Thiết kế chế tạo robot tự động dò line

Mu ̣c đích đề tài: Đề tài“Thiết kế, chế tạo robot tự động dò line” nhằm mục đích làm cho robot tự động 1 thực hiện các công việc sau:  Khi Thẻ đã được đặt vào trong Hộp đựng thẻ hoà

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM



ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT

TỰ ĐỘNG DỊ LINE

MÃ SỐ: T2012-09

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT

NGƯỜI CHỦ TRÌ : Võ Văn Triều

ĐƠN VỊ : KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

TP HỒ CHÍ MINH – 10/2012

Phần II : GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I Mục đích Đề Tài 3

II Phương pháp nghiên cứu 3

III Giớ i ha ̣n Đề Tài 4

IV Nội dung 4

Chương I:Cấu trúc của vùng thi đấu và các tiêu chuẩn 5

Chương II: Các lý thuyết liên quan 17

Chương III: Thiết kế Và Thi công 43

Chương trình 47

Phấn III: KẾT LUẬN I Kết luâ ̣n Đề tài 81

II Hướ ng phát triển Đề tài 81

Tài liê ̣u tham khảo 82

PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ

I Đới tươ ̣ng nghiên cứu:

Hiện nay là thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, các nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm của mình trên các băng chuyền hiện đại, sản phẩm xuất ra rất nhanh và nhiều, đờng thời các cơng viê ̣c ở những nơi nguy hiểm(ở những nơi có khí

đơ ̣c,ở những nơi quá cao hoă ̣c quá sâu) mà con người khơng thể làm viê ̣c trực tiếp Vì vậy mà Robot ra đời để thay mợt sớ vi ̣ trí của con người Có nhiều cách để điều khiển Robot như dùng PLC, các dòng VĐK…

Nhưng dùng PLC điều khiển Robot thì chi phí rất cao so với các dòng VĐK Chính vì những lý do này mà Nhóm thực hiện đề tài đã chọn đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT TỰ ĐỘNG DỊ LINE

II.Ti ̀nh hình nghiên cứu trong và ngoài nước:

Robot di chuyển theo hành trình đi ̣nh trước đã được sinh viên các trường đại học nghiên cứu và chế tạo, tuy nhiên mức độ nghiên cứu chỉ dừng lại ở phạm vi lý thuyết hay mơ hình mang tính giản đơn Các Robot này chỉ hoạt động theo nguyên lí của một Robot tự đơ ̣ng Nhưng kết quả vẫn cịn nhiều thiếu sĩt Ví dụ như Robot chưa thể hồn thành cơng việc được giao, việc di chuyển của Robot đến các tọa độ cịn chưa chính xác

Một số nguyên nhân dẫn đến kết quả trên:

- Cơng nghệ chế tạo mang tính truyền thống, các bộ phận di chuyển của Robot cịn chưa cĩ sự kiểm sốt của chương trình điều khiển Vẫn cịn sử dụng phương pháp điều khiển mang nặng về cảm tính

- Kinh phí đầu tư cho các cơng trình nghiên cứa cịn chưa cao Nên dẫn đến việc đầu tư cho cơng nghệ trong quá trình chế tạo Robot cịn thơ sơ

- Bên cạnh đĩ cũng cĩ một số đề nghiên cứu về lĩnh vực này, đã cĩ nghững thành cơng bước đầu Ví dụ như đề tài chế tạo Robot OMINO do ĐH Bách Khoa TP.HCM nghiên cứu chế tạo, hay robocar do ĐH Bách Khoa Hà Nội chế tạo ứng dụng trong chống phĩng xạ và dịch bệnh.Tuy nhiên chỉ cịn dưới dạng mơ hình và kinh phí cũng khá cao

Tình hình ngồi nước

Robot cũng không có khả năng tự tránh được vật cản cố định hay di chuyển

Để hoàn thành được nhiêm vụ người sử dụng phải chỉ cho Robot cách di chuyển để tránh được vật cản trong qúa trình đi đến đích

PHẦN 2

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I Mu ̣c đích đề tài:

Đề tài“Thiết kế, chế tạo robot tự động dò line” nhằm mục đích làm cho robot tự động 1 thực hiện các công việc sau:

 Khi Thẻ đã được đặt vào trong Hộp đựng thẻ hoàn toàn, robot tự động dò line có thể bắt đầu di chuyển bằng cách tự kích hoạt hay bằng cách nhấn một nút duy nhất sau khi có tín hiệu từ trọng tài robot tự động dò line có thể lấy Giỏ từ vùng chung và đặt

nó ở bất cứ nơi nào trong vùng dành cho Robot bằng tay Hoặc robot tự động dò line

có thể xuất phát trễ hơn tùy thuộc vào chiến thuật của từng đội Nhiệm vụ đặt Giỏ vào vùng Robot bằng tay sẽ được xem như hoàn thành khi Giỏ được đặt trong vùng Robot bằng tay và tự đứng được trên cái đế của nó; điều đó có nghĩa là không có bất kì sự tiếp xúc nào giữa Giỏ với robot tự động dò line và Robot bằng tay

 robot tự động dò line mang Robot thu thập băng qua Cầu và hướng về phía Vùng trung chuyển 2 hoặc Vùng trung chuyển 3 (Loading Area3)

 robot tự động dò line phải thả Robot thu thập trong Vùng trung chuyển 2 (Loading Area 2) hay Vùng trung chuyển 3 Robot thu thập khôngđược chạm vào sân thi đấu trước khi được thả xuống trong Vùng trung chuyển 2 hoặc Vùng trung chuyển 3

