Thiết kế mạch điều khiển động cơ một chiều làm chân đế rô bốt

Động cơ điện một chiều là một loại thiết bị được sử dụng rất nhiều trong sinh hoạtthường ngày. Chúng có những ứng dụng rất lớn, từ những chiếc radio đến vô tuyến rồi đến những thiết bị hiện đại như máy tính đều có sự hiện diện của động cơ điện một chiều. Nhưng nếu không điều khiển được thì chúng sẽ không thể phát huy được hết . Vì vậy việc điều khiển động cơ điện một chiều là hết sức quan trọng.Trong lĩnh vực điều khiển động cơ điện một chiều, ta có thể sử dụng kết hợp với vi điều khiển nhằm đơn giản hóa mạch điều khiển và đơn giản hóa việc điều khiển và phổ biến là vi điều khiển PIC 16F877A

PHẦ I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

1 Đặt vấn đề

Với xu thế khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển mạnh mẽ, nhất là trong các lĩnh vực như thông tin viễn thông, điện tử công nghiêp, nhiều thiết bị, linh kiện mới ra đời đã dần thay thế cho các thiết bị, linh kiện trước đó có phần hạn chế

Sự vi mạch hóa đã đem lại những lợi ích to lớn cho cuộc sống của con người Hầu hết khi xử lý dữ liệu, điều khiển người ta đều chọn xử lý trên nền tảng số học và đại số logic, với sự trợ giúp của các hệ vi điều khiển

Động cơ điện một chiều là một loại thiết bị được sử dụng rất nhiều trong sinh hoạt thường ngày Chúng có những ứng dụng rất lớn, từ những chiếc radio đến vô tuyến rồi đến những thiết bị hiện đại như máy tính đều có sự hiện diện của động cơ điện một chiều Nhưng nếu không điều khiển được thì chúng sẽ không thể phát huy được hết chức năng của nó Vì vậy việc điều khiển động cơ điện một chiều là hết sức quan trọng

Trong lĩnh vực điều khiển động cơ điện một chiều, ta có thể sử dụng kết hợp với vi

điều khiển nhằm đơn giản hóa mạch điều khiển và đơn giản hóa việc điều khiển

2 Đặc điểm, yêu cầu của đồ án

Với khẳ năng có hạn cũng như thời gian hạn chế, hơn nữa là chỉ đi sâu vào nghiên cứu một loại vi điều khiển đang có ứng dụng thực tế cao và phổ biến là vi điều khiển PIC 16F877A, vì vậy đồ án phải đạt được các yêu cầu và đặc điểm sau:

Có thể điều khiển được động cơ điện một chiều

b Phương pháp thu thập dữ liệu

- Sử dụng những tài liệu, những vấn đề do giáo viên hướng dẫn cung cấp

- Tham khảo những ý kiến của các giáo viên trong khoa và của bạn bè

- Thu thập những thông tin cần thiết trên mạng internet (một số trang web điển hình như: diendandientu.com; dientuvietnam.net; PICvietnam.com; )

c Trình tự thiết kế

Sau khi bắt tay vào thực hiện đề tài, chúng em đã tuân thủ các bước thiết kế sau:

PHẦ II: CƠ SỞ LÝ LUẬ

I TỔG QUA VỀ ĐỘG CƠ ĐIỆ MỘT CHIỀU

1.1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều

Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng, không thể thiếu N ó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác Động cơ điện một chiều giữ một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Một động cơ điện một chiều có giá thành đắt hơn các động cơ không đồng bộ hay các động cơ xoay chiều khác do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn đóng vai trò không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại

Ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải N ếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động

cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao

Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 10000kw, điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000V Hiện nay, hướng phát triển là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy có công suất lớn hơn Với trình độ hiểu biết còn hạn chế, quyển đồ án môn học này chỉ đề cập tới vấn đề thiết

kế bộ băm xung một chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều kích

từ bằng nam châm vĩnh cửu theo nguyên tắc không đối xứng

1.2 Tìm hiểu động cơ một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (PMDC)

Khi cuộn dây kích thích trong Stato của máy điện một chiều bình thường được thay thế bằng các nam châm vĩnh cửu thì máy điện đó trở thành máy điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu N hờ cấu tạo này mà động cơ PMDC có kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ và làm việc hiệu quả hơn những máy điện có cuộn dây kích thích bình thường khác Mạch từ của động cơ 1 chiều và kích thước của nam châm vĩnh cửu phụ thuộc vào loại vật liệu sử dụng để làm nam châm vĩnh cửu Vật liệu để làm nam châm vĩnh cửu

trong máy điện 1 chiều gồm có alnicos, ferit, và các vật liệu quý hiếm như samarium – coban và neođim – sắt – Bo N am châm vĩnh cửu làm bằng ferit được sử dụng nhiều trong máy điện 1 chiều giá rẻ Còn đối với máy điện một chiều yêu cầu chất lượng, hiệu suất cao thì sử dụng vật liệu quý hiếm

Trong nhiều năm qua, máy điện PMDC được ứng dụng rộng rãi và luôn được cải tiến phát triển liên tục N gày nay đã có những loại máy PMDC có thể di chuyển dễ dàng

và không cần phải sử dụng đến ổ cắm điện vì nó có thể được cung cấp năng lượng từ những loại pin Điểm thuận lợi là những loại pin này có dung lượng lớn, lâu hết năng lượng và có thể xạc nhiều lần

PMDC có thể đáp ứng được những yêu cầu sau:

- Hoạt động đơn giản

- Có thể dự đoán chính xác đặc tính làm việc của động cơ

- Mômen quay và mômen khởi động lớn và có thể giảm tốc độ nhanh chóng

- Đặc tính điều chỉnh tốc độ rõ ràng

- Kích thước nhỏ gọn

- Tiết kiệm năng lượng vì nó cần ít năng lượng cung cấp cho mạch kích từ, thường

là điện áp thấp lấy từ pin

Các động cơ PMDC được dùng thay thế cho nhiều động cơ xoay chiều ở những nơi

có yêu cầu cao về điều khiển và được sử dụng nhiều trong các hệ thống không dây

PMDC được dùng nhiều trong các thiết bị hoạt động bằng pin như xe lăn đến các thiết bị vận chuyển hay để mở cửa, thiết bị hàn, hệ thống phát tia X, thiết bị bơm…Các động cơ PMDC là giải pháp tốt nhất trong việc điều chỉnh truyền động các thiết bị truyền năng lượng có kích thước nhỏ gọn, dải điều chỉnh tốc độ lớn, có khả năng thích ứng với những biến động của nguồn điện cung cấp

N hu cầu ứng dụng của động cơ PMDC ngày càng phát triển và các sản phNm thường

sử dụng động cơ PMDC là:

- Bơm động học thủy lực

- Cần trục và thang máy động lực

- Các phương tiện nâng, nhấc

- Các hệ thống chạy bằng năng lượng mặt trời

- Và bất kỳ các thiết bị nào có thể hoạt động bằng pin…

Động cơ PMDC phù hợp với các thiết bị dùng động cơ bánh răng do chúng có thể sinh ra momen quay lớn ở tốc độ thấp Động cơ PMDC đặc biệt phù hợp với việc điều chỉnh tốc độ và các thiết bị điều khiển tự động (với các thiết bị này, động cơ PMDC sẽ làm việc ít nhất là 5000 v/p)

Vì động cơ điện PMDC được kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nên ta có thể coi đây thuộc loại động cơ kích từ độc lập và trong đề tài này ta chỉ xét các đặc điểm của động cơ kích từ độc lập

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập

(Bằng cách điều chỉnh các thông số điện)

a Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông φ

Muốn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng kích từ của động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ Phương pháp này cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nghĩa là có thể giảm dòng điện kích từ (Ikt ≤Iktdm) Do đó chỉ có thể thay đổi về phía giảm từ thông Khi giảm từ thông, các đặc tính dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có đặc điểm:

- Từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn

- Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông

- Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh: D ≈ 3 : 1

- Chỉ thay đổi được tốc độ về phía tăng theo phương pháp này

- Do độ dốc đặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các đặc tính sẽ cắt nhau và

do vậy, với tải không lớn (M1) thì tốc độ tăng khi từ thông giảm Còn với tải lớn, tốc độ có thể tăng hoặc giảm tuỳ theo tải Thực tế, phương pháp này chỉ sử dụng với tải không quá lớn so với định mức

- Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ là (1÷10)% dòng định mức của phần ứng Tổn hao điều chỉnh thấp

b Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng

N ếu nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng

thì phương trình đặc tính cơ trở thành:

M k

) R R

Khi tăng điện trở mạch phần ứng, đặc tính cơ dốc

hơn nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ không tải lý

tưởng Trên hình vẽ bên, ta có các đường đặc tính

cơ ứng với các trị số khác nhau của Rf, trong đó ứng

với Rf = 0 là đặc tính cơ tự nhiên

= càng nhỏ Phương pháp này thường cho D ≈ 5 ÷ 1

- Về nguyên tắc, phương pháp này cho điều chỉnh trơn nhờ thay đổi đều điện trở

nhưng vì dòng điện rôto lớn nên việc chuyển đổi điện trở sẽ khó khăn và thường sử dụng chuyển đổi theo từng cấp điện trở

Thực tế ngày nay người ta không dùng phương pháp này Vì phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ định mức, và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng ở động cơ điện có công suất nhỏ và

thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục

c Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Phương pháp này chỉ áp dụng được đối với động cơ

điện 1 chiều kích từ độc lập hoặc động cơ điện kích

n

Rf1

Rf2 Rf3

M(Iư) Mđm(Iđm)

0

thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập Khi thay đổi U ta có một họ đặc tính

Chú ý: + Phương pháp này có từ thông không đổi nên đặc tính cơ có độ cứng không đổi

trong toàn dải điều chỉnh

+ Tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống do đó có thể nói phương pháp này điều khiển là triệt để

+ Giải điều chỉnh tốc độ của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản là đặc tính ứng với điện

áp định mức và từ thông định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều khiển bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mô men khởi động

+Với một cơ cấu máy cụ thể có ω0max,K , M M dm xác định vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị độ cứng

Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng có các ưu điểm như sau:

- Hiệu suất điều chỉnh cao (phương trình điều khiển là tuyến tính, triệt để) nên tổn hao công suất điêù khiển nhỏ

- Việc thay đổi điện áp phần ứng cụ thể là làm giảm U dẫn đến mômen ngắn mạch giảm, dòng ngán mạch giảm Điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi động động cơ

- Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen điều chỉnh xác định là như nhau nên sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất không được vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh Phương pháp này có thể điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh

Tuy vậy phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao và đòi hỏi phải có một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra, xong nó là không đáng kể so với vai trò và ưu điểm của nó Vậy nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi

Một số phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp

Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện áp đặt vào nó,

và ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện Điều khiển tốc độ của động cơ có thể bằng cách điều khiển các điểm chia điện áp của bình ắc quy, điều khiển bộ cấp nguồn thay đổi được, dùng điện trở hoặc mạch điện tử Chiều quay của động cơ có thể thay đổi được bằng cách thay đồi chiều nối dây của phần kích từ, hoặc phần ứng, nhưng không thể được nếu thay đổi cả hai Thông thường sẽ được thực hiện bằng các bộ công tắc tơ đặc biệt (Công tắc tơ đổi chiều)

Điện áp tác dụng có thể thay đổi bằng cách xen vào mạch một điện trở nối tiếp hoặc

sử dụng một thiết bị điện tử điều khiển kiểu chuyển mạch lắp bằng Thyristor, transistor hoặc loại cổ điển hơn nữa bằng các đèn chỉnh lưu hồ quang Thủy ngân Trong một mạch điện gọi là mạch băm điện áp, điện áp trung bình đặt vào động cơ thay đổi bằng cách chuyển mạch nguồn cung cấp thật nhanh Khi tỷ lệ thời gian "on" trên thời gian "off" thay đổi sẽ làm thay đổi điện áp trung bình Tỷ lệ phần trăm thời gian "on" trong một chu kỳ chuyển mạch nhân với điện áp cấp nguồn sẽ cho điện áp trung bình đặt vào động cơ

Phương pháp PWM

N hư vậy với điện áp nguồn cung cấp là 100V, và tỷ lệ thời gian ON là 25% thì điện

áp trung bình là 25V Trong thời gian "Off", điện áp cảm ứng của phần ứng sẽ làm cho dòng điện không bị gián đoạn, qua một diode gọi là diode phi hồi, nối song song với động

cơ Tại thời điểm này, dòng điện của mạch cung cấp sẽ bằng không trong khi dòng điện qua động cơ vẫn khác không và dòng trung bình của động cơ vẫn luôn lớn hơn dòng điện trong mạch cung cấp, trừ khi tỷ lệ thời gian "on" đạt đến 100% Ở tỷ lệ 100% "on" này, dòng qua động cơ và dòng cung cấp bằng nhau Mạch đóng cắt tức thời này ít bị tổn hao năng lượng hơn mạch dùng điện trở Phương pháp này gọi là phương pháp điều khiển kiểu điều biến độ rộng xung (pulse width modulation, or PWM), và thường được điều

khiển bằng vi xử lý Đôi khi người ta còn sử dụng mạch lọc đầu ra để làm bằng phẳng điện áp đầu ra và giảm bớt tạp nhiễu của động cơ

Vì động cơ điện một chiều kiểu nối tiếp có thể đạt tới mô men quay cực đại từ khi vận tốc còn nhỏ, nó thường được sử dụng để kéo, chẳng hạn đầu máy xe lửa hay tàu điện Một ứng dụng khác nữa là để khởi động các loại động cơ xăng hay động cơ điezen loại nhỏ Tuy nhiên nó không bao giờ dùng trong các ứng dụng mà hệ thống truyền động có thể dừng (hay hỏng), như băng truyền Khi động cơ tăng tốc, dòng điện phần ứng giảm (do đó cả trường điện cũng giảm) Sự giảm trường điện này làm cho động cơ tăng tốc cho tới khi tự phá hủy chính nó Đây cũng là một vấn đề với động cơ xe lửa trong trường hợp mất liên kết, vì nó có thể đạt tốc độ cao hơn so với chế độ làm việc định mức Điều này không chỉ gây ra sự cố cho động cơ và hộp số, mà còn phá hủy nghiêm trọng đường ray

và bề mặt bánh xe vì chúng bị đốt nóng và làm lạnh quá nhanh Việc giảm từ trường trong

bộ điều khiển điện tử được ứng dụng để tăng tốc độ tối đa của các phương tiện vận tải chạy bằng điện Dạng đơn giản nhất là dùng một bộ đóng cắt và điện trở làm yếu từ

trường, một bộ điều khiển điện tử sẽ giám sát dòng điện của động cơ và sẽ chuyển mạch, đưa các điện trở suy giảm từ vào mạch khi dòng điện của động cơ giảm thấp hơn giá trị đặt trước Khi điện trở được đưa vào mạch, nó sẽ làm tăng tốc động cơ, vượt lên trên tốc

độ thông thường ở điện áp định mức Khi dòng điện tăng bộ điều khiển sẽ tách điện trở ra,

và động cơ sẽ trở về mức ngẫu lực ứng với tốc độ thấp

Một phương pháp khác thường được dùng để điều khiển tốc độ động cơ một chiều là phương pháp điều khiển theo kiểu Ward-Leonard Đây là phương pháp điều khiển động

cơ một chiều (thường là loại kích thích song song hay hỗn hợp) bằng cách sử dụng nguồn điện xoay chiều, mặc dù nó không được tiện lợi như những sơ đồ điều khiển một chiều

N guồn điện xoay chiều được dùng để quay một động cơ điện xoay chiều, thường là một động cơ cảm ứng, và động cơ này sẽ kéo một máy phát điện một chiều Điện áp ra của phần ứng máy phát một chiều này được đưa thẳng đến phần ứng của động cơ điện một chiều cần điều khiển Cuộn dây kích từ song song của cả máy phát điện và động cơ điện một chiều sẽ được kích thích độc lập qua các biến trở kích từ Có thể điều khiển tốc độ động cơ rất tốt từ tốc độ = 0 đến tốc độ cao nhất với ngẫu lực phù hợp bằng cách thay đổi dòng điện kích thích của máy phát và động cơ điện một chiều Phương pháp điều khiển này đã được xem là chuNn mực cho đến khi nó bị thay thế bằng hệ thống mạch rắn sử dụng Thyristor N ó đã tìm được chỗ đứng ở hầu hết những nơi cần điều khiển tốc độ thật tốt, từ các hệ thống thang nâng hạ người trong các hầm mỏ, cho đến những máy công nghiệm cà các cần trục điện N hược điểm chủ yếu của nó là phải cần đến ba máy điện cho một sơ đồ (có thể lên đến 5 trong các ứng dụng rất lớn vì các máy DC có thể được nhân đôi lên và điều khiển bằng các biến trở chỉnh đồng thời) Trong rất nhiều ứng dụng, hợp

bộ động cơ - máy phát điện thường được duy trì chạy không tải, để tránh mất thời gian khởi động lại

Mặc dù các hệ thống điều khiển điện tử sử dụng Thyristor đã thay thế hầu hết các hệ thống Ward Leonard cỡ nhỏ và trung bình, nhưng một số hệ thống lớn (cỡ vài trăm mã lực) vẫn còn đắc dụng Dòng điện kích từ nhỏ hơn nhiều so với dòng điện phần ứng, cho phép các Thyristor cỡ trung bình có thể điều khiển một động cơ lớn hơn rất nhiều, so với điều khiển trực tiếp Thí dụ, trong một ứng dụng, một bộ Thyristor 300 A có thể điều khiển một máy phát điện Dòng điện ngõ ra của máy phát này có thể lên đến 15.000 A, với cùng dòng này, nếu điều khiển trực tiếp bằng thyristor thì có thể rất khó khăn và giá thành cao

1.4 Các chế độ làm việc của động cơ

Công suất cơ Pcơ = Mđ.ω

Công suất điện của động cơ:

Pđ = Pcơ + ∆P

Trong đó: ∆P là tổn hao công suất

b Các chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Khởi động

Xuất phát từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều:

M)k

I = = = ÷ tương đối lớn Đối với động cơ

có công suất càng lớn thì Rư thường có giá trị càng nhỏ và dòng Inm càng lớn Điều này làm xấu chế độ chuyển mạch trong động cơ, đốt nóng mạnh động cơ và gây sụt áp lưới điện Tình trạng này càng xấu hơn nếu hệ TĐĐ thường phải mở máy, đảo chiều, hãm điện

MC

I: Động cơ II: Hãm

III: Động cơ IV: Hãm

thường xuyên như máy trục, máy cán đảo chiều, thang máy lên xuống…Vậy để đảm bảo

an toàn cho động cơ và các cơ cấu truyền động cũng như tránh ảnh hưởng xấu tới lưới điện, phải hạn chế dòng điện khi mở máy, không cho vượt quá giá trị: Imm = (1,5

÷2,5).Iđm

Phương pháp điều khiển giảm điện áp phần ứng không chỉ giúp khống chế dòng ngắn mạch ở chế độ khởi động còn hạn chế được điện áp khởi động

c Đảo chiều quay động cơ

Chiều từ lực tác dụng vào dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi đảo chiều từ thông hay đảo chiều dòng điện thì từ lực có chiều ngược lại

Vậy muốn đảo chiều quay của động cơ điện một chiều có thể thực hiện 1 trong 2 cách sau:

+ Hoặc đảo chiều từ thông (qua việc đảo chiều dòng kích từ)

+ Hoặc đảo chiều dòng điện phần ứng

Đường đặc tính cơ của động cơ khi quay thuận và quay ngược là đối xứng nhau qua gốc tọa độ (hình vẽ)

Phương pháp đảo chiều từ thông thực hiện nhẹ nhàng vì mạch từ thông có công suất nhỏ hơn mạch phần ứng Tuy vậy, vì cuộn kích từ có số vòng dây lớn, hệ số tự cảm lớn,

do đó thời gian đảo chiều tăng lên nên phương pháp này ít dùng N goài ra, dùng phương pháp đảo chiều từ thông thì khi từ thông qua trị số 0 có thể làm tốc độ tăng quá, không tốt

d Vấn dề phụ tải

Đặc tính của phụ tải cũng là vấn đề cần phải quan tâm khi điều khiển động cơ điện một chiều ở đây ta sẽ chỉ xét trường hợp phụ tải có mômen là hằng số trong toàn dải điều chỉnh và đặc tính phụ tải là tuyến tính

II TÌM HIỂU VI ĐIỀU KHIỂ PIC16F877A

PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ: PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600 Vi

điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay

2.1 Lý do sử dụng vi điều khiển PIC cho đề tài

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, AVR, ARM,

N goài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở môi trường đại học, chúng em đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công

cụ này vì các nguyên nhân sau:

- Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt N am

- Giá thành không quá đắt

- Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập

- Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051

- Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC Hiện nay tại Việt N amcũng như trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi Điều này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được

2.2.2 Sơ đồ

khối

2.3 Một vài thông số về vi điều khiển PIC16F877A

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là

20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu

368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O

là 5 với 33 pin I/O

Các đặc tính ngoại vi bao gồmcác khối chức năng sau:

• Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

• Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

• Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler

• Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung

• Các chuNn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C

• ChuNn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ

• Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển

RD, WR, CS ở bên ngoài

Các đặc tính Analog:

• 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

• Hai bộ so sánh

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

• Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần

• Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần

• Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

• Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

• N ạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit

Serial-Programming) thông qua 2 chân

• Watchdog Timer với bộ dao động trong

• Chức năng bảo mật mã chương trình

• Chế độ Sleep

• Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

III MỘT SỐ LIH KIỆ KHÁC

3.1 MOSFET IRF540

a Các chế độ dẫn mở của MOSFET

Mosfet là Transitor có hiệu ứng trường là một con điện tử có cấu tạo vỡ hoạt động khác

so với loại Transitor thông thuờng có nguyên tắc hoặt động dựa trên hiệu ứng trường lỡ linh kiện có trở kháng vào lớn dùng để khuyếch đại tín hiệu yếu và được sử dụng nhiều

trong Tivi và nguồn máy tính

Cấu tạo và kí hiệu của Mosfet

Trong các mạch điện nguyên lí Mosfet được kí hiệu như sau :

Cấu tạo của Mosfet kênh N

G gọi lỡ Gate là cực cổng và cũng là cực điều khiển

D là Drain là cực máng

S là Source là cực nguồn

Mosfet có điện trở Giữa cực G vỡ S và giữa cực G và D là vô cùng lớn Còn điện trở giữa cực

D vỡ S còn phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa G và S

Khi điện áp UGS =0 thì điện trở giữa D vá S lỡ rất lớn Khi điện áp UGS >0 do hiệu ứng từ trường làm cho điện trở DS giảm , còn điện áp GS mỡ càng lớn thì điện trở DS càng nhỏ -N guyên tắc hoạt động của mosfet

Ta cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn D vào 2 cực D và S của Mosfet Q (Phân cực thuận cho Mosfet ngược ) Ta thấy bóng đèn không sáng nghía là không có dòng điện chạy qua

DS

Khi công tắc K1 đóng nguùon UG cấp vào hai cực GS làm điện áp GS >0 thì đèn sáng Độ sáng của dèn còn phụ thuộc vào mức điện áp đưa vào cực G

Đối với kênh P thì điện áp đưa vào G là điện áp (-)

Đối với kênh N thì điện áp đưa vào G là điện áp dương

b Dải công suất của MOSFET

Công nghệ MOSFET ra đời đã cải tiến được những nhược điểm trong điều

khiển BJT Điểu khiển đóng mở MOSFET là điều khiển bằng điện áp đặt lên hai

cực, cực cổng (G - Gate) vỡ cực nguồn (S - Source) Việc điều khiển bằng điện

áp đã làm giảm được kích thước và tổn hao trong mạch điều khiển và dẫn tới khả

năng tích hợp thành vi mạch

Do sử dụng hiệu ứng trường nên MOSFET cho phép tần số chuyển mạch

khá lớn, có thể đến 100kHz Độ tuyến tính của điện áp cao do tụ kí sinh trên van

nhỏ

Tuy vậy công suất của MOSFET không cao, khả năng lỡm việc ở điện áp

cao không bằng được BJT Các MOSFET công suất lớn thường có điện áp làm

việc dưới 1kV và dòng điện cỡ vài chục Ampe

c Tổn hao và làm mát

MOSFET là van bán dẫn có tổn hao nhỏ nhất trong tất cả các van bán dẫn

có thể sử dụng ở chế độ đóng cắt Do sử dụng chuyển mạch bằng hiệu ứng