Khoa: iện - iện T

ồ n3

MỤC LỤC

MỤC LỤC .................................................................................................... 1
LỜI NÓI ẦU .............................................................................................. 2
NH N X T CỦ GI O VI N ..................................................................... 3
NH N X T CỦ HỘI ỒNG PHẢN BIỆN ................................................ 4
CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 5
1.1 Giới thiệu về họ vi điều khiển PIC16F877 .......................................... 5
1.2.Encoder. .............................................................................................17
1.3. ộng cơ điện 1 chiều. ..........................................................................20
1.4.Khối hiển thị: Giới Thiệu Về LCD .......................................................26
1.5.Một số linh kiện kh c. .........................................................................34
CHƢƠNG II:THIẾT KẾ MẠCH. .................................................................40
2.1.Sơ đồ khối...........................................................................................40
2.2.Sơ đồ m ch - nguy n l ho t động v t nh chọn c c khối.......................40
CHƢƠNG III: CHƢƠNG TR NH IỀU KHIỂN............................................ 47
3.1.Code chƣơng tr nh....................................................................................47
KẾT LU N ……………...................................................................................50

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
1


Khoa: iện - iện T

ồ n3

LỜI NÓI ĐẦU

Sự ph t triển của công nghệ Tự

ộng Hóa thời gian qua không t ch rời sự ph t

triển của c c công nghệ cao kh c nhƣ công nghệ thông tin (CNTT), công nghệ truyền
thông v cơ điện t . C c th nh tựu của chip vi x l , m ng v truyền thông đƣợc p
dụng rộng rãi trong c c sản phẩm v hệ thống T H. Ngƣợc l i, nhiều nguy n l của
điều khiển tự động đƣợc ứng dụng trong c c sản phẩm CNTT. C c sản phẩm công
nghệ cao ng y c ng thông minh hơn v đƣợc thiết kế t ch hợp tối ƣu cả phần x c
(phần cứng - cơ kh , linh kiện…) v phần hồn (phần mềm - software, thuật to n…)
tr n quan điểm cơ điện t . Xu hƣớng n y t o n n c c sản phẩm t ch hợp trong nó
nhiều chức năng của nhiều lĩnh vực công nghệ. Sự hội tụ c c công nghệ trong một sản
phẩm l m ranh giới giữa CNTT v truyền thông, công nghệ T H v cơ điện t ng y
c ng thu hẹp.
Trong thời gian học tập v nghi n cứu, đƣợc học tập v nghi n cứu môn vi điều
khiển , lập tr nh C v ứng dụng của nó trong c c lĩnh vực của hệ thống sản xuất hiện
đ i. V vậy để có thể nắm vững phần l thuyết v

p dụng kiến thức đó v o trong thực

tế, chúng em đƣợc nhận đồ n môn học với đề t i: “Thiết kế, chế tạo mạch
n

nt

tốc ộ ộng cơ

u


ện 1 chi u”. Với đề t i đƣợc giao, chúng em đã vận

dụng kiến thức của m nh để t m hiểu v nghi n cứu l thuyết, đặc biệt chúng em t m
hiểu sâu v o t nh to n thiết kế phục vụ cho việc ho n thiện sản phẩm.
Dƣới sự hƣớng dẫn chỉ bảo nhiệt t nh của thầy Nguyễn Trung T àn cùng với sự
cố gắng nỗ lực của c c th nh vi n trong nhóm chúng em đã ho n th nh xong đồ n
của m nh. Tuy nhi n do thời gian v kiến thức còn h n chế n n không tr nh khỏi
thiếu sót khi thực hiện đồ n n y. V vậy chúng em rất mong sẽ nhận đƣợc nhiều
kiến đ nh gi , góp

của thầy cô gi o, cùng b n bè để đề t i đƣợc ho n thiện hơn.
C úng em x n c ân t àn cảm ơn!
S n V ên thực hiện
Khổng Văn Hải
P ùng Văn Quang

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
2


Khoa: iện - iện T

ồ n3

CHƢƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Giới thiệu v họ vi đi u khi n PIC16F877A
1.1.1.Những Đặc


m của họ v

u

n PIC 16F877A

H nh1.1.1. Sơ đồ chân PIC 16F877A

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
5


Khoa: iện - iện T

ồ n3

H nh 1.1.2.Sơ đồ nguy n l
Từ sơ đồ chân v sơ đồ nguy n l ở tr n, ta rút ra c c nhận xét ban đầu nhƣ sau :
-

PIC16F877

có tất cả 40 chân

-

40 chân tr n đƣợc chia th nh 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2
chan th ch anh v một chân dùng để RESET vi điều khiển.


-

5 port của PIC16F877

bao gồm :

+ PORTB : 8 chân
+ PORTD : 8 chân
+ PORTC : 8 chân
+ PORT

: 6 chân

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
6


Khoa: iện - iện T

ồ n3

+ PORT E : 3 chân

Khái quát về chức năng của các port trong vi điều khiển PIC16F877A
PORTA
PORT gồm có 6 chân. C c chân của Port , ta lập tr nh để có thể thực hiện đƣợc
chức năng “hai chiều” : xuất dữ liệu từ vi điều khiển ra ngo i vi v nhập dữ liệu từ
ngo i vi v o vi điều khiển.
Việc xuất nhập dữ liệu ở PIC16F877


kh c với họ 8051. Ở tất cả c c PORT của

PIC16F877 , ở mỗi thời điểm chỉ thực hiện đƣợc một chức năng :xuất hoặc nhập. ể
chuyển từ chức năng n y nhập qua chức năng xuất hay ngƣợc l i, ta phải x l bằng
phần mềm, không nhƣ 8051 tự hiểu lúc n o l chức năng nhập, lúc n o l chức năng
xuất.
Trong kiến trúc phần cứng của PIC16F877 , ngƣời ta s dụng thanh ghi TRIS ở
địa chỉ 85H để điều khiển chức năng I/O tr n. Muốn x c lập c c chân n o của PORT
l nhập (input) th ta set bit tƣơng ứng chân đó trong thanh ghi TRIS . Ngƣợc l i,
muốn chân n o l output th ta clear bit tƣơng ứng chân đó trong thanh ghi TRIS .
iều n y ho n to n tƣơng tự đối với c c PORT còn l i
Ngo i ra, PORT
- Ngõ v o

còn có c c chức năng quan trọng sau :
nalog của bộ

DC : thực hiện chức năng chuyển từ

nalog sang

Digital
- Ngõ v o điện thế so s nh
- Ngõ v o xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện c c
nhiệm vụ đếm xung thông qua Timer0…
- Ngõ v o của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port)
PORTB
PORTB có 8 chân. Cũng nhƣ PORT , c c chân PORTB cũng thực hiện đƣợc 2
chức năng : input v output. Hai chức năng tr n đƣợc điều khiển bới thanh ghi TRISB.

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
7


Khoa: iện - iện T

ồ n3

Khi muốn chân n o của PORTB l input th ta set bit tƣơng ứng trong thanh ghi
TRISB, ngƣợc l i muốn chân n o l output th ta clear bit tƣơng ứng trong TRISB.
Thanh ghi TRISB còn đƣợc t ch hợp bộ điện trở kéo l n có thể điều khiển đƣợc
bằng chƣơng tr nh.
PORTC
PORTC có 8 chân v cũng thực hiện đƣợc 2 chức năng input v output dƣới sự
điều khiển của thanh ghi TRISC tƣơng tự nhƣ hai thanh ghi tr n.
Ngo i ra PORTC còn có c c chức năng quan trọng sau :
- Ngõ v o xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng
- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập tr nh đƣợc tần số, duty cycle: s
dụng trong điều khiển tốc độ v vị tr của động cơ v.v….
- T ch hợp c c bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, US RT
PORTD
PORTD có 8 chân. Thanh ghi TRISD điều khiển 2 chức năng input v output của
PORTD tƣơng tự nhƣ tr n. PORTD cũng l cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp
song song PSP (Parallel SlavePort)
PORTE
PORTE có 3 chân. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tƣơng ứng l TRISE. C c chân
của PORTE có ngõ v o analog. B n c nh đó PORTE còn l c c chân điều khiển của
chuẩn giao tiếp PSP.
1.1.2 Tìm


uv v

u khi n PIC16F877A

Cấu trúc phần cứng của PIC16F877A
PIC l t n viết tắt của “ Programmable Intelligent computer” do hãng General
Instrument đặt t n cho con vi điều khiển đầu ti n của họ. Hãng Microchip tiếp tục
ph t triển sản phầm n y v cho đến h ng đã t o ra gần 100 lo i sản phẩm kh c nhau.
PIC16F887

l dòng PIC kh phổ biến, kh đầy đủ t nh năng phục vụ cho hầu hết

tất cả c c ứng dụng thực tế.

ây l dòng PIC kh dễ cho ngƣời mới l m quen với PIC

có thể học tập v t o nền tản về họ vi điều khiển PIC của m nh.
SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
8


Khoa: iện - iện T

Cấu trúc tổng qu t của PIC16F877

ồ n3

nhƣ sau :


-

8K Flash Rom

-

368 bytes Ram

-

256 bytes Rom

-

5 port v o ra với t n hiệu điều khiển độc lập

-

2 bộ định thời Timer0 v Timer2 8 bit

-

1 bộ định thời Timer1 16 bit có thể ho t động ở cả chế độ tiết kiệm năng
lƣợng với nguồn xung clock ngo i

-

2 bộ Capture/ Compare/ PWM


-

1 bộ biến đổi nalog -> Digital 10 bit, 8 ngõ v o

-

2 bộ so s nh tƣơng tự

-

1 bộ định thời gi m s t (Watch Dog Timer)

-

1 cổng song song 8 bit với c c t n hiệu điều khiển

-

1 cổng nối tiếp

-

15 nguồn ngắt

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
9


Khoa: iện - iện T


ồ n3

H nh 1.1.2.Sơ đồ khối vi điều khiển 16F877

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
10


Khoa: iện - iện T

ồ n3

Tổ chức bộ nhớ PIC16F877A
Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chƣơng tr nh PIC16F877
Bộ nhớ chƣơng tr nh của vi điều khiển PIC16F877

l bộ nhớ Flash, dung lƣợng

8K word (1 word chứa 14bit) v đƣợc phân th nh nhiều trang nhƣ h nh tr n.
ể mã hóa đƣợc địa chỉ 8K word bộ nhớ chƣơng tr nh, thanh ghi đếm chƣơng
tr nh PC có dung lƣợng 13 bit.
Khi vi điều khiển reset, bộ đếm chƣơng tr nh sẽ trỏ về địa chỉ 0000h. Khi có ngắt
xảy ra th thanh ghi PC sẽ trỏ đến địa chỉ 0004h.
Bộ nhớ chƣơng tr nh không bao gồm bộ nhớ Stack v không đƣợc địa chỉ hóa bởi
bộ đếm chƣơng tr nh.
Bộ nhớ dữ liệu
Bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877


đƣợc chia th nh 4 bank. Mỗi bank có dụng lƣợng

128 byte.
Nếu nhƣ 2 bank bộ nhớ dữ liệu của 8051 phân chia ri ng biệt : 128 byte đầu ti n
thuộc bank1 l vùng Ram nội chỉ để chứa dữ liệu, 128 byte còn l i thuộc bank 2 l
cùng c c thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR m ngƣời dùng không đƣợc chứa dữ
liệu kh c trong đây th 4 bank bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877

đƣợc tổ chức theo

c ch kh c.
Mỗi bank của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877

bao gồm cả c c thanh ghi có chức năng

đặc biệt SFR nằm ở c c c c ô nhớ địa chỉ thấp v c c thanh ghi mục đ ch dùng chung
GPR nằm ở vùng địa chỉ còn l i của mỗi bank thanh ghi. Vùng ô nhớ c c thanh ghi
mục đ ch dùng chung n y ch nh l nơi ngƣời dùng sẽ lƣu dữ liệu trong qu tr nh viết
chƣơng tr nh. Tất cả c c biến dữ liệu n n đƣợc khai b o chứa trong vùng địa chỉ n y.
Trong cấu trúc bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877 , c c thanh ghi SFR n o m thƣờng
xuy n đƣợc s dụng (nhƣ thanh ghi ST TUS) sẽ đƣợc đặt ở tất cả c c bank để thuận
tiện trong việc truy xuất. Sở dĩ nhƣ vậy l v , để truy xuất một thanh ghi n o đó trong
bộ nhớ của 16F877

ta cần phải khai b o đúng bank chứa thanh ghi đó, việc đặt c c

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
11



Khoa: iện - iện T

ồ n3

thanh ghi s dụng thƣờng xuy n giúp ta thuận ti n hơn rất nhiều trong qu tr nh truy
xuất, l m giảm lệnh chƣơng tr nh.

H nh 1.1.3.Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877
Dựa tr n sơ đồ 4 bank bộ nhớ dữ liệu PIC16F877 ta rút ra c c nhận xét nhƣ sau :
-Bank0 gồm c c ô nhớ có địa chỉ từ 00h đến 77h, trong đó c c thanh ghi dùng
chung để chứa dữ liệu của ngƣời dùng địa chỉ từ 20h đến 7Fh. C c thanh ghi PORTA,
PORTB, PORTC, PORTD, PORTE đều chứa ở bank0, do đó để truy xuất dữ liệu c c
SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
12


Khoa: iện - iện T

ồ n3

thanh ghi n y ta phải chuyển đến bank0. Ngo i ra một v i c c thanh ghi thông dụng
kh c ( sẽ giới thiệu sau) cũng chứa ở bank0
- Bank1 gồm c c ô nhớ có địa chỉ từ 80h đến FFh. C c thanh ghi dùng chung có
địa chỉ từ

0h đến Efh. C c thanh ghi TRIS , TRISB, TRISC, TRISD, TRISE cũng


đƣợc chứa ở bank1
- Tƣơng tự ta có thể suy ra c c nhận xét cho bank2 v bank3 dựa tr n sơ đồ tr n.
Cũng quan s t tr n sơ đồ, ta nhận thấy thanh ghi ST TUS, FSR… có mặt tr n cả 4
bank. Một điều quan trọng cần nhắc l i trong việc truy xuất dữ liệu của PIC16F877
l : phải khai b o đúng bank chứa thanh ghi đó. Nếu thanh ghi n o m 4 bank đều
chứa th không cần phải chuyển bank.
Một vài thanh ghi chức năng đặc biệt SFR
Thanh ghi STATUS: thanh ghi n y có mặt ở cả 4 bank thanh ghi ở c c địa chỉ 03h,
83h, 103h v 183h : chứa kết quả thực hiện phép to n của khối

LU, tr ng th i reset

v c c bit chọn bank cần truy xuất trong bộ nhớ dữ liệu.

Thanh ghi OPTION_REG : có mặt ở bank2 v bank3 có địa chỉ 81h v 181h.
Thanh ghi n y cho phép đọc v ghi, cho phép điều khiển chức năng pull_up của c c
chân trong PORTB, x c lập c c tham số về xung t c động, c nh t c động của ngắt
ngo i vi v bộ đếm Timer0

Thanh ghi INTCON : có mặt ở cả 4 bank ở địa chỉ 0Bh,8Bh,10Bh,18Bh. Thanh ghi
cho phép đọc v ghi, chứa c c bit điều khiển v c c bit b o tr n timer0, ngắt ngo i vi
RB0/INT v ngắt khi thay đổi tr ng th i t i c c chân của PORTB.

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
13


Khoa: iện - iện T


ồ n3

Thanh ghi PIE1 :địa chỉ 8Ch, chứa c c bit điều khiển chi tiết c c ngắt của c c khối
chức năng ngo i vi.

Thanh ghi PIR1 : địa chỉ 0Ch, chứa cờ ngắt của c c khối chức năng ngo i vi, c c
ngắt n y đƣợc cho phép bởi c c bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE1.

Thanh ghi PIE2 : địa chỉ 8Dh, chứa c c bit điều khiển c c ngắt của c c khối chức
năng CCP, SSP bú, ngắt của bộ so s nh v ngắt ghi v o bộ nhớ EEPROM.

Thanh ghi PIR2: địa chỉ 0Dh, chứa cờ ngắt của c c khối chức năng ngo i vi, c c
ngắt n y đƣợc cho phép bởi c c bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE2

Thanh ghi PCON : địa chỉ 8Eh, chứa c c cờ hiệu cho biết tr ng th i c c chế độ
reset của vi điều khiển.

Thanh ghi W(work)
ây l thanh ghi rất đặc biệt trong PIC16F877 . Nó có vai trò tƣơng tự nhƣ thanh
ghi ccummulator của 8051, tuy nhi n tầm ảnh hƣởng của nó rộng hơn rất nhiều.
Tập lệnh của PIC16F877

có tất cả 35 lệnh th số lệnh có sự “góp mặt” của thanh

ghi W l 23 lệnh. Hầu hết c c lệnh của PIC16F877

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
14


đều li n quan đến thanh ghi W.


Khoa: iện - iện T

ồ n3

V dụ nhƣ, trong PIC chúng ta không đƣợc phép chuyển trực tiếp gi trị của một thanh
ghi n y qua thanh ghi kh c m phải chuyển thông qua thanh ghi W.
Thanh ghi W có 8 bit v không xuất hiện trong bất kỳ bank thanh ghi n o của bộ
nhớ dữ liệu của 16F877 . Mỗi dòng lệnh trong PIC16F877a đƣợc mô tả trong 14 bit.
Khi ta thực hiện một lệnh n o đó, nó phải lƣu địa chỉ của thanh ghi bị t c động (chiếm
8 bit) v gi trị một hằng số k n o đó (th m 8 bit nữa) l 16 bit, vƣợt qu giới h n 14
bit. Do vậy ta không thể n o tiến h nh một phép t nh to n trực tiếp n o giữa 2 thanh
ghi với nhau hoặc giữa một thanh ghi với một hằng số k. Hầu hết c c lệnh của
PIC16F877

đều phải li n quan đến thanh ghi W cũng v l do đó. Khi thực hiện một

dòng lệnh n o đó, th PIC sẽ không phải tốn 8 bit để lƣu địa chỉ của thanh ghi W trong
mã lệnh ( v đƣợc hiểu ngầm). Có thể xem thanh ghi W l thanh ghi trung gian trong
qu tr nh viết chƣơng tr nh cho PIC16F877 .
Các vấn đề về Timer
PIC16F877

có tất cả 3 timer : timer0 (8 bit), timer1 (16 bit) v timer2 (8 bit).

Timer0

H nh 1.1.4.Sơ đồ khối của Timer0

Cũng giống nhƣ 8051, Timer0 của 16F877

cũng có 2 chức năng : định thời v

đếm xung. 2 chức năng tr n có thể đƣợc lựa chọn thông qua bit số 5 TOCS của thanh
ghi OPTION.
SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
15


Khoa: iện - iện T

ồ n3

Ngo i ra, ta cũng có thể lựa chọn c nh t ch cực của xung clock, c nh t c động
ngắt…thông qua thanh ghi tr n.
Timer0 đƣợc t ch hợp th m bộ tiền định 8 bit (prescaler), có t c dụng mở rộng
“dung lƣợng” của Timer0. Bộ prescaler n y có thể đƣợc điều chỉnh bởi c c 3 bit
PS2:PS0 trong thanh ghi OPTION. Nó có thể có gi trị 1:2, 1:4, 1:8, 1:16 , 1:32, 1:64,
1:128, 1:256 tùy thuộc v o việc thiết lập c c gi trị 0 ,1 cho 3 bit tr n.
Bộ tiền định có gi trị 1:2 chẳng h n ,có nghĩa l : b nh thƣờng không s dụng bộ
tiền định của Timer0 (đồng nghĩa với tiền định tỉ lệ 1:1) th cứ khi có t c động của 1
xung clock th timer0 sẽ tăng th m một đơn vị. Nếu s dụng bộ tiền định 1:4 th phải
mất 4 xung clock th timer0 mới tăng th m một đơn vị. Vô h nh chung, gi trị của
timer0 (8 bit) lúc n y không còn l 255 nữa m l 255*4=1020.
C c thanh ghi li n quan đến Timer0 bao gồm :
-

TMR0 : chứa gi trị đếm của Timer0


-

INTCON : cho phép ngắt ho t động

-

OPTION_REG : điều khiển prescaler

Timer1

H nh 1.1.5.Sơ đồ khối của Timer1

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
16


Khoa: iện - iện T

ồ n3

Timer1 l bộ định thời 16 bit, gi trị của Timer1 sẽ đƣợc lƣu trong hai thanh ghi 8
bit TMR1H:TMR1L. Cờ ngắt của Timer1 l bit TMR1IF, bit điều khiển của Timer1 l
TRM1IE.
Cặp thanh ghi của TMR1 sẽ tăng từ 0000h l n đến FFFFh rồi sau đó tr n về
0000h. Nếu ngắt đƣợc cho phép, nó sẽ xảy ra khi khi gi trị của TMR1 tr n từ FFFFh
rồi về 0000h, lúc n y TMR1IF sẽ bật l n.
Timer1 có 3 chế độ ho t động :
- Chế độ ho t động định thời đồng bộ : Chế độ đƣợc lựa chọn bởi bit TMR1CS.