II Phương pháp nghiên cứu

Hai phương pháp chính được Nhóm thực hiện đề tài sử dụng để nghiên cứu đề tài này: Phương pháp tham khảo tài liệu và Phương pháp thực nghiệm

- Tham khảo tài liệu

Hướng nghiên cứu của đề tài dần dần nảy sinh từ việc thu thập tài liệu và xử lí tài liệu thu thập được Các tài liệu tham khảo chủ yếu từ những giáo trình vi xử lý, những đề tài nghiên cứu khoa học có liên quan, tài liệu về ATMEGA32, CCS,Codevision…

Chương I: Các Lý Thuyết Liên Quan

I Cấu trúc của vùng thi đấu và các tiêu chuẩn

1 Sân thi đấu có kích thước 13x13m và được bao quanh bởi các hàng rào gỗ cao 100mm

và dày 50mm Các hàng rào này sẽ được bắt chặt xuống sân bằng ốc Sân thi đấu sẽ được chia đều cho hai đội và ngăn cách bởi một hàng rào gỗ cao 100mm, dày 50mm Hai đội thi đấu sẽ

có hai màu Xanh và Đỏ

Sân thi đấu bao gồm vùng cho Manual Robot, Automatic Robot và Starting Points, Restarting Points, Loading Areas, Common Zone và Island Các kí hiệu tương ứng cho từng vùng theo thứ tự là A, C, M, L1, L2, L3, S1 và S2 Và các kí tự này không cần phải được vẽ trên sân thi đấu thực tế

Hình 1.1: Hình dạng của vùng thi đấu

Hình 1.2: Kích thước của vùng thi đấu

2 Vùng Robot bằng tay và vùng Robot tự động

Các đường màu trắng có bề rộng 30mm được dán trên phần nền của vùng Robot tự động Mỗi cạnh của ô vuông nằm trong đường màu trắng có kích thước là 470mm Hàng rào gỗ cao 100mm và dày nhất là 50mm sẽ được dùng để ngăn cách giữa vùng robot bằng tay với vùng robot tự động

Hình 1.3 Kích thước của vùng thi đấu (mặt bên)

 Các khu vực xuất phát (Starting points)

 Robot bằng tay phải xuất phát trong khu vực xuất phát cho Robot bằng tay (M)

 Robot thu thập phải được đặt trong khu vực xuất phát cho Robot thu thập và được nâng lên bởi Robot bằng tay (C)

 Robot tự động phải xuất phát trong khu vực xuất phát cho Robot tự động (A)

 Vùng chung (common zone)

Vùng chung là một hình hộp chữ nhật có chiều cao 100mm, rộng 500mm và dài 1985mm được sơn màu vàng Hai lỗ hình tròn dày 12mm và đường kính 452mm được khoét trên bề mặt của vùng chung Hai cái giỏ được đặt vào hai lỗ tròn đó trước khi trận đấu bắt đầu Mỗi đội chỉ có thể lấy một cái giỏ từ vùng chung

Hình 1.4: Vùng chung

3 Giỏ (đựng quà) (The Basket)

Hai cái giỏ được đặt tại hai lỗ tròn trên vùng chung Giỏ có cấu tạo gồm ba phần: phần giỏ có đường kính 450mm và cao 400mm được làm từ tấm HIPS(475) và lưới nhựa hoặc lưới nylon, phần đế có đường kính 450mm làm từ HIPS (475), và phần hình trụ đường kính 80mm và cao 388mm làm từ ống nhựa PVC Khối lượng của giỏ là 2.85kg

Tầng đỉnh: Có 2 Bánh bao (Một cho đội xanh và một cho đội đỏ)

Tầng giữa : Có 6 Bánh bao (3 Bánh bao cho mỗi đội)

Tầng thấp nhất : Có 8 Bánh bao (4 Bánh bao cho mỗi đội)

 Khối lượng và kích thước của các Bánh bao

Bánh bao tầng đỉnh: 105gm, đường kính 200mm, cao 150mm

Bánh bao tầng giữa và tầng thấp nhất : 47gm, đường kính 150mm, cao 100mm

Tầng thấp nhất : 500mm

Đế của Tháp Bánh bao cao 497mm tính từ bề mặt của Đảo đến đáy của của Tầng thấp nhất

Vị trí của hình trụ được cố định bằng cách xuyên qua tâm của ba cái khuyên tròn ở mỗi tầng của tháp hình nón

Hình 1.7 Sơ đồ bố trí bánh bao của tháp bánh bao

 Góc đặt của các Bánh bao trong một tầng sẽ khác với các Bánh bao trong các tầng khác

5 Đảo (Island)

2.8.1 Đảo là một vùng được nâng lên cao 400mm, độ rộng 3.030mm và dài 3.050mm

Nó được chia đều ra cho cả hai đội xanh và đỏ Mỗi phần sẽ bao gồm một nửa kích thước của Tháp Bánh bao và một rãnh tròn khoét tại góc, nơi sẽ đặt giỏ quà, có độ sâu 12mm và đường kính 500mm Một giỏ quà sẽ được đặt tại Vùng đựng giỏ quà của Đảo bởi Robot bằng tay

Hình 1.8 Island

6 Vùng trung chuyển (Loading areas)

Vùng trung chuyển 1 (L1) được đặt trên vùng Robot bằng tay và nằm gần vùng xuất phát của Robot tự động với chiều dài 1.965mm và rộng 1.520mm

Hình 1.9 Vùng L1

Một Đường hầm được đặt tại vùng robot bằng tay Kích thước bên trong của Đường hầm dài 2.040mm, rộng 1.200mm và cao nhất là 1.600mm Mái của Đường hầm là dạng cong (Hình 7)

Hình 1.12 Đường hầm

cho mỗi đội Từng trận đấu mỗi đội sẽ gửi bản mềm (softcopies) của nhãn thẻ cho tổ chức chủ nhà sau khi người đại diện của mỗi đội đã xác nhận Chi tiết sẽ được cung cấp sau

Hình 1.15 : Trạm thẻ

10 Cầu (Bridge)

Cầu được đặt trong Vùng robot tự động Nó có hình thang ba chiều với độ dài 3.500mm và

Hình 1.16: Cầu

11 Chướng ngại vật (Obstructions)

Các chướng ngại vật bằng gỗ cao 100mm và dày 50mm được đặt ở Vùng robot bằng tay và Vùng robot tự động

Các Robot phải di chuyển qua các các chướng ngại vật theo đường Zigzag

II Các lý thuyết liên quan

1.1 Sơ lược về ATMEGA32 và các thanh ghi liên quan

Atmega32 là bộ vi điều khiển CMOS 8 bit tiêu thụ điện năng thấp dựa trên kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer) Vào ra Analog-digital và ngược lại Với công nghệ này cho phép các lệnh thực thi chỉ trong một chu kì xung nhịp, vì thế tốc độ xử lý dữ liệu có thể đạt đến 1 triệu lệnh trên giây ở tần số 1 Mhz Vi điều khiển này cho phép người thiết kế có thể tối ưu hoá chế độ độ tiêu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí

1.1.1 Sơ đồ khối:

Hình 1.1:sơ đồ khối của Atmega32 Atmega32 có tập lệnh phong phú về số lượng với 32 thanh ghi làm việc đa năng Toàn bộ 32 thanh ghi đều được nối trực tiếp với ALU (Arithmetic Logic Unit), cho phép truy cập 2 thanh ghi độc lập bằng một chu kì xung nhịp Kiến trúc đạt được có tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển dạng CISC (Complex Intruction Set Computer) thông thường

Khi sử dụng vi điều khiển Atmega16, có rất nhiều phần mềm được dùng để lập trình bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau đó là: Trình dịch Assembly như AVR studio của Atmel, Trình dịch

C như win AVR, CodeVisionAVR C, ICCAVR C - CMPPILER của GNU… Trình dịch C đã được nhiều người dụng và đánh giá tương đối mạnh, dễ tiếp cận đối với những người bắt đầu tìm hiểu AVR, đó là trình dịch CodeVisionAVR C Phần mềm này hỗ trợ nhiều ứng dụng và

có nhiều hàm có sẵn nên việc lập trình tốt hơn

Sơ đồ chân Atmega32:

Hình 1.2:sơ đồ chân của Atmega32

1.1.2 Ca ́ c Port I/O của AVR, đi ̣nh cấu hình ở các chân

Tất cả các Port của AVR đều có các hàm Read- Modify- Write khi sử dụng các Port I/O thông thường Điều này có nghĩa trực tiếp đến một Port có thể thay đổi không lường trước, thay đổi trực tiếp của bất kỳ chân nào với những chỉ dẫn SBI và CBI Cùng ứng dụng khi thay đổi điều khiển (nếu định cấu hình tương tự đầu ra) hay enable / disable sự tăng giá trị trên những điện trở (nếu định cấu hình tương tự như đầu vào) Trình điều khiển chân đủ mạnh để điều khiển hiển thị led trực tiếp Tất cả các chân có thể được chọn lựa riêng lẻ tăng điện trở lên với chế độ điện áp không đổi cho điện trở

