống, tuy nhiên mạch điều khiển dùng linh kiện rời BJT hoặc vi
mạch số nên mạch điện phức tạp, khó đạt được độ chính xác cao. Ngày nay việc sử
dụng các vi mạch khả lập trình như vi xử lý trong các thiết bị điều khiển trở thành
một xu thế quan trọng, mang lại hiệu quả cao, tốc độ xử lý nhanh, độ chính xác cao,
mạch phần cứng tinh gọn, giảm giá thành sản phẩm, hạn chế rủi ro.

1.2 Mục đích của đề tài
- Trong bài này chúng em tập trung nghiên cứu phương pháp điều chế độ rộng xung
PWM để điều khiển tốc độ động cơ DC sử dụng dòng vi điều khiển PIC 16F877A và
các giải thuật tạo độ rộng xung PWM sau đó lập trình cho vi điều khiển bằng ngơn
ngữ C.

1.3 Phạm vi nghiên cứu
- Trong bài này chúng em sử dụng 3 nút nhấn để xác định 3 tốc độ quay của động cơ
và dùng 3 Led 7 đoạn để hiển thị trạng thái của động cơ đang quay ở tốc độ nào, sử
dụng nguồn pin hoặc điện từ lưới 220V.

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ
2.1 Giới thiệu
- Với đề tài “ Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều dùng PWM ” chúng em sẽ thiết kế
theo yêu cầu như sau :
+ Sử dụng 03 nút nhấn để xác định 03 tốc độ quay của động cơ.
4

+ Hiển thị trạng thái của động cơ ra Led 7 đoạn ( Đang quay ở tốc độ 1,2 hay 3 ).

2.2 Thiết kế sơ đồ khối
- Theo như yêu cầu đã giao của đề tài nhóm chúng em tiến hành thiết kế sơ đồ khối cho
mạch “ Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều dùng PWM ” như hình 1 :

Hình 1: Sơ đồ khối mạch điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều dùng PWM
Chức năng từng khối:
● Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho tồn bộ hệ thống.
● Khối điều khiển: có chức năng điều khiển chế độ làm việc hệ thống và là tín hiệu
đầu vào của khối xử lý.
● Khối xử lý: có chức năng thu thập và xử lý tín hiệu ( nhận tín hiệu đầu vào của
khối điều khiển và xuất ra tín hiệu ).
● Khối hiển thị: có chức năng hiển thị cấp độ làm việc của động cơ.
● Khối cơng suất (cầu H): có chức năng điều khiển động cơ.
● Khối động lực: có chức năng vận hành động cơ theo chế độ được cấp.

2.2.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý
a. Khối nguồn
- Khối nguồn dùng để cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống trong mạch.
- Chủ yếu là cấp nguồn cho các linh kiện như: nút nhấn, module L298, RESPACK-8,
7SEG-COM-AN-GRN. Do đó bọn em sẽ sử dụng nguồn tổ ong 12V 2A để cấp nguồn cho
các phần tử trong mạch, những thiết bị dùng nguồn 5V thì chúng em sẽ giảm điện áp
xuống nhờ điện trở.
5


Hình 2 Nguồn tổ ong 12V thực tế
● Chức năng của tổ ong nguồn:
- Tổ ong nguồn được tạo ra để chuyển điện áp từ nguồn xoay chiều thành nguồn điện

một chiều, giúp các thiết bị hoạt động.
- Tổ ong nguồn được sử dụng rộng rãi trong mọi hoạt động sinh hoạt và sản xuất. This
source luôn mang lại tối đa hiệu suất cho các công nghệ LED hiện đại.
- Tổ ong nguồn được sử dụng rộng rãi trong các công ty thiết bị và dân dụng như lắp
tủ điện, lắp đèn, camera giám sát, máy tính, ổ đài ... hoặc bất kỳ thiết bị nào sử dụng
nguồn một chiều. Tổ ong nguồn thường được sử dụng trong các mạch ổn định, cung
cấp dòng áp đủ để tránh trường hợp dòng ảnh hưởng tới mạch, áp, quan trọng.
- Nguồn tổ ong làm tăng tuổi thọ của các thiết bị điện lâu hơn.

b. Khối điều khiển
- Khối điều khiển có chức năng điều khiển chế độ làm việc hệ thống và là tín hiệu đầu
vào của khối xử lý.
- Trong mạch này nhóm chúng em chọn nút nhấn dùng để điều khiển các cấp tốc độ
quay của động cơ ( đang quay ở tốc độ 1, 2 hay 3 ).

Hình 3: Nút nhấn điều khiển
6


c. Khối xử lý
- Khối xử lý: có chức năng thu thập và xử lý tín hiệu ( từ tín hiệu đầu vào của khối
điều khiển sẽ được xử lý và xuất ra tín hiệu cho khối hiển thị, đưa tín vào cho khối
cơng suất).
- Lựa chọn: PIC16F877A.

Hình 4: PIC16F877A
- Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh
điện áp ra tải, hay nói cách khác, là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ
rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp ra. Các PWM khi biến đổi
thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay sườn âm.

- Các giá trị sử dụng trong Timer1:
● Tần số dao động của thạch anh: Fxtal (MHz)
● Tần số dao động của Pic: FPic (MHz)= Fxtal
● Tần số dao động của Timer: FTimer (MHz)= Fpic
● Thời gian của 1 chu kỳ Timer: Ttimer
● Thời gian trễ: Tdelay
Tính tốn giá trị nạp cho thanh ghi TMR0:
GTN=65.536 - (Tdelay/Ttimer )

7


Hình 5: Sơ đồ tính tốn giá trị Timer

d. Khối hiển thị
- Led 7 đoạn có chức năng hiển thị số thập phân cho biết kết quả sau khi xử lý.
- Có 2 loại led 7 đoạn là anode chung và cathode chung. Led 7 đoạn có kí hiệu, sơ đồ
chân như hình sau:

Hình 6: Kí hiệu và hình ảnh led 7 đoạn
- Led 7 đoạn có cấu tạo là các led đơn được sắp xếp theo vị trí để khi sáng hoặc tắt tạo
thành 1 số thập phân từ 0 đến 9. Dòng cho mỗi đoạn từ 5 đến 15 mA và điện áp cho
các led nhỏ là 2V.
- Nhóm tiến hành chọn led loại anode chung (7SEG-COM-AN-GRN ).

e. Khối công suất (cầu H)
Khối công suất (cầu H) chúng em sử dụng mạch điều khiển động cơ DC L298 có
khả năng điều khiển động cơ DC, dịng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp đi ốt bảo vệ

8

và IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho các module khác (chỉ sử dụng 5V này nếu
nguồn cấp nhỏ hơn 12VDC).
Mạch L298 gồm các chân:
● 12V power, 5V power. Đây là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ.
● Cấp nguồn 9-12V ở 12V.
● Bên cạnh đó có jumper 5V, nếu để như hình ở trên thì sẽ có nguồn 5V ra ở cổng 5V
power, ngược lại thì khơng. Để như hình thì ta chỉ cần cấp nguồn 12V vơ ở 12V
power là có 5V ở 5V power, từ đó cấp cho Arduino.
● Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho động cơ.

Hình 7: Mạch cầu H (mạch điều khiển động cơ L298)
● Thông số kỹ thuật:
●
●
●
●
●

Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.
Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V
Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor)
Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
Dịng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA (Arduino có thể chơi đến 40mA nên khỏe
re nhé các bạn)
● Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)
● Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃.

f. Khối động lực

- Khối động lực có chức năng vận hành động cơ theo xung được cấp.
- Lựa chọn: động cơ 1 chiều (Motor).

9


Hình 8: Động cơ 1 chiều
- Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là Động cơ
điều khiển bằng dịng có hướng xác định hay nói dễ hiểu hơn thì đây là loại động cơ
chạy bằng nguồn điện áp DC- điện áp 1 chiều (Khác với điện áp AC xoay chiều).

2.2.2 Lưu đồ và chương trình
a. Giới thiệu yêu cầu điều khiển
- Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều dùng PWM theo yêu cầu như sau :
+ Sử dụng 03 nút nhấn để xác định 03 tốc độ quay của động cơ.
+ Hiển thị trạng thái của động cơ ra Led 7 đoạn ( Đang quay ở tốc độ 1,2 hay 3 ).

10


b. Lưu đồ và mạch mơ phỏng trên Proteus

Hình 9: Lưu đồ cho mạch điều khiển động cơ 1 chiều dùng PWM, trình tự điều khiển theo

thứ tự là: (1)-(2)-(3)-(4)

Hình 10: Mạch mô phỏng trên Proteus

11

c. Chương trình
#include <16f877a.h>
#use delay(clock=20M)
#include <lcd.c>
int8 m[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
int8 HT;
void main()
{
set_tris_D(0xFF);
set_tris_C(0x00);
setup_timer_2(T2_DIV_BY_1,249,1);
setup_ccp1(CCP_PWM);
set_pwm1_duty(0);
while(TRUE)
{
if(!input(pin_D0)){
while(!input(pin_D0));
HT=1;
OUTPUT_B(m[HT%10]);
setup_ccp1(CCP_PWM);
set_pwm1_duty(20);
}
else if(!input(pin_D1))
{
while(!input(pin_D1));
HT=2;
OUTPUT_B(m[HT%10]);
setup_ccp1(CCP_PWM);
set_pwm1_duty(70);

}
else if(!input(pin_D2))
{
while(!input(pin_D2));
HT=3;
OUTPUT_B(m[HT%10]);
12


setup_ccp1(CCP_PWM);
set_pwm1_duty(100);
}
}
}

d. Giải thích các lệnh sử dụng trong chương trình
#include <16f877a.h>
#use delay(clock=20M)
int8 m[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//ma led 7 doan
dang ma HEX
int8 HT;
void main()
{
set_tris_D(0xFF);
set_tris_C(0x00);
setup_timer_2(T2_DIV_BY_1,249,1);// su dung timer 2 voi bo chia tan ti le 1:1. co
dai xung 0-249
setup_ccp1(CCP_PWM);//chan lam viec o che do xung la CCP1
set_pwm1_duty(0);//xung lam viec che do duty phan tram muc xung cao tren giai
xung

while(TRUE)
{
if(!input(pin_D0))//Nut bam 1
{
while(!input(pin_D0));
HT=1;
OUTPUT_B(m[HT%10]);// nap gia tri 1 cho LED
setup_ccp1(CCP_PWM);//cho chan ccp1 lam viec
set_pwm1_duty(20); //xung lam viec dang duty 8%
}
else if(!input(pin_D1))//Nut bam 2
{
while(!input(pin_D1));
HT=2;
13


OUTPUT_B(m[HT%10]);
setup_ccp1(CCP_PWM);
set_pwm1_duty(70);//xung lam viec dang duty 28%
}
else if(!input(pin_D2))
{
while(!input(pin_D2));
HT=3;
OUTPUT_B(m[HT%10]);
setup_ccp1(CCP_PWM);
set_pwm1_duty(100);//xung lam viec dang duty 40%
}
}

}

14


CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN
3.1 Kết quả thực hiện
- Q trình xây dựng và hồn thành đề tài: “ Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều” dùng
PWM em thấy là một đề tài hay, có tính ứng dụng lớn trong thực tế. Trên cơ sở này đã
giải quyết được những yêu cầu của đề tài đó là:
+ Xây dựng được mơ hình đúng theo u cầu đặt ra.
+ Vận hành theo đúng yêu cầu công nghệ.
+ Hệ thống hoạt động chính xác và hiệu quả.
- Trong q trình xây dựng đề tài vẫn cịn một số mặt hạn chế như:
+ Mạch mới được thiết kế mơ phỏng, chưa đưa ra thực tế lên cịn nhiều sai sót.
+ Mạch mơ phỏng vẫn có thể xảy ra lỗi khi thao tác ấn nút nhấn quá nhanh và liên tục.
- Tuy nhiên trong thời gian xây dựng đề tài em đã được tiếp thu nhiều kiến thức quý báu
và bổ ích và có những thành quả nhất định rút ra như sau:
+ Phương pháp lập trình CSS.
+ Cách lắp đặt đấu dây trong Proteus .
+ Xây dựng những hệ thống cơ bản và phổ biến trong công nghiệp hiện nay.

3.2 Phương hướng phát triển của đề tài
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, xây dựng ý tưởng và bắt tay và việc thi công
thiết kế và cơng mơ hình điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng PWM. Mơ hình đã
đạt được độ ổn định tương đối về vận hành mạch điều khiển mô phỏng. Tuy nhiên, đây
mới chỉ là mơ hình nhỏ đồng thời do sự hạn chế về mặt kiến thức cũng như về thời gian
nên việc tính tốn thiết kế cũng chưa đi vào chun sâu được, chính vì vậy mà việc thi
cơng mơ hình vẫn chưa đạt được một chuẩn mực nhất định.
Đề tài đang điều khiển động cơ 1 chiều dùng PWM có thể phát triển thêm 3 đèn báo

cho hệ thống ở 3 chế độ quay (1, 2 và 3), đề tài có thể ứng dụng vào làm quạt với 3 cấp độ
số và một số ứng dụng khác. Em xin chân thành cảm ơn cô giáo đã truyền đạt cho em
nhiều kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học, đã tận tình giúp đỡ tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho em hoàn thành tốt đề tài này.

15


Tuy rằng mơ hình mơ phỏng đã tương đối hồn thiện, xong khơng thể nào tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của q thầy cơ và các bạn sinh viên để đề
tài của chúng em được hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!

16


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] - Bài giảng Hệ thống nhúng 2010, BM Kỹ thuật Máy tính, ĐH Kỹ thuật Cơng nghiệp
Thái nguyên.
[2] - Công, N. H. (2007). Hệ thống nhúng và sự phát triển của lĩnh vực công nghệ cao
"3C".ĐH KTCN Thái Nguyên.
[3] Trên website:
+ />
17