Trong chế độ n y xung cấp cho Timer1 l Fosc/4, bit T1SYNC không có t c dụng.
- Chế độ đếm đồng bộ : trong chế độ n y, gi trị của timer1 sẽ tăng khi có xung
c nh l nh v o chân T1OSI/RC1. Xung clock ngo i sẽ đƣợc đồng bộ với xung clock
nội, ho t động đồng bộ đƣợc thực hiện ngay sau bộ tiền định tỉ lệ xung (prescaler).
- Chế độ đếm bất đồng bộ: chế độ n y xảy ra khi bit T1SYNC đƣợc set. Bộ
định thời sẽ tiếp tục đếm trong suốt qu tr nh ngủ của vi điều khiển v có khả năng t o
một ngắt khi bộ định thời tr ng v l m cho Vi điều khiển tho t khỏi tr ng th i ngủ.
Timer2 : l bộ định thời 8 bit bao gồm một bộ tiền định (prescaler), một bộ hậu
định Postscaler v một thanh ghi chu kỳ viết tắt l PR2. Việc kết hợp timer2 với 2 bộ
định tỉ lệ cho phép nó ho t động nhƣ một bộ đinh thời 16 bit. Module timer2 cung cấp
thời gian ho t động cho chế độ điều biến xung PWM nếu module CCP đƣợc chọn.

H nh 1.1.6.Sơ đồ khối của Timer2

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
17


Khoa: iện - iện T

ồ n3

1.2.Encoder.
1.2.1 G ớ t ệu
* Kh i niệm:
Encoder dùng để quản l vị tr góc của một đĩa quay. ĩa quay có thể l b nh xe, trục
động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay n o cần x c định vị tr góc.
* Phân lo i:
1. Encoder tuyệt đối (absolute encoder): s dụng đĩa theo mã nhị phân hoặc mã Gray

2.Encoder tƣơng đối (incremental encoder): có t n hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ
* Nguy n l ho t động cơ bản của encoder, LED v lỗ.
Nguy n l cơ bản của encoder, đó l một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Tr n đĩa có
c c lỗ (rãnh). Ngƣời ta dùng một đèn led để chiếu l n mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ
không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuy n qua đƣợc, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ
chiếu xuy n qua. Khi đó, ph a mặt b n kia của đĩa, ngƣời ta đặt một con mắt thu. Với
c c t n hiệu có, hoặc không có nh s ng chiếu qua, ngƣời ta ghi nhận đƣợc đèn led có
chiếu qua lỗ hay không. Khi trục quay, giả s tr n đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi
lần con mắt thu nhận đƣợc t n hiệu đèn led, th có nghĩa l đĩa đã quay đƣợc một vòng.
Tuy nhi n, những vấn đề đƣợc đặt ra l , l m sao để x c định ch nh x c hơn vị tr
của đĩa quay (mịn hơn) v l m thế n o để x c định đƣợc đĩa đang quay theo chiều
n o?

ó ch nh l vấn đề để chúng ta t m hiểu về encoder.

-Ta có công thức đo vận tốc:

V =

vòng/phút

1.2.2 Encoder tuyệt ố (absolute encoder)

-

Sơ ồ nguyên lý kết cấu:

Encoder kiểu tuyệt đối, kết cấu gồm c c phần sau: bộ ph t nh s ng(LED ph t), đĩa
mã hóa (chứa c c dải băng mang t n hiệu) v một bộ thu nh s ng nh y với nh s ng
từ bộ ph t (bộ thu thƣờng l photosensor).


SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
18


Khoa: iện - iện T

ồ n3

H nh 1.2.1. Nguy n l v kết cấu
ĩa mã hóa đƣợc chế t o từ vật liệu trong suốt. Ngƣời ta chia mặt đĩa th nh c c góc
đều nhau v c c đƣờng tròn đồng tâm. C c đƣờng tròn đồng tâm v b n k nh giới h n
c c góc h nh th nh c c phân tố diện t ch. Tập hợp c c phân tố diện t ch cùng giới h n
bởi hai vòng tròn đồng tâm gọi l dảy băng. Số dải băng tr n mặt đĩa tùy thuộc khả
năng công nghệ, ứng với một dải băng ta có một đèn LED v một photosenser. Tr n
c c dải băng, c c diện t ch phân tố có phân tố trong suốt ( nh s ng có thể xuy n qua
đƣợc) v cũng có phân tố đƣợc phủ l n một lớp m nh s ng không thể chiếu xuy n
qua đƣợc. Sự trong suốt v không trong suốt đặc trƣng đặc t nh của c c phân tố.
Nguyên lý hoạt ộng:
Ba bộ phận quan trọng nhất cấu th nh encoder tuyệt đối l đèn LED, đĩa mã hóa v
c c photosensor. nh s ng đƣợc chiếu từ đèn LED qua đĩa mã hóa đến c c
photosensor. Số đèn LED bằng với số dải băng (hay còn gọi l vòng lỗ) tr n đĩa mã
hóa v cũng bằng với số photosensor ( hoặc cũng có thể dùng một đèn LED nhƣng
công suất của đèn n y phải lớn, nh s ng của nó phải chiếu phủ hết c c dải băng tr n
đĩa mã hóa). Tr n encoder, đèn LED, dải băng v photosensor phải sắp xếp nằm tr n
một đƣờng thẳng. èn LED v photosensor đƣợc gắn cố định tr n vỏ encoder. Còn
đĩa mã hóa th quay quanh trục mang c c t n hiệu mã hóa nhằm x c định góc quay.
Khi nh s ng từ nguồn s ng chiếu tới đĩa mã hóa, nếu đối diện với tia s ng l vùng
diện t ch trong suốt, nh s ng xuy n qua đĩa đến photosensor l m xuất hiện dòng chảy

qua photosensor ( lúc n y photosensor n y nhận đƣợc t n hiệu 1 trong mã nhị phân).
Nếu đối diện với tia s ng l vùng diện t ch bị phủ lớp chắn s ng, nh s ng không đến
đƣợc photosensor (lúc n y photosensor n y nhận đƣợc t n hiệu 0 trong mã nhị phân).

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
19


Khoa: iện - iện T

ồ n3

1.2.3 Encoder tƣơng ố (incremental encoder)
1.2.3.1.Encoder tƣơng ối ki u quay
- Sơ đồ nguy n l , kết cấu:

Hình 1.2.3. Đĩa encoder tương đối kiểu quay
-Về cơ bản th encoder tƣơng đối v encoder tuyệt đối đều giống nhau chỉ kh c
nhau ở đĩa mã hóa. Ở encoder tƣơng đối đĩa mã hóa gồm 1 dải băng t o xung. Tr n
dải băng n y đƣợc chia ra l m nhiều lỗ bằng nhau v c ch đều nhau (lỗ có thể đƣợc
thây bằng vật liệu trong suốt cho nh s ng truyền qua). Khi đĩa từ quay qua một lỗ
th photosensor nhận đƣợc t n hiệu từ đèn LED chiếu qua th encoder sẽ tăng l n một
gi trị trong biến đếm.
Chẳng h n nhƣ với đĩa mã hóa gồm 360 lỗ, khi đĩa quay qua 90 lỗ th photosensor
nhận đƣợc 90 lần t n hiệu do đó biến đếm sẽ tăng l n 90. Từ đó ta biết đƣợc đĩa đã
quay đƣợc một góc l 90 độ. Tuy nhi n, một vấn đề l l m sao để biết đƣợc enc oder
quay hết một vòng? Nếu cứ đếm vô h n nhƣ thế n y th chúng ta không thể biết đƣợc
khi n o nó quay hết một vòng. Chƣa kể, mỗi lần có những rung động n o đó m ta
không quản l đƣợc, encoder sẽ bị sai một xung. Khi đó, nếu ho t động lâu d i, sai số

n y sẽ t ch lũy. Ng y hôm nay sai một xung, ng y hôm sau sai một xung. ến cuối
cùng, có thể động cơ quay 2 vòng rồi c c b n mới đếm đƣợc 1 vòng.

H nh 1.2.4. Lỗ định vị tr n encoder tƣơng đối kiểu quay
SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
20


Khoa: iện - iện T

ồ n3

ể tr nh điều tai h i n y xảy ra, ngƣời ta đƣa v o th m một lỗ định vị để đếm số vòng
đã quay của encoder. Nhƣ vậy, cho dù có lệch xung, m chúng ta thấy rằng encoder đi
ngang qua lỗ định vị n y, th chúng ta sẽ biết l encoder đã bị đếm sai ở đâu đó. Nếu
v một rung động n o đó m chúng ta không thấy encoder đi qua lỗ định vị, vậy th từ
số xung v việc đi qua lỗ định vị, chúng ta sẽ biết rõ hiện tƣợng sai của encoder.
- Nguyên lý oạt ộng:
Encoder tƣơng đối cũng gồm c c bộ phận cơ bản l nguồn ph t( đèn LED), đĩa quay(
đĩa mã hóa), cảm biến (photosensor). Khi đĩa quay qua một lỗ th cảm biến tr n nhận
đƣợc t n hiệu lúc đó encoder sẽ tăng l n một gi trị trong biến đếm. Cho đến khi cảm
biến b n dƣới nhận đƣợc t n hiệu thông qua lỗ định vị th ta biết đƣợc đĩa đã quay
song một vòng. Gi trị biến đếm m encoder nhận đƣợc sẽ cho ta biết đƣợc góc độ m
đĩa đã quay. Ứng với dải băng có c ng nhiều lỗ th góc đếm nhỏ nhất m encoder đếm
đƣợc sẽ c ng nhỏ (c ng mịn).
1.2.3.2.Encoder tƣơng ối ki u thẳng:
-Encoder kiểu quay nhƣng chỉ kh c ở chổ đĩa mã hóa l một thƣớc thẳng v
dùng để đo k ch thƣớc thẳng. Chiều d i Encoder thẳng phải bằng tổng chuyển động
thẳng tƣơng ứng có nghĩa l chiều d i cần đo phải bằng chiều d i thƣớc. V vậy

Encoder thẳng thƣờng đắt hơn nhiều so với Encoder d ng quay.
1.3.Động cơ

ện 1 chi u.

