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 “ Thiết kế chế tạo mạch điều khiển động cơ bước có sử dụng lập trình Vi Điều Khiển ” 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.
Trang 1Sinh viên thực hiện : NGUYỄN V ĂN LINH
LỜI NÓI ĐẦU
Trang 2Trong 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 “ Thiết
kế chế tạo mