CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC I. GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT Trong đời sống công nghiệp hoá, hiện đại hoá máy móc thiết bị là không thể thiếu được ,trong những năm gần đây chúng ta đã chứng kiến sự nhảy vọt về mọi mặt. Các mặt hàng khác nhau phục vụ cho công việc, nhu cầu giải trí cao. Mà động cơ là không thể thiếu được với các loại máy móc thiết bị đó, máy móc càng hiện đại thì động cơ cũa nó phải hiện đại.
Muốn nắm bắt và dùng máy móc thiết bị một cách hiệu quả thì chúng ta phải tác động vào nó để nó phát huy hết tiềm lực. Động cơ DC là một đối tượng điều khiển thường gặp trong thực tế, nó ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, dân dụng, quốc phòng. Trong dây chuyền sản xuất, động cơ dùng để kéo băng tải hay động cơ dùng cán vật liệu, giấy, nhựa, cao su, thép và những ứng dụng trong công nghiệp dệt may… Hay động cơ điện một chiều dùng trong các con robot Với ứng dụng của động cơ DC là rất nhiều nên em chọn đề tài điều khiển tốc độ động cơ DC để nghiên cứu II. DIỄN GIẢI ĐỀ TÀI Từ thực tế cuộc sống công nghiệp của con người, họ muốn máy móc có thể đảm nhiệm và hoàn thành tốt công việc của họ.động cơ dc là một bộ phận cần thiết trong dây chuyền công nghiệp.
Có nhiều phương pháp để lập trình điều khiển cho động cơ dc như vi điều khiển dùng 8051,PIC,AVR.với PIC 18F4431 là thường dùng để điều khiển động cơ và có nhiều ứng dụng khác trong điều khiển SVTH:HỒ XUÂN NGUYÊN Trang 4 GVHD: TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG LVTN:điều khiển tốc độ động cơ DC dùng VDK III. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG PHÍM HIỂN THỊ KHỐI ĐỘNG VI ĐIỀU KHIỂN DRIVER VÀ CƠ ĐỘNG LỰC NGUỒN NGUỒN ĐIỀU KHIỂN 12Vdc 5Vdc SVTH:HỒ XUÂN NGUYÊN Trang 5 GVHD: TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG LVTN:điều khiển tốc độ động cơ DC dùng VDK CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU PIC 18F4431 PIC là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" (Máy tính khả trình thông minh) với bộ nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word Sơ đồ khối của PIC 18F4431 PIC 18F4431 có 40 chân gồm 5 ports I/O. Trong đó có một số chân đa công dụng, mội chân có thể hoạt động như một đường xuất nhập I/O hoặc là một chân chức năng đặc biệt dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi SVTH:HỒ XUÂN NGUYÊN Trang 6 GVHD: TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG LVTN:điều khiển tốc độ động cơ DC dùng VDK Sơ đồ chân PIC 18F4431 I. Modun điều khiển PWM 14 bit 4 kênh đối với ngõ ra bù.
Hổ trợ thao tác cạnh hoặc mức. Ngõ vào bảo vệ lỗi phần cứng. Cập nhận đồng thời chu kỳ nhiệm vụ và chu kỳ. Linh hoạt với ngõ ra kích khởi sự kiện.
Modun motion feedback. Ba kênh chốt/bắt giữ ngõ vào riêng biệt. Chế độ vận hành linh hoạt cho các ứng dụng đo chu kỳ và độ rộng xung. Modun giao diện cảm biến Hall.
Tính năng kích khởi sự kiện đến các modun khác. Giao diện Quadrature encoder. Hai ngõ vào phase và một ngõ vào index từ encoder. Cho phép theo dõi mức cao/thấp, trạng thái chiều và thay đổi hướng ngắt.
Phép đo vận tốc. SVTH:HỒ XUÂN NGUYÊN Trang 7 GVHD: TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG LVTN:điều khiển tốc độ động cơ DC dùng VDK 3. Bộ chuyển đổi ADC 10 bit 200ksps, tốc độ cao. 9 kênh ngõ vào.
Lấy mẫu đồng thời 2 kênh ngõ vào. Lấy mẫu tuần tự 1,2 hoặc 4 kênh. Khả năng chuyển đổi tự động. 4 word FIFO cho phép lựa chọn tần số ngắt.
Sự lựa chọn kích khởi từ bên ngoài. Thời gian nhận lập trình được. Cấu trúc bộ dao động linh hoạt. 4 kiểu dao động tinh thể đến 40Mhz.
2 modun xung clock ngoài đến 40Mhz. Khối dao động nội. + Cho phép người sử dụng lựa chọn 8 tần số từ 31Khz đến 8Mhz. + OSCTUNE có thể bù sự trôi tần số.
Nguồn dao động phụ sử dụng cho timer 1 tần số 31Khz. Dò và tự phục hồi xung clock. + Tắt nguồn của thiết bị nếu xung clock bị lỗi. Chế độ quản lý nguồn.
+Run: CPU on, ngoại vi on. +Idle: CPU off, ngoại vi on. +Sleep: CPU off, ngoại vi off. +Bộ dao động hai tốc độ khởi động.
Những điểm mạnh của ngoại vi. Dòng ngõ ra cao 25mA. Ba ngõ vào ngắt ngoài. Hai modun bắt giữ, so sánh, điều biến độ rộng xung.
+ Chế độ capture 16 bit, độ phân giải tối đa 6. + Chế độ compare 16 bit, độ phân giải tối đa 100 ns. + Ngõ ra PWM, PWM độ phân giải từ 1 đến 10 bit. Bổ sung modun USART.
+ Hỗ trợ RS_485, RS_232 và LIN 1.2 SVTH:HỒ XUÂN NGUYÊN Trang 8 GVHD: TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG LVTN:điều khiển tốc độ động cơ DC dùng VDK +Tự động thức dậy trên bit start. Chế độ dò tự động. RS_232 hoạt động dùng xung clock nội. Các tính năng đặc biệt của vi điều khiển.
Tăng cường bộ nhớ chương trình Flash với 100.000 chu kỳ đọc ghi. Bộ nhớ dữ liệu EEPROM với 1.000 chu kỳ đọc ghi. Bộ nhớ Flash và dữ liệu EEPROM duy trì trong 100 năm. Tự lập trình được với phần mềm điều khiển.
Chế độ ngắt mức ưu tiên. Mở rộng timer Watchdog: chu kỳ lập trình được từ 41ms đến 131s. Lập trình tuần tự sử dụng nguồn đơn trên mạch. CẤU HÌNH CÁC BỘ DAO ĐỘNG 1.
Các loại dao động. PIC 18F4431 có thể hoạt động trong 10 chế độ dao động khác nhau. Người sử dụng có thể lập trình cấu hình các bit F0SC3:F0SC0 trong thanh ghi cấu hình 1H để lựa chọn 1 trong 10 chế độ. LX Dao động tinh thể nguồn thấp.
XT Tinh thể/bộ cộng hưởng. HS Tinh thể/bộ cộng hưởng tốc độ cao. HSPLL Tinh thể/bộ cộng hưởng tốc độ cao với cho phep PLL RC Dao động tụ điện/điện trở bên ngoài với Fosc/4 ngõ ra trên chân RA6. RCIO Dao động tụ điện/điện trở bên ngoài với I/O trên chân RA6.
INTIO1 Bộ dao động nội với Fosc/4 ngõ ra trên chân RA6 và I/O trên chân RA7. INTIO2 Bộ dao động nội với Fosc/4 ngõ ra trên chân RA6 và RA7. EC Xung clock bên ngoài với ngõ ra Fosc/4. ECIO Xung clock bên ngoài với I/O trên RA6.
SVTH:HỒ XUÂN NGUYÊN Trang 9 GVHD: TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG LVTN:điều khiển tốc độ động cơ DC dùng VDK 2. Bộ dao động tinh thể/cộng hưởng gốm. Trong các chế độ dao động XT,LP,HS hoặc HSPLL một tinh thể hoặc bộ cộng hưởng gốm được kết nối vào chân OSC1 và OSC2 để thiết lập dao động. Cấu hình XT,LP,HS và HSPLL Gía trị tụ điện cho bộ cộng hưởng gốm.
Giá trị tụ điện cho bộ dao động tinh thể. Khối dao động nội. PIC 18F4431 có sẳn một khối dao động nội, nó tạo ra hai tín hiệu clock khác nhau có thể sử dụng như một nguồn xung clock hệ thống. Khối này cho phép loại bỏ các bộ dao động bên ngoài trên chân OSC1 và/hoặc OSC2.
