Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển động cơ bước dùng vi xử lý

MỤC LỤC MỤC LỤC 2 LỜI NÓI ĐẦU 5 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 6 1.1 . Giới thiệu về động cơ bước 6 1.1.1 Tổng quan về động cơ bước 6 1.1.2 Hoạt động của động cơ bước 8 1.1.3 Phân loại động cơ bước: 8 1.1.4 Một số thông số và khái niệm. 14 1.1.5 Các chế độ điều khiển động cơ bước. 16 1.2 Kết luận 17 CHƯƠNG II: VI XỬ LÝ 89C51 19 2.1 Cấu tạo phần cứng 19 2.1.1 Sơ đồ chân và chức năng của các chân của 80C51 và 89C51. 19 2.1.2. Cấp xung clock cho 8051: XTAL 18, 19: 22 2.2 Mạch cơ bản để 89C51 làm việc: 22 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU,THIÊT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 23 3.1 Mô hình chuyển động của thanh truyền 23 3.1.1 Yêu cầu đề tài 23 3.1.2 Mô hình của thanh chuyển động 23 3.2 Thiết kế mạch điều khiển và mạch lực: 24 3.1.1 Chọn động cơ bước 24 3.1.2 Kết nối Vi Điều khiển với động cơ bước: 24 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển và sơ đồ nguyên lý của mạch 24 3.3.1 Lưu đồ thuật toán: 24 3.3.2 Chương trình điều khiển : 26 3.4 Mạch nguồn : 30 3.4.1. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 30 3.4.2. Sơ đồ đi dây khối nguồn 31 3.4.3. Sơ đồ bố trí linh kiện khối nguồn 32 3.5 Khối điều khiển của mạch 33 3.5.1 Sơ đồ nguyên lý : 33 3.5.2 Nguyên lý hoạt động của mạch: 34 3. 5.3 Tính toán thông số điều khiển động cơ bước 35 3.5.4 Sơ đồ đi dây khối điều khiển 35 3.5.5 Sơ đồ bố trí linh kiện khối điều khiển 36 3.6 Tính chọn các linh kiện điện tử cho mạch điều khiển. 37 3.6.1 Transistor H1061 38 3.6.2 IC đệm dòng 74HC245: 39 3.7 Tính chọn linh kiện điện tử cho mạch nguồn 39 KẾT LUẬN 40 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất mạnh mẽ và nhanh chóng, để đạt được kết quả này thì có sự đóng góp rất lớn của ngành kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý. Với sự phát triển như vũ bão như hiện nay thì kỹ thuật điện tử , Kĩ thuật vi xử lý đang xâm nhập vào tất cả các ngành khoa học – kỹ thuật khác và đã đáp ứng được mọi nhu cầu của người dân. Sự ra đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật điện tử. Và việc ứng dụng các kỹ thuật này vào thực tế sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi người. Để góp một phần nhỏ vào việc này chúng em đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển động cơ bước dùng vi xử lý ”. Với sự hướng dẫn của Thầy: Trần Quang Phú chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế đề tài. Thông qua đề tài này chúng em sễ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang của mình trên con đường đã chọn. Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ở trường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo và các bạn đồ án môn học của chúng em đã hoàn thành. Mặc dù đã cố gắng nghiên cứu và trình bày nhưng không thể tránh khỏi những sai sót và nhầm lẫn, vì vậy chúng em rất mong các thầy, cô giáo cùng các bạn đóng góp những ý kiến để đồ án môn học này hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm sinh viên thực hiện :

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng Yên, Ngày… tháng 11 năm 2011 Giáo viên hướng dẫn:

