Thiết kế kit dsPIC33/PIC32 dùng trong nghiên cứu phát triển các hệ truyền động điện

dsPIC là một họ vi điều khiển số (Digital Signal Controller) 16-bit do hãng Microchip sản xuất. Sự khác biệt của dsPIC so với các vi điều khiển khác là dsPIC được tích hợp các công cụ xử lý tín hiệu số. Tuy mới ra đời (từ năm 2005) nhưng dsPIC đã nhanh chóng chiếm được thị phần lớn trong thị trường chip trên thế giới cũng như tại Việt Nam bởi chip dsPIC có tốc độ xử lý cao, trên phiến tích hợp các module chức năng phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, đồng thời giá thành của dsPIC tương đối thấp. Những yếu tố đó cho phép thực hiện các dự án trên dsPIC rất hiệu quả. Trong nội dung bài báo này, chúng tôi trình bày về thiết kế một kit dsPIC đa năng phục vụ thí nghiệm thực hành vi điều khiển của học phần vi điều khiển trong chương trình đào tạo kỹ sư thuộc các chuyên ngành điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế kit dsPIC33/PIC32 dùng trong nghiên cứu phát triển các hệ truyền động điện Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014 VAÁN ÑEÀ TRAO ÑOÅI THIẾT KẾ KIT dsPIC33/PIC32 DÙNG TRONG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DESIGN OF A dsPIC33/PIC32 KIT FOR STUDY ELECTRICAL DRIVE SYSTEMS Nhữ Khải Hoàn1, Quách Đức Cường2 Ngày nhận bài: 30/10/2013; Ngày phản biện thông qua: 15/12/2014; Ngày duyệt đăng: 02/6/2014 TÓM TẮT dsPIC là một họ vi điều khiển số (Digital Signal Controller) 16-bit do hãng Microchip sản xuất. Sự khác biệt của dsPIC so với các vi điều khiển khác là dsPIC được tích hợp các công cụ xử lý tín hiệu số. Tuy mới ra đời (từ năm 2005) nhưng dsPIC đã nhanh chóng chiếm được thị phần lớn trong thị trường chip trên thế giới cũng như tại Việt Nam bởi chip dsPIC có tốc độ xử lý cao, trên phiến tích hợp các module chức năng phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, đồng thời giá thành của dsPIC tương đối thấp. Những yếu tố đó cho phép thực hiện các dự án trên dsPIC rất hiệu quả. Trong nội dung bài báo này, chúng tôi trình bày về thiết kế một kit dsPIC đa năng phục vụ thí nghiệm thực hành vi điều khiển của học phần vi điều khiển trong chương trình đào tạo kỹ sư thuộc các chuyên ngành điện. ABSTRACT dsPIC is a 16-bit Digital Signal Controller which is produced by Microchip company. The dsPIC is integrated digital signal processing tool on chip. This is difference between dsPIC and other microcontroller families. Although it was produced in 2005 but now the dsPIC is one off the most popular chip on the World and in Vietnam. Because the dsPIC has high operate speed and many powerful features which are suitable for many different applications. Additionally, it is also low-cost. From the elements above, we can implement effective projects with dsPIC. In this paper we present the design of a general-purpose dsPIC control kit which is used to study PIC microcontroller courses for power engineering training programs. Từ khóa: dsPIC33FJ256MC710, vi điều khiển, Microchip I. MỞ ĐẦU Kit phát triển dsPIC được thiết kế cho dòng dsPIC điều khiển động cơ chuyên dụng dsPIC33FJ256MC710. Đây là dòng chip điều khiển động cơ mới nhất của Microchip. Khi thiết kế, chúng tôi đã tham khảo một số kit dsPIC của Microchip, MikroC, Olimex... đồng thời cũng đặt ra một số yêu cầu đối với thiết bị, ví dụ như: tính đa năng (sử dụng để học tập thực hành, đồng thời cũng có thể sử dụng Kit dsPIC trong nghiên cứu phát triển các ứng dụng thực tế). Kit dsPIC này được sử dụng để thực thi các giải thuật điều khiển hiện đại cho hệ thống điều khiển, điều khiển các thiết bị điện tử công suất như biến tần, chỉnh lưu, băm áp trong các hệ truyền động điện DC, ba pha AC (động cơ đồng bộ 1 và không đồng bộ), một pha AC, động cơ bước (step motor) và động cơ một chiều không chổi than (BLDC motor). Ngoài ra cũng có thể thực hiện các nội dung đo lường và điều khiển khác như: thu thập dữ liệu, giao tiếp với PC, MCU, PLC thông qua các chuẩn giao tiếp CAN, RS232, RS485, I2C... Kit dsPIC được thiết kế dùng riêng cho chip dsPIC33FJ256MC710, nhưng board này vẫn có thể dùng cho một số chip PIC32 (dòng chip 32 bit) 100 chân ví dụ như chip PIC32MX460F512L. Sự đa dạng này giúp sinh viên có thể thực hành nhiều dòng chip của Microchip trên bản mạch. Có thể nói kit dsPIC này là một sản phẩm phù hợp với nhu cầu thực hành về kỹ thuật đo lường và điều khiển sử dụng vi điều khiển số. ThS. Nhữ Khải Hoàn, 2 TS. Quách Đức Cường: Khoa Điện - Điện tử - Trường Đại học Nha Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 223 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014 II. NỘI DUNG 1. Cấu trúc của KIT dsPIC 1.1. Một số tính năng của bộ điều khiển số dsPIC33FJ256MC710 Theo catalog từ hãng Microchip, bộ vi điều khiển số dsPIC33FJ256MC710 có tính năng như trong bảng 1 [1]. Bảng 1. Đặc tính kỹ thuật của chip điều khiển số dsPIC33FJ256MC710 Parameter Name Value Architecture 16-bit CPU Speed 40 MIPS Program Memory 256 KB Flash RAM memory 30,720 Byte Internal Oscillator 7.37 MHz, 512 kHz Digital Communication Peripherals 2 I2C, 2 SPI, 2 CAN, 2 UART Analog Peripherals 2-A/D 24x12-bit CCP Peripherals 8/8 Motor Control PWM 8 channels/16-bit resolution QEI module 1 Parallel Port GPIO Timers 9 x 16-bit 4 x 32-bit DMA 8 Pin Count 100 Temperature Range -40 to 150 C Voltage supply 3.0 to 3.6 V Power Management Idle, Sleep and Doze mode 1.2. Cấu trúc của kit dsPIC Hình 1 thể hiện sơ đồ tổng thể của kit dsPIC. Lõi chip trung tâm là dsPIC33FJ256MC710 hoặc PIC32MX460F512L. Chip trung tâm này sẽ gửi dữ liệu hiển thị lên màn hình LCD thông qua chip PIC16F877A, giao tiếp giữa dsPIC33FJ256MC710 và PIC16F877A được lựa chọn thực hiện theo một số chuẩn giao tiếp sau: I2C, SPI và RS232. Các module giao tiếp của kit dsPIC bao gồm: RS232, Hình 1. Sơ đồ khối thiết bị trên kit dsPIC 224 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG RS485, CAN, I2C, SPI, INFRARED, ETHERNET, WIRELESS, USB. Một số module thiết bị như DC motor drive, SVPWM inverter cho phép thực hành áp dụng các giải thuật điều khiển hiện đại trong hệ điều khiển DC motor và kỹ thuật điều chế vector của biến tần ba pha. Trên kít cũng có sẵn các bus điều khiển động cơ và bus truyền dữ liệu mở rộng cho phép đa dạng hóa các bài thực hành ứng dụng cụ thể. Hình 2. kit dsPIC Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Điều đặc biệt đối với kit dsPIC là trên bản mạch có module biến tần ba pha. Với module biến tần này sẽ cho phép sinh viên thực hiện, kiểm tra và chỉnh sửa giải thuật điều chế vector trong biến tần SVPWM trước khi thực hiện trên hệ biến tần công suất. Module biến tần được thiết kế với sáu Tranzitor C1815 và có chế độ chống ngắn mạch, chống xung áp ngược. Nạp chương trình cho chip thông qua kết nối ICSP hoặc JTAG. Đây là chuẩn nạp và gỡ lỗi chương trình onchip của Microchip. Hệ thống nạp và gỡ lỗi này rất thuận lợi cho việc chỉnh sửa và phát triển dự án trên dsPIC. Chúng tôi sử dụng thiết bị PICKIT2 để nạp chương trình cho kit dsPIC, Số 2/2014 firmware của thiế ...