3 địa chỉ bộ nhớ I/O được cấp phát cho mỗi Port, mỗi từng cái cho bộ thanh ghi dữ liệu Portx, thanh ghi điều khiển dữ liệu DDRx và chân Port vào PINx Những chân ngõ nhập được định

vị I/O chỉ đọc , trong khi thanh ghi dữ liệu và thanh ghi điều khiển dữ liệu là đọc/ ghi

Những Port có 2 hướng I/O với sự lựa chọn tăng lên từ bên trong

A Định cấu hình cho các chân

- Với mỗi chân đồng nhất của 3 thanh ghi bits : DDxn, Portxn và PINxn

Những bit của DDxn được truy cập tại địa chỉ I/O của DDRx, Portxn tại địa chỉ

I/O củaPortx, PINxn tại địa chỉ I/O của PINx

- Bit DDxn của thanh ghi DDRx được lựa chọn trực tiêp trong chân này Nếu DDxn được ghi theo logic 1, Pxn được định dạng như một Port ra Còn nếu

ghi theo logic 0, Pxn được định dạng như một Port vào

Nếu Portxn được ghi theo logic 0 khi chân được thiết lập tương tự như một đầu vào sẽ đẩy điện trở lên cao Switch đẩy điện trở về 0 Portxn có thể ghi chế độ logic 0 hoặc chân có thể được định dạng như một chân đầu ra Port các chân gồm 3 trạng thái khi Reset điều kiện hoạt động, thậm chí nếu không có xung đồng hồ chạy

- Nếu Portxn được ghi ở chế độ logic 1 khi chân được định dạng như một đầu ra, chân Port này được điều khiển ở chế độ cao Nếu Portxn được ghi ở chế

độ logic thấp (chế độ 0) khi chân được định dạng như một đầu ra, điều khiển

Port là chế độ thấp (chế độ 0)

Hình 1.3:Port số I/O

Bảng 2 : Các định dạng chân

Đọc các giá trị chân

Hình 1.4: đồng bộ khi đọc một giá trị chân ngoài ứng dụng

Xem xét xung đồng hồ giai đoạn bắt đầu ngắn sau khi cạnh đầu tiên xuống trong hệ thống xung đồng hồ Chốt được đóng khi xung thấp, và tiếp tục di chuyển khi xung đồng hồ cao Tín hiệu sẽ đóng khi hệ thống xung xuống thấp Nó được tính vào trong thanh ghi PINxn tại cạnh xung.Như chỉ báo của 2 giá trị tpd,max và tpd,vaft Một sự chuyển đổi tín hiệu đơn trên chân sẽ được là chậm một khoảng thời gian ở giữa ½ và 1 ½ hệ thống xung đồng hồ xung xác nhận

Hình 1.5: Đồng bộ hóa khi đọc một phần mềm gán giá trị chân

B Cho phép ngõ vào số và các chế độ ngủ

- Tín hiệu vào số có thể bị đưa xuống đất tại ngõ vào của Schmitt-trigger Tín hiệu chỉ SLEEP trong được lập bởi MCU Sleep Controller trong chế độ Power down, Power-save mode, Standby mode và Extended Standby để tránh tiêu thụ nguồn Nếu một vài ngõ và tín hiệu là thả trôi hoặc có một mức tín hiệu Analog đóng Vcc/2

- SLEEP được ghi đè cho các chân Port cho phép nhu các chân ngắt ngoài(External Interrupt) Nếu các yêu cầu ngắt ngoài không cho phép, SLEEP hoạt động chỉ cho các chân Nếu ở mức logic 1 chân Asynchronous External Interrupt định dạng như ngắt trên cạnh lên, cạnh xuống hoắc bất kỳ mức logic thay đổi trên chân trong khi ngắt ngoài không cho phép Tương ứng cờ External Interrupt Flag sẽ được lập khi phục hồi lại từ các chế độ ngủ

- Nếu một số chân không sử dụng, nó sẽ được phó cho các chân có định nghĩa mức Ngay cả khi ngõ vào số bị vô hiệu hóa trong các chế độ ngủ Cách đơn giản nhất để hoàn toàn định nghĩa mức của các chân không sử dụng là sẽ cho phép pull-up trong Trong trường hợp này pull-up sẽ vô hiệu hóa reset đang diễn ra Nối trực tiếp các chân không dung xuống đất không được khuyến khích

C Chức năng thay đổi Port

Đa số những Port chân có những hàm luân phiên thêm vào trong các Port số I/Os thông thường Những tín hiệu quan trọng hơn hết có thể không hiện hữu trong các Port

Hình 1.6: các chức năng chuyển đổi Port

D Các chức năng chuyển đổi của ca ́ c Port PORTA:

