BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC TRONG
ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH VỊ

Họ và tên sinh viên:NGUYỄN QUANG HOÀNG MINH
NGUYỄN VĂN XỨNG
Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Niên khóa: 2005-2009

tháng 8/2009
 

1


TÌM HIỂU VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC TRONG
ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH VỊ

Tác giả

NGUYỄN QUANG HOÀNG MINH
NGUYỄN VĂN XỨNG

khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
điều khiển tự động

Giáo viên hướng dẫn:

KS. Nguyễn Văn Bình

Tháng 8 năm 2009
 

2


CẢM TẠ
Để có ngày hôm nay, trước hết chúng con xin chân thành cảm ơn Bố Mẹ là
những nguời đã sinh thành, nuôi dưỡng, chăm sóc và động viên chúng con trong suốt
những năm qua.
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ths Trần Khánh Ninh và Ks Nguyễn Văn
Bình trên cương vị là người hướng dẫn chính của đề tài đã tận tình giúp đỡ chúng em
trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Chúng em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy Cô trong trường đại học
Nông Lâm Tp.HCM, đặc biệt là quý Thầy Cô trong Bộ Môn Điều Khiển Tự Động đã
tận tình dạy dỗ và truyền thụ những kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian chúng
em học tập ở trường.
Cuối cùng chúng em chân thành cảm ơn sự đóng góp ý kiến của tất cả các bạn
sinh viên lớp DH05TD và các bạn thân hữu trong suốt quá trình thực hiện luận văn
này.
Tp Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2009
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quang Hoàng Minh
Nguyễn Văn Xứng

 


3


TÓM TẮT
Đề tài:
ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH VỊ
Việc ứng dụng tự động hoá vào kỹ thuật đo lường và điều khiển đã đem lại
những kết quả đầy tính ưu việc. Các thiết bị, hệ thống đo lường ngày càng có độ chính
xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn. Trong khuôn khổ luận văn này, đề tài thực
hiện công việc tính toán, thiết kế, chế tạo mẫu máy điều khiển vị trí dựa trên VĐK
18F4431 bao gồm:
1. Tìm hiểu VĐK PIC 18F4431:
• Các cổng suất nhập I/O.
• Các module timer.
• Các module capture/ compare/PWM.
• Module hồi tiếp.
• Module analog.
2. Tìm hiểu vít me bi trong truyền động cơ khí chính xác.
3. Thiết kế mạch điều khiển cho mô hình.
4. Dựa trên mô hình viết thuật toán PID.
™ Các kết quả đạt được:

 

-

Chế tạo được mô hình điều khiển vị trí.

-


Hoàn tất thiết kế mạch, có khả năng chống nhiễu tốt.

-

Chương trình điều khiển bằng thuật toán PID hoàn thành.
4


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa..................................................................................................................... i
Lời cảm tạ ...................................................................................................................ii
Tóm tắt.........................................................................................................................iii
Mục lục ........................................................................................................................iv
Danh sách các chữ viết tắt .......................................................................................... viii
Danh sách các hình ......................................................................................................ix
Danh sách các bảng .....................................................................................................xi
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .............................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề....................................................................................................1
1.2 Mục tiêu đề tài.............................................................................................1
1.3 Giới hạn ......................................................................................................2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN....................................................................................3
2.1 Khái quát các phương pháp điều khiển vị trí................................................3
2.1.1 Phương pháp điều khiển động cơ tuyến tính.......................................3
2.1.2 Phương pháp điều khiển vị trí bằng ổ bi từ.........................................4
2.1.3 Phương pháp điều khiển vị trí bằng đai ..............................................4
2.1.4 Phương pháp điều khiển vị trí bằng vít me bi .....................................5
2.2 Trục vít me đai ốc bi.....................................................................................6
2.3 Tìm hiểu encoder ..........................................................................................7
2.4 Tìm hiểu động cơ DC ...................................................................................8

2.4.1 Tổng quan............................................................................................8
2.4.2 Sơ lượt về động cơ DC........................................................................9
 

5


2.4.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ DC ...............................9
2.5 Khái quát về vi điều khiển pic 18F4431 .......................................................9
2.5.1 Đặt điểm pic 18F4431 .........................................................................10
2.5.2 Chức năng các chân PIC 18F4431 ......................................................11
2.5.3 PORTA và thanh ghi TRISA ..............................................................16
2.5.4 PORTB và thanh ghi TRISB...............................................................17
2.5.5 PORTC và thanh ghi TRISC...............................................................18
2.5.6 PORTE và thanh ghi TRISE ...............................................................18
2.5.7 Bộ định thời timer 0 ............................................................................18
2.5.8 Bộ định thời timer 1 ............................................................................20
2.5.9 Bộ định thời timer 2 ............................................................................22
2.5.10 Bộ định thời timer 5 ..........................................................................22
2.5.11 Module ADC .....................................................................................23
2.5.12 Ngắt ...................................................................................................24
2.5.13 Khối capture/compare/pwm(CCP)....................................................25
2.5.14 Bộ đọc tín hiệu hồi tiếp(QEI)............................................................28
2.6 Một số linh kiện dùng trong đề tài ..............................................................30
2.6.1 IC logic đệm 7407 ..............................................................................30
2.6.2 Opto 6N137 .........................................................................................30
2.6.3 Ổn áp LM2575 ....................................................................................31
2.6.4 2SC5200, 2SA1943.............................................................................32
2.6.5 AT89S52 .............................................................................................32
2.6.6 Led 7 đoạn...........................................................................................32

2.7 Tổng quan CCS ...........................................................................................33
2.7.1 Lý do chọn CCS ..................................................................................33
2.7.2 Gới thiệu CCS .....................................................................................33
 

6


2.7.3 Phần mềm lập trình CCS.....................................................................34
2.7.4 Các lệnh cơ bản trong CCS .................................................................35
2.8 Thuật toán điều khiển ..................................................................................39
2.7.1 Thuật toán PID số ...............................................................................39
2.7.2 Khâu tỷ lệ ............................................................................................42
2.7.3 Khâu tích phân xác định......................................................................42
2.7.4 Khâu vi phân điều kiện .......................................................................43
2.7.5 Sự lựa chọn của các vòng lập..............................................................44
CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................46
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài .....................................................46
3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài ....................................................................46
3.1.2 Phân phối thời gian tiến hành đề tài....................................................46
3.2 Đối tượng và thiết bị nghiên cứu ................................................................46
3.2.1 Đối tượng nghiên cứu..........................................................................46
3.2.2 Thiết bị nghiên cứu .............................................................................46
3.3 Phương pháp nghiên cứu.............................................................................47
3.3.1 Phương pháp PID số............................................................................47
3.3.2 Phương pháp thiết kế hệ thống định vị ...............................................47
3.3.3 Phương pháp thực hiện phần cơ khí....................................................47
3.3.4 Phương pháp thực Hiện phần điện tử..................................................48
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...........................................................49
4.1 Thiết kế mô hình định vị .............................................................................49

4.1.1 Sơ đồ khối mô hình .............................................................................49
4.1.2 Yêu cầu mô hình định vị .....................................................................50
4.2 Chế tạo cơ khí và thiết kế mạch ..................................................................50
4.2.1 Chế tạo hộp điều khiển........................................................................50
 

7


4.2.2 Chế tạo mô hình định vị ......................................................................55
4.2.3 Thực hiện phần điện tử........................................................................53
4.3 Thực hiện phần mềm...................................................................................60
4.3.1 Lưu đồ thuật toán cho 18F4431 ..........................................................60
4.3.2 Lưu đồ thuật toán cho 89S52 ..............................................................64
4.3.3 Kiểm tra chạy thử và hoàn thành hệ thống .........................................64
4.4 Kết quả và thảo luận....................................................................................65
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ................................................................66
4.1 Kết quả ........................................................................................................66
4.2 Hướng phát triển đề tài................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

 

8


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VĐK : vi điều khiển

VD : ví dụ
CNC : Computerized Numerical Control
PIC : Programmable Intelligent Computer
CCP : capture-compare–pwm
PID : Proportional–integral–derivative

 

9


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1. Hệ thống truyền động sử dụng động cơ tuyến tính ......................... 3
Hình 2.2. Trục chính có tích hợp sẵn động cơ và ổ bi từ ................................ 4
Hình 2.3. Một máy điều khiển vị trí chạy bằng bộ truyền đai......................... 5
Hình 2.4. Bộ phận truyền động bằng vit me bi ............................................... 5
Hình 2.5. Vít me bi .......................................................................................... 6
Hình 2.6. Cấu tạo encoder ............................................................................... 7
Hình 2.7. PIC 18F44311.................................................................................. 11
Hình 2.8. Lựa chọn tụ cho bộ dao động .......................................................... 21
Hình 2.9. Cấu tạo 7407.................................................................................... 30
Hình 2.10. Cấu tạo 6N137............................................................................... 30
Hình 2.11. Sơ đồ chân LM2575 ...................................................................... 31
Hình 2.12. 2SA1943, 2SC5200 ....................................................................... 32
Hình 2.7. Cấu tạo led 7 đoạn ........................................................................... 32
Hình 2.8. Giao diện phần mềm CSS................................................................ 34
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống định vị và xuất giá trị kết quả................................. 47
Hình 4.1. Sơ đồ khối mô hình ......................................................................... 49
Hình 4.1. Mô hình định vị ............................................................................... 50
Hình 4.3. Cấu tạo hộp đựng mạch ................................................................... 51

Hình 4.4. Hộp đựng mạch ............................................................................... 51
 

10


Hình 4.5. Bố trí 3 công tắc hành trình ............................................................. 52
Hình 4.6. Sơ đồ khối phần điện tử................................................................... 53
Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn .......................................................... 54
Hình 4.8. Mạch quét led .................................................................................. 55
Hình 4.9. Bảng board mạch led ....................................................................... 55
Hình 4.10. Mạch kết nối máy tính thông qua cổng COM ............................... 56
Hình 4.11. Mạch nạp thông qua cổng LPT ..................................................... 56
Hình 4.12. Mạch đệm PWM............................................................................ 57
Hình 4.13. Mạch cầu H.................................................................................... 57
Hình 4.14. Mạch phản hồi tốc độ và bảo vệ.................................................... 58
Hình 4.15. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm................................. 59
Hình 4.16. Bảng board mạch chính ................................................................. 59

 

11


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1.Các chức năng của CCPx và CCPy ................................................ 26
Bảng 1.2 Mối quan hệ giữ QEA và QEB ........................................................ 29
Bảng 1.3 Tín hiệu ngõ ra và ngõ vào của Opto ............................................... 31
Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật 2SC5200, 2SA1943............................................ 32
Bảng 1.5 Kết quả điều khiển định vị trí thông qua thuật toán PID..................65


 

 

12


Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề:
Trên con đường phát triển và hội nhập, cũng như phải đối mặt những thách thức
về phát triển kinh tế và hiện đại hóa nền đại công nghiệp, đất nước đang chuyển mình
theo sự phát triển chung của thế giới và khu vực Châu Á nói riêng, bằng nền sản xuất
đa dạng và đầy tiềm năng. Nền sản xuất này không chỉ đòi hỏi một lượng lao động
khổng lồ mà còn yêu cầu về trình độ, chất lượng tay nghề, kỹ thuật lao động và thiết bị
sản xuất. Trên đà phát triển đó, vấn đề tự động hóa trong quá trình sản xuất, nghiên
cứu trở thành một nhu cầu cần thiết. Song song với quá trình đó việc điều khiển chính
xác luôn được đặt lên hàng đầu trong các khu công nghiệp gia công, chế tạo máy. Đáp
ứng nhu cầu đó với ứng dụng khoa học kỹ thuật các máy CNC lần lượt ra đời với
nhiều cải tiến hiện đại, phục vụ cho công nghiệp chế tạo và gia công với mức sai số
đến hàng micromet.
Trong đó, việc ứng dụng thuật toán PID số vào kỹ thuật điều khiển vị trí đã đem
lại những kết quả đầy tính ưu việc. Các thiết bị, hệ thống xác định vị trí ngày càng có
độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn.
1.2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu
Mục đích của đề tài này là chế tạo thử nghiệm mô hình điều khiển định vị trí một
trục với sự hộ trợ của thuật toán PID số. Đối tượng thử nghiệm điều khiển vị trí là các
tọa độ vạch sẵn trên thanh vít me bi.

Yêu cầu nghiên cứu đề tài:
- Chế tạo mô hình định vị trí bằng vít me bi.
 

13


- Thiết kế mạch công suất, mạch điều khiển cho mô hình.
- Viết chương trình thuật toán PID số cho điều khiển vị trí.
- Khảo sát tính năng làm việc của mô hình.
1.3 Giới hạn:
Mặc dù chúng em đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đề tài này, song do giới
hạn kiến thức và thời lượng thực hiện đề tài nên nội dung vẫn không thể tránh khỏi
hạn chế về kích thước của mô hình. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý
Thầy Cô và các bạn sinh viên để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm
ơn.

 

14


Chương 2
TỔNG QUAN

2.1 Khái quát các phương pháp điều khiển vị trí:
2.1.1 Phương pháp sử dụng động cơ tuyến tính:
Hiện nay trong các máy CNC có sử dụng động cơ tuyến tính để tạo chuyển động
tuyến tính dùng để điều khiển định vị, các ưu điểm của việc dùng động cơ tuyến tính:
- Đơn giản hơn về kết cấu cơ khí vì giảm bớt được phần tử truyền trung gian như

hộp số và trục vít.
- Do giảm bớt được các phần tử trung gian, tổn thất tổng thể giảm đáng kể, mặc
khác đảm bảo độ chính xác cao hơn đặc biệt là các sai số do hao mòn cùng với thời
gian sẽ giảm đi đáng kể.
- Đạt được động học hệ thống với mức cao nhất, đồng thời loại được các chuyển
động xoắn tiềm ẩn trong chuyển động của trục vít.

Hình 2.1 : Hệ truyền động sử dụng động cơ tuyến tính
 

15


2.1.2 Phương pháp điều khiển vị trí bằng ổ bi từ:
Trong một số máy phay của CNC, trục chính đòi hỏi tốc độ quay rất cao. Khi đó
cần phải dùng một động cơ chuyên biệt, được tích hợp sẵn trong trục chính và sử dụng
ổ bi từ để điều khiển vị trí.

Hình 2.2 Trục chính có tích hợp sẵn động cơ và ổ bi từ
Loại động cơ chuyên biệt có các đặc tính sau:
- Tốc độ tối đa đạt được 40000 vòng/phút.
- Ổ bi quay và ổ bi dọc trục có từ 2 đến 4 cặp nam châm.
Việc sử dụng ổ bi từ là một bước tiến quan trọng của ngành cơ khí cho phép
giảm tổn hao và tăng độ chính xác gia công (nhờ được loại trừ mòn do ma sát). Tuy
nhiên, các lợi thế này buộc phải có khả năng áp dụng, cài đặt các phương pháp điều
khiển ổ bi phù hợp.
2.1.3 Phương pháp điều khiển vị trí bằng đai:
Để xác định vị trí ngoài các chuyển động trên, phương pháp điều khiển vị trí đựa
trên chuyển động đai cũng được dùng trong vài máy CNC. Các đặt điểm khi dùng
truyền động bằng đai:

 

16


- Có thể kéo được tải lớn.
- Độ chính xác khá cao vì có thể tăng giảm tỷ lệ truyền động.

Hình 2.3 : Một máy điều khiển vị trí chạy bằng bộ truyền đai
2.1.4 Phương pháp điều khiển vị trí bằng vít me bi:
Các hệ thống sử dụng vít me bi để điều khiển vị trí có lợi thế ma sát đặt vào vít
me thấp hầu như không đáng kể, đảm bảo ổn định khi chuyển động, độ chính xác cao
khi làm việc lâu dài.

Hình 2.4 : Bộ phận truyền động bằng vit me bi

 

17


Dựa trên đặc điểm của các phương pháp điểu khiển vị trí và yêu cầu của đề tài
nên mô hình điều khiển định vị trí sẽ dùng bộ phận truyền động bằng vít me bi làm bộ
phận truyền động chính.
2.2 Trục vít me đai ốc bi:
Trong máy công cụ điều khiển số người ta sử dụng hai dạng vít me cơ bản đó là:
vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi.
o Vít me đai ốc thường: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt
o Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn.
Thay vì trạng thái tiếp xúc mặt như vít me đai ốc thường thì vít me đai ốc bi có

dạng tiếp xúc lăn bằng cách đưa vào các rãnh ren số lượng lớn bi hoặc bi trụ. Do tiếp
xúc giữa vít me và đai ốc là ma sát lăn nên ma sát có thể là coi là không đáng kể.
Ưu điểm của Vít me đai ốc bi:
o Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần bằng 0.9.
o

Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào
tốc độ.

o Có thể loại trừ khe hở và tạo sức căng ban đầu đảm bảo độ cứng vững dọc
trục cao.
o Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài.
Vít me bi có kết cấu đa dạng nhưng chúng
đều có cấu tạo chung như sau:
1: Vít me
2: Đai ốc
3: Vòng bi
4: Ống hồi tiếp

Hình 2.5 : Cấu tạo Vit me bi
2.3 Tìm hiểu Encoder:
 

18


Encoder là thiết bị đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc đồng thời chuyển đổi vị
trí góc hoặc vị trí thẳng thành tín hiệu nhị phân và nhờ tín hiệu này có thể xác định
được vị trí trục hoặc bàn máy. Tín hiệu ra của Encoder cho dưới dạng tín hiệu số.
Encoder được sử dụng làm phần tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi trong các máy CNC

và robot.
Trong máy công cụ điều khiển số, chuyển động của bàn máy được dẫn động từ
một động cơ qua vít me đai ốc bi tới bàn máy. Vị trí của bàn máy có thể xác định được
nhờ encoder lắp trong cụm truyền dẫn. Encoder được chia làm 2 loại, absolute encoder
và incremental encoder. Tạm dịch là encoder tuyệt đối và encoder tương đối.
Nếu dịch sát nghĩa, khi đọc absolute encoder, có nghĩa là encoder tuyệt đối, tức
là tín hiệu nhận được, chỉ rõ ràng vị trí của encoder, không cần xử lý gì thêm cũng biết
chính xác vị trí của encoder.
Còn incremental encoder, là loại encoder chỉ có 1, 2, hoặc tối đa là 3 vòng lỗ.
Nếu bây giờ đục một lỗ trên một cái đĩa quay, thì cứ mỗi lần đĩa quay 1 vòng sẽ nhận
được tín hiệu. Nếu bây giờ có nhiều lỗ hơn, đĩa quay sẽ cung cấp nhiều thông tin chi
tiết hơn, có nghĩa là đĩa quay 1/4 vòng, 1/8 vòng, hoặc 1/n vòng, tùy theo số lỗ nằm
trên incremental encoder. Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, cần phải lập trình để thiết bị đo
đếm lên 1. Do vậy, encoder loại này có tên incremental encoder (encoder tăng lên 1
đơn vị).

Hình 2.6: Cấu tạo encoder
 

19


Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên đĩa
có các lỗ (rãnh). Dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa, khi đĩa quay chỗ không có lỗ
(rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên
qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, một con mắt thu sẽ được đặt đối xứng với led.
Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua sẽ ghi nhận được đèn led có
chiếu qua lỗ hay không. Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi
lần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng.
2.4 Tìm hiểu động cơ DC:

2.4.1. Tổng quan:
Trong kĩ thuật có thể sử dụng nhiều loại động cơ khác nhau: động cơ xoay chiều,
động cơ một chiều và động cơ bước. Trong công nghiệp thường sử dụng động cơ xoay
chiều.
Trong thực tế với sự xuất hiện của biến tần, nói về chuẩn loại thì có rất nhiều, giá
thành trong nhưng năm trở lại đây nói chung là chấp nhận được nên trong công nghiệp
người ta thường sử dụng động cơ xoay chiều để truyền động, tuy nhiên bên cạnh đó
động cơ DC vẫn được sử dụng rộng rải trong các dây chuyền tự động bởi vì nó có giá
thành rẻ, nhỏ gọn, độ bền cao, điện năng tiêu thụ ít, so với động cơ bước nó có nhiều
ưu điểm điểm vượt trội:
+ Có phản hồi vị trí, tốc độ khép kín mạch vòng điều khiển, tăng độ chính xác
của điều chỉnh.
+ Công suất lớn hơn so với động cơ bước, có thể điều chỉnh được Momen, dẫn
đến rút ngắn được thời gian quá độ do đó tốc độ xử lý được tăng lên đáng kể.
+ Chính vì có được đáp ứng nhanh nên có thể áp dụng các phương pháp điều
khiển yêu cầu đến tốc độ cao, chính xác hơn trong chuyển động, cũng như tăng được
lực tác dụng.
+ Cùng với một loại động cơ tùy vào công suất đã lựa chọn nhưng ta có thể tăng
độ chính xác của điều khiển bằng phần cứng như thay đổi loại encoder 200 xung/vòng,
 

20


400 xung/vòng,500 xung/vòng… hoặc có thể sử dụng phần mềm đếm xung ở cả hai
pha của Encoder để tăng độ chính xác lên gấp đôi (động cơ có 400 xung/ vòng tương
đương với động cơ có 800 xung/ vòng). Nhận xét với động cơ bước thông thường góc
bước là 1.8 độ, độ chính xác tương đương với động cơ một chiều có gắn encoder loại
200 xung/ vòng. Nếu ta sử dụng động cơ có encoder loại 400 xung/ vòng thì độ chính
xác điều khiển tăng lên gấp đôi. Và nếu ta nhân đôi số xung ( sử dụng phần mềm ) thì

độ chính xác có thể tăng lên đến 4 lần, tức là tương đương với động cơ bước có góc
bước là 0.45 độ ( rất khó chế tạo).
Ở đề tài này chúng em sử dụng động cơ một chiều để điều khiển tốc độ của nó vì
monent khởi động lớn, dễ điều khiển tốc độ và chiều.
2.4.2 Sơ lược về động cơ DC:
Có nhiều cách để phân loại động cơ một chiều thường gặp:
Phân loại theo phương pháp kích thích cực từ chính:
+ Động cơ một chiều kích từ song song.
+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp.
Ngoài ra còn có phân loại theo kết cấu, theo công suất của động cơ điện….
2.4.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ DC:
+ Điều chỉnh điện áp phần ứng.
+ Điều chỉnh từ thông ( thay đổi dòng điện kích từ ).
+ Thay đổi điện trở phần ứng
+ Ta có thể kết hợp các cách điều chỉnh tốc độ với nhau tuỳ theo từng giai đoạn,
từng vùng và từng chế độ làm việc của động cơ.
2.5 Khái quát về PIC 18F4431:
Do trong đề tài nghiên cứu có ứng dụng đến VĐK PIC 18F4431 nên chúng em
xin trình bày các vấn đề cơ bản liên quan đến dòng VĐK PIC này.
- Là CPU 8/18 bit, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sữa đổi.
- Có bộ nhớ Flash và ROM có thể tùy chọn từ 256 byte đến 256 kbyte.
 

21


- Có các cổng xuất nhập (I/O ports).
- Có timer 8/16 bit.
- Có các chuẩn giao tiếp nối tiếp động bộ/ không đồng bộ USART.
- Có các bộ chuyển đổi ADC 10/12 bit.

- Có các bộ so sánh điện áp (voltage Comparators).
- Có các bộ capture/compare/pwm.
- Có hỗ trợ giao tiếp LCD.
- Có MSSP peripheral dùng cho các giao tiếp I2C, SPI, và I2S.
- Có bộ nhớ nội EEPROM, có thể ghi xóa tới 1 triệu lần.
- Có khối điều khiển động cơ, đọc encoder.
- Có hỗ trợ giao tiếp USB.
- Có hỗ trợ điều khiển Ethernet.
- Có hổ trợ giao tiếp CAN.
2.5.1 Đặc điểm PIC 18F4431:
o Tần số hoạt động : DC – 40 MHz.
o Bộ nhớ chương trình : 16384 bytes.
o Bộ nhớ chương trình : 8192 lệnh.
o Bộ nhớ dữ liệu : 768 bytes.
o Bộ nhớ dữ liệu EEPROM : 256 bytes.
o Các nguồn ngắt : 35.
o Các port xuất nhập : Các port A,B,C,D,E.
o Timer : 4.
o Các module capture/compare/PWM : 2.
o Module phản hồi chuyển động (ngõ vào giao tiếp capture/mã hóa vuông
góc) :1 QEI hoặc 3 x IC.
 

22


o Giao tiếp nối tiếp :SSP,USART.
o Module chuyển đổi A/D 10 bit : 9 kênh ngõ vào.
o Reset (và delay ) : POR,BOR,reset lệnh,PWRT,OST,MCLR,WDT.
o Bộ lệnh : 75.

o Số chân : 40 chân PDIP,44 chân TQFP,44 chân QFN.
2.5.2 Chức năng các chân PIC 18F4431:

 

Hình 2.7 PIC 18F4431
• Chân OSC1/CLKI/RA7 (13) : là ngõ vào kết nối dao động với thạch anh hoặc
ngõ vào nhận xung clock bên ngoài.
o OSC1: ngõ vào dao động thach anh hoặc ngõ vào nguồn xung ở bên
ngoài.ngõ vào có mạch schmitt trigger nếu sử dụng dao động RC.
o CLKI: ngõ vào nguồn xung bên ngoài.Luôn luôn kết hợp với chân hàm
OSC1.
o RA7 : Chân vào ra.
• Chân OSC2/CLKO/RA6 (14): ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ ra cấp xung
clock .
o OSC2: ngõ ra dao động thạch anh .kết nối đến thạch anh hoặc bộ cộng
hưởng .
o CLK0: ở chế độ RC , ngõ ra của OSC2 ,bằng ¼ tần số của OSC1 và
chính là tốc độ của chu kì lệnh.
o RA6 : Chân vào ra.
 

23


• Chân MCLR/Vpp/RE3 (1): có 2 chức năng:
o MCLR: là ngõ vào reset tích cực mức thấp.
o Vpp: khi lập trình cho pic thì đóng vai trò là ngõ nhận điện áp lập trình .
o RE3:Ngõ vào số,được dùng khi MCLR bị cấm.
• Chân RA0 /AN0 (2): có 2 chức năng:

o RA0: xuất/nhập số.
o AN0: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0.
• Chân RA1/AN1(3):
o RA1: xuất/nhập số.
o AN1: ngõ vào tương tự của kênh thứ 1.
• Chân RA2/AN2/VREF-/CAP1/INDX (4):
o RA2: xuất/nhập số.
o AN2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 2.
o VREF-: ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) của bộ A/D.
o CAP1:chân ngõ vào capture 1
o INDX: chân ngõ vào chân Z giao tiếp .
• Chân RA3/AN3/VREF+/CAP2/QEA (5) :
o RA3: xuất/nhập số.
o AN3: ngõ vào tương tự của kênh thứ 3.
o VREF+ :ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ A/D.
o CAP2:chân vào capture 2.
o QEA:chân ngõ vào kênh A giao tiếp .
• Chân RA4/AN4/CAP3/QEB (6):
o RA4: xuất/nhập số.
o AN4: ngõ vào tương tự của kênh thứ 4.
o CAP3: chân vào capture 3.
o QEB:chân ngõ vào kênh B giao tiếp .
• Chân RA5/AN5/LVDIN(7):
o RA5: xuất/nhập số.
o AN5: ngõ vào tương tự của kênh thứ 5.
o LVDIN:ngõ vào phát hiện điện áp thấp.
 

24



• Chân RB0/PWM0 (33):
o RB0: xuất/ nhập số.
o PWM0:ngõ ra PWM0.
• Chân RB1/PWM1 (34):
o RB1: xuất/ nhập số.
o PWM1:ngõ ra PWM1.
• Chân RB2/PWM2 (35):
o RB2: xuất/ nhập số.
o PWM2:ngõ ra PWM2.
• Chân RB3/PWM3 (36):
o RB3: xuất/ nhập số.
o PWM3:ngõ ra PWM3.
• Chân RB4/KBI0/PWM5 (37):
o RB4: xuất/ nhập số.
o KBI0:chân thay đổi ngắt.
o PWM5: ngõ ra PWM5.
• Chân RB5/KBI1/PWM4/PGM (38):
o RB5: xuất/ nhập số.
o KBI1:chân thay đổi ngắt.
o PWM4: ngõ ra PWM4.
o PGM: tích cực mức thấp lập trình ICSP.
• Chân RB6/KBI2/PGC (39):
o RB6: xuất nhập số.
o KBI2:chân thay đổi ngắt.
o PGC: mạch gỡ rối và xung clock lập trình ICSP.
• Chân RB7/KIB3/PGD(40)
o RB7: xuất nhập số.
o KBI3:chân thay đổi ngắt.
o PGD: mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP.

• Chân RC0/T1OSO/T1CKI(15):
 

25