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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 223
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 
1 ThS. Nhữ Khải Hoàn, 2 TS. Quách Đức Cường: Khoa Điện - Điện tử - Trường Đại học Nha Trang
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
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. 
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014
224 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
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, 
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.
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
 Hình 1. Sơ đồ khối thiết bị trên kit dsPIC Hình 2. kit dsPIC 
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 225
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,
fi rmware của thiết bị nạp được cập nhật trên trang 
web Microchip [2].
1.3. Một số module ngoại vi
1.3.1. Module điều khiển động cơ DC
Module điều khiển động cơ DC sử dụng mạch 
cầu tích hợp L6203 chuyên dụng. Vi mạch L6203 
có điện áp làm việc lên tới 52V, dòng điện 4A, tần 
số băm xung 100KHz. Bên trong L6203 tích hợp 4 
MOSFET cho phép điều khiển 4 góc phần tư đặc 
tính tải của động cơ DC. Ngoài ra trên L6203 cũng 
có mạch đo lường dòng điện, tín hiệu dòng điện từ 
L6203 sẽ qua bộ lọc thông thấp trước khi đưa vào 
module ADC của dsPIC. Phần cứng mạch drive 
L6203 thể hiện trên hình 3.
 Hình 3. Module L6203 cho động cơ DC Hình 4. Module SVPWM trên kit dsPIC
1.3.2. Module SVPWM
Module SVPWM được bố trí nằm trên góc trái 
của kit dsPIC (hình 4). Chúng ta có thể thực hành 
lập trình các giải thuật điều chế vector cho biến tần 
ba pha thông qua module này. 
1.3.3. Module Wireless
Module Wireless sử dụng thiết bị thu phát 
wireless POP2032 (hình 5), ở tốc độ thu phát 9600 
baud khoảng cách thu phát có thể đạt tới 500m. 
POP2032 kết hợp với vi điều khiển PIC16F688 tạo 
thành một thiết bị có hai chức năng.
Chức năng thứ nhất: Module Wireless đóng vai 
trò của Wireless Sensor Node, nó thu thập tín hiệu 
vật lý như nhiệt độ, ánh sáng, điện áp... và truyền 
về trạm trung tâm.
Chức năng thứ hai: Module Wireless đóng vai 
trò thiết bị trung gian để PC và MCU thực hiện thu 
phát wireless.
Hình 5. Wireless module
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014
226 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
2. Trình biên dịch
Ngôn ngữ lập trình cho dsPIC có hai loại cơ bản 
là ngôn ngữ ASM và ngôn ngữ C. Lập trình trên ASM 
cho phép tạo ra mã gọn nhẹ, tốc độ thực thi nhanh. 
Tuy nhiên, nhược điểm của ngôn ngữ ASM là trình 
bày phức tạp, khó khăn cho việc thực hiện các giải 
thuật tính toán đối với người lập trình không chuyên. 
Trong khi đó ngôn ngữ C với cấu trúc rõ ràng, khả 
năng module hóa cao, thực hiện thuật toán một cách 
trực quan sáng sủa đã thực sự trở thành một ngôn 
ngữ lý tưởng cho lập trình hệ nhúng. Hiện nay trình 
biên dịch sử dụng ngôn ngữ C cho dsPIC được nhiều 
hãng cung cấp, như MikroC của MikroElectronika,
MPLAB C30 của Microchip, CCS của CCS Inc [3] 
Mỗi một trình biên dịch đều có ưu điểm, nhược 
điểm riêng, ví dụ các trình biên dịch MikroC và CCS 
cung cấp hệ thống fi rmware đồ sộ, kết quả là đối với 
những người lập trình không chuyên việc phát triển 
dự án dsPIC hết sức đơn giản. Bởi thông qua hệ 
thống fi rmware đó MikroC/CCS đã che hết toàn bộ
phần cứng của hệ nhúng dsPIC. Điều này rõ 
ràng vừa có ưu điểm và cũng có nhược điểm của 
MikroC/CCS. Ưu điểm là phát triển hệ thống dễ 
dàng, nhược điểm là người lập trình hoàn toàn phụ 
thuộc vào hệ thống fi rmware do hãng cung cấp qua 
đó làm cho người lập trình “ngần ngại” trong việc tìm 
hiểu tổ chức phần cứng hệ nhúng. Đối với sinh viên, 
những người đang trong quá trình học tập và nghiên 
cứu, điều này hết sức nên tránh.
Ngoài hai ngôn ngữ căn bản ASM và C như đã 
nói ở trên, lập trình tạo mã cho dsPIC còn có thể 
thực hiện theo dạng sơ đồ khối chức năng thông 
qua thư viện Embedded Target for Microchip dsPIC 
của MATLAB & SIMULINK. Cũng giống như các thư 
viện Target for C6000/C2000, Target for Infi neon
C166 trong MATLAB, thư viện Embedded Target
for Microchip dsPIC cung cấp các sơ đồ khối chức 
năng trên chip như ADC, PWM, UART cho phép 
người lập trình sử dụng sơ đồ khối SIMULINK 
để thực hiện các nội dung lập trình cho dsPIC.
Hai chức năng này được thể hiện thông qua sơ đồ ghép nối giao tiếp wireless trên hình 6 và hình 7. 