Hình 1.3.1.Động cơ điện một chiều
1.3.1.Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều:
Nhƣ ta đã biết m y ph t điện một chiều có thể dùng l m m y ph t điện hoặc
động cơ điện. ộng cơ điện một chiều l thiết bị quay biến đổi điện năng th nh cơ
năng. Nguy n l l m việc dựa tr n hiện tƣợng cảm ứng điện từ.

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
21

ộng cơ điện một


Khoa: iện - iện T

ồ n3

chiều đƣợc s dụng rất rộng rãi trong công nghiệp v giao thông vận tải. ộng cơ điện
một chiều gồm những lo i sau đây:
-

ộng cơ điện một chiều k ch từ song song

-


ộng cơ điện một chiều k ch từ nối tiếp

-

ộng cơ điện một chiều k ch từ hỗn hợp

1.3.1.1.Cấu tạo ộng cơ

ện một c

u

ộng cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) v phần động (rôtor)
1.Phần tĩnh (stator)
Gồm c c phần ch nh sau:
a. Cực từ chính:
Cực từ ch nh l bộ phận sinh ra từ trƣờng gồm có lõi sắt cực từ v dây quấn k ch từ
lồng ngo i lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ l m bằng những l thép kỹ thuật điện. Cực từ
đƣợc gắn chặt v o vỏ nhờ c c bulông. Dây quấn k ch từ đƣợc quấn bằng dây đồng bọc
c ch điện.
b. Cực từ phụ:
Cực từ phụ đặt giữa c c cực từ ch nh v dùng để cải thiện đổi chiều
c. Gông từ:
Dùng để l m m ch từ nối liền c c cực từ đồng thời l m vỏ m y.
d. Các bộ phận khác
- Nắp m y
- Cơ cấu chổi than.
2. Phần quay (rotor)
Gồm c c bộ phận sau:
a. Lõi sắt phần ứng:

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thƣờng dùng những l thép kỹ thuật điện d y
0,5 mm phủ c ch điện ở hai đầu rồi ép chặt l i. Tr n l thép có dập h nh d ng rãnh để
sau khi ép l i th đặt dây quấn v o
b. Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng l phần sinh ra s.đ.đ v có dòng điện ch y qua. Thƣờng l m bằng
dây đồng có bọc c ch điện.Trong m y điện nhỏ thƣờng dùng dây có tiết diện tròn,

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
22


Khoa: iện - iện T

ồ n3

trong m y điện vừa v lớn thƣờng dùng dây tiết diện h nh chữ nhật. Dây quấn đƣợc
c ch điện với rãnh của lõi thép.
c. Cổ góp:
Cổ góp hay còn gọi l v nh góp hay v nh đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay
chiều th nh một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng h nh đuôi nh n c ch điện với
nhau bằng lớp mica d y 0,4 đến 1,2 mm v hợp th nh một h nh trụ tròn.

uôi v nh

góp có cao hơn l n một t để để h n c c đầu dây của c c phần t dây quấn v o c c
phiến góp đƣợc dễ d ng.
d. Các bộ phận khác:
- C nh qu t: Dùng để qu t gió l m nguội m y.
- Trục m y: Tr n đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, c nh qu t v ổ bi. Trục m y thƣờng

l m bằng thép Cacbon tốt.
1.3.1.2. Nguyên lý làm v ệc của ộng cơ

ện một chi u:

b
F® t

A

n

I

+
a
I
c
F

®t

d
B

H nh 1.3.2. Sơ đồ nguy n l l m việc của động cơ điện 1 chiều
Khi cho điện p 1 chiều U đặt v o 2 chổi than

v B trong dây quấn phần ứng


có dòng điện Iƣ c c thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trƣờng sẽ chịu lực
điện từ Fđt t c dụng l m cho rotor quay, chiều lực từ đƣợc x c định theo quy tắc b n
tay tr i. Khi phần ứng quay đƣợc n a vòng vị tr c c thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do
có phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực t c dụng không đổi đảm bảo động
cơ có chiều quay không đổi. Khi động cơ quay c c thanh dẫn cắt từ trƣờng sẽ cảm ứng
sức điện động Eƣ chiều của s.đ.đ x c định theo quy tắc b n tay phải.
Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eƣ ngƣợc chiều với dòng điện Iƣ n n Eƣ còn
gọi l sức phản điện động.
Phƣơng tr nh cân bằng điện p: U= Eƣ+Rƣ.Iƣ
Trong đó:

Rƣ: điện trở phần ứng

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
23


Khoa: iện - iện T

ồ n3
Iƣ: dòng điện phần ứng
Eƣ: sức điện động

Theo y u cầu của đề b i ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ đi n một chiều k ch rừ
độc lập. ộng cơ điện một chiều k ch từ độc lập có dòng điện k ch từ không phụ thuộc
v o dòng điện phần ứng nghĩa l từ thông của động cơ không phụ thuộc v o phụ tải
m chỉ phụ thuộc v o điện p v điện trở m ch k ch từ.
+


U-

I

-

E
KT

IKT
+

UKT

-

H nh 1.3.2. Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều k ch từ độc lập
1.3.2. G ớ t ệu v

ộng cơ DC( có gắn encoder)

- Cấu t o của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng y n v rôto quay so với stato.
Phần cảm (phần k ch từ-thƣờng đặt tr n stato) t o ra từ trƣờng đi trong m ch từ,
xuy n qua c c vòng dây quấn của phần ứng (thƣờng đặt tr n rôto). Khi có dòng điện
ch y trong m ch phần ứng, c c thanh dẫn phần ứng sẽ chịu t c động bởi c c lực điện
từ theo phƣơng tiếp tuyến với mặt trụ rôto, l m cho rôto quay. Ch nh x c hơn, lực điện
từ tr n một đơn vị chiều d i thanh dẫn l t ch có hƣớng của vectơ mật độ từ thông B
v vectơ cƣờng độ dòng điện I. Dòng điện phần ứng đƣợc đƣa v o rôto thông qua hệ
thống chổi than v cổ góp. Cổ góp sẽ giúp cho dòng điện trong mỗi thanh dẫn phần
ứng đƣợc đổi chiều khi thanh dẫn đi đến một cực từ kh c t n với cực từ m nó vừa đi

qua.

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
24


Khoa: iện - iện T

-

ồ n3

Hình ảnh về động cơ DC có gắn encoder:

H nh 1.3.3. ộng cơ DC có gắn encoder
B n trong động cơ có gắn một encoder đồng trục với nó dùng để x c định tốc độ
v vị tr của động cơ.
 C c thông số của động cơ:
-

iện p cung cấp cho động cơ DC: 12VDC.

-

Tốc độ tối đa 2000 vòng/phút.

-

Số xung của encoder 100 xung/vòng.


-

ộng cơ có tất cả 5 dây ra:
+ 2 dây cung cấp nguồn 12VDC cho động cơ.
+ 2 dây cung cấp nguồn 5VDC cho encoder.
+ 1 dây t n hiệu đƣa xung encoder ra ngo i.

 Phƣơng ph p điều khiển: Thay đổi tốc độ động cơ bằng c ch thay đổi điện p
cấp v o cho động cơ.
 Nguy n l ho t động của cảm biến encoder: Có nhiều lo i encoder kh c nhau,
mỗi lo i l i có một nguy n l ho t động kh c nhau. Trong khuôn khổ b o c o
đồ n, em xin tr nh b y phần nguy n l lo i encoder m đề t i em s dụng:
incremental encoder.
Cải tiến mô h nh 1 bằng mô h nh 2 nhƣ sau:

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
25


Khoa: iện - iện T

ồ n3

Mô h nh thứ 1:

H nh 1.3.4. Incremental encoder
Incremental encoder về cơ bản l một đĩa tròn quay quanh một trục đƣợc đục lỗ
nhƣ h nh tr n.

Ở hai b n mặt của c i đĩa đó có một bộ thu ph t quang. Trong qu tr nh encoder
quay quanh trục, nếu gặp lỗ trống th

nh s ng chiếu qua đƣợc, nếu gặp mãnh chẵn

th tia s ng không chiếu qua đƣợc, do đó t n hiệu nhận đƣợc từ sensor quang l
một chuỗi xung. Mỗi encoder đƣợc chế t o sẽ biết sẵn số xung tr n một vòng. Do
đó ta có thể dùng vi điều khiển để đếm số xung trong một đơn vị thời gian để t nh
ra vận tốc của động cơ.
Encoder m em s dụng trong đồ n của m nh, ho n to n giống với mô h nh
tr n. Tuy nhi n mô h nh tr n có nhƣợc điểm lớn l : ta không thể x c định đƣợc
động cơ quay tr i hay l quay phải, v có quay theo chiều n o đi nữa th chỉ có một
d ng xung đƣa ra. Ngo i ra điểm bắt đầu của động cơ ta cũng không thể x c định
đƣợc.

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
26


Khoa: iện - iện T

ồ n3

Mô hình thứ 2:

H nh 1.3.5. Encoder hai pha

H nh 1.3.6. Giản đồ xung của encoder 2 pha


Trong mô h nh n y ngƣời ta đục tất cả 2 vòng lỗ. Vòng ngo i cùng giống nhƣ
mô h nh 1, vòng trong lệch pha so với vòng ngo i 90 0. Khi đó d ng xung ra từ hai
vòng nhƣ h nh tr n.
Hai xung từ hai vòng đƣa ra lệch pha nhau 90 0, nếu vòng ngo i nhanh pha hơn
vòng trong th chắc chắn động cơ quay từ tr i sang phải v ngƣợc l i.
Lỗ ở vòng trong cùng dùng để ph t hiện điểm bắt đầu của động cơ. Có thể viết
chƣơng tr nh cho vi điều khiển để nhận biết: nếu có một xung ph t ra từ vòng
trong cùng n y, tức l động cơ đã quay đúng một vòng.
1.4. Khối hi n th : Giới Thiệu V LCD
Trong những năm gần đây LCD ng y c ng đƣợc s dụng rộng rãi thay thế dần
cho c c đèn LED (c c đèn LED 7 đo n hay nhiều đo n). ó l do c c nguy n nhân:
-

C c LCD có gi th nh h .

-

Khả năng hiển thị c c số, c c k tự v đồ ho tôt hơn nhiều so với c c đèn LED (v

c c đèn LED chỉ hiển thị đƣợc c c số v một số k tự).
-

Dễ d ng lập tr nh cho c c k tự v đồ ho .

SVTH: Khổng Văn Hải
Phùng Văn Quang
27