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(b) INTERFACCIA CON IL SISTEMA E CON L’OPERATORE

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Academic year: 2021

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(b)

INTERFACCIA CON IL SISTEMA

E CON L’OPERATORE

Il microcontrollore Il Microchip PIC16F877 è un microcontrollore

che è costituito principalmente da una CPU RISC ad alte prestazioni, alcune periferiche integrate e 40 pin. I pin collegano cinque porte di interfaccia, classificate dalla A alla E, e che hanno ognuna 8 pin tranne la A (6 pin) e la E (3 pin). Le porte hanno un buffer ST o TTL, od entrambe. Lo stato dei pin può essere impostato dal microcontrollore; la tensione su di essi può essere 5V se settati HI, oppure 0V se settati LOW. Ma le porte possono essere configurate in modo che lo stato dei pin possa essere settato esternamente. Quindi se al pin viene collegata una sorgente a 5V il microcontrollore vedrà lo stato di quel pin come HI. Su alcuni pin è inoltre implementato un interrupt che, al cambiamento di stato del pin, richiama una routine specifica. Il microcontrollore è alimentato da una sorgente

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a 5V che non deve essere soggetta ai disturbi che possono derivare dalle commutazioni sui tasti di potenza ed ai corto circuiti sul motore in continua. Affinché questa condizione sia verificata l’interfaccia con il sistema di potenza deve essere opportunamente isolata.

I fotoaccoppiatori Il microcontrollore è in grado di abilitare

ciascun tasto di potenza settando opportunamente quattro propri pin, RD0:3, che sono collegati, tramite fotoaccoppiatori di isolamento galvanico, all’input dei driver per IGBT Motorola MC33153. I fotoaccoppiatori garantiscono un elevato rapporto di reiezione ai disturbi (CMRR) ed una velocità di risposta molto elevata. I fotoaccoppiatori scelti sono i 6N137, fotoaccoppiatori ad alta velocità alimentati a 5V e compatibili con la logica TTL. Sono costituiti da un diodo emettitore che quando attraversato da corrente emette una luce che attiva un chip fotosensibile che cambia lo stato dell’uscita. Questi fotoaccoppiatori garantiscono che la

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propagazione del segnale abbia un ritardo di un massimo di 75ns, consentendo al microcontrollore un pilotaggio dei tasti con effetti praticamente immediati sul sistema. Il 6N137 può sopportare correnti di ingresso di 20mA e di uscita di 50mA.

Oltre che per pilotare i componenti i 6N137 sono utilizzati per l’isolamento del segnale FAULT. Quando avviene una desaturazione su uno dei tasti di potenza il relativo driver MC33153 imposta HI un proprio pin denominato appunto FAULT. Questi pin sono collegati, tramite fotoaccoppiatore, ai pin RB7:4 del PIC, che è abilitato per ricevere interrupt dall’esterno. Quando qualche tasto va in desaturazione il controllore blocca immediatamente la routine di controllo, disabilita tutti i tasti di potenza ed avverte l’operatore tramite il display, specificando quale driver di gate ha generato il segnale di guasto. Il sistema, una volta entrato in blocco, può essere ripristinato tramite il tasto di RESET.

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Interfaccia utente L’operatore ha la possibilità di regolare la velocità del motore aumentando o diminuendo, tramite due tasti appositi, la velocità di riferimento dell’anello di velocità. La velocità di riferimento è visualizzata su un display a 3 digit del tipo LED a 7 segmenti. La scala della velocità è in bit, da 0 a 225, che corrispondono a 3000rpm. Il display da notizia di eventuali malfunzionamenti del modulo di potenza, comunicando all’operatore quale switch sia stato oggetto del malfunzionamento. A disposizione dell’operatore c’è anche lo switch “Consenso”. Quando lo switch è sulla posizione OFF l’utente può variare liberamente la velocità di riferimento, che viene visualizzata sul display, senza che il controllo segua effettivamente tale valore. Quando lo switch è invece portato sulla posizione ON il motore è comandato per seguire istantaneamente il valore impostato indicato sul display.

Driver di display Il display a 7 segmenti non è altro che un

modulo di led opportunamente collegati tra loro. Per poter visualizzare correttamente un’informazione ha bisogno di essere pilotato

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opportunamente. Per pilotare il display si è deciso di adottare un PIC gemello di quello utilizzato per gestire il controllo digitale del motore. Esistono dei circuiti integrati che sono in grado di pilotare un display a più cifre con la tecnica del multiplexing1, e che hanno costi leggermente inferiori ad un PIC16F877. Ma questi display, noti anche come “multiplexer”, hanno una interfaccia di tipo seriale con una frequenza massima di 500kHz. Al multiplexer deve essere fornita una stringa di bit corrispondenti allo stato di ogni led. Questa operazione comporta un rallentamento dell’anello di controllo della corrente, con il rischio che la corrente stessa assuma valori lontani dalla corrente di riferimento.

L’utilizzo di un PIC come driver di display consente di comunicare in parallelo, tramite la porta C dei PIC, il valore del registro ad 8 bit che contiene la velocità di riferimento dell’anello di velocità. In questo modo la comunicazione tra i due PIC è praticamente istantanea: il PIC che controlla il chopper,

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Il multiplexing è una tecnica che consente di visualizzare su un display un numero limitando la corrente assorbita dal circuito. Il principio sta nell’accendere tutti i LED necessari alla

visualizzazione del numero uno solo alla volta, con una frequenza talmente elevata da far sembrare all’occhio umano, che ha la frequenza di taglio a circa 30Hz, che siano accesi tutti

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denominato Bridge Controller, ha bisogno di soli 400ns per la comunicazione al display driver il giusto valore da visualizzare. Tramite tre porte del PIC “Display Driver” (porte A, B e D) sono attivati i giusti LED del display.

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