Hình 6. Sơ đồ ghép nối thu thập dữ liệu
thông qua wireless
Hình 7. Giao tiếp wireless giữa hai MCU
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 227
Trong thực tế, công việc lập trình cho dsPIC thông 
qua thư viện SIMULINK của MATLAB chỉ phù hợp 
cho việc kiểm nghiệm giải thuật điều khiển. Khi thiết 
kế một dự án - ứng dụng hoàn chỉnh, đa phần người 
lập trình vẫn phải viết mã chương trình trong ASM 
hoặc C.
Trong những trình biên dịch kể trên, MPLAB 
C30 là trình biên dịch do chính hãng Microchip cung 
cấp. Với trình biên dịch MPLAB C30, người lập trình 
sẽ nắm vững được tổ chức phần cứng và phần 
mềm trên hệ nhúng dsPIC từ đó có thể phát triển 
những fi rmware riêng cho dự án của mình hoặc sử 
dụng những fi rmware do chính hãng cung cấp. Do 
đó chúng tôi lựa chọn MPLAB C30 làm trình biên 
dịch phát triển hệ thống nhúng dsPIC. 
3. Một số kết quả thực hành thu thập dữ liệu và 
điều khiển trên kit dsPIC
3.1. Thực hiện giải thuật điều chế vector cho biến 
tần 3 pha
Điều chế vector cho biến tần ba pha thực hiện 
ở tần số băm xung 3KHz, tần số điện áp ba pha là 
10Hz. Giản đồ điện áp ba pha quan sát từ máy hiện 
sóng thể hiện trên hình 8.
3.2. Điều khiển tốc độ, góc quay động cơ DC bằng 
giải thuật điều khiển mờ thích nghi trực tiếp
Trong phần này chúng tôi sẽ giới thiệu một 
vài kết quả điều khiển hệ DC motor sử dụng kit 
dsPIC. Động cơ sử dụng trong thí nghiệm là loại 
D06D03 của Hitachi có thông số của động cơ ghi 
trong bảng 2.
Bảng 2. Thông số của DC motor
Thông số định mức Giá trị
Điện áp 30V
Dòng điện 2A
Công suất 53W
Tốc độ 3100 rpm
Sử dụng giải thuật điều khiển mờ thích 
nghi trực tiếp để điều khiển tốc độ và góc quay 
của động cơ. Sơ đồ điều khiển như trên hình 9. 
dsPIC33FJ256MC710 hoạt động ở tần số 40 MHz 
Tần số lấy mẫu dữ liệu là 400 Hz, bộ PWM hoạt 
động ở tần số băm xung của PWM 9,775 KHz, độ 
phân giải của PWM là 12-bit. Thông số của encoder 
là 2000 pps.
Hình 8. Điện áp pha của biến tần SVPWM
Hình 9. Sơ đồ điều khiển động cơ DC sử dụng kit dsPIC
Trường hợp điều khiển tốc độ: Hình 10 thể hiện 
đáp ứng tốc độ của động cơ DC bám theo hàm 
step mẫu. 
Trường hợp điều khiển góc quay: Đáp ứng vị trí 
bám theo một tín hiệu analog thể hiện trên hình 11.
 Hình 10. Đáp ứng tốc độ của động cơ DC Hình 11. Đáp ứng vị trí của động cơ DC
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014
228 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
3.3. Thu thập dữ liệu thông qua Wireless module
Thực hành truyền tin wireless với tốc độ truyền 
tin và khoảng cách truyền xa nhất mà wireless 
module có thể thực hiện được ghi trong bảng 3. Các 
giá trị này được thí nghiệm dưới điều kiện không 
gian truyền tin không bị cản trở bởi các chướng ngại 
vật như tòa nhà, dãy núi
Bảng 3. Tốc độ truyền và khoảng cách 
thu - phát của Wireless module
Tốc độ truyền Khoảng cách xa nhất có thể thu - phát dữ liệu
1200 baud 1100m
2400 baud 900m
9600 baud 650m
19200 baud 320m
38400 baud 270m
IV. KẾT LUẬN
Bài báo này chúng tôi đã đưa ra để trao đổi vấn 
đề nghiên cứu và phát triển một kit vi xử lý 16-bit 
dsPIC dùng trong nghiên cứu - thực hành phát triển 
các hệ truyền động điện DC và AC. Kết quả nghiên 
cứu trên kit bước đầu thực hiện một số ví dụ như: 
điều chế vector cho biến tần ba pha, hệ thống điều 
khiển tốc độ và vị trí động cơ DC với giải thuật điều 
khiển mờ thích nghi trực tiếp, giao tiếp truyền dữ 
liệu thông qua wireless module cho thấy kit dsPIC 
hoạt động chính xác và ổn định.
Trong tương lai, chúng tôi sẽ nghiên cứu phát 
triển hệ điều khiển vector cho động cơ điện AC với 
board điều khiển trung tâm là kit dsPIC. Những kết 
quả nghiên cứu đó, chúng tôi sẽ trình bày trong 
những nội dung báo cáo sau. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Microchip, 2011. 16-bit language tools getting started.
2. Microchip, 2011. MPLAB C Complier for PIC24 MCUs and dsPIC DSCs User’s Guide.