Ngõ ra chính (INTOSC) là một nguồn xung clock 8MHz có thể sử dụng trực tiếp để cung cấp cho xung clock của hệ thống. Nếu sử dụng bộ chia nó có thể cung cấp một dãy tần số từ 125KHz đến 4MHz để lựa chọn. Ngõ ra INTOSC sẽ được cho phép khi tần số xung clock của hệ thống từ 125KHz đến 8MHz được lựa chọn. Ngoài ra còn có một nguồn dao động nội RC (INTRC) cung cấp tần số 31KHz.
Dao động INTRC được cho phép bởi việc lựa chọn khối dao động nội như là một nguồn xung clock hệ thống hoặc theo sau bất kì một cho phép: SVTH:HỒ XUÂN NGUYÊN Trang 10 GVHD: TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG LVTN:điều khiển tốc độ động cơ DC dùng VDK a. Power_up timer. Fail_safe Clock Monitor. Two_speed Start_up.
Các nguồn dao động của PIC 18F4431 III. I/O PORTS PIC 18F4431 có 40 chân gồm 5 ports I/O. Trong đó có một số chân đa công dụng, mội chân có thể hoạt động như một đường xuất nhập I/O hoặc là một chân chức năng đặc biệt dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. Mỗi port có 3 thanh ghi điều khiển.
PORTA, TRISA và thanh ghi LATA. Port A gồm 8 chân từ RA0-RA7, việc ghi các giá trị vào thanh ghi TRISA sẽ quy định các chân của Port A là Input hay Output. Nếu 0 là Output, 1 là input. SVTH:HỒ XUÂN NGUYÊN Trang 11 GVHD: TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG LVTN:điều khiển tốc độ động cơ DC dùng VDK Việc đọc thanh ghi Port A sẽ đọc trạng thái các chân của PortA.
Việc ghi giá trị vào thanh ghi PortA sẽ thay đổi trạng thái của các chân PortA. Cấu trúc tổng quát của 1 port I/O. Tính năng các chân của portA SVTH:HỒ XUÂN NGUYÊN Trang 12 GVHD: TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG LVTN:điều khiển tốc độ động cơ DC dùng VDK 2. PORTB, TRISB và thanh ghi LATB Port B gồm có 8 chân từ RB0-RB7.
Việc ghi các giá trị vào thanh ghi TRISB sẽ qui định các chân của Port B là Input hay Output. Nếu 0 là Output, 1 là Input. Việc đọc thanh ghi Port B sẽ đọc trạng thái các chân của Port B. Việc ghi giátrị vào thanh ghi giá trị vào thanh ghi Port B sẽ thay đổi trạng thái ngõ ra của các chân Port B.
Thanh ghi chốt dữ liệu (LATB) giống như một bản đồ bộ nhớ. Các thao tác đọc – sửa – ghi trên thanh ghi LATB sẽ đọc ghi chốt các giá trị ngõ ra của Port B. Bốn chân của Port B từ RB7-RB4 có chức năng ngắt (interrupt) khi trạng thái chân Port thay đổi (khi chân port được qui định là output thì chức năng ngắt không hoạt động). Giá trị chân Port được so sánh với giá trị được lưu lại trước đó, khi có trạng thái sai lệch giữa 2 gía trị này, ngắt sẽ xãy ra.
Ngắt có thể làm cho VĐK thoát khỏi trạng thái SLEEP. Chức năng các chân Port B Tóm tắt các thanh ghi liên quan với Port B SVTH:HỒ XUÂN NGUYÊN Trang 13 GVHD: TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG LVTN:điều khiển tốc độ động cơ DC dùng VDK 3. PORT C, TRIS C và thanh ghi LATC. Port C gồm 8 chân từ RC0 – RC7.
Việc ghi các giá trị vào thanh ghi TRISC sẽ qui định các chân của PortC là Input hay Output. Nếu 0 là Output, 1 là Input. Việc đọc thanh ghi Port C sẽ thay đổi trạng thái ngõ ra của các chân Port C. Các chân Port C được đa hợp với các chức năng ngoại vi.
Khi các hàm ngoại vi được cho phép, ta cần quan tâm chặt chẻ tới giá trị các bit của thanh ghi TRISC.