Port A có chức năng thay đổi tương tự như ngõ vào tín hiệu cho ADC

Bảng 4 : các chân chức năng chuyển đổi

Bảng 5 : những tín hiệu quan trọng cho các chức năng chuyển đổi ở các chân PA7…4

Bảng 6 : những tín hiệu quan trọng cho các chức năng chuyển đổi ở các chân

PA3…0

up có thể vẫn bị điều khiểu bởi bit PORTB7

- MISO – Port B, Bit 6

MISO: ngõ vào Master Data, chân ngõ ra Slave Data cho kênh SPI Khi SPI cho phép như Master, chân này được định dạng như một ngõ vào mà không quan tâm đế lập bit của DDB6 Khi SPI cho phép như Slave, hướng dữ liệu của chân được điều khiển bởi DDB6 Khi chân bị bắt buộc bởi SPI như một ngõ vào, pull-

up có thể vẫn bị điều khiểu bởi bit PORTB6

- MOSI – Port B, Bit 5

MOSI: ngõ ra SPI Master Data, ngõ vào Slave Data cho kênh SPI Khi SPI cho phép như Slave, chân này được định dạng như một ngõ vào mà không quan tâm

đế lập bit của DDB5 Khi SPI cho phép như Master, hướng dữ liệu của chân được điều khiển bởi DDB5 Khi chân bị bắt buộc bởi SPI như một ngõ vào, pull-

up có thể vẫn bị điều khiểu bởi bit PORTB5

- SS – Port B, Bit 4

SS: ngõ vào Slave Select Khi SPI cho phép như Slave, chân này được định dạng như một ngõ vào mà không quan tâm đế lập bit của DDB4 Như Slave, SPI hoạt động khi chân này điều khiển thấp Khi SPI cho phép như Master, hướng dữ

ngõ ra (DDB3 lập 1) để phục vụ cho chức năng này Chân OC0 là chân ngõ ra cho chức năng chế độ bộ định thời PWM

- AIN0/INT2 – Port B, Bit 2

AIN0, ngõ vào Analog Comparator Positive Định dạng chân Port như một ngõ vào với pull-up trong tắt để tránh chức năng port digital quấy rầy với chức năng của bộ so sánh Analog

INT2, External Interrupt Source 2: chân PB2 có thể phục vụ như một nguồn ngắt ngoài cho MCU

- T1 – Port B, Bit 1

T1, Timer/Counter1 Counter Source

- T0/XCK – Port B, Bit 0

T0, Timer/Counter0 Counter Source

XCK, USART External Clock Thanh ghi Data Direction Register (DDB0) điều khiển xung ngõ ra (DDB0 lập) hoặc ngõ vào (xóa DDB0) Chân XCK hoạt động khi USART hoạt động trong chế độ đồng bộ

Bảng 8 và bảng 9 liên hệ những hàm chuyển đổi của Port B SPI MSTR INPUT và SPI

SLAVE OUTPUT tạo thành tín hiệu MISO trong khi MOSI phân thành SPI MSTR OUTPUT

và SPI SLAVE INPUT

Bảng 8 : Các hàm chuyển đổi tín hiệu quan trọng từ chân PB7…PB4

Bảng 9 : Các hàm chuyển đổi tín hiệu quan trọng từ chân PB3…PB0

PORT C:

Nếu giao diện JTAG được enable, sự kéo lên các điện trở trên các chân PC5(TDI), PC3(TMS)

và PC2(TCK) sẽ được hoạt động ngay cả khi Reset

Bảng 10 : Port C với các hàm chuyển đổi

- TOSC2 – Port C, Bit 7

TOSC2, Timer Oscillator chân 2: Khi bit AS2 trong ASSR được lập (1) cho phép bất đồng bộ xung của Timer/Counter2, chân PC7 không nối với Port và trở thanh ngõ ra của bộ tạo dao động khuếch đại Oscillator Trong chế độ này, bộ tạo dao động thạch anh không nối tới chân và chân không thể sử dụng như một chân I/O

này không thể sử dụng như chân I/O

- TDO – Port C, Bit 4

TDO, JTAG Test Data Out: ngõ ra tuần tự dữ liệu thay đổi trong thanh ghi Instruction Register và Data Register Khi giao tiếp JTAG được cho phép chân này không thể sử dụng như chân I/O

Chân TD0 có 3 trạng thái trừ trạng thái TAP có thể thay đổi ra dữ liệu hoàn toàn

- SDA – Port C, Bit

SDA, Two-wire Serial Interface Data: Khi bit TWEN được lập (1) cho phép Two-wire Serial Interface, chân PC1 không nối từ port và Serial Data I/O và Two-wire Serial Interface Data Trong chế độ này một bộ lọc xung nhọn trên chân sẽ bị thu những xung ngắn hơn 50ns trên tín hiệu vào và chân được điều khiển bở một sự giảm điều khiển Slew-rate

- SCL – Port C, Bit 0

SCL, Two-wire Serial Interface Clock: Khi bit TWEN được lập (1) cho phép Two-wire Serial Interface Chân PC0 không nối từ Port và trở thành chân Serual Clock I/O cho Two-wire Serial Interface Trong chế độ này một bộ lọc xung nhọn trên chân sẽ bị thu những xung ngắn hơn 50ns trên tín hiệu vào và chân được điều khiển bở một sự giảm điều khiển Slew-rate Khi chân này được sử dụng bởi Two-wire Serial Interface, pull-up có thể vẫn bị điều khiển bởi bit PORTCO

PORT D:

Bảng 11 : những hàm chuyển đổi tín hiệu cho Port D

Các chân chuyển đổi được định dạng theo:

- OC2 – Port D, Bit 7

OC2, ngõ ra Timer/Counter2 Output Compare Match : Chân PD7 có thể phục vụ như một ngắt ngoài cho Timer/Counter2 Output Compare Chân có thể bị định dạng như một ngõ ra (DDD7 là 1) phục vụ cho chức năng này Chân OC2 chỉ là chân ngõ ra cho chế độ chức năng bộ định thời PWM

- ICP1 – Port D, Bit 6

ICP1 – Input Capture Pin: chân PD6 có thể hoạt động như một chân Input Capture cho Timer/Counter1

- OC1A – Port D, Bit 5

OC1A, ngõ ra Output Compare Match: Chân PD5 có thể phục vụ như một ngắt ngoài cho Timer/Counter2 Output Compare A Chân có thể bị định dạng như một ngõ ra (DDD5 là 1) phục vụ cho chức năng này Chân OC2 chỉ là chân ngõ

ra cho chế độ chức năng bộ định thời PWM

- OC1B – Port D, Bit 4

OC1B, ngõ ra Output Compare Match B: Chân PD4 có thể phục vụ như một ngắt ngoài cho Timer/Counter2 Output Compare B Chân có thể bị định dạng như một ngõ ra (DDD4 là 1) phục vụ cho chức năng này Chân OC2 chỉ là chân ngõ ra cho chế độ chức năng bộ định thời PWM

- INT1 – Port D, Bit 3

INT1, External Interrupt Source 1: Chân PD3 có thể phục vụ như một nguồn ngắt ngoài

- INT0 – Port D, Bit 2

Khi USART bắt buộc chân này như một ngõ vào, pull-up có thể vẫn bị điều

khiển bởi bit PORTD0

16 bit Bộ định thời/ bộ đếm 1 và các thanh ghi liên quan

Đơn vị Timer/Counter 16 bit Enable tính toán thời gian thực thi Process chính xác (quản lý sự kiện), sự phát sinh ngắt và phép đo tính toán thời gian tín hiệu Những đặc tính chính là:

- 16 bit thiết kế, hai ngõ ra so sánh đơn vị độc lập, hai bộ đệm ngõ ra so sánh các thanh ghi, một ngõ vào bắt đơn vị, ngõ vào bắt nhiễu, xóa Timer trên

so sánh trùng khớp (tự động đưa ra), sự vọt tăng, bộ điều biến độ rộng xung (PWM), giai đoạn biến số PWM, tần số phát ra, counter sự kiện ngoài, bốn gắt độc lập (TOV1, OCF1A, OCF1B, and ICF1)

Hình 1.7: Sơ đồ 16 bit Timer/Counter

Timer/Counter (TCNT1), thanh ghi so sánh ngõ ra (OCR1A/B) và thanh ghi thanh ghi bắt giữ ngõ vào tất cả đều là những thanh ghi 16 bit Những thủ tục đặc biệt phải đi theo khi truy nhập thanh ghi 16 bit Các thanh ghi Timer/Counter (TCCR1A/B) là những thanh ghi 8 bit và không có CPU hạn chế truy nhập Các yêu cầu tín hiệu ngắt được tham khảo trong thanh ghi cờ ngắt Timer (TIFR) Tất cả các ngắt được che giấu với thanh ghi che giấu ngắt Timer (TIMSK)

Timer/Counter có thể bị khóa bên trong, theo prescaler,hoặc bởi một nguồn xung ngoài Xung lựa chọn những điều khiển khối logic với cạnh Timer/Counter đếm lên Timer/Counter không hoạt động khi không có nguồn xung được lựa chọn Ngõ ra từ logic tham chiếu như xung Timer Hai bộ đệm thanh ghi so sánh ngõ ra (OCR1A/B) so sánh có thể được sử dụng bởi Wavefhoặcm phát ra cho PWM hoặc biến tần số ngõ ra trên chân so sánh ngõ ra (OC1A/B.) Gía trị TOP hoặc giá trị cực đại Timer/Counter có thể trong một vài chế độ làm việc được định nghĩa cùng bởi các thanh ghi OCR1A, ICR1 hoặc bởi sự lập một giá trị cố định Khi sử dụng OCR1A như một giá trị TOP trong chế độ PWM, thanh ghi OCR1A có thể không sử dụng cho sự phát sinh một ngõ ra PWM Tuy nhiên, giá trị TOP trong trường hợp này sẽ có 2 lần bộ đệm theo giá trị TOP tới khi thay đổi trong thời gian chạy Nếu một giá trị TOP cố định được yêu cầu, thanh ghi ICR1 có thể sử dụng luân phiên, giải phóng OCR1A sẽ được xử dụng như ngõ ra