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 6

1.1 Giới thiệu về động cơ bước 6

1.1.1 Tổng quan về động cơ bước 6

1.1.2 Hoạt động của động cơ bước 8

1.1.3 Phân loại động cơ bước: 8

1.1.4 Một số thông số và khái niệm 14

1.1.5 Các chế độ điều khiển động cơ bước 16

1.2 Kết luận 17

CHƯƠNG II: VI XỬ LÝ 89C51 19

2.1 Cấu tạo phần cứng 19

2.1.1 Sơ đồ chân và chức năng của các chân của 80C51 và 89C51 19

2.1.2 Cấp xung clock cho 8051: XTAL 18, 19: 22

2.2 Mạch cơ bản để 89C51 làm việc: 22

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU,THIÊT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 23

3.1 Mô hình chuyển động của thanh truyền 23

3.1.1 Yêu cầu đề tài 23

3.1.2 Mô hình của thanh chuyển động 23

3.2 Thiết kế mạch điều khiển và mạch lực: 24

3.1.1 Chọn động cơ bước 24

3.1.2 Kết nối Vi Điều khiển với động cơ bước: 24

3.3 Xây dựng chương trình điều khiển và sơ đồ nguyên lý của mạch 24

3.3.1 Lưu đồ thuật toán: 24

3.3.2 Chương trình điều khiển : 26

3.4 Mạch nguồn : 30

3.4.1 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 30

3.4.2 Sơ đồ đi dây khối nguồn 31

3.4.3 Sơ đồ bố trí linh kiện khối nguồn 32

3.5 Khối điều khiển của mạch 33

3.5.1 Sơ đồ nguyên lý : 33

3.5.2 Nguyên lý hoạt động của mạch: 34

3 5.3 Tính toán thông số điều khiển động cơ bước 35

3.5.4 Sơ đồ đi dây khối điều khiển 35

3.5.5 Sơ đồ bố trí linh kiện khối điều khiển 36

3.6 Tính chọn các linh kiện điện tử cho mạch điều khiển 37

3.6.1 Transistor H1061 38

3.6.2 IC đệm dòng 74HC245: 39

3.7 Tính chọn linh kiện điện tử cho mạch nguồn 39

KẾT LUẬN 40

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất mạnh mẽ và nhanh chóng, để đạt được kết quả này thì có sự đóng góp rất lớn của ngành kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý

Với sự phát triển như vũ bão như hiện nay thì kỹ thuật điện tử , Kĩ thuật vi

xử lý đang xâm nhập vào tất cả các ngành khoa học – kỹ thuật khác và đã đáp ứng đượcmọi nhu cầu của người dân Sự ra đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảmnhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trongngành kỹ thuật điện tử

Và việc ứng dụng các kỹ thuật này vào thực tế sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi

người Để góp một phần nhỏ vào việc này chúng em đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu,

thiết kế mạch điều khiển động cơ bước dùng vi xử lý ” Với sự hướng dẫn của Thầy:

Trần Quang Phú chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế đề tài Thông qua

đề tài này chúng em sễ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang của mình trên con đường đã chọn

Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ở trường,qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy côgiáo và các bạn đồ án môn học của chúng em đã hoàn thành Mặc dù đã cố gắngnghiên cứu và trình bày nhưng không thể tránh khỏi những sai sót và nhầm lẫn, vì vậychúng em rất mong các thầy, cô giáo cùng các bạn đóng góp những ý kiến để đồ ánmôn học này hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện :

Đỗ Thị Diệu Hương Nguyễn Đức Khánh

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC

1.1 Giới thiệu về động cơ bước

1.1.1 Tổng quan về động cơ bước

Động cơ bước có thể được mô tả như là một động cơ điện không dùng bộ chuyểnmạch Cụ thể, các mấu trong động cơ là stator, và rotor là nam châm vĩnh cửu hoặc trongtrường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từtính Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bên ngoài bởi bộ điều khiển, và đặc biệt,các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cốđịnh nào cũng như là quay đến bất kỳ vị trí nào Hầu hết các động cơ bước có thể chuyểnđộng ở tần số âm thanh, cho phép chúng quay khá nhanh, và với một bộ điều khiển thíchhợp, chúng có thể khởi động và dừng lại dễ dàng ở các vị trí bất kỳ

Hình1.1: Hình ảnh thực tế của đông cơ bước

Trong một vài ứng dụng, cần lựa chọn giữa động cơ servo và động cơ bước Cảhai loại động cơ này đều như nhau vì có thể xác định được vị trí chính xác, nhưng chúngcũng khác nhau ở một số điểm Servo motor đòi hỏi tín hiệu hồi tiếp analog Đặc biệt,

Hướng Bắc

Hướng Nam

điều này đòi hỏi một bộ tắc-cô để cung cấp tín hiệu hồi tiếp về vị trí của rotor, và một sốmạch phức tạp để điều khiển sự sai lệch giữa vị trí mong muốn và vì trí tức thời vì lúc đódòng qua động cơ sẽ dao động tắt dần

Để lựa chọn giữa động cơ bước và động cơ servo, phải xem xét một số vấn đề, và

nó phụ thuộc vào các ứng dụng thực tế Ví dụ, khả năng trở về một vị trí đã vượt qua phụthuộc vào hình dạng rotor động cơ bước, trong khi đó, khả năng lặp lại vị trí của động cơservo nói chung phụ thuộc vào độ ổn định của bộ tắc cô và các linh kiện analog kháctrong mạch hồi tiếp

Động cơ bước có thể được dùng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản;những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh, nhưng khitải trọng thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người ta vẫn dùng hệ điều khiển vòng kínvới động cơ bước Nếu một động cơ bước trong hệ điều khiển vòng mở quá tải, tất cả cácgiá trị về vị trí của động cơ đều bị mất và hệ thống phải nhận diện lại; servo motor thìkhông xảy ra vấn đề này

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa

số các loại động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng đẻbiến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành cácchuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto có khả năng cố định roto vào các vịtrí cần thiết

Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: động

cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ

Hình 1.2 Bố trí roto

1.1.2 Hoạt động của động cơ bước

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bướcnên có độ chính xác cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạchđiện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định Tổng sốgóc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độquay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

1.1.3 Phân loại động cơ bước:

Động cơ bước được chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu và từ biến trở ( cũng cóloại động cơ hỗn hợp, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châm châm vĩnhcửu).Nếu mất đi nhãn động cơ, các bạn vẫn có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng cácgiác quan mà không cần cấp điện cho chúng, Động cơ nam châm vĩnh cửu dường như cócác nấc khi bạn dùng tay xoay nhẹ rotor của chúng, trong khi động cơ biến từtrở thì dường như xoay tự do (mặc dù cảm thấy chúng cũng có những nấc nhẹ bởi

sự giảm từ tính trong rotor) Bạn cũng có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng ohm

kế Động cơ biến từ trở thường có 3 mấu, với một dây về chung, trong khi đó, động cơnam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trungtâm Nút trung tâm được dùng trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực

Động cơ bước phong phú về góc quay Các động cơ kém quay 90 độ mỗi bước,trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cuuwr xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72

độ mỗi bước

1.1.3.1 Động cơ biến từ trở

Hình 1.3: Động cơ biến từ trởNếu motor của bạn có 3 cuộn dây được nối như hình 1.2, với một đầu nối chungcho tất cả các cuộn dây, thì nó chắc chắn là một động cơ từ trở Khi sử dụng, dây nốichung (C ) thường được nối vào cực dương của nguồn và các cuộn được kích theo thứ tựliên tục.

Dấu thập trong hình 1.2 là rotor của động cơ biến từ trở quay 30 độ mỗi bước.

Rotor trong động cơ này có 4 răng và stator có 6 cực, mỗi cuộn quấn quanh hai cựcđối diện Khi cuộn 1 được kích điện, răng X của rotor bị hút vào cực 1 Nếu dòng quacuộn 1 bị ngắt và đóng dòng qua cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độ theo chiều kimđồng hồ và răng Y sẽ hút vào cực 2

Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta chỉ cần cấp điện liên tục luânphiên cho 3 cuộn Theo logic đặt ra, trong bảng dưới đây 1 có nghĩa là có dòng điện

đi qua các cuộn, và chuỗi điều khiển sau sẽ quay động cơ theo chiều kim đồng hồ 24bước hoặc 2 vòng:

Hình 1.4: Động cơ đơn cực

Động cơ bước đơn cực, cả nam châm vĩnh cửu và động cơ hỗn hợp, với 5, 6hoặc8 dây ra thường được quấn như sơ đồ hình 1.4 với một đầu nối trung tâm trêncáccuộn Khi dùng, các đầu nối trung tâm thường được nối vào cực dương nguồncấp, và hai đầu còn lại của mỗi mấu lần lượt nối đất để đảo chiều từ trường tạobởi cuộn đó

Mấu 1 nằm ở cực trên và dưới của stator, còn mấu 2 nằm ở hai cực bên phải vàbên trái động cơ Rotor là một nam châm vĩnh cửu với 6 cực, 3 Nam và 3 Bắc, xếpxen kẽ trên vòng tròn

Để xử lý góc bước ở mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối xứnghơn Động cơ 30 độ mỗi bước trong hình là một trong những thiết kế động cơ namchâm vĩnh cửu thông dụng nhất, mặc dù động cơ có bước 15 độ và 7.5 độ là khá lớn.Người ta cũng đã tạo ra được động cơ nam châm vĩnh cửu với mỗi bước là 1.8 độ vàvới động cơ hỗn hợp mỗi bước nhỏ nhất có thể đạt được là 3.6 độ đến1.8 độ, còn tốthơn nữa, có thể đạt đến 0.72 độ

Như trong hình, dòng điện đi qua từ đầu trung tâm của mấu 1 đến đầu a tạo racực Bắc trong stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực Nam Nếu điện ở mấu

1 bị ngắt và kích mấu 2, rotor sẽ quay 30 độ, hay 1 bước Để quay động cơ một cáchliên tục, chúng ta chỉ cần áp điện vào hai mấu của đông cơ theo dãy:

Mấu 1a 1000100010001000100010001 Mấu 1a 1100110011001100110011001

Mấu 1b 0010001000100010001000100 Mấu 1b 0011001100110011001100110

Mấu 2a 0100010001000100010001000 Mấu 2a 0110011001100110011001100

Mấu 2b 0001000100010001000100010 Mấu 2b 1001100110011001100110011

thời gian > thời gian >.

Nhớ rằng hai nửa của một mấu không bao giờ được kích cùng một lúc Cả hai dãynêu trên sẽ quay một động cơ nam châm vĩnh cửu một bước ở mỗi thời điểm Dãy bên tráichỉ cấp điện cho một mấu tại một thời điểm, như mô tả trong hình trên; vì vậy, nó dùng ítnăng lượng hơn Dãy bên phải đòi hỏi cấp điện cho cả hai mấu một lúc và nói chung sẽtạo ra một moment xoắy lớn hơn dãy bên trái 1,4 lần trong khi phải cấp điện gấp 2 lần

1.1.3.3 Động cơ hai cực

Động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp hai cực có cấu trúc cơ khí giống ynhư động cơ đơn cực, nhưng hai mấu của động cơ được nối đơn giản hơn,không có đầu trung tâm Vì vậy, bản thân động cơ thì đơn giản hơn, nhưngmạch điều khiển để đảo cực mỗi cặp cực trong động cơ thì phức tạp hơn Minh hoạ ở

hình 1.5 chỉ ra cách nối động cơ, trong khi đó phần rotor ở đây giống y như ở hình

1.4

Hình 1.5: Động cơ hai cựcMạch điều khiển cho động cơ đòi hỏi một mạch điều khiển cầu H cho mỗimấu;điều này sẽ được bàn chi tiết trong phần Các mạch điều khiển Tóm lại, một cầu Hcho phép cực của nguồn áp đến mỗi đầu của mấu được điều khiển một cách độc lập

Các dãy điều khiển cho mỗi bước đơn của loại động cơ này được nêu bên dưới, dùng+ và ‐ để đại diện cho các cực của nguồn áp được áp vào mỗi đầu của động cơ:Đầu 1a + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ Đầu 1b ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + Đầu 2a ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ Đầu 2b ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + Thời gian >

Chú ý rằng những dãy này giống như trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực,

ở mức độ lý thuyết, và rằng ở mức độ mạch đóng ngắt cầu H, hệ thống điều khiển cho hailoại động cơ này là giống nhau

Chú ý khác là có rất nhiều chip điều khiển cầu H có một đầu vào điều khiển đầu ra

và một đầu khác để điều khiển hướng Có loại chip cầu H kể trên, dãy điều khiển dướiđây sẽ quay động cơ giống như dãy điều khiển nêu phía trên:

1.1.3.4 Động cơ nhiều pha

Một bộ phận các động không được phổ biến như những loại trên đó là động cơnam châm vĩnh cửu mà các cuộn được quấn nối tiếp thành một vòng kín như hình3.4 Thiết kế phổ biến nhất đối với loại này sử dụng dây nối 3 pha và 5 pha

Hình 1.6: Động cơ nhiều pha

Một bộ phận các động không được phổ biến như những loại trên đó là động cơ

nam châm vĩnh cửu mà các cuộn được quấn nối tiếp thành một vòng kín như hình 1.6

Thiết kế phổ biến nhất đối với loại này sử dụng dây nối 3 pha và 5 pha Bộ điều khiển cần

½ cầu H cho mỗi một đầu ra của động cơ, nhưng những động cơ này có thể cung cấpmoment xoắn lớn hơn so với các loại động cơ bước khác cùng kích thước Một vài động

cơ 5 pha có thể xử lý cấp cao để có được bước 0.72 độ (500 bước mỗi vòng).Với mộtđộng cơ 5 pha như trên sẽ quay mười bước mỗi vòng bước, như trình bày dưới đây:

có một đầu thay đổi cực Sự thay đổi này làm ngắt điện ở một mấu nối vào đầu đó (bởi vì

cả hai đầu của mấu có cùng điện cực) và áp điện vào một mấu đang trong trạng thái nghỉ

trước đó Hình dạng của động cơ được đề nghị như hình 1.4, dãy điều khiển sẽ điều khiển

động cơ quay 2 vòng

Để phân biệt động cơ 5 pha với các loại động cơ có 5 dây dẫn chính, cần nhớ rằng,nếu điện trở giữa 2 đầu liên tiếp của một động cơ 5 pha là R, thì điện trở giữa hai đầukhông liên tiếp sẽ là 1.5R.

Và cũng cần ghi nhận rằng một vài động cơ 5 pha có 5 mấu chia, với 10 đầu dâydẫn chính Những dây này có thể nối thành hình sao như hình minh hoạ trên, sử dụngmạch điều khiển gồm 5 nửa cầu H, nói cách khác mỗi mấu có thể được điều khiển bởimột vòng cầu H đầy đủ của nó Để tránh việc tính toán lý thuyết với các linh kiện điện tử,

có thể dùng chip mạch cầu tích hợp đầy đủ để tính toán gần đúng

1.1.4 Một số thông số và khái niệm.

1.1.4.1 Góc bước:

Mỗi bước dịch chuyển bao nhiêu là tuỳ thuộc vào cấu trúc bên trong của động cơ,đặc biệt là số răng của roto và stator Góc bước là độ quay nhỏ nhất của một bước Cácđộng cơ khác nhau có góc bước khác nhau (bảng 2)

Các góc bước của động cơ

7.5 48

1.1.4.2.Quan hệ bước/ giây và số vòng quay/ phút RPM.

Quan hệ giữa số vòng quay/phút RPM (revolutions per minute), với số bước củamỗi vòng quay và số bước/giây là quan hệ trực quan và được biểu diễn như sau:

Số bước trong giây =

60

RPM

x số bước trong vòng quay

1.1.4.3.Chuỗi xung bước và số răng trên roto.

Chuỗi xung chuyển mạch nêu ở bảng 1 được gọi là chuỗi xung chuyển mạch bốnbước, bởi vì sau 4 bước thì hai cuộn dây giống hệt nhau sẽ được bật Sau bốn bước nàyđộng cơ chỉ quay được một bánh răng Do vậy số bánh răng của động cơ có thể tính:

Số bánh răng= số bước/ vòng:4Như vậy có thể kết luận góc bước tối thiểu của động cơ là hàm của số bánh răng

Ở đây xảy ra trường hợp khi góc bước của động cơ là chẵn mà muốn động cơ quayvới số bước là lẻ thì làm thế nào? Ví dụ khi góc bước là 2 độ muốn động cơ quay 1 độ.Vậy muốn có độ phân giải nhỏ hơn thì động cơ bước cần dùng chuỗi chuyển mạch 8 bướcthay cho 4 bước nêu trên, chuỗi 8 bước còn gọi là chuỗi nửa bước (half stepping), vì ởmỗi chuỗi 8 bước ,thì mỗi bước là một nửa góc bình thường

Bảng chuỗi xung 8 bước

Chiều kim

đồng hồ Bước

Cuộndây A

Cuộndây B

Cuộndây C

Cuộndây D

Chiều quay

bộ đếm

1.1.4.5 Momen giữ.

Mômen giữ được định nghĩa là lượng mômen ngoài cần thiết để làm quay trụcđộng cơ từ vị trí giữ của nó với điều kiện trục động cơ đang đứng yên Đại lượng nàyđược đo bằng tỷ lệ điện áp và dòng điện cấp đến động cơ Đơn vị của mômen giữ là kg –cm

1.1.5 Các chế độ điều khiển động cơ bước.

- Điều khiển cả bước

- Điều khiển nửa bước

- Điều khỉên vi bước

Các đặc trưng của tín hiệu điều khiển động cơ bước:

1.1.5.1 Đối với động cơ bước, tín hiệu điều khiển là các xung rời rạc kế tiếp nhau

Việc điều khiển động cơ phụ thuộc vào các tham số sau:

Dòng điện I kể cả cực tính ( liên hệ mật thiết với nó là mức điện áp U )

Độ rộng xung (liên quan đến góc quay )

Tấn số xung ( liên quan đén góc quay ).

Cách thức cấp xung bao gồm thứ tự và số lượng cuộn dây pha được cấp điện ( liên quanđến chiều quay và momen tải )

1.1.5.2.Tùy thuộc vào việc cấp xung điện động cơ bước có bốn trạng thái sau đây:

Trạng thái không hoạt động khi không cuộn dây nào được cấp điện:

Đối với động cơ phản kháng roto sẽ quay trơn

Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu động cơ kiểu hỗn hợp: có momen hãm có xu hướngdừng ở các vị trí mà đường khép từ thông giữa các cực của roto và stato nhỏ nhất

Trạng thái giữ: Khi 1 cuộn dây pha được cấp điện 1 chiều roto mang tải sẽ được giữ chặt

ở vị trí góc bước nhất định do lực điện từ tổng F sinh ra momen giữ

Trạng thái dịch chuyển bước: roto sẽ dịch chuyển từ vị trí bước đang bước sang vị trí

bước tiếp theo khi các cuộn dây pha được cấp dòng phù hợp

Trạng thái quá giới hạn: trong chế độ không tải nếu xung điều khiển có tần số quá cao,

động cơ sẽ quay vượt tốc Ở trạng thái này động cơ không đảo chiều, không thể dừngđúng vị trí nhưng vẫn tiến và giảm tốc từ từ

1.2 Kết luận

Qua chương này, chúng ta đã có thể phân biệt các loại động cơ như động cơ biến

từ trở, động cơ đơn cực, động cơ hai cực, và động cơ nhiều pha dựa vào cảm nhận bằngtay khi quay rotor và dùng Ohm kế Việc phân biệt các cặp đầu ra của các cuộn dây cũng

trong 4 dây còn lại Dùng Volt kế xoay chiều đo điện áp giữa dây nối trung tâm và 3 dâycòn lại Chúng ta sẽ thấy rằng điện áp giữa dây trung tâm với 2 trong 3 dây còn lại đó gầnnhư bằng không, và với dây thứ ba thì gần như bằng điện áp xoay chiều áp vào động cơ Như vậy, hai dây cho điện áp gần bằng 0 là một cặp, hai dây còn lại sẽ là cặp thứ hai.

Ứng dụng của động cơ bước

Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số

Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành Tự động hoá, chúng được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay

Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in

STEP có 5 đặc tính cơ bản sau:

• Brushlesss (không chổi than): STEP là loại động cơ không chổi than

• Load Independent (độc lập với tải): động cơ bước quay với tốc độ ổn định trong tầm moment của động cơ

• Open loop positioning (điều khiển vị trí vòng hở): thông thường chúng ta có thể đếm xung kích ở động cơ để xác định vị trí mà không cần phải có cảm biến hồi tiếp vị trí, nhưng đôi khi trong những ứng dụng đòi hỏi tính chính xác cao STEP thường được sử dụng kết hợp với các cảm biến vị trí như: encoder, biến trở …

• Holding Torque (moment giữ ): STEP có thể giữ được trục quay của nó, so với động cơ

DC không có hộp số thì moment giữ của STEP lớn hơn rất nhiều

• Excellent Response (Đáp ứng tốt): STEP đáp ứng tốt khi khởi động, dừng lại và đảo chiều quay một cách dễ dàng

CHƯƠNG II: VI XỬ LÝ 89C512.1 Cấu tạo phần cứng

2.1.1 Sơ đồ chân và chức năng của các chân của 80C51 và 89C51.

Hình 4.1Các chân của vi điều khiển

Chức năng của các chân:

-Port 0 (chân 32-39) : cổng xuất nhập hoặc đường địa chỉ hoặc dữ liệu

-Port 1 (chân 1-8) : cổng xuất nhập

-Port 2 (chân 21-28): cổng xuất nhập hoặc đường địa chỉ hoặc dữ liệu

-Port 3 (chân 10-17): cổng xuất nhập, ngoài ra các chân còn có chức năng riêng:

P3.0 : RXD (nhận dữ liệu nối tiếp)

P3.1 : TXD (truyền dữ liệu nối tiếp)

P3.2 : INT0 (ngắt ngoài 0)

P3.3 : INT1 (ngắt ngoài 1)

P3.4 : T0 (ngõ vào timer/counter 0)

P3.5 : T1 (ngõ vào timer/counter 1)

P3.6 : WR (xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài)

P3.7 : RD (xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài)

-VCC (chân 40): nguồn dương = 5v

-VSS hay GND (chân 20): = 0v

- RST (chân 9) : reset

- XTAL 1,2 (chân 18,19): ngõ vào bộ dao động

- /PSEN ( chân 29): Chân cho phép đợc bộ nhớ chương trình ngoài (ROM ngoài)

- ALE(/PROG)(chân 30): Chân tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để truy cập bộ nhớ ngoàikhi On – chip xuất ra byte thấp của địa chỉ Tín hiệu chốt được kích hoạt ở mức cao, tần

số xung chốt = 1/6 lần tần số dao động của bộ VĐK Nó có thể được dung cho các bộTimer ngoài hoặc cho mục đích tạo xung Clock Đây cũng là chân nhận xung vào để nạpchương trình cho Flash (hoặc EEPROM) bên trong On – chip khi nó ở mức thấp

- /EA/VPP(chân 31): Chân cho phép On – chip truy cập bộ nhớ chương trình ngoài khi /EA=0, khi /EA=1 thì On – chip sẽ làm việc với bộ nhớ chương trình nội trú Khi chân này được cấp nguồn điện áp 12V(VPP) thì On – chip đảm nhận chức năng nạp chương trình cho Flash bên trong nó

Reset bằng tay Reset khi cấp nguồn

- Nút ấn: