1. Trang Chủ
  2. Điện-Điện tử-Viễn thông
  3. Thiết kế bộ điều khiển PID số trên nền vi điều khiển PIC

Thiết kế bộ điều khiển PID số trên nền vi điều khiển PIC

Khoa học công nghệ hiện đại đã có những bước tiến nhanh và xa đi theo đó là những thành tựu ứng dụng trong mọi lĩnh vực dời sống, công nghiệp. Kĩ thuật điều khiển trong tiến trình hoàn thiện lý thuyết cũng tạo cho mình nhiều phát triển có ý nghĩa. Bây giờ khi nhắc tới điều khiển con người dưòng như hình dung đến sự chính xác, tốc độ xử lý và thuật toán thông minh đồng nghĩa là lượng chất xám cao hơn.... Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hμ néi Khoa ®iÖn Bé m«n ®iÒu khiÓn tù ®éng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:T

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện-Điện tử-Viễn thông

Số trang 111

Ngày tạo 8/29/2018 7:38:15 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước

Tên tệp

Tải Thiết kế bộ điều khiển PID số trên nền vi điều khi... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hμ néi Khoa ®iÖn Bé m«n ®iÒu khiÓn tù ®éng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:Thiết kế bộ điều khiển PID số trên nền vi điều khiển PIC Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Phan Xuân Minh Sinh viên thực hiện : Phạm Văn Cường Hoàng Văn Quân Lớp : ĐKTĐ1 Khoá : 49 Hà Nội 5 - 2009
  2. Mục lục Lời mở đầu .......................................................................................... 5 Lời cảm ơn........................................................................................... 6 Chương 1 : Họ vi điều khiển PIC và vi điều khiển PIC18F4520 .......................... 7 1.1 Giới thiệu chung .......................................................................................... 7 1.2 . Vi điều khiển Pic18F4520 ......................................................................... 8 1.2.1. Tổ chức bộ nhớ (Memory Organization) ........................................... 13 1.2.2. 8 x 8 HARDWARE MULTIPLIER ................................................... 22 1.2.3. Ngắt (Interrupts) ................................................................................. 23 1.2.4. Cổng vào ra (I/O Port)........................................................................ 32 1.2.5. Bộ định thời (Timer) .......................................................................... 33 1.2.6. Bộ truyền nhận dữ liệu đồng bộ (EUSART-Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)..................................... 37 1.2.7. Module chuyển đổi tưong tự sang số 10 bit (A/D) ............................ 50 Chương 2 : Thiết kế bộ điều khiển PID số ........................................................... 57 2.1 Thiết kế mô hình phần cứng mạch điều khiển........................................... 57 2.1.1. Yêu cầu thiết kế .................................................................................. 57 2.1.2. Các khối chức năng trên kit điều khiển.............................................. 58 a) Khối vi điều khiển trung tâm.................................................................................... 58 b) Khối giao tiếp máy tính qua cổng nối tiếp ............................................................... 59 c) Khối bàn phím .......................................................................................................... 60 d) Khối hiển thị LCD 2x16(2 dòng, 16cột) .................................................................. 61 e) Khối mạch động lực điều khiển................................................................................ 62 f) Khối nguồn 12V/5V.................................................................................................. 62 g) Các khối khác ........................................................................................................... 63 2.2 Thiết kế phần mềm trên nền vi điều khiển PIC ......................................... 64 2.2.1. Yêu cầu phần mềm ............................................................................. 64 2.2.2. Giải thuật chương trình ...................................................................... 