Bài tập lớn môn Vi xử lý, vi điều khiển: Thiết kế bộ điều khiển tốc độ của động cơ điện một chiều

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ<br /> <br /> BÀI TẬP LỚN<br /> Môn: Vi xử lý, vi điều khiển<br /> Đề bài: Thiết kế bộ điều khiển tốc độ của động cơ điện một chiều<br /> <br /> GVHD: PGS.TS Phạm Mạnh Thắng<br /> ThS. Hoàng Văn Mạnh<br /> Nhóm sinh viên: Nhóm 18<br /> Lớp: K57M<br /> Khoa Cơ học kỹ thuật và Tự động hóa<br /> <br /> Hà Nội, ngày 21/11/2015<br /> <br /> Bài tập lớn<br /> <br /> Lời mở đầu<br /> Nước ta đang đang trong công cuộc công nghiệp hóa, tự động hóa, đổi mới phát<br /> triền toàn diện. Phục vụ cho công cuộc đổi mới này đó là các máy móc hiện đại được điều<br /> khiển vô cùng phức tạp; nhưng cũng vì thế mà làm giảm được tối đa sự góp mặt của con<br /> người vào các quá trình sản xuất đó. Tự động hóa phát triển kéo theo những công nghệ<br /> điều khiển tiên tiến cũng phát triển và đóng góp vai trò vô cùng quan trọng trong sản xuất.<br /> Có thể kể đến đó là những rô bốt công nghiệp, tay máy hay các dây chuyền tự động được<br /> lập trình sẵn đó là những quá trình lớn. Ở trong một phạm vi nhỏ hơn, việc điều khiển được<br /> thực hiện một cách dễ dàng với những vi xử lý hoặc những vi điều khiển được lập trình sẵn<br /> cũng góp mặt vô cùng nhiều trong các ứng dụng thực tế trong cuộc sống.<br /> Trong các ứng dụng liên quan đến truyền động, một thành phần gần như không thể<br /> thiếu đó là các động cơ điện, nó có tác dụng gây ra các lực làm các cơ cấu chấp hành hoạt<br /> động. Động cơ điện có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống, nhất là trong sản xuất công<br /> nghiệp. Việc điều khiển được tốc độ cũng như chiều quay của nó cũng là một vấn đề cần<br /> giải quyết. Kết hợp với vi điều khiển, việc điều khiển động cơ trở lên dễ dàng hơn rất<br /> nhiều.<br /> Xuất phát từ yêu cầu đó, nhóm chúng em đã nghiên cứu và làm một bài tập về điều<br /> khiển động cơ điện một chiều đó là “thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều”<br /> với yêu cầu là điều khiển quay nhanh, quay chậm, quay thuận, quay ngược và dừng. Vận<br /> dụng các kiến thức được học trong trường nhóm đã thực hiện trên vi điều khiển ATmega16<br /> nhằm nắm được cơ bản về vi điều khiển này, cách đọc, viết, cách nhận biết các chân của vi<br /> điều khiển và vận dụng vào thực tế.<br /> <br /> Các thành viên nhóm:<br /> - Phạm Trần Hoàng<br /> - Vũ Đình Ngọc<br /> - Nguyễn Viết Bình<br /> <br /> Vi xử lý, vi điều khiển<br /> <br /> Trang 1<br /> <br /> Bài tập lớn<br /> <br /> Mục lục<br /> Phần I. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................... 3<br /> Vi điều khiển ATmega16 ............................................................................ 3<br /> <br /> I.<br /> 1.<br /> <br /> Cấu trúc nhân ........................................................................................... 4<br /> <br /> 2.<br /> <br /> Sơ đồ khối ................................................................................................. 6<br /> <br /> 3.<br /> <br /> Ý nghĩa các chân ...................................................................................... 7<br /> <br /> 4.<br /> <br /> Bộ định thời ............................................................................................. 7<br /> <br /> II.<br /> <br /> Động cơ điện một chiều ............................................................................ 10<br /> <br /> 1.<br /> <br /> Cấu tạo .................................................................................................... 10<br /> <br /> 2.<br /> <br /> Nguyên lý làm việc .................................................................................. 10<br /> <br /> 3.<br /> <br /> Phân loại ................................................................................................. 11<br /> <br /> III.<br /> <br /> Các phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều ......................... 11<br /> <br /> 1.<br /> <br /> Điều khiển chiều quay của động cơ điện một chiều ............................... 11<br /> <br /> 2.<br /> <br /> Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều ............................................. 12<br /> <br /> Phần II. Nội dung .................................................................................................. 18<br /> Thiết kế và thi công phần cứng ................................................................ 18<br /> <br /> I.<br /> 1.<br /> <br /> Sơ đồ khối ............................................................................................... 18<br /> <br /> 2.<br /> 3.<br /> <br /> Sơ đồ nguyên lý và mạch in .................................................................... 18<br /> Mô phỏng trên Proteus ........................................................................... 21<br /> <br /> 4.<br /> <br /> Hình ảnh mạch thực tế. .......................................................................... 22<br /> <br /> II.<br /> <br /> Viết code cho vi điều khiển. ...................................................................... 23<br /> <br /> Phần III. Kết luận ................................................................................................. 26<br /> <br /> Vi xử lý, vi điều khiển<br /> <br /> Trang 2<br /> <br /> Bài tập lớn<br /> <br /> Phần I. Cơ sở lý thuyết<br /> I. Vi điều khiển ATmega16<br /> ATmega16 là vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC. Với khả năng thực hiện mỗi lệnh<br /> trong vòng một chu kỳ xung clock, ATmega16 có thể đạt được tốc độ 1MIPS trên mỗi MHz.<br /> Ngoài ra ATmega16 có các đặc điểm sau: 16KB bộ nhớ Flash với khả năng đọc trong khi<br /> ghi, 512 byte bộ nhớ EEPROM, 1KB bộ nhớ SRAM, 32 thanh ghi chức năng chung, 32 đường vào<br /> ra chung, 3 bộ định thời/bộ đếm, ngắt nội và ngắt ngoại, USART, giao tiếp nối tiếp 2 dây, 8 kênh<br /> ADC 10 bit, ... ATmega 16 hỗ trợ đầy đủ các chương trình và công cụ phát triển hệ thống như:<br /> trình dịch C, macro assemblers, chương trình mô phỏng/sửa lỗi, …<br /> <br /> Hình 1. Hình ảnh thực tế vi điều khiển Atmega16.<br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ chân của ATmega16<br /> Vi xử lý, vi điều khiển<br /> <br /> Trang 3<br /> <br /> Bài tập lớn<br /> 1. Cấu trúc nhân<br /> CPU của Atmega16 có chức năng bảo đảm sự hoạt động chính xác các chương trình. Do đó<br /> nó phải có khả năng truy cập bộ nhớ, thực hiện các quá trình tính toán, điều khiển các thiết bị<br /> ngoại vi và quản lý ngắt.<br /> - Cấu trúc tổng quát<br /> AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng bộ nhớ và các bus cho chương trình và dữ liệu.<br /> Các lệnh được thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung clock. Bộ nhớ chương trình được lưu trong bộ<br /> nhớ Flash.<br /> <br /> Hình 3. Cấu trúc tổng quát Atmega16<br /> - ALU<br /> ALU làm việc trực tiếp với các thanh ghi chức năng chung. Các phép toán được thực hiện<br /> trong một chu kỳ xung clock. Hoạt động của ALU được chia làm 3 loại: đại số, logic và theo bit.<br /> - Thanh ghi trạng thái<br /> Đây là thanh ghi trạng thái có 8 bit lưu trữ trạng thái của ALU sau các phép tính số học và<br /> logic.<br /> <br /> Hình 4. Thanh ghi trạng thái<br /> <br /> Vi xử lý, vi điều khiển<br /> <br /> Trang 4<br /> <br />