Khái niện chung về máy điện
Máy điện là thiết bị điện tử, nguyên lí làm việc dựa trên hiện tƣợng cảm ứng điện từ
Máy điện bao gồm hai thành phần chính: mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây quấn) Mạch điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng, chẳng hạn như chuyển đổi cơ năng thành điện năng trong máy phát điện, hoặc biến đổi điện năng thành cơ năng trong động cơ điện.
Máy điện là thiết bị phổ biến trong nhiều lĩnh vực kinh tế như công nghiệp và giao thông vận tải Có nhiều loại máy điện, được phân loại dựa trên các tiêu chí khác nhau như chức năng, công suất và cấu tạo.
Phân loại theo nguyên lí biến đổi năng lƣợng: máy điện tĩnh, máy điện động (quay).
Động cơ điện một chiều
1.2.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều là thiết bị điện từ quay, nó biến đổi điện năng thành cơ năng Nguyên lí làm việc dựa trên hiện tƣợng cảm ứng điện từ Đặc tính là điều chỉnh tốc độ động cơ rất tốt Vì vậy nó đƣợc dùng nhiều trong công nghiệp điều chỉnh tốc độ động cơ quay liên tục trong phạm vi rộng nhƣ máy bơm, quạt gió, máy cắt
Ngoài dây quấn xếp trong máy điện một chiều, còn tồn tại dây quấn song Các phần tử của dây quấn song được kết nối thành mạch vòng kín và thường chỉ có hai mạch nhánh song song, thường gặp ở những máy có công suất nhỏ.
- Cổ góp và chổi điện
Cổ góp là bộ phận gồm các phiến đồng được cách điện và lắp đặt theo hình trụ, nằm ở đầu trục roto Các đầu dây của phần từ được kết nối với các phiến này.
+ Chổi điện đƣợc làm bằng than grafit Các chổi tì đặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện đƣợc gắn trên nắp máy
- Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm hai phần chính:
+ Phần động (roto) a Phần tĩnh (stato)
Hay còn được gọi là phần kích từ của động cơ, là bộ phận tạo ra từ trường Nó bao gồm mạch từ và dây quấn kích từ lồng ngoài mạch từ.
- Mạch từ đƣợc làm bằng sắt từ (thép đúc và thép đặc biệt)
- Dây quấn kích từ đƣợc làm bằng dây điện từ (êmay) Các cuộn dây kích từ đƣợc nối với nhau
Hình 1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều b Phần động (phần ứng)
Phần sinh ra sức điện động bao gồm mạch từ được chế tạo từ vật liệu sắt từ, như lá thép kỹ thuật điện, được xếp chồng lên nhau Mạch từ này có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng, được làm từ dây điện từ.
Cuộn dây phần ứng bao gồm nhiều bối dây được kết nối theo quy luật nhất định, với mỗi bối dây chứa nhiều vòng dây Các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng, gọi là phiến góp Những phiến góp này được cách điện với nhau và với trục, tạo thành cổ góp hay vành góp.
Tỳ trên cổ góp là cặp chổi than, đƣợc làm bằng than grafit và đƣợc áp sát vào mặt cổ góp nhờ lò xo
1.2.2 Nguyên lí làm việc của động cơ điện một chiều Ở động cơ điện có hai nguồn năng lƣợng:
- Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh ra từ thông kích từ
- Nguồn phần ứng đƣợc đƣa vào hai chổi than để đƣa vào cổ góp của phần ứng
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều
Khi áp dụng điện áp một chiều vào hai chổi điện A và B trong dây quấn phần ứng, dòng điện sẽ được tạo ra Các thanh dẫn ab và cd có dòng điện sẽ chịu lực trong từ trường, dẫn đến việc roto quay Chiều của lực tác dụng được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.
Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí của thanh dẫn ab và cd sẽ hoán đổi cho nhau Điều này xảy ra do chiều dòng điện không thay đổi, dẫn đến lực từ tác dụng cũng giữ nguyên.
- Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động
Eƣ Chiều của sức điện động đƣợc xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động cơ
5 chiều sức điện động Eƣ ngƣợc chiều với dòng điện Iƣ nên Eƣ đƣợc gọi là sức phản điện động
- Phương trình cân bằng điện áp trong mạch vòng phần ứng u u u R I
1.2.3 Phân loại động cơ điện một chiều
Tùy theo cách kích từ động cơ điện một chiều mà người ta chia thành các loại động cơ sau:
+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lí của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
+ Động cơ điện một chiều kích từ song song
Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lí của động cơ điện một chiều kích từ song song + Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lí của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
+ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lí của động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều thể hiện mối quan hệ giữa mô men điện từ (m dt) và tốc độ góc (ω) của động cơ thông qua đồ thị Mối quan hệ này cho thấy cách mà mô men điện từ thay đổi theo tốc độ quay của động cơ, giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất và khả năng hoạt động của động cơ điện một chiều.
Phương trình cân bằng điện áp:
(1.2) Đặc tính cơ ứng với Uƣ là (1):
Hình 1.8 Phương trình đặc tính cơ
Động cơ điện một chiều có đặc tính cơ cứng, với độ cứng tự nhiên tương đối cao, giúp ổn định tốc độ tốt Khi kích thước động cơ lớn hơn, đặc tính cơ càng cứng, cho phép xây dựng hệ kín nhằm nâng cao độ cứng so với độ cứng tự nhiên.
1.2.4 Các thông số ảnh hưởng
- Phương trình đặc tính cơ điện :
- Phương trình đặc tính cơ :
Từ phương trình đặc tính trên ta thấy có 3 thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ :
Điện trở phần ứng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của động cơ Khi kết nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng, nếu Rf tăng lên, tốc độ động cơ sẽ giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mô-men ngắn mạch cũng sẽ giảm theo.
Khi điện áp phần ứng giảm, momen ngắn mạch và dòng điện ngắn mạch cũng giảm theo, dẫn đến tốc độ động cơ giảm tương ứng với một phụ tải nhất định.
+ Ảnh hưởng của từ thông: Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng kích từ I kt động cơ Khi giảm từ thông thì tốc độ động cơ tăng
1.2.5 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ song song
Với sự phát triển của công nghệ bán dẫn nhƣ hiện nay, máy điện một chiều đã trở thành một cơ cấu không thể thiếu trong truyền động điện
Từ phương trình vận tốc: 2
(1.6) ta có phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều nhƣ sau:
- Phương pháp 1: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng Đây là phương pháp điều khiển tốc độ động cơ trong lâu năm nhất
Trong phương pháp này, người ta duy trì điện áp U bằng với điện áp định mức U đm và góc phi cũng bằng góc định mức đm Đồng thời, một điện trở phụ được nối vào mạch phần ứng nhằm tăng điện trở phần ứng Điều này ảnh hưởng đến độ cứng của đường đặc tính cơ.
Ta thấy khi điện trở càng lớn thì B càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc và do đó càng mềm hơn
Khi thay đổi điện trở phụ, đặc tính cơ của động cơ cho thấy rằng với R f = 0, độ cứng tự nhiên tn đạt giá trị lớn nhất, dẫn đến đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng cao hơn so với các đường đặc tính cơ khác có điện trở phụ.
Khi thay đổi điện trở R f, ta có thể tạo ra một họ đặc tính cơ thấp hơn so với đặc tính cơ tự nhiên Đặc điểm của phương pháp này cho thấy rằng khi điện trở mạch phần ứng tăng, độ dốc của đặc tính sẽ lớn hơn, dẫn đến đặc tính cơ trở nên mềm hơn, độ ổn định tốc độ giảm và sai số tốc độ tăng Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ xuống dưới mức định mức, nhưng chỉ có thể giảm tốc độ.
Khối vi điều khiển PIC 18F4431
Khối xử lý của mạch sử dụng vi điều khiển PIC 18F4431, đóng vai trò trung tâm trong việc lưu trữ chương trình và xử lý tín hiệu đầu vào cũng như đầu ra.