65 a) Loop điều khiển........................................................................................................ 65 b) Thuật toán PID số ..................................................................................................... 66 2.2.3. Thiết kế phần mềm điều khiển và giám sát trên máy tính ................. 69 2.3 Kit điều khiển............................................................................................. 71 Chương 3 : Ứng dụng bộ điều khiển PID số điều khiển động cơ một chiều ....... 72 3.1 Đối tượng điều khiển ................................................................................. 72 3.1.1. Thông số kĩ thuật ................................................................................ 72 Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 1
  3. 3.1.2. Nhận dạng mô hình động học của động cơ điện một chiều ............... 72 3.1.3. Thu thập dừ liệu vào/ra của động cơ điện một chiều từ thựcnghiệm. 72 3.1.4. Nhận dạng động cơ điên một chiều bằng Toolbox Identification cảu Matlab........................................................................................................... 74 3.1.5. Đánh giá chất lượng mô hình ............................................................. 76 3.2 Thiết kế luật điều khiển PID...................................................................... 77 3.2.1. Phương pháp Ziegler-Nichols1 .......................................................... 77 3.2.2. Phương pháp IMC .............................................................................. 77 3.2.3. Mô phỏng và đánh giá chất lượng bộ điều khiển ............................... 78 3.3 Thiết bị chấp hành(IC L298) ..................................................................... 78 3.4 Cảm biến (Encoder) ................................................................................... 81 3.5 Hệ thống điều khiển................................................................................... 84 3.6 Một số hình ảnh về Kit điều khiển động cơ sử dụng vi điều khiển PIC .. 86 3.7 :Kết quả thực nghiệm................................................................................. 87 3.8 So sánh kết quả mô phỏng và thực tế ........................................................ 88 Kết luận ............................................................................................. 89 Tài liệu tham khảo ............................................................................. 91 Phụ lục Code phần mềm.................................................................... 92 Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 2
  4. MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối kiến trúc vi điều khiển PIC18F4520 ............................................. 9 Hình 1.2 Sơ đồ chân vi điều khiển Pic18F4520 ........................................................... 10 Hình 1.3: Tổ chức bộ nhớ chương trình ....................................................................... 13 Hình 1.5: Clock/Instruction Cycle................................................................................ 15 Hình 1.6 Instruction Pipeline Flow .............................................................................. 15 Hình 1.7 Instruction In Program Memory.................................................................... 16 Hình 1.8 Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ dữ liệu Pic18F4520 ................................................... 16 Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc thanh ghi của Pic18F4520 ..................................................... 17 Hình 1.10 Pic 18 Interrup logic .................................................................................... 23 Hình 2.1 Mô hình khối mạch điều khiển...................................................................... 57 Hinh 2.2.Sơ đồ khối vi điều khiển trung tâm ............................................................... 58 Hinh 2.3 Mạch nạp cho vi điều khiển trung tâm .......................................................... 58 Hinh 2.4 Khối giao tiếp máy tính Max232................................................................... 59 Hình 2.5 : Cấu tạo cổng COM...................................................................................... 59 Hinh 2.6 Modul bàn phím ............................................................................................ 60 Bảng sơ lược chức năng LCD 2x16 ............................................................................. 61 Hình 2.7 Khối hiển thị LCD ......................................................................................... 62 Hinh 2.8 Khối thiết bị chấp hành.................................................................................. 62 Hình 2.9 Sơ đồ khối nguồn........................................................................................... 62 Sơ đồ nguyên lý kit điều khiển..................................................................................... 63 Sơ đồ mạch in hai lớp ................................................................................................... 64 Hình 2.10 Lưu đồ loop điều khiển................................................................................ 65 Hình 2.11 Lưu đồ hàm ngắt dùng tạo chu lì trích mẫu................................................. 66 Hình 2.12 Sơ đồ bộ điều khiển PID số ......................................................................... 67 Hình 2.13 Chống bão hào tích phân ............................................................................. 68 Hình 2.14. Giao diện giao tiếp PC................................................................................ 69 Hình 3.1 Động cơ sủ dụng trong đồ án......................................................................... 72 Hinh 3.2 Sơ đồ thu thập dữ liệu nhận dạng .................................................................. 72 Hình 3.2 Đặc tính thu thập dữ liệu nhận dạng............................................................. 73 Hình 3.3Chọn đầu vào và mô hình nhận dạng của đối tượng ...................................... 75 Hình 3.4Phương thức nhận dạng và đánh giá mô hình thu được ................................. 75 Hình 3.5 Đặc tính quá độ đối tượng sau khi nhận dang ............................................... 76 Hình 3.6 Sai lệch mô hình nhận dạng........................................................................... 76 Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 3
  5. Hình 3.7 Mô phỏng trên Simulink các phương pháp điều khiển ................................ 78 Hình 3.9 Đặc tính mô phỏng ........................................................................................ 78 Hình 3.10 Sơ đồ chân L298.......................................................................................... 79 Hình 3.11: Các chế độ của L298 .................................................................................. 80 Hình 3.12 : Sơ đồ giải pháp .......................................................................................... 81 Hình 3.13 : Mô hình1 - En coder quang tương đối ...................................................... 81 Hình 3.14 : Phương thức hoạt động Encoder quang tương đối.................................... 82 Hình 3.15 : Mô hình 2 -En coder quang tương đối ...................................................... 82 Hình 3.16 : Sơ đồ xung của En coder quang tương đối(mô hình 2) ............................ 83 Hình 3.17 Sơ đồ hệ thốngđiều khiển động cơ .............................................................. 84 Hình 3.18 Cấu trúc hệ thống điều khiển....................................................................... 84 Hình 3.19 Cấu trúc khối điều khiển động cơ................................................................ 85 Một số hình ảnh mạch điều khiển động cơ một chiều.................................................. 86 Hình 3.20 Đặc tính với bộ điều khiển PI...................................................................... 87 Hình 3.21 Đặc tính với bộ đièu khiển PID ................................................................... 87 Hình 3.22 Hệ thống khi có nhiễu................................................................................. 88 Hình 3.23 Đặc tính khi hệ thống có thay đỏi giá trị đặt ............................................... 88 Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 4
  6. Lời mở đầu Khoa học công nghệ hiện đại đã có những bước tiến nhanh và xa đi theo đó là những thành tựu ứng dụng trong mọi lĩnh vực dời sống, công nghiệp. Kĩ thuật điều khiển trong tiến trình hoàn thiện lý thuyết cũng tạo cho mình nhiều phát triển có ý nghĩa. Bây giờ khi nhắc tới điều khiển con người dưòng như hình dung đến sự chính xác, tốc độ xử lý và thuật toán thông minh đồng nghĩa là lượng chất xám cao hơn. Có thể nói trong lĩnh vực điều khiển và trong công nghiệp thì bộ điều khiển PID có ứng dụng kha rộng rãi, một giả pháp đa năng chocác ứng dụng cả Analog cũng như Digital. Thống kê cho thấy có tới hơn 90% các bộ điều khiển sử dụng trong thực tế là PID. Rõ ràng nếu có thiết kế và chọn lựa các thông số hợp lý cho bộ điều khiển PID thì việc đạt được các chỉ tiêu chất lượng mong muốn là khả thi Bộ điều khiển PID cũng giúp người sử dụng dễ dàng tích hợp cũng như chọn các luật điều khiển như : tỉ lệ(P), tích phân(I), tỉ lệ tích phân(PI), tỉ lệ vi phân(PD)… sao cho phù hợp đối với các đối tượng điều khiển. Nhiều quá trình trong công nghiệp việc sử dụng bộ điều khiển PID là không thể thay thế như khống chế nhiệt độ, mức, tốc độ…? Ngay cả những lý thuyết điều khiển hiện đại cũng không cho ta những hiệu quả cao như bộ điều khiển PID mang lại.Ngoài ra bộ điều khiển PID còn ứng dụng nhiều trong điều khiển thích nghi,bền vững vẫn mang lại hiệu quả cao trong các cơ cấu chỉnh định. Bài toán thiết kế và điều khiển động cơ một chiều là bài toán cơ bản và quen thuộc trong ngành điều khiển tự động. Có thể thiết kế điều khiển cho đối tượng độngcơ điện một chiều theo nhiều phương pháp như :dùng PLC & biến tần, điện tử công suất, vi điều khiển… Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm khác nhau nhưng đều có mục đích ổn định và điều khiển được tốc độ động cơ. Ngày nay vi điều khiển phát triển sâu rộng và ngày càng ứng dụng nhiều trong cài đặt thiết kế bộ điều khiển cho các đối tượng công nghiệp. Trên cơ sở muốn tìm hiểu về lĩnh vực vi điều khiển chúng em chọn đề tài: Thiết kế bộ điều khiển PID số trên nền vi điều khiểnPIC. Vì khả năng và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong đồ án. Do vậy chúng em rất mong được thầy cô và bạn bè đóng góp xây dựng để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày tháng năm 2009 Sinh viên Phạm Văn Cường Hoàng Văn Quân Lớp ĐKT1 - K49 Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 5
  7. Lời cảm ơn Đầu tiên chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới nhà truờng, khoa điện, bộ môn ĐKTĐ, các thầy cô đã dạy dỗ và dìu dắt chúng em trong suốt 5 năm học vừa qua để có được những kiến thức chuyên môn cơ sở sau này chúng em có thể vào đời làm việc, sử dụng có ích cho xã hội. Để thực hiện thành công đồ án là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS Phan Xuân Minh, Người đã hướng dẫn tận tình , giúp chúng em định hướng, góp ý và cung cấp ý tưởng cũng như chỉ dẫn tài liệu và các tiến trình thực hiện đồ án .Sự hướng dẫn của cô là một yếu tố quan trọng để chúng em có thể hoàn thành đồ án này . Cuối cùng chúng em xin chân thành gửi những lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ và gia đình, những người luôn sát cánh cùng chúng em, nuôi dưỡng chăm sóc chúng em tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập để có kết quả như ngày hôm nay. Chúng em xin chân thành cảm ơn Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 6
  8. Vi điều khiển Pic Chương 1: Họ vi điều khiển PIC và vi điều khiển PIC18F4520 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay, những ứng dụng của vi điều khiển đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt và sản xuất của con người. Thực tế hiện nay là hầu hết các thiết bị điện hiện nay đều có sự góp mặt của vi điều khiển và vi xử lí. Ứng dụng vi điều khiển trong thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế và hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định của thiết bị và hệ thống. Trên thị trường hiện nay có nhiều họ vi điều khiển để lựa chọn như: 8051, Motola68HC, AVR, ARM, Pic…và có lẽ 8051 là dòng mà chúng ta được làm quen nhiều nhất trong môi trường đại học nhưng tại sao chúng ta chọn dòng vi điều khiển Pic để thực hiện ứng dụng và phát triển không ngoài những nguyên nhân sau: - Họ vi điều khiển Pic phát triển và sử dụng phổ biến ở nước ta => việc tìm mua và trao đổi kinh nghiệm là hết sức thuận lợi. - Giá thành các dòng Pic là không quá mắc. - Các dòng Pic có đầy đủ tính năng để hoạt động độc lập. - Là sự bổ sung hợp lý về kiến thức cũng như ứng dụng cho họ vi điều khiển 8051 - Có sự hỗ trợ cao của nhà sản xuất về các công cụ lập trình, trình biên dịch, mạch nạp Pic từ đơn giản tới phức tạp. Không những vậy các tính năng đa dạng của các đòng Pic không ngừng được phát triển. - Có nhiều bộ phận ngoại vi ngay trên chip, bao gồm: Cổng và/ra số, bộ biến đổi ADC, bộ nhớ EEFROM, bộ định thời, bộ điều chế độ rộng xung (PWM)… - Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu được tích hợp ngay trên chip. Đây là họ VĐK được chế tạo theo kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer) có cấu trúc khá phức tạp. Ngoài các tính năng như các họ VĐK khác, nó còn tích hợp nhiều tính năng mới rất tiện lợi cho người thiết kế và lập trình. Pic18F4520 nằm trong dòng sản phẩm PIC18F2420/2520/4420/4520 của nhà sản xuất Microchip với đặc điểm 28/40/44 -Pin Enhanced Flash Microcontrollers with 10- Bit A/D and nanoWatt Technology. Dòng sản phẩm này có nhiều cải tiến đáng kể về tính năng so các dòng Pic trước đó như : - Bộ nhớ chương trình được tăng cường (16Kbytes for PIC18F2420/4420 devices and 32Kbytes for PIC18F2520/4520 devices). Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 7
  9. Vi điều khiển Pic - I/O ports (3 bidirectional ports on 28-pin devices, 5 bidirectional ports on 40/44-pin devices). - Tăng cường modul CCP. - Sử dụng công nghệ nanoWatl Dòng sản phẩm này nói chung có nhiều sự tương đồng về tính năng nhưng có thể chia làm hai nhóm Pic18F2420/2520 với 28 chân và Pic 18F4420/4520 với 40 hoặc 44 chân ghép nối. Phần này chủ yếu chúng ta tìm hiểu Pic18F4520 nhưng những đặc điểm các Pic khác thuộc dòng này sẽ hoàn toàn tương tự với các kí hiệu tương ứng. Trong đồ án chúng ta quan tâm chủ yếu Pic18F4520 loại PDIP sử dụng trong mạch thiết kế. 1.2 . Vi điều khiển Pic18F4520 Vi điều khiển Pic18F4520 có các đặc điểm cơ bản: - Sử dụng công nghệ nanoWatl: Hiệu năng cao, tiêu thụ năng lượng ít - Kiến trúc RISC 75 lệnh mạnh, hầu hết các lệnh thực hiện trong bốn chu kì xung. Tốc độ thực hiện lên tới 10 triệu lệnh trong 1s với tần số 40Mhz Có bộ nhân cứng . - Các bộ nhớ chương trình và dữ liệu cố định 32 Kbytes bộ nhớ flash có khả năng tự lập trình trong hệ thống có thể thực hiện được 100.000 lần ghi/xóa 256 bytes EEPROM có thể thực hiện được 1.000.000 lần ghi/xóa- 256 bytes SRAM - Những ngoại vi tiêu biểu 4 bộ định thời/bộ đếm 8 bit với các chế độ tỉ lệ đặt trước và chế độ so sánh. Bộ đếm thời gian thực với bộ tạo dao động riêng biệt 2 kênh PWM 13 kênh ADC 10 bit Bộ truyền tin nối tiếp USART khả trình Watchdog Timer khả trình với bộ tạo dao động bên trong riêng biệt Bộ so sánh tương tự - Các đặc điểm đặc biệt khác Power on Reset và dò Brown out khả trình Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 8
  10. Vi điều khiển Pic Bộ tạo dao động RC được định cỡ bên trong Các nguồn ngắt bên trong và bên ngoài - I/O và các kiểu đóng gói 32 đường I/O khả trình Đóng gói 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, và 44-pad MLF Hình 1.1 Sơ đồ khối kiến trúc vi điều khiển PIC18F4520 Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 9
  11. Vi điều khiển Pic Sơ đồ chân của các vi điều khiển Pic18F4420/4520 Hình 1.2 Sơ đồ chân vi điều khiển Pic18F4520 Sau đây là giới thiệu cấu tạo chân loại 40 chân (40 Pin PDIP): • Chân 1( MCLR /VPP/RE3) : - MCLR là đầu vào Master Clear (reset) hoạt động ở mức thấp dể reset toàn bộ thiết bị. - VPP dùng để thay đổi điện áp đầu vào. - RE3 đầu vào số. Các chân thuộc cổng vào ra Port A • Chân 2(RA0/AN0):với RA0 là cổng vào ra số, AN0 là đầu vào tương tự Input0. • Chân 3(RA1/AN1): RA1 là cổng vào ra số, AN1 là đầu vào tương tự Input1. • Chân 4(RA2/AN2/VREF+): RA2 là cổng vào ra số, AN2 là đầu vào tương tự Input2. VREF+ đầu vào tương tự chuyển đổi A/D điện áp tham chiếu(mức thấp), còn CVREF là đầu ra tương tự để so sánh điện áp chuẩn. • Chân 5(RA3/AN3/VREF-/CVREF ): RA3 là cổng vào ra số, AN3 là đầu vào tương tự Input3. VREF- đầu vào tương tự chuyển đổi A/D điện áp tham chiếu(mức cao). • Chân 6(RA4/T0CKI/C1OUT): RA4 là đầu vào ra số,T0CKI dầu vào xung bên ngoài của Timer0, C1OUT là đầu ra bộ so sánh 1. • Chân 7(RA5/AN4/ SS /HLVDIN/C2OUT): trong đó RA5 là cổng vào ra só, AN4 là đầu vào tương tự Input 4, SS chọn đầu vào phụ thuộc SPI, HLVDINđầu vào tương tự để dò điện áp, C2OUT đầu ra bộ so sánh 2. Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 10
