Luận án tn thiết kế và thi công bộ nghịch lưu một pha

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2006-2009 GVHD: TỐNG THANH NHÂN Đồ án gồm có 3 phần: Phần A: Giới thiệu tổng quát đề tài. Trong phần này trình bày các vấn đề chung giới thiệu về đề tài, đây là một đề tài không phải mới vi thế nó vẫn sử dụng những kiến thức nền tảng và cơ bản xây dựng lên, khả năng của người thực hiện đề tài cũng như là giới hạng đề tài và phương thức tiến hành nghiên cứu. Phần B: Thiết kế và thi công bộ nghịch lưu một pha. Phần này giới thiệu về họ vi điều khiển PIC: cụ thể là PIC16F877A.

Giới thiệu về một số linh kiện được sử dụng trong mạch: điện trở, tụ , transistor,FET Thiết kế và thi công mạch in gồm: board xử lý trung tâm(mạch Pic điều khiển và mạch công suất), board hiển thị(led 7đọan) Phần C: Kết luận Đánh giá kết quả đề tài, hướng phát triển đề tài ứng dụng vào thực tiển và các tài liệu tham khảo. SVTH: NGUYỄN QUANG QUYẾN Trang: 5 PHẠM PHÚ TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2006-2009 GVHD: TỐNG THANH NHÂN I. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, điện la nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày cũng như trong các công ty, xí nghiệp,mà đôi khi lưới điện quốc gia không thể đáp tất cả những nhu cầu đó. Để gốp phần đáp ứng đủ nguồn điện cung cấp cho những nhu cầu đó.

Cùng với sự phát triển của vi điều khiển em chọn đề tài ”Thiết kế và thi công bộ nghịch lưu một pha”. Hệ thống này có các ưu điểm nổi bật sau:  Đơn giản, dễ dàng thay đổi nhờ lập trình.  Khả năng xử lý nhanh và linh động.  Giá thành tương đối rẻ SVTH: NGUYỄN QUANG QUYẾN Trang: 6 PHẠM PHÚ TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2006-2009 GVHD: TỐNG THANH NHÂN II.

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI. Do giới hạng về thời gian, tài liệu tham khảo và nhiều điều kiện khách quan khác nhau, nên trong đề tài này em chỉ nghiên cứu với nội như sau:  Tìm hiểu họ vi điều khiển PIC16F877A.  Thiết kế và thi công board điều khiển.  Viết chương trình điều khiển dựa trên phần cứng đã và thi công.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU. Giúp em nắm lại những kiến thức đã học, mở rộng kiến thức đã có. Trong quá trình học tập ít va chạm nên khi làm đề tài sẽ giúp cho em va chạm thực tế sẽ bớt bở ngở sau khi ra trường đi làm. Em lựu chọn vi điều khiển PIC với những lí do sau đây: Tốc độ xử lý lớn hơn so với các bộ xử lý thông thường hoạt động cùng tần số của đồng hồ xung nhịp.

Các bộ xử lý PIC có kiến trúc Harvard và kiến trúc Von-Neunam. Đối với kiến trúc harvard thì có bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách rời nhau. Kiến trúc này giúp cho người viết chương trình dễ kiểm soát, gốp phần tăng tốc độ xử lý trong quá trình chạy chương trình. Đối với kiến trúc Von-Neanam, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình nằm chung trong một bộ nhớ, do đó có thể tổ chức ,cân đối một cách linh họat bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu.

Giá thành rẻ. Phổ biến rộng trên thị trường. Tài liệu tham khảo đọc cũng dễ hiểu.THỂ THỨC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Các bước tiến hành nghiên cứu :  Chọn đề tài.

 Chính xác hóa đề tài.  Thu thập tài liệu.  Xử lý tài liệu.  Tiến hành chọn những phương án phù hợp.

 Thi công phần cứng.  Viết chương trình.  Xây dựng mô hình. SVTH: NGUYỄN QUANG QUYẾN Trang: 7 PHẠM PHÚ TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2006-2009 GVHD: TỐNG THANH NHÂN  Kiểm tra và cho chạy thử trên mô hình.

Đối tượng nghiên cứu:  Họ vi điều khiển PIC.  Lập trình C.  Các chương trình hổ trợ trong quá trình làm như orcad 9. Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp quan sát và tham khảo tài liệu là chính.

Tài liệu tham khảo: Nhờ sự giúp đỡ của chú Thắng ở Doanh nghiệp tư nhân Thắng Nhất, sự chỉ bảo của thầy Nhân, kết hợp tài liệu trên mạng Internet. SVTH: NGUYỄN QUANG QUYẾN Trang: 8 PHẠM PHÚ TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2006-2009 GVHD: TỐNG THANH NHÂN CHƯƠNG I:HỌ VI ĐIỀU KHIỂN PIC I. HỌ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A 1. PIC LÀ GÌ ? PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “Máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi diều khiển đầu tiên của họ.

PIC 1650 đđược thiết kế dùng để làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP 1600. Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay.TẠI SAO LÀ PIC MÀ KHÔNG PHẢI LÀ CÁC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN KHÁC? Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051,Motorola 68HC, AVR,ARM,…Ngoài họ 8051 được hướng dẩn một cách căn bản ở môi trường đãi học , bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụngtrên công cụ này vì các nguyê nhân sau: SVTH: NGUYỄN QUANG QUYẾN Trang: 9 PHẠM PHÚ TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2006-2009 GVHD: TỐNG THANH NHÂN 1. Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Vịêt Nam. Giá thành không quá đắt.

Có tính năng của một vi điều khiển khi họat dộng độc lâp. Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051 Số lượng người sủ dụng họ vi điều khiển PIC.Hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới , họ vi điều khiển này được sử dụng kháa rộng rãi .Điều này tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như:số lượng tài liệu,số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành công ,dể dàng trao đổi ,học tập ,dể dàng tìm được sự chỉ dẩn khi gặp khó khăn,…Sự hổ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch , các công cụ lập trình , nạp hương trình từ đơn giản đến pức tạp,…Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính năng này không ngừng được phát triễn. KIEÁN TRUÙC PIC Cấu trúc phần cứng của một vi điều khiển dược tiết kế theo hai dạng kiến trúc :kiến trúc Von Neuman và kiến trúc havard.1:Kiến trúc Havard và kiến trúc Von Neuman. Tổ chức phần cứng của PIC được thiết kế theo kiến trúc Havard .điểm khác biệt giữa kiến trúc Havard và kiến trúc Von Neuman là cấutrúc bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình.

SVTH: NGUYỄN QUANG QUYẾN Trang: 10 PHẠM PHÚ TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2006-2009 GVHD: TỐNG THANH NHÂN Đối với kiến trúc Von Neuman , bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chuơng trình nằm chung trong một bộ nhớ , do đó ta có thể tổ chức , cân đối một cách linh họat bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu .Tuy nhiên điều này chỉ có ý nghĩa khi tốc độ xử lí của CPU phải rất cao , ví với kiế trúc đó , trong cùng một thời điểm CPU chỉ co thể tương tác với bộ nhớ dử liệu hoặc bộ nhớ chương trình. Như vậy có thể nói kiến trúc Von Neuman không thích hợp với cấu trúc của một vi điều khiển. Đối với kiến trúc Havard , bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách ra thành hai bộ nhớ riêng biệt.Do đó trong cùng một thời điểm CPU có thể tương tác với cả hai bộ nhớ, như vậy tốc độ xử lí của vi điều khiển được cải thiện đáng kể. Một điểm cần lưu ý nữa là tập lệnh trong kiến trúc Havard có thể được tối ưu tùy theo yêu cầu kiến trúc của vi điều khiển mà còn phụ tuộc vào cấu trúc dử liệu.Ví dụ , khi đối với vi điều khiển dòng 16F, độ dài lệnh luôn là 14 bit(trong khi dữ liệu được tổ chức thành từng byte), còn đối với kiến trúc Von Neuman , độ dài lệnh luôn là bội số của một byte( do dữ liệu được tổ chức thành từng byte).Đặc điễm này được minh họa cụ thể trong hình 1 4 RISC vaø CISC Như đã trình bày ở trên , kiến trúc Havard là khái niệm mới hơn so với kiến trúc Von Neuman.

Khái niệm này được hình thành nhằm cải thiện tốc độ thực thi của vi điều khiển. Qua việc tách rời bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu , bus chương trìng và bus dữ liệu , CPU có thể cùng một lúc truy xuất cả bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu,giúp tăng tốc độ xử lí của chương trình lên gắp đôi.Đồng thời kiến trúc lệnh không phụ thuộc vào kiến trúc dữ liệu mà có thể linh động điề chỉnh tùy theo khả năng và từng tốc độ của vi điều khiển. Và để tiếp tục cải tiến tốc độ thực thi lệnh , tập lệnh của họ vi điều khiển PIC được thiết kế sau cho chiều dài mã lệnh luôn cố định (ví dụ đối với họ 16Fxxxchiều dài mã lệngh luôn là 14 bit) và cho phép thực thi lệnh trong một chu kỳ của xung clock(ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt như lệnh nhảy ,lện gọi chương trình con .cần hai chu kỳ xung đồng hồ). SVTH: NGUYỄN QUANG QUYẾN Trang: 11 PHẠM PHÚ TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2006-2009 GVHD: TỐNG THANH NHÂN Điều này có nghĩa tập lệnh của vi diều khiển thuộc cấu trúc Havard có ít lệnh hơn , ngắn hơn, đơn giản hơ để đáp ứng yêu cầu mã hóa lệnh bằng một số lượng bit nhất định.

Vi điều khiển được tổ chức theo kiến trúc Havard còn gọi là vi diều khiển RISC(Reduced Instruction Set Computer)hay vi điều khiển có tập lệnh rút gọn.Vi điều khiển đuợc thiết kế theo kiến trúc Von Neuman còn gọi là vi điều khiển CISC( Complex Instruction Set Computer ) hay vi điều khiển có tập lệnh phức tạp vì mã lệnh của nó không phải là một số cố định mà luôn là bội số của 8 bit(1 byte). PIPELINING Đây chính là cơ chế xử lí lệnh của vi điều khiền PIC .Một chu kỳ lệnh của vi điều khiển sẽ bao gồm 4 xung lock.Ví dụ ta sủ dụng oscillator có tần số 4 MHZ, thì xung lệnh sẽ có tần số 1 MHz(chu kỳ lệnh sẽ là 1 us). Giả giừ ta có một đọan chương trình như sau: 1. instruction @ address SUB_1 Ở đây ta chỉ bàn đến qui trình vi điều khiễn xử lí đọan chương trình trên thông qua từng chu kỳ lệnh.

Quá trình trên sẽ được thực thi như sau Hình 1.2: cơ chế pipelining(hinh) TCY0: đđọc lệnh 1 TCY1:thực thi lệnh 1, đọc lệnh 2 TCY2: thực thi lệnh 2, đọc lệnh 3 TCY3: thực thi lệnh 3, đọc lệnh 4.