Phần mềm phát triển PSoC Designer 4.2 PSoC Designer là phần mềm phát triển hỗ trợ người thiết kế trong việc cấu hình phần cứng và lập trình phần mềm cho các chip PSoC trên máy PC thông
Trang 1Hình: 3-14 Sơ đồ nguyên lý I 2 C
- Chỉ sử dụng 2 chân (SDA và SCL) để giao tiếp với Bus I2C
- Tốc độ dữ liệu chuẩn là 100/400 kBit/s, hỗ trợ 50 kbit/s
- API xây dựng sẵn khiến cho việc lập trình trở nên dễ dàng
- Chế độ 7 bit địa chỉ, hỗ trợ đến 10 bit địa chỉ Module I2CHW bổ sung một thiết bị I2C dưới dạng phần mềm nhúng, bus I2C là một chuẩn công nghiệp, giao diện phần cứng có hai dây, được phát triển bởi hãng Philip Master khởi tạo tất cả các thao tác truyền thông lên bus I2C và cung cấp xung nhịp cho tất cả các thiết bị Slave Module I2CHW hỗ trợ chế độ chuẩn với tốc
độ lên tới 400 kbit/s Module này không cần sử dụng khối PSoC nào Nó tương thích với các thiết bị Slave khác trên cùng một bus
c Module E2PROM
- Hoạt động theo nguyên tắc của một EEPROM có định h ớng byte
- Có cấu trúc định hướng theo khối
- Sử dụng bộ nhớ hiệu quả Module E2PROM là bộ giả lập bộ nhớ EEPROM trong bộ nhớ Flash của PSoC E2PROM có thể được định nghĩa
điểm bắt đầu tại bất kỳ đường biên của khối Flash nào, với một byte độ dài từ
1 phần dư còn lại của bộ nhớ Flash API cho phép người sử dụng đọc hoặc viết
từ N byte trong một lần đọc Module này là một kỹ thuật phần mềm cùng với phần cứng Flash cho ROM của chíp nên nó không chiếm bất kỳ một tài
Trang 2nguyên phần cứng nào của thiết bị PSoC Bộ nhớ Flash của thiết bị PSoC được
tổ chức dưới dạng 256 khối 64 byte đối với thiết bị 16 K Kỹ thuật Flash của PSoC cho phép đọc từng byte dữ liệu trong bộ nhớ Flash, nhưng khi viết lại thì yêu cầu phải viết cả 64 byte cùng một lúc Vùng lưu trữ của E2PROM phải bắt đầu tại đường biên khối bộ nhớ Flash và có thể bao gồm 1 hoặc nhiều byte Sử dụng các hàm API là E2Read() và E2Write() để đọc và ghi dữ liệu Hàm E2Read() của API đọc bộ nhớ Flash bằng cách sử dụng lệnh ROMX của M8C Lệnh này cho phép đọc bộ nhớ Flash theo từng byte một cách có hiệu quả Nó yêu cầu sử dụng 8 byte cuối cùng của RAM, từ 0xF8 0xFF Hàm E2Write() của API ghi dữ liệu của bộ nhớ Flash theo từng khối, dựa trên địa chỉ đầu của không gian nhớ E2PROM, hàm E2Write() phân tích dữ liệu được viết thành nhiều phần và dựa theo đường biên của từng khối, nó cũng yêu cầu
sử dụng 8 byte cuối cùng của RAM từ 0xF8 0xFF
3.4 Phần mềm phát triển PSoC Designer 4.2
PSoC Designer là phần mềm phát triển hỗ trợ người thiết kế trong việc cấu hình phần cứng và lập trình phần mềm cho các chip PSoC trên máy PC thông thường và sau đó nạp vào chip qua Kit ICE Do điều kiện làm đồ án này không có Kit ICE cho nên tôi dùng bộ MiniDevelopment Kit để nạp chương trình vào chip
Mọi hỗ trợ kỹ thuật và phần mềm miễn phí được cung cấp trên trang chũ của hãng sản xuất Cypress: http://www.cypressmicro.com/ và http://www.cypress.com/
3.4.1 Cấu trúc của PSoC Designer
Phần mềm PSoC Designer được chia làm 3 phần chính:
Trang 3* Debugger - Trình gỡ rối
3.4.2 Các kiểu file và đuôi mở rộng
Khi bạn tạo một dự án thì một thư mục gốc với 3 thư mục con sẽ được tạo ra tại vị trí mà bạn định trước Tên của thư mục gốc lấy theo tên của dự án, tên của 3 thư mục con là lib(Librarian), obj(Objects), output(chứa file nạp xuống chip)
3.4.3 Tạo một dự án trong PSoC Deisigner
a Tạo một dự án hoàn toàn mới
Ban đầu để chạy PSoC Designer thì chỉ việc kích đúp vào biểu tượng PSoC Designer.exe Khi đó để cấu hình cho chip những chức năng mong muốn thì trước hết ta phải tạo một thư mục cho dự án để chứa các tệp của dự án
3 Sau khi chạy chương trình sẽ xuất hiện cửa sổ Start, khi đó ta kích
vào nút Start New Project để tạo ra một dự án mới
Hình 3-15: Cửa sổ khởi động chương trình
3 Khi đã nhấn vào nút Start New Project thì trên màn hình xuất hiện
cửa sổ New Project Khi đó ta chỉ việc đánh tên của dự án vào phần New
Trang 4Project name và định vị cho dự án tại mục New Project location bằng cách gõ
đường truyền hoặc nhấn nút Browse
Hình 3-15: Cửa sổ khởi tạo chương trình mới
3 Khi thực hiện xong thì nhấn vào nút Next Khi đó sẽ xuất hiện hộp
thoại Creat New Project Trong phần Family ta chọn họ chip, trong phần Part
ta chọn loại chip thích hợp trong họ chip đó Trong phần Generate “Main” file
using ta chọn ngô ngữ lập trình là C hay Assembly
3 Sau khi hoàn tất thì nhấn nút Finish để kết thúc khi đó ta đã tạo ra
một dự án hoàn toàn mới
b Tạo một dự án dựa trên những thiết kế có sẵn
Ta có thể tạo ra một dự án mới dựa trên những thiết kế đã được xuất thành file Một cấu hình có thể nạp lại bao gồm một hay nhiều User Module
đã được sử dụng với những thông số xác định Tính năng này giúp bạn sử dụng lại những tham số của cấu hình trước hiệu quả và tiết kiệm thời gian Khi
đó bạn tiến hành các bước sau:
3 Bắt đầu bạn tiến hành như khi tạo ra một dự án hoàn toàn mới nhưng
trong hộp thoại New Project bạn chọn Designe - Based Project trong phần
Select Method Nhập tên cho dự án và định vị nơi lưugiữ dự án
3 Chọn Next khi đó sẽ xuất hiện hộp thoại hỏi bạn là có muốn tạo thư
Trang 5mục mới cho dự án với tên mới hay không? chọn Yes
3 Trong hộp thoại Designed Based Project chọn Designed Brows để
link đến dự án đã có sẵn mà ta muốn sao chép lại ở dự án mới này Khi đó bạn cũng có thể thay đổi được họ chip điều khiển và ngôn ngữ lập trình bằng cách vào phần Select Base Part
Hình 3-16: Cửa sổ khởi tạo chương trình theo thiết kế đã có sẵn
3 Sau đó thì nhấn nút finish để hoàn tất công việc và khi đó bạn đã tạo
ra một dự án mới dựa trên một thiết kế đã có sẵn
3.4.4 Trình soạn thảo cấu hình chip - Device Editor
1 Lựa chọn User Module
Lựa chọn User Module cho ứng dụng của bạn là bước đầu tiên cần phải làm để cấu hình cho chip Một User Module là một chức năng được cấu hình trước và nó sẽ làm như là một ngoại vi trên chip
mở chế độ lựa chọn User Module Khi đó tuỳ thuộc vào chức năng của từng Module và yêu cầu bài toán điều khiển của bạn mà bạn gọi các Module ra bằng cách nhấn đúp vào Module cần lựa chọn
Trang 6Hình 3-17: Cửa sổ thiết lập phần cứng chương trình
Sau khi đã lựa chọn những User Module cần thiết ta chuyển sang chế độ
2 Cách đặt một User Module
Khi muốn sử dụng một User Module thì ta phải đặt nó vào trong các khối tài nguyên của chip bằng cách:
sẽ có một khối chức năng(hoặc hai khối tuỳ thuộc vào cấu hình của Module
đó) sáng lên
sang vị trí hợp lý cuối cùng bạn nhấn nút để định vị tại khối chức năng của Module
nhấn chuột phải và chọn vào nút Unplace Một số User Module không sử dụng đến khối tài nguyên như LCD, I2C… vì vậy không cần định vị
3 Chọn thông số cho chip
Trang 7Khi thiết lập thông số cho chip ta phải căn cứ vào tính năng của chip mà bạn đang dùng và yêu cầu điều khiển mà điền thông số vào cột Value của Global Resource
Hình 3-18: Cửa sổ kết nối chân và thông số cho chip
4 Kết nối các User Module
Việc kết nối các User Module được thực hiện thông qua các đầu vào ra của các khối chức năng nắm giữ các User Module và thông qua một đường bus chung
5 Xuất thiết kế thành file
Khi cấu hình xong ta tiến hành xuất thiết kế thành file bằng cách:
- Chọn Menu Config>>Export Design
- Trong trường Designed Name điền tên của file định xuất ra
- Trong trường Description điền thông tin miêu tả về thiết kế
- Trong trường Version điền phiên bản của thiết kế
Trang 8Sau đó nhấn OK là bạn đã hoàn tất việc cấu hình chip
3.4.5 Trình soạn thảo ứng dụng - Application Editor
Để vào trình soạn thảo(Viết code gọi lệnh điều khiển các khối chức năng)
ta nhấn nút Sau đó bạn nhấn vào Source files kích đúp vào main.c để viết lệnh sau dòng // Insert your main routine code here
Hình 3-19: Cửa sổ lập chương trình
Sau khi viết code xong ta nhấn F7 để dịch chương trình Nếu không có lỗi thì ta tiến hành dịch chương trình sang file.hex để phục vụ cho việc nạp chip
Ta vào menu Program>>Write Hex file Sau đó đặt tên file, định vị file và nhấn OK là ta đã có file.hex
3.5 Bộ điều khiển PID số
3.5.1 Thiết kế luật điều khiển PID số
1 Luật điều khiển tỷ lệ : Proportional (P)
Trang 9
Hình 3 - 20 : Hệ kín với luật điều khiển tỷ lệ
r(t): Tín hiệu đầu vào của hệ thống
y(t): Tín hiệu đầu ra của hệ thống
u(t): Tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng
e(t): Tín hiệu sai lệch điều khiển
Khi đó sai lệch e(t) = r(t) - y(t) là đầu vào của bộ điều khiển và u(t) là đầu
ra của bộ điều khiển thì quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của luật điều khiển
được biểu diễn theo phương trình sau
u(t) = kP.e(t) (3 - 1) Trong đó KP là tham số của luật điều khiển Hỗn hợp các đối tượng công nghiệp đều được điều khiển theo luật này Bởi luật điều khiển tương đối đơn giản nhưng lại có thể thay đổi cả chất lượng động và chất lượng tĩnh của hệ thống Khi ta thay đổi giá trị kP dẫn đến sự thay đổi hệ số khuyếch đại của hệ
hở, điều đó dẫn đến sự thay đổi vị trí của điểm cực và điểm không của hệ Khi
kP thay đổi cũng làm chất lượng của hệ thống ở chế độ xác lập thay đổi:
= )
(t
δ lim
∞
→
t
s.E(s) = lim
∞
→
t 1 ( )
) (
s w K
s R s dt P
1 Luật điều khiển tích phân: Integral(I)
u(t)
Kp
e(t)
r(t)
_
Đối tượng
điều khiển
y(t)
u(t)
9
u(t)
s
T I 1
e(t)
r(t)
_
Đối tượng
điều khiển
y(t)
u(t)
9
Trang 10Hình 3 - 21: Hệ kín với luật điều khiển tích phân
Với tín hệu đầu vào của bộ điều khiển là sai lệch e(t) và tín hiệu đầu ra u(t) ta có thể biểu diễn luật điều khiển tích phân bằng phương trình sau:
u(t) = ∫t
I
d e
T1 0 ( τ ) τ (3 - 3) hoặc u(t) = kI∫t e d
0 ).
( τ τ (3 - 4)
Tham số của luật điều khiển là TI được gọi là hằng số thời gian tích phân hay KI là hệ số tích phân Khi sử dụng luật điều khiển tích phân độ dự trữ ổn định của hệ kín sẽ giảm đi, theo tiêu chuẩn ổn định của Nyquist sai lệch tĩnh sẽ giảm vì hàm truyền của hệ hở lúc đó là:
w0 = wDK(s) - wdt =
s
T I
1
wdt(s) (3 - 5)
và sai lệch của hệ là:
δ(t) = lim
∞
→
t
) (
1 1
) (
s w s T
s R s
dt I
∞
→
).
(
s w T
s s R T dt I
I
Điều khiển tích phân hay còn gọi là phương pháp điều khiển theo tích luỹ sai lệch điều khiển chậm sau Phương pháp điều khiển này có ưu điểm
là ít chịu ảnh hưởng của nhiễu và làm tăng độ chính xác của hệ hở ở chế độ xác lập
3 Luật điều khiển vi phân : Derivative(D)
Hình 3 - 22:Hệ kín với luật điều khiển vi phân
Luật vi phân được biểu diễn theo phương trình sau:
u(t)
TDS
e(t)
r(t)
_
Đối tượng
điều khiển
y(t)
u(t)
9