- BOTTOM: Counter tới BOTTOM khi nó có dạng 0x0000

- MAX : Counter tới MAX khi nó có dạng 0xFFFF

được xóa trên so sánh trùng giữa TCNT1 và OCR1x, và lập tại BOTTOM Trong chế độ không chuyển đổi so sánh ngõ ra, OC1x được xóa trên so sánh trùng giữa ICNT1 và OCR1x, và được lập tại BOTTOM Trong chế độ chuyển đổi so sánh ngõ ra được lập dựa trên so sánh trùng và bị xóa tại BOTTOM Tần số hoạt động của chế độ fast PWM sử dụng hoạt động dual-slope Tần số cao làm chế độ fast PWM phù hợp với nguồn điện quy định, chỉnh lưu và ứng dụng DAC Giải pháp cho fast PWM có thể cố định 8, 9 hoặc 10 bit, hoặc định nghĩa bởi ICR1 hoặc OCR1A Độ phân giải nhỏ nhất theo là 2 bit (ICR1, OCR1A lập lên 0x0003), lớn nhất là 16 bit (ICR1 hoặc OCR1A lập là MAX) Độ phân giải PWM trong các bit

có thể tính theo hàm :

Hình 1.8: Sơ đồ tính toán thời gian chế độ fast PWM

Cờ tràn Timer/Counter (TOV1) được lập mỗi khi Counter tới giá trị TOP Bổ xung thêm cờ OC1A hoặc ICF1 được lập cùng chu kỳ xung Timer.Nếu 1 ngắt được enable, ngắt điều khiển thường trình có thể sử dụng cho cập nhập lại TOP và so sánh các giá trị

Khi thay đổi các giá trị TOP process phải chắc chắn giá trị TOP mới lớn hơn hoặc bằng giá trị của tất cả các thanh ghi so sánh Nếu không so sánh trùng sẽ không bao giờ xuất hiện giữa TCNT1 và OCR1x Chú ý khi sử dụng giá trị TOP cố định các bit không sử dụng sẽ được đánh dấu về 0

Thủ tục cập nhập lại ICR1 từ cập nhập 0CR1A khi sử dụng định nghĩa giá trị TOP Thanh ghi ICR1 không có 2 bộ đệm Nếu ICR1 thay đổi tới 1 giá trị thấp khi Counter đang chạy Counter

sẽ có thể bị lỗi Counter sẽ đếm tớ giá trị MAX (0xFFFF) và chuyển đổi với giá trị 0x0000 trước khi so sánh trùng có thể xuất hiện Đặc trưng của OCR1A I/O có thể bị ghi bất kỳ lúc nào Khi OCR1A I/O được ghi, giá trị ghi sẽ được đưa vào trong thanh ghi Buffer OCR1A

Thanh ghi so sánh OCR1A sẽ cập nhập lại ghía trị trong thanh ghi Buffer tại thời điểm với chu kỳ xung Timer TCNT1 thỏa giá trị TOP

Trong chế độ fast PWM, các so sánh đơn vị đưa ra bởi các ngõ ra PWM Wavefhoặcm trên các chân OC1x Lập các bit COM1x1:0 tới 2 sẽ sinh ra một PWM không chuyển đổi Một ngõ ra PWM chuyển đổi có thể đưa ra bởi việc lập COM1x1:0 lên 3 Giá trị OC1x chỉ được tham khảo trên chân Port nếu hướng dữ liệu được lập như một ngõ ra (DDR_OC1x) PWM Wavefhoặcm được sinh ra khi lập hoặc xóa thanh ghi OC1x khi so trùng giữa OCR1x và TCNT1 Và xóa hoặc laapjthanh ghi OC1x tại chu kỳ bộ đinh thời được xóa

Tần số PWM cho ngõ ra có thể được tính theo hàm:

N :được miêu tả bởi các giá trị (1, 8, 64, 256, 1024)

Giá trị lớn nhất cho thanh ghi OCR1x miêu tả trường hợp đặc biệt khi sinh ra một sóng PWM ngõ ra trong chế độ fast PWM Nếu OCR1x được lập bằng BOTTOM(0x0000) ngõ ra sẽ hạn chế xung nhọn cho mỗi chu kỳ Timer TOP +1 Lập OCR1 = TOP kết quả sẽ không đổi cao hoặc thấp ở ngõ ra

Một tần số (với 50% chu trình hoạt động) wavefhoặcm ngõ ra trong chế độ fast PWM

có thể hoàn thành khi lập OC1A tới toggle mức logic trên mỗi so sánh trùng(COM1A1:0 = 1)

Pha đúng chế độ PWM

Pha đúng chế độ PWM (WGM13:0 = 1,2,3,10,11) cung cấp pha phân giải với độ chính xác cao cho sóng PWM sinh ra Counter lặp lại từ BOTTOM tới TOP và từ TOP xuống BOTTOM Trong chế độ không chuyển đổi Compare Output, OC1x bị xóa trên so sánh trùng giữa TCNT1 và OCR1x trong khi đếm lên, và lập so sánh trùng trong khi đếm xuống Trong chế độ chuyển đổi Output Compare, hoạt động là chuyển đổi Dual-slope hoạt động thấp hơn tần số cực đại

so với hoạt động của một slope Đặc trưng đối xứng của chế độ PWM slope, các chế độ này được ưu tiên cho các ứng dụng của động cơ

Phân loại theo cấu tạo vật lý thì hiện nay Encoder thường có ba loại: Encoder tiếp xúc, Encoder từ trường và Encoder quang

- Encoder tiếp xúc:

Điểm tiếp xúc thực tế của loại Encoder này là giữa đĩa và đọc thông qua chổi than Loại này có nhược điểm là tạo ma sát, hao mòn, bụi bẩn do mụi than, xuất hiện điện trợ tiếp xúc, gây ra rung động … làm giảm độ chính xác và tuổi thọ

Độ phân giãi của Encoder phụ thuộc vào đường rãnh và độ chính xác nhỏ nhất của một rãnh có thể có được trên đĩa, độ phân giải có thể đạt 10 rãnh trên đĩa Độ phân giãi có thể tăng lên bằng cách ghép nhiều tầng đĩa hoặc dùng bộ dếm 9lên xuống cho trạng thái cao nhất của bit

Hầu hết Encoder được sản xuát với độ chính xác cao, một Segment có bề dáy xấp xỉ

12 micros Độ phân giải của Encoder quang thông thường có thể đạt đến 14 bits

Hình 1.9:Một số Encoder quang

- Bộ giải mã tuyệt đối:

Là loại thiết bị mã hóa mà các tín hiệu mã đầu ra song song để chỉ thị góc quay tuyệt đối của trục Loại này không cần bộ đếm để đếm xung mà vẫn có thể biết góc quay của trục thiết bị mã hóa

Hình 1.10: Thiết bị mã hóa tăng dần trong Encoder

Là loại thiết bị mã hóa có dãy xung ra phù hợp với góc của trục quay Thiết bị mã hóa này không có xung ra khi trục không làm việc Do đó cần có một bộ đếm để đếm xung

ra

Thiết bị mã hóa ch biết vị trí của trục quay bằng số xung được đếm Dạng thiết bị mã hóa này chỉ có 1 hay 2 kênh nhõ ra:

Loại 1 chiều (chỉ có đầu kênh A) là loại chỉ sinh ra xung khi trục quay

Loại 2 chiều (có đầu ra kênh A và B) cũng có thể cho biết chiều của trục quay, nghĩa là thuận chiều kim đồng hồ Ngoài ra còn có đầu dây trung tính (xung Z) cho mỗi vòng quay, có nghĩa là nếu quay được 1 vòng thì xung Z lên 1.Khi đĩa quay theo chiều kim đồng hồ thì xung track 1 (B) trễ pha hơn xung track 2 (A)

- Quay thuận chiều kim đồng hồ:

Hình 1.11: Các kênh tín hiệu ra của Encoder

Hình 1.12: Các kênh tín hiệu ra của Encoder khi động cơ quay thuận

Đầu A vượt quá B (độ lệch pha) = 90O + 45O (T/4 + T/8)

- Quay ngược chiều kim đồng hồ:

- Bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch

- Tranzitor ngõ ra hoạt động ở chế độ an toàn

Tính năng nổi bật:

- Điện áp làm việc tối đa là : 1000V

- Điện áp ngược tối đa là : 1000V

- Dòng định mức làm việc thường xuyên : 1A

- Dòng xung định nức : 30A/1s

- Nhiệt độ làm việc : -65 - +175’C

- Dòng rò tối đa là : 30uA

Hình 1.15: Hình dạng thực tế và kiểu chân diode 1N4007

d 74245 ( Ic đệm):

Tính năng nổi bật:

- Điện áp làm việc 5V

- Dòng ngõ ra tối đa 30mA

- Dòng ngõ vào tối đa 20mA

- Dòng cấp nguồn tối đa 60mA

- Công suất tối đa 750mW

- Điện áp ngõ vào mức cao mà IC nhận (Khi Vcc=4,5V) là 3,15v~2,4V

- Điện áp ngõ vào mức thấp mà IC nhận (Khi Vcc=4,5V) là 2,1V~1,35V

- Điện áp ngõ ra mức cao mà IC cung cấp được (Khi Vcc=4,5V) là 3,9~Vcc

- Điện áp ngõ ra mức thấp mà IC cung cấp được (Khi Vcc=4,5V) là 0,26V~0,1V

- Thời gian để IC chuyển trạng thái các chân từ mức cao xuống thấp hoặc từ mức thấp lên cao là vào khoảng 5-12 nano giây

- Thời gian để IC nhận tín hiệu từ A và đưa sang B trễ tối đa là 22 nano giây

- Thời gian tín hiệu ngõ vào chuyển trạng thái từ cao xuống thấp hoặc từ thấp lên cao khi Vcc=4,5V tối thiểu là 500 ns = 0,5us