CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN - Chương 2 sẽ giới thiệu các linh kiện quan trọng và tổng quan các mạch hỗ trợ trong việc tạo sóng sin hay điều chế xung. - Chương 3 giới thiệu tổng quan và cách tính toán, lập trình, thiết kế bộ tạo sóng sin cũng như điều chế xung PWM, PFM. - Chương 4: thiết kế và thi công mạch.
- Chương 5: trình bày những kết quả đạt được và chưa được của đề tài so với yêu cầu ban đầu. - Chương 6: trình bày kết luận và những hướng phát triển thêm của đề tài trong tương lai. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN Đối với việc tạo sóng sin 3 pha hay điều chế xung ,trước đây người ta hay sử dụng rất nhiều linh kiện như MOSFET, TRIAC, IC…các linh kiện công suất , và tốn rất nhiều và phức tạp.
Trong đề tài này, chúng em dùng vi điều khiển pic để thực hiện điều đó vì nó có ưu điểm hơn như : Độ ổn định tần số cao, do mạch giao động của vi điều khiển dùng thạch anh. Tần số tín hiệu PWM cao có thể đạt tới vài MHZ. Khả năng điều chỉnh chính xác , sai số đầu ra có thể đạt đến 1%. Có thể cùng lúc tao nhiều tín hiệu PWM.
Ngoài ra còn có thể sử dụng các phần còn lại của vi điều khiển để thực hiện các chức năng khác nhau như giám sát, điều khiển, hiển thị… Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vẫn còn vi xử lý 8 bit mặc dù đã có vi xử lý 64 bit. Lý do tồn tại vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu lớn. Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi , hệ thống điều hòa , hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất….
Bộ nhớ dùng để lưu chương trình cho vi xử lý thực hiện và lưu trữ cần xử lý , các ngoại vi dùng để xuất nhập dữ liệu từ bên ngoài vào xử lý và điều khiển trở lại. Các khối này liên kết với nhau tạo thành hệ thống vi xử lý. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4 CHƯƠNG 2 .1 Sơ đồ chân và hình dạng thực tế: Hình 2.1:Sơ đồ chân và hình dạng thực tế Pic 16F887 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5 CHƯƠNG 2 .2 Một vài thông tin về vi điều khiển : Bảng 2.1: Thông tin sơ lược pic 16F887: Đây là vi điều khiển thuộc họ pic 16xxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh với độ dài 14bit. Mõi lệnh điều được thực thi trong 1 chu kỳ xung clock.
Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20Mhz với một chu kỳ lệnh là 200ns. Bộ nhớ flash chương trình là 8192 word và bộ nhớ dữ liệu laf368bytes SRAM + 256 bytes EEPROM. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Các đặt tính ngoại vi bao gồm các chức năng sau: - Timer0: Bộ nhớ 8 bit với bộ chia tần số 8bit.
- Timer1 :Bộ nhớ 16bit với bộ chia tần số có thể thực hiện chứ năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiể hoạt động ở chế độ sleep. - Timer2: Bộ nhớ 8bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. - Hại bộ capture/so sánh/điều chế độ rộng xung. - Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous serial port ), ISP, I2C.
- Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ. - Cỗng giao tiếp song song PSP (Parallel slave port) với các chân điều khiển RD, WR ,CS ở bên ngoài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6 CHƯƠNG 2 .3 Sơ đồ khối của vi điều khiển : Hình 2.2 : Sơ đồ khối vi điều khiển 16F887 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7 CHƯƠNG 2 .4 Các cổng và ra của Pic: Port A: có 6 bit ( tương ứng với 6 chân RA0-RA5) các chân của cổng A có tích hợp một số chức năng ngoại vi, nếu một thiết bị ngoại vi được enable thì cổng này sẽ không hoạt động như một cổng vào ra. Bình thường Port A sẽ là 1 cổng vào ra 2 chiều.
Thanh ghi xác định chiều tương ứng của các chân port A gọi là TrisA. Các bit ở thanh ghi TrisA bằng 1 sẽ xác định các chân của Port A là đầu vào và ngược lại là đầu ra. Port B: rộng 8 bit ( tương ứng với chân RB0-RB7) là 1 cổng vào ra 2 chiều. Thanh ghi quy định chiều của Port B là TrisB.
Thiết lập các chân thanh ghi bằng 1 sẽ làm cho cổng B là cổng vào và ngược lại sẽ là cổng ra. Port C: rộng 8 bit ( tương ứng với chân RC0-RC7) bình thường nó là cổng vào ra 2 chiều. Thanh ghi quy định chiều của cổng này là thanh ghi TrisC. Các chân RC3, RC4 dùng để kết nối ,truyền nhận thông tin với các thiết bị ngoại vi.
Port D: rộng 8 bit ( RD0-RD7) có thể là cỗng vào hoặc ra.2 Thanh ghi điểu khiển xuất nhập của port D: R/W1 R/W1 R/W1 R/W1 R/W1 R/W1R/W1R/W1 TRISD7 TRISD6 TRISD5 TRISD4 TRISD3 TRISD2 TRISD1 TRISD0 Bit7 Bit0 Legend: R= Readable bit W= Writable bit U= Unimplenmented bit read as ‘0’ -n=Value at POR ‘1’ = bit is set ‘0’= bit is clear ‘x’ =bit is unknown BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2.3 Thanh ghi port D chứa giá trị các chân port D: R/W-x R/W-x R/W-x R/W-xR/W-xR/W-x R/W-x R/W-x TRISD7 TRISD6 TRISD5 TRISD4 TRISD3 TRISD3 TRISD1 TRISD0 Bit7 bit0 Lengend: R= Readable bit W= Writable bitU= Unimplenmented bit read as ‘0’ -n=Value at POR ‘1’ = bit is set ‘0’= bit is clear ‘x’ =bit is unknown 2.5 Timer: a) Khảo sát timer2 của pic 16F887: Timer2 là timer8 bit có bộ chia trước (prescale) và có bộ chia sau (postscaler). Timer2 được sử dụng để điều chế xung khi khối CCP hoạt động ở chế độ PWM( Pulse width modulation). Thanh ghi TMR2 có thể đọc/ghi và xóa khi reset.
PR2 là thanh ghi của chu kỳ 8 bit dùng để so sánh. Timer2 tăng giá trị từ 00h cho đến khi bằng giá trị lưu trong thanh ghi PR2 thì reset về 00h và lặp lại. PR2 là thanh ghi có thể đọc/ghi,khi hệ thống bị reset thì thanh ghi PR được khởi tạo bởi giá trị FFH. Ngõ ra của PR2 đi qua bộ chia sau (postscaler) 4 bit trước khi phát sinh yêu cầu ngắt làm cờ TMR2IF ( PIR1<1>) lên 1.
Khi bit TMR2ON bằng 0 thì tắt timer2 để giảm công suất tiêu thụ. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 9 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2.4 Thanh ghi điều khiển timer2: U(0) R/W(0) R/W(0) R/W(0) R/W(0) R/W(0) R/W(0) R/W(0) _ TOUTPS3 TOUTPS2 TOUTPS1 TOUTPS0 TMR2ON T2CKS1 T2CKPS0 U(0) Bit7 Bit0 chưa dùng Bit7 chưa sử dụng nếu đọc sẽ có giá trị ‘0’. Bit 6-3 TOUTPS3: TOUTPS0 :các bit lựa chọn ngõ ra bộ chia sau (Postscaler) của timer2 0000=1:1 0001=1:2 0010=1:3 0011=1:4 0100=1:5 0101=1:6 0110=1:7 0111=1:8 1000=1:9 1001=1:10 1010=1:11 1011=1:12 1100=1:13 1101=1:14 1110=1:15 1111=1:16 Bit2 TMR2ON : bit điều khiển cho phép/cấm timer2 1=cho phép timer2 đếm 0=timer2 ngừng đếm Bit 1-0 T2CKPS1:T2CKPS0 : bit lựa chọn hệ số chia trước cho nguồn xung clock của timer2 00=hệ số chia là 1 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT 01=hệ số chia là 4 1x=hệ số chia là 16 Bộ chia trước và chia sau của timer2: Bộ đếm chia trước và bộ chia sau sẽ bị xóa khi xảy ra một trong các sự kiện sau: Thực hiện ghi dữ liệu vào thanh ghi TMR2. Thực hiện ghi dữ liệu vào thanh ghi T2CON. Bất kỳ reset nào tác động. TMR2 không bị xóa khi ghi dữ liệu vào thanh ghi T2CON.
Ngõ ra timer2: Ngõ ra của TMR2 được nối với khối SSP-khố này có thể tùy chọn để tao ra xung nhịp. b) Các lệnh của timer2: Lệnh SETUP_TIMER_X() : Cú pháp : setup_timer_2(mode,period,potscaler) Mode có thể là 1 trong các thông số:1;4;6 Period là số nguyên có giá trị từ 0 đến 255 dùng để xác định khi nào timer2 bị reset hay giá trị này dùng để nạp cho thanh ghi PR2. Postscaler là số nguyên có giá trị từ 1 đến 16 dùng để xác định timer tràn bao nhiêu lần trước khi phát sinh tín hiệu ngắt-chọn tỉ lệ chia của bộ chia sau. Có chức năng khởi tạo timer2.
Lệnh SET_TIMERx() Cú pháp: set_timer2(số nguyên 8 hoặc 16bit để thiết lập giá trị mới cho timer) Thiết lập giá trị bắt đầu cho Timer BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 11 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Lệnh GET_TIMERx() Cú pháp : value=get_timer2() có chức năng đọc giá trị của TIMER/COUNTER.2 BỘ CHUYỂN ĐỔI DAC: Hình 2.3 :Sơ đồ khối DAC Trong kỹ thuật số, ta thấy đại lượng số có giá trị xác định là một trong hai khả năng là 0 hoặc 1, cao hay thấp, đúng hoặc sai, vv… Trong thực tế chúng ta thấy rằng một đại lượng số (chẳng hạn mức điện thế) thực ra có thể có một giá trị bất kỳ nằm trong khoảng xác định và ta định rõ các giá trị trong phạm vi xác định sẽ có chung giá trị dạng số. Ví dụ: với logic TTL ta có: từ 0 đến 0.8V là mức logic 0, từ 2 đến 5V là mức logic 1. Như vậy bất kỳ mức điện áp nào nằm trong khoảng {0;0.8} điều mang giá trị số là logic 0 , còn mọi điện thế nằm trong khoảng 2 – 5V đều được gán giá trị số là 1.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 12 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ngược lại trong kỹ thuật tương tự, đại lượng tương tự lấy giá trị bất kỳ trong một giá trị liên tục. Hầu hết trong tự nhiên đều là các đại lượng tương tự như nhiệt độ, áp suất, cường độ ánh sáng, … Do đó muốn xử lý trong một hệ thống kỹ thuật số, ta phải chuyển đổi sang dạng đại lượng số mới có thể xử lý và điều khiển các hệ thống được. Và ngược lại có những hệ thống tương tự cần được điều khiển chúng ta cũng phải chuyển đổi từ số sang tương tự.
Chuyển đổi số sang tương tự là tiến trình lấy một giá trị được biểu diễn dưới dạng mã số ( digital code ) và chuyển đổi nó thành mức điện thế hoặc dòng điện tỉ lệ với giá trị số. Mặc khác , đối với một con vi xử lý khi người lập trình đưa tín hiệu vào là tương tự thì chúng sẽ không hiểu , bởi vi xử lý chỉ 2 mức giá trị 0 và 1.