  12. Vi điều khiển Pic • Chân 13(OSC1/CLKI/RA7): với OSC1là đầu vào bộ dao động thạch anh hoặc là đầu vào nguồn xung từ bên ngoài, khi ta nối dây với các thiết bị tương tự thì đầu vào này dạng ST( Schmitt Trigger input ưith CMOS levels).CLKI là đầu vào CMOS cho nguồn xung bên ngoài và luôn được ghép nối với chân OSC1. Còn RA7 là chân vào ra sử dụng chung . • Chân 14(OSC2/CLKO/RA6): OSC2 là đầu ra bộ dao động thạch anh được nối với thạch anh hoặc bộ công hưởng dể lựa chọn dạng bộ dao động thạch anh. CLK0 có tần số bằng ¼ tần số của OSC1 đọ rộng chu kì lệnh, RA6 là đầu vào ra chung. Các chân cổng vào ra hai chièu Port B. Port B có thể lập trình bằng phần mềm khi cho kéo đầu vào bên trong yếu lên trên toàn bộ đầu vào. • Chân 33(RB0/INT0/FLT0/AN12): Với RB0 là cổng vào ra số, INT0 là đầu vào ngắt ngoài Interrup 0, FLT0 là đầu vào báo lỗi PWM được tăng cường CCP1, AN12 đầu vào tương tự Input 12. • Chân 34(RB1/INT1/AN10): RB1 là đầu vào ra số, INT1 đầu vào ngắt ngoài Interrup1, AN10 đầu tương tự Input 10. • Chân 35(RB2/INT2/AN8): RB2 là đầu vào ra số, INT2 đầu vào ngắt ngoài Interrup2, AN8 đầu tương tự Input 8. • Chân 36 (RB3/AN9/ccp2): RB3 là đầu vào ra số, AN9 đầu tương tự Input 9, CCP2 ( Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2 output.) • Chân 37(RB4/KBI0/AN11):): RB4 là đầu vào ra số, KBI0 thay đổi mở ngắt, AN11 đầu tương tự Input 9. • Chân 38(RB5/KBI1/PGM): RB5 đầu vào ra số, KBI1 thay đổi mở ngắt, PGM cho phép có thể lập trình ISCPTM ở điện áp thấp. • Chân 39(RB6/KBI2/PGC): RB6 là đầu vào ra số, KBI2 thay đổi mở ngắt, PGC chân dùng trong mạch chạy và xung lập trình ICSP. • Chân 40(RB7/KBI3/PGD): RB7 đầu vào ra số, KBI3 thay đổi mở ngắt, PGD chân dùng trong mạch chạy và xung lập trình ICSP. Các chân công Port C • Chân 15(RC0/T1OSO/T13CKI):RC0 đầu vào ra số, T1OSO đầu ra bộ dao động Timer1, T13CKI đầu vào xung bên ngoài Timer1/Timer3. • Chân 16(RC1/T1OSI/CCP2): RC1 đầu vào ra số, T1OSI đầu vào bộ dao động Timer1, CCP2(Capture 2 input/Compare 2 output/PWM2 output.). • Chân 17(RC2/CCP1/P1A): RC2 lầ đầu vào ra số, CCP1(Capture1 input/Compare 1 output/PWM1 output.), P1A đầu ra tăng cường CCP1. • Chân 18(RC3/SCK/SCL): RC3 là đầu vào ra số, SCK đầu vào ra đư chuỗi xung vào ra cho SPI lựa chọn, SCL đầu vào ra đưa chuỗi xung vào ra cho I2CTM lựa chọn. Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 11
  13. Vi điều khiển Pic • Chân 23(RC4/SDI/SDA): RC4 là đầu vào ra số, SDI đầu vào dữ liệu API, SDA đầu vào ra dữ liệu cho I2C. • Chân 24(RC5/SDO): RC5 đầu vào ra số, SDO đầu ra dữ liệu SPI. • Chân 25(RC6/TX/CK): RC6 đầu vào ra số, TX đầu ra chuyển đổi dị bộ EUSARRT, CK dầu vào ra xung đồng bộ EUSART. • Chân 26(RC7/RX/DT): RC7 đầu vào ra số, RX đầu vào nhận dị bộ EUSART, DT đầu vào ra dữ liệu đồng bộ EUSART. Các chân cổng Port D( Port D có thể vào ra hai hướng hoặc cổng song song phụ thuộc(PSP) cho giao diên vi xử lý và khi đó các đầu vào phải là TTL.. • Chân 19(RD0/PSP0): RD0 đầu vào ra số, PSP0 cổng dữ liệu song song phụ thuộc. • Chân 20(RD1/PSP1): RD1 đầu vào ra số, PSP1cổng dữ liệu song song phụ thuộc • Chân 21(RD2/PSP2): RD2đầu vào ra số, PSP2 cổng dữ liệu song song phụ thuộc • Chân 22(RD3/PSP3): RD3 đầu vào ra số, PSP3 cổng dữ liệu song song phụ thuộc • Chân 27(RD4/PSP4): RD4 đầu vào ra số, PSP4 cổng dữ liệu song song phụ thuộc • Chân 28(RD5/PSP5/P1B): RD5 đầu vào ra số, PSP5 cổng dữ liệu song song phụ thuộc, P1B đầu ra được tăng cường CCP1. • Chân 29(RD6/PSP6/P1C): RD6 đầu vào ra số, PSP6 cổng dữ liệu song song phụ thuộc, P1C đầu ra được tăng cường CCP1. • Chân 30(RD7/PSP7/P1D): RD7 đầu vào ra số, PSP7 cổng dữ liệu song song phụ thuộc, P1D đầu ra