PIC18F4431 là dòng khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho các ứng dụng thực tế
PIC 18F4431 thuộc họ 18Fxxx có các đặc tính sau:
PIC18F4431 là vi điều khiển họ 18FXXXX có tập lệnh có độ dài 16 bit + Mỗi một chu kỳ lệnh có chu kỳ 200ns
+ Bộ nhớ chương trình 8KB
+ Bộ nhớ dữ liệu 768 byte
+ 5 cổng A, B, C, D, E, với 36 chân xuất /nhập dữ liệu
+ PIC18F4431 hỗ trợ tốt điều khiển động cơ, nó có tới 8 kênh PWM
+ Nó cấu trúc bộ dao động ngoại linh động, có khả năng hoạt động ở tần số từ 32 KHz tới 40 KHz
+ Gồm 4 Timers ( Timers 0 , Timers 1 , Timer 2 , Timers 5)
+ Có 2 kênh capeture/ so sánh điện áp (comepare)/ điều chế độ rộng xung PWM 10 bit/CCP
+ Có 14 bit điều khiển năng lƣợng
+ có 9 kênh chuyển đổi ADC 10 bit
Bảng 1: Bảng thông số cơ bản của PIC18F4431
Loại bộ nhớ chương trình Flash
Timer 8/16 bit 1/3 Điện áp cấp vào 2-5 V
Một số tính năng khác của PIC18F4431:
- Bộ nhớ Flash có khả năng ghi xóa 100000 lần
- Bộ nhớ EEPROM có khả năng ghi độc 100000 lần, lưu trữ trên 40 năm
Ngôn ngữ lập trình cơ bản cho vi điều khiển bao gồm C và Assembly Khi lập trình cho PIC bằng ngôn ngữ C, phần mềm CCS Compiler mang lại sự thuận tiện đáng kể Với giao diện GUI thân thiện, CCS Compiler giúp lập trình viên dễ dàng khai thác các hàm ban đầu cho PIC một cách trực quan và hiệu quả.
PIC18F431 có sơ đồ chân nhƣ hình 2.1:
Hình 2.1 Vi điều khiển pic 18F4431
Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc các chân của pic 18F4431
21 Hình 2.3 sơ đồ nguyên lí của PIC 18F4431
- 40 chân đƣợc chia thành 5 port, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2 chân thạch anh và 1 chân dùng để reset vi điều khiển
Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC18F4431 bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu ( Data memory)
2.1.1.1 Bộ nhớ chương trình (Program memory)
Bộ nhớ chương trình của PIC 18F4431 sử dụng công nghệ flash với dung lượng 8K word (1 word = 16 bit), cho phép lưu trữ tối đa 8192 lệnh Bộ nhớ này được phân chia thành nhiều trang, giúp tối ưu hóa việc quản lý và truy cập dữ liệu.
Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (reset vector) Trong trường hợp có ngắt, bộ đếm chương trình sẽ chuyển đến địa chỉ 000008h và 000018h (interrupt vector) Lưu ý rằng bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình.
2.1.1.2 Bộ nhớ dữ liệu (data memory)
Bộ nhớ dữ liệu của PIC 18F4431 đƣợc chia thành 4 bank Mỗi bank có dung lƣợng 768 byte
Mỗi bank của bộ nhớ dữ liệu trên PIC 18F4431 bao gồm các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR) ở các ô địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích dùng chung (GPR) ở vùng địa chỉ còn lại Vùng nhớ của các thanh ghi GPR là nơi người dùng lưu trữ dữ liệu trong quá trình lập trình, và tất cả các biến dữ liệu đều được khai báo trong khu vực này.
Thanh ghi chức năng đặc biệt là thanh ghi mà CPU sử dụng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng tích hợp trong vi điều khiển.
Có thể phân biệt SFR thành 2 loại :
+ Thanh ghi SFR liên quan đến các chức năng bên trong (CPU)
+ Thanh ghi SRF dùng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng bên trong ( ADC, PWM )
- Một số thanh ghi chức năng đặc biệt :
Thanh ghi trạng thái lưu giữ kết quả thực hiện phép toán của khối ALU, bao gồm trạng thái reset và các bit chọn bank cần truy xuất trong bộ nhớ dữ liệu.
Thanh ghi Option_REG cho phép điều khiển chức năng pull-up của các chân trong Port B, đồng thời cũng thiết lập các thông số liên quan đến xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer 0.
Thanh ghi Intcon là thanh ghi cho phép thực hiện các thao tác đọc và ghi, bao gồm các bit điều khiển và cờ hiệu liên quan đến việc timer 0 bị tràn, cũng như các ngắt RB0/INT và ngắt interrupt-on-change tại các chân của port B.
Thanh ghi PIE1 : Chứa các bit điều khiển chi tiết các của các khối chức năng ngoại vi
Thanh ghi PIE2 chứa các bit điều khiển cho các ngắt của các khối chức năng như CCP2, SSP bus, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM.
Thanh ghi PCON : Chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ reset của vi điều khiển
2.1.1.2.2 Thanh ghi chức năng chung GPR (General purpose register)
Các thanh ghi có thể được truy xuất trực tiếp hoặc gián tiếp qua thanh ghi FSG (File Select Register) Đây là các thanh ghi dữ liệu thông thường, cho phép người dùng linh hoạt sử dụng để lưu trữ các biến số, hằng số và kết quả cần thiết cho chương trình.
Hình 2.4 Cấu trúc thanh ghi chức năng chung của PIC18F4431
Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dứ liệu mà là một vùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi
Bộ nhớ stack trong vi điều khiển 18FXXX có khả năng lưu trữ 8 địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng, trong đó giá trị thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị đầu tiên.
2.1.2 Khái quát về chức năng các Port trong PIC18F4431
Port A (RPA) có 6 chân I/O hai chiều, cho phép xuất và nhập tín hiệu Chức năng của các chân này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA tại địa chỉ 85h Để thiết lập một chân trong Port A làm đầu vào, cần "set" bit điều khiển tương ứng trong thanh ghi TRISA Quy trình này tương tự đối với các Port khác và các thanh ghi điều khiển tương ứng như TRISB cho Port B, TRISC cho Port C, TRISD cho Port D và TRISE cho Port E.
- Ngoài ra Port A còn có các chức năng quan trọng sau :
Ngõ vào analog của bộ ADC : thực hiện chức năng chuyển đổi từ analog sang digital
Ngõ vào điện thế so sánh
Ngõ vào xung clock của timer 0 trong kiến trúc phần cứng: thực hiện các nhiện vụ đếm xung thông qua timer 0
Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP ( Master Synchronous Serial Port)
- Các thanh ghi SFR liên quan đến Port A
Port A ( địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong Port A
TRISA ( địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập
CMCON ( địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh
CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp
ADCON1 ( địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh
Port B (RPB) bao gồm 8 chân I/O, với thanh ghi điều khiển xuất nhập là TRISB Một số chân của Port B được sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau Ngoài ra, Port B còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer 0, đồng thời tích hợp chức năng điện trở kéo lên có thể được điều khiển qua chương trình.
Các thanh ghi SFR liên quan đến Port B bao gồm:
+ Port B ( 06h, 106h) : Chứa giá trị các pin trong Port B
+ TRISB ( 86h, 186h) : Điều khiển xuất nhập
+ OPTION_REG ( 81h, 181h): Điều khiển ngắt ngoại vi và bộ timer 0
Port C có 8 I/0 pin thực hiện 2 chức năng input và output Thanh ghi điều khiển xuất nhập TRISC
Ngoài ra còn có các chức năng quan trọng khác:
+ Ngõ vào xung clock cho timer 1 trong kiến trúc phần cứng
+ Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình đƣợc tần số sử dụng trong điều khiển tốc độ và điều khiển động cơ
+ Tích hợp trong các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SSP, SPI, USART
Port D gồm 8 I/O pin Thanh ghi điều khiển xuất nhập là TRISD Port D cũng là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp song song PSP ( parallel slave port)
Các thanh ghi liên quan đến Port D :
+ PORT D : Chứa giá trị pin của Port D
+ TRISD : Điều khiển xuất nhập
Port E bao gồm 3 chân I/O và được điều khiển bởi thanh ghi TRISE Các chân của Port E có khả năng nhận tín hiệu analog, đồng thời cũng đóng vai trò là chân điều khiển cho giao tiếp với chuẩn PSP.
Các thanh ghi liên quan đến Port E :
+ PORT E : Chứa giá trị các chân của Port E
+ TRISE : Điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP + ADCON1 : Thanh ghi điều khiển khối ADC
PIC18F4431 gồm có 4 Timer nhƣ :
Là bộ định thời hoặc bộ đếm có những ƣu điểm :
+ Có thể lựa chon giữa 8 bit và 16 bit cho bộ định thời hoặc bộ đếm
+ Có khả năng đọc và viết
+ Có thể dùng đƣợc bên trong và bên ngoài
+ Có thể chọn cạnh xung của xung đồng hồ
+ Có thể chọn hệ số chia đầu vào
Mạch nạp
Hình 2.5 Mạch nạp PIC qua cổng COM
Hình 2.6 Mạch nạp PIC qua cổng USB Tương ứng với mạch nạp cổng COM thì sử dụng phần mềm nạp là Ưinpic
800 Mạch nạp cổng USB thì sử dụng PICKIT2 Các phần mềm này sẽ điều khiển quá trình truyền dữ liệu từ máy tính vào chip.
Khối hiển thị
Sử dụng màn hình LCD 16x2 kết nối với vi xử lý qua cổng A ở chế độ 4 bit giúp tiết kiệm 7 chân I/O, đồng thời cho phép hiển thị tốc độ động cơ và các thông số liên quan đến việc điều chỉnh hoặc cài đặt ban đầu của vi điều khiển.
- Chức năng các chân của LCD
+ Vdd (2): chân nối nguồn ở đây nguồn 5 V
+ Vee (3): chân này điều chỉnh độ tương phản của LCD
+ RS (4) : chân chọn thanh ghi (register select) Nối chân RS với logic “0” hoặc logic ”1” để chọn thanh ghi
+ R/W (5) : chân chọn chế độ đọc ghi Nối với logic “ 0” để ghi, nối với logic
+ DB0-DB7 (7-14) : 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ :
++ Chế độ 8 bit dữ liệu truyền trên 8 đường, với bít MSB là bit DB7
++ Chế độ 4 bit dữ liệu truyền trên 4 đường từ DB4- DB7, với bit MSB là bít DB7.
Mạch cầu
Mạch cầu là mạch điện có chức năng đảo chiều dòng điện qua động cơ DC, cho phép điều khiển chiều quay của động cơ Mạch này giúp dòng điện có thể dịch chuyển từ A đến B hoặc ngược lại từ B đến A, từ đó thay đổi hướng quay của động cơ.
Hiện nay, bên cạnh việc sử dụng mạch cầu thiết kế từ linh kiện rời như BJT công suất và MOSFET, còn có các mạch cầu tích hợp như L293D và L298D Đối với việc điều khiển động cơ DC có công suất nhỏ với điện áp 12 V, mạch ICL298 là lựa chọn phù hợp.
L298D là một chip tích hợp bao gồm hai mạch trong một gói 15 chân, với điện áp danh nghĩa cao hơn 50V và dòng điện danh nghĩa lớn hơn 2A Điều này khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng để điều khiển các động cơ DC có công suất nhỏ.
Hình 2.8 Sơ đồ mạch cầu L298D
Đối tƣợng điều khiển : Động cơ DC
Động cơ sử dụng trong đề tài:
Động cơ DC được trang bị encoder, một thiết bị quan trọng giúp đo tốc độ và xác định vị trí của động cơ.
Encoder là cảm biến vị trí cung cấp thông tin về góc quay dưới dạng số mà không cần bộ ADC Khi đo tốc độ động cơ, encoder tạo ra các xung vuông có tần số thay đổi tùy thuộc vào tốc độ động cơ Các xung này được đưa vào bộ vi xử lý để đếm trong khoảng thời gian nhất định, từ đó tính toán giá trị vận tốc của động cơ Phương pháp này cũng được sử dụng để ổn định tốc độ động cơ và điều khiển tốc độ hoạt động.
Các thông số của động cơ nhƣ sau:
+ điện áp DC cấp cho động cơ 24 VDC
+ Tốc độ động cơ 3800 vòng /phút
+ Số xung của encoder 200 xung/vòng
- Động cơ có tất cả 5 dây:
+ 2 dây cung cấp nguồn 12V cho động cơ
+ 2 dây cung cấp nguồn cho encoder
+ 1 dây tín hiệu đƣa xung encoder ra ngoài
- Phương pháp điều khiển: thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp cấp vào cho động cơ
- Nguyên lí hoạt động của encoder:
Nguyên lý hoạt động của encoder dựa trên một đĩa tròn xoay quanh trục, có chứa các lỗ (rãnh) trên bề mặt Khi đĩa quay, một đèn LED chiếu sáng vào đĩa; tại những vị trí không có lỗ, ánh sáng không thể xuyên qua, trong khi ở những vị trí có lỗ, ánh sáng sẽ đi qua Phía bên kia của đĩa, một cảm biến thu nhận ánh sáng sẽ ghi nhận tín hiệu có hoặc không có ánh sáng Số lượng xung được đếm tương ứng với số lần ánh sáng bị cắt, từ đó xác định được vị trí và chuyển động của đĩa.
Encoder tạo ra tín hiệu xung vuông được cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ, với tần số đầu ra phụ thuộc vào tốc độ quay của tấm tròn Đối với encoder đang sử dụng, nó cung cấp hai tín hiệu ra lệch pha 90 độ, cho phép xác định chiều quay của động cơ.
Động cơ sử dụng encoder với 2 kênh xung A và B có thông số 200 xung/vòng, và để nâng cao độ phân giải lên 800 xung/vòng, ta cần thực hiện tính toán cho encoder Khi động cơ hoạt động với tốc độ 3800 vòng/phút ở điện áp 24 VDC, tần số tối đa của encoder sẽ được xác định dựa trên các thông số này.
Phần mềm thực hiện chương trình
2.6.1 Phần mềm CCS lập trình cho PIC
2.6.1.1 Tổng quan về CCS a Tác dụng của CCS so với các phần mềm lập trình khác
Sự phát triển của vi điều khiển đã kéo theo nhu cầu lập trình ứng dụng phù hợp, vì vi điều khiển chỉ hoạt động với hai giá trị 0 và 1 Ban đầu, lập trình cho vi điều khiển chủ yếu dựa vào các dãy số nhị phân, nhưng khi kiến trúc vi điều khiển trở nên phức tạp hơn với nhiều thanh ghi lệnh, phương pháp lập trình này đã không còn hiệu quả.
Ngôn ngữ lập trình Assembly đã từng được sử dụng rộng rãi, nhưng với sự ra đời của ngôn ngữ C, nhu cầu chuyển đổi sang C để mô tả các lệnh lập trình cho vi điều khiển một cách ngắn gọn và dễ hiểu hơn đã xuất hiện Điều này dẫn đến sự phát triển của nhiều công cụ biên dịch C cho vi điều khiển như KeilC, HT-PIC, MikroC và CCS Trong số đó, tôi chọn CCS vì đây là một công cụ lập trình C mạnh mẽ dành cho vi điều khiển PIC Dưới đây là những ưu điểm và nhược điểm của CCS.
CCS là trình biên dịch ngôn ngữ C dành cho vi điều khiển PIC của Microchip, bao gồm ba trình biên dịch riêng biệt cho ba dòng PIC khác nhau.
+ PCB cho dòng PIC 12 bit opcodes
+ PCMcho dòng PIC 14 bit opcodes
+ PCH cho dòng PIC 18 bit opcodes
Trình biên dịch CCS, phiên bản mới nhất là PCWH Compiler Ver3, tích hợp cả trình soạn thảo và biên dịch, giúp người dùng dễ dàng làm quen với vi điều khiển PIC Giống như nhiều trình biên dịch C khác cho PIC, CCS cho phép thực hiện các chương trình điều khiển một cách nhanh chóng và hiệu quả thông qua ngôn ngữ lập trình C cấp cao.
Tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm rất phong phú, nhưng bản Help đi kèm là chi tiết nhất, cung cấp thông tin về hằng, biến, chỉ thị tiền xử lý, cấu trúc câu lệnh và các hàm sẵn có Ngoài ra, có bản dịch tiếng Việt của tác giả Trần Xuân Trường, SVK2001 DHBKHCM, dựa trên bản Help của CCS Mặc dù chưa đầy đủ, tài liệu này vẫn rất hữu ích cho những ai muốn tìm hiểu về PIC và CCS.
2.6.1.2 Tạo PROJECT đầu tiên trong CCS Để tạo một project trong CCS có nhiều cách, có thể dùng Project Wizard, Manual Creat, hay đơn giản là tạo một Files mới và them vào đó các khai thác ban đầu cần thiết và bắt buộc Dưới đây ta trình bày một Project hợp lệ theo cả 3 phương pháp Một điều ta cần chú ý khi tạo một Project là : Khi tạo bất cứ một Project nào mới thì ta tạo nên một thƣ mục mới với tên liên quan đến Project ta định làm, rồi lưu các files vào đó
Khi lập trình và biên dịch với CCS, nhiều file khác nhau sẽ được tạo ra, vì vậy việc tổ chức các Project trong một thư mục riêng biệt sẽ giúp tiết kiệm thời gian tìm kiếm sau này Đây là quy tắc chung khi làm việc với bất kỳ phần mềm nào, bao gồm thiết kế mạch và lập trình Bước đầu tiên là khởi động máy tính và mở chương trình PIC Compiler, sau đó tạo một PROJECT mới bằng cách sử dụng PIC Wizard.
Trước hết bạn khởi động chương trình làm việc PIC C Compiler Từ giao diện chương trình bạn di chuột chọn Project- New – PIC Wizard nhấn nút trái chuột chọn
Sau khi nhấn chuột, một cửa sổ sẽ xuất hiện yêu cầu bạn nhập tên tệp cần tạo Bạn cần tạo một thư mục mới, truy cập vào thư mục đó và lưu tên tệp mà bạn muốn tạo tại đây.
Các giao tiếp nối tiếp mà một con PIC thường hỗ trợ bao gồm RS232 và I2C Bên cạnh đó, có nhiều tùy chọn để thiết lập chế độ hoạt động cho từng loại giao tiếp này.
Mỗi vi điều khiển PIC đều hỗ trợ một cổng truyền thông RS232 chuẩn, cho phép người dùng lựa chọn các chân Rx, Tx, tốc độ Baud, số bit dữ liệu và bit Parity.
Để sử dụng giao tiếp I2C, bạn cần chọn nút "Use I2C", sau đó sẽ có các tùy chọn như chân SDA, SCL, tốc độ truyền (Fast hoặc Slow), chế độ Master hoặc Slave, và địa chỉ cho Slave.
2.6.2.3 Ví dụ về một chương trình viết trên ngôn ngữ CCS:
// Đây là chú thích chương trình
//Bắt đầu các chỉ thị tiền xử lý của chương trình
#include // cho file định nghĩa thiết bị 18f4431.h vào chương trình
#fuses HS,NOLVP,NOWDT// Cấu hình cho vi điều khiển PIC
#use delay (clock 000000) // dùng thạch anh tần số 20MHz
ByteconstMAP[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x9 0};
//==========================================//==========================================// Bắt đầu chương trình con hiển thị void display(int n)
Trong đoạn mã này, biến `b` được khai báo và gán giá trị từ mảng `MAP` dựa trên chỉ số `n/10` Nếu kết quả của phép chia là 0, `b` sẽ được gán giá trị 0xff Sau đó, hàm `output_b(b)` được sử dụng để xuất giá trị ra cổng B Tiếp theo, chân RA4 được đưa xuống mức thấp bằng hàm `output_low(PIN_A4)`, sau đó tạo độ trễ 2 ms trước khi đưa chân RA4 lên mức cao Cuối cùng, giá trị từ `MAP` theo chỉ số `n%10` được xuất ra cổng B, và chân RA5 cũng được điều khiển tương tự với độ trễ 2 ms.
// Kết thúc chương trình con hiển thị
//===========================================// Bắt đầu chương trình chính
// Đây là nơi vi điều khiển bắt đầu chạy lệnh
{ for (i=0;i