được tăng cường CCP1. Các chân cổng Port E • Chân 8(RE0/ RD /AN5): RE0 đầu vào ra số, RD đầu vào điều khiển đọc cho cổng PSP, AN5 đầu vào tương tự Input5. • Chân 9(RE1/ WR /AN6): RE1 đầu vào ra số, WR đầu vào điều khiển viết dữ liệu cổng PSP, AN6 đầu vào tương tự Input6. • Chân 10(RE2/ CS /AN7): RE2 đầu vào ra số, CS điều khiển chọn Chip cho cổng PSP, AN7 đầu vào tương tự Input7. - Đầu RE3 nằm ở chân 1 Các chân khác • Chân 12,31(VSS): nối đất chuẩn cho I/O và logic. • Chân 11,32(VDD): cungcấp nguồn dương cho I/O và logic. Loại 44 chân có thêm một số chân phụ khác khi cần thiết ta có thể dễ dàng tra trong DataSheet. Chi tiết hơn chúng ta có thể thấy qua sơ đồ khối của Pic18F4420/4520 trong tài liệu do microchip cung cấp sẽ có hoàn toàn đầy đủ thông tin. đặc điểm cấu tạo. Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 12
  14. Vi điều khiển Pic 1.2.1. Tổ chức bộ nhớ (Memory Organization) Dòng Pic18Fxxxx được tổ chức bộ nhớ thành ba loại: • Bộ nhớ chương trình (Program Memory). • Bộ nớ dữ liệu RAM (Data RAM). • Bộ nhớ dữ liệu EEPROM (Data EEPROM ). Tổ chức các bộ nhớ chương trình theo kiến trúc Harvard được sắp xếp theo sơ đồ: Hình 1.3: Tổ chức bộ nhớ chương trình Tổ chức bộ nhớ chương trình(Program Memory Organization) Dòng vi điều khiển Pic18xxxx là thiết bị với 21bit bộ đếm chương trinh PC (Program counter) có thể quản lý 2Mbyte bộ nhớ chương trình. Với Pic18F4520 có 32Kbytes bộ nhớ Flash có thể lưu trữ lên tới 16,384 câu lệnh đơn, dòng Pic này có hai vector ngắt: Reset vector có địa chỉ 0000h và Interrupt vector ở địa chỉ 0008h và 0018h. • Bộ đếm chương trình – PC (Program Counter) PC có độ rộng 21 bits phân chia trên 3 thanh ghi 8 bits: thanh ghi PCL, thanh ghi PCH, thanh ghi PCU. Dữ liệu bytes địa chỉ của PC được lưu trong bộ nhớ chương trình. Khi sử dung cần lưu ý tới cấu trúc lệnh có làm thay đổi giá trị PC hay không. Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 13
  15. Vi điều khiển Pic • Khôi phục dịa chỉ ngăn xếp (RETURN ADDRESS STACK) Ở đây ta có thể cho phép lưu trữ gọi 31 chương trình và các ngắt xảy ra. Trong thực thi ngăn xếp cấu trúc lệnh CALL và RCALL là được quan tâm. Sơ đồ ngăn xếp dạng: Hình 1.4: Sơ đồ địa chỉ ngăn xếp Trong vùng ngăn xếp này cần quan tâm tới:: - Top-of-Stack Access - Return Stack Pointer (STKPTR) - Stack Full and Underflow Resets Khi chúng ta lập trình cần thiết chính xác khi gọi chương trình qua lệnh Call và Rcall nên khi tác động cần quan tâm sự thay đổi các ngăn xếp cũng như quản lý con trỏ (Pointer). Ta có thể dùng các lệnh Push và Pop để điều khiển con trỏ. Một quan tâm khác nữa đó là Stack Pointer Register (STKPTR) - thanh ghi con trỏ ngăn xếp: Bit 7 (STKFUL): bit cờ báo ngăn xếp đầy − Giá tri 1 có nghĩa là ngăn xếp đã đầy hoặc tràn − Giá trị 0 thì ngăn xếp vẫn chưa bị đầy hoặc tràn Bit 6 (STKUNF): bit cờ báo tràn dưới − Giá trị 1: xảy ra tràn dưới − Giá trị 0: không có tràn dưới Bit 5 (Unimplementad): mang giá trị “0” Bit 4-0 (SP:Các bit xác định con trỏ ngăn xếp Chúng ta có thể xóa bit 6 và bit 7 nhờ phần mềm hoạc bởi một POR • FAST REGISTER STACK Nhóm thanh ghi này gồm có các thanh ghi: Status, WREG, BSR giúp việc khôi phục nhanh lựu chọn cho các ngắt. Ví dụ một chương trình: Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 14
  16. Vi điều khiển Pic Việc quản lý tốt bộ nhớ chương trình sẽ giúp ta thực hiện chương trình tốt hơn cũng như tối ưu câu lệnh. • Chu kì lệnh Pic 18Fxxx Bất kì một vi điều khiển Pic nào khi nhận một xung từ bên trong hay bên ngoài đều xử lý theo một chu kì gồm 4 bước. Họ 18Fxxxx cũng vậy chu kì lệnh được xử lý song song (Pipelining) qua 4 bước Q1,Q2,Q3,Q4. Hình 1.5: Clock/Instruction Cycle Hình 1.6 Instruction Pipeline Flow Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 15
  17. Vi điều khiển Pic Hình 1.7 Instruction In Program Memory Tổ chức dữ liệu bộ nhớ(Data Memory Organization) Pic18Fxxxx là họ Statis Ram mỗi thanh ghi bộ nhớ dữ liệu có 12 bit địa chỉ, cho phép truy nhập tới 4096 bytes dữ liệu bộ nhớ. Không gian bộ nhớ chia làm 16 bank gồm 256 byte mỗi bank Pic18F4520 như sơ đồ phía sau. Bộ nhớ dữ liệu bao gồm : thanh ghi chức năng đặc biệt (SFRs), thanh ghi mục đích chung (GPRs). Thanh ghi SFR dùng để điều khiển trạng thái và chức năng thiết bị ngoại vi, trong khi thanh ghi GPR dùng để lưu trữ hoặc làm vùng nhớ tạm thời đang hoạt động của các ứng dụng. Hình 1.8 Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ dữ liệu Pic18F4520 Theo cấu trúc lệnh và kiến trúc dòng Pic18Fxxxx cho phép các bank hoạt động đồng thời. Toàn bộ bộ nhớ dữ liệu có thể cho phép truy nhập có hướng, vô hướng hay địa chỉ có chỉ số, đặc điểm chung của các thanh ghi là cho phép xử lý trong một chu kì Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 16
  18. Vi điều khiển Pic đơn. Pic 18Fxxxx cung cấp một AccesBank gồm 256 byte bộ nhớ cho phép truy cập nhanh tới SFRs và phần Bank0 của GPR nếu không sử dụng BSR. Chi tiết các bank thanh ghi và chức năng ta có thể theo dõi kĩ hơn trong dataSheet Sau đây là một số cấu trúc các thanh ghi điển hình: Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc thanh ghi của Pic18F4520 Thanh ghi Status (Status Register) Bit 7-5 (Unimplemented): mang giá trị “0” Bit 4 (N): bit xác định dấu(Negative bit) dược sử dụng cho số có dấu(số bù 2), nó được xác dịnh khi kết quả mang dấu âm(ALU MSB=1) − Giá trị 1: kết quả là âm − Giá trị 0: kết quả là dương Bit 3 (OV): bít báo tràn(overflow bit) được sử dụng cho số có dấu (số bù 2), nó xác định báo tràn cho độ dài 7 bit cái là nguyên nhân thayđổi trạng thái và dấu bit 7. − Giá trụ 1: xảy ra tràn − Giá trị 0 : không xáy ra tràn Bit 2 (Z): bít không (Zero bit) − Giá trụ 1: kết quả các phép toán số học và logic là bằng “0” − Giá trị 0 : kết quả các phép toán khác “0” Bit 1 (DC): Digit Carry/ borrow bit. Sử dụng cho các lệnh ADDWF, ADDLW, SUBLW và SUBWF − Giá trụ 1: xảy ra việc thao tác 4 bit thấp. Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 17
  19. Vi điều khiển Pic − Giá trị 0 : không xảy ra việc thao tác 4 bit thấp. Bit 1 (DC): Carry/ borrow bit. Sử dụng cho các lệnh ADDWF, ADDLW, SUBLW và SUBWF − Giá trụ 1: xảy ra việc thao tác bit quan trọng. − Giá trị 0 : không xảy ra việc thao tác với bit quan trọng. • Các kiểu địa chỉ dữ liệu(Data Addressing Modes) Có bốn kiểu địư chỉ như sau: • Địa chỉ có sẵn (Inherent addressing) • Địa chỉ bằng chữ (Literal addressing) • Địa chỉ có hướng (Direct addressing) • Địa chỉ vô hướng (Indirect addressing) Các chế độ này có chế độ địa chỉ theo hướng khi sử dụng có liên hệ thanh ghi FSR • Bộ nhớ dữ liệu và cấu trúc lệnh được mở rộng(Data Memory and the Extended Instruction Set) Pic 18 có khả năng cho ta mở rộng cấu trúc lệnh nhờ Access Bank và cho ta gấp dôi lệnh khi lựa chon địa chỉ không gian bộ nhớ. Nó có thể mang lại nhiều ý nghĩa về kích thước bộ nhớ. Với chế độ này chủ yếu thay đổi cấu trúc kiểu địa chỉ có hướng và vô hướng còn hai chế độ địa chỉ bàng chữ và có sẵn là không thay đổi, cụ thể ta có thể theo đõi như hình vẽ Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 18
  20. Vi điều khiển Pic Bộ nhớ chương trình Flash (Flash Program Memory) Đặc điểm bộ nhớ Flash là có khả năng đọc viết và xoá trong thời gian hoạt động dựa vào khoảng điện áp VDD một cách dễ dàng. Tại một thời điểm chúng ta có thể thực hiện đọc một byte, Viết một khối 32 byte, xoá một khối 64 byte. Hoạt động xoá một khối lớn không có khả năng từ mã người sử dụng. Khi ta xoá hoặc viết vào bộ nhớ chương trình sẽ ngừng chỉ dẫn cho khi hoàn thành hoạt động.Và không có sự truy nhập trong suốt quá trình viết hoặc xoá dữ liệu. Sẽ có một bộ đếm thời gian khi có hoạt động xoá hoặc viết. Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu một số thuộc tính cơ bản khi thao tác bộ nhớ Flash. • Table Reads and Table Writes Theo thứ tự đọc và viết dữ liệu cho phép vi xử lý di chuyển các byte giữa không gian bộ nhớ chương trình và dữ liệu trong RAM thông qua: Table Reads and Table Writes. Nhưng do bộ nhớ chương trình có độ rông 16bit còn bộ nhớ Ram chỉ là 8 bit nên để di chuyển dữ liệu giữa chúng cần thanh ghi 8bit (TABLAT): Bảng đọc hoạt động lấy ra dữ liệu từ bộ nhớ chương trình đưa chúng tới khoảng nhớ của RAM.: Bảng viết hoạt động lưu trữ dữ liệu từ bộ nhớ dữ liệu htông qua đó giữ trong bộ nhớ chương trình: Phạm Văn Cường - Hoàng Văn Quân. Lớp ĐKTĐ1-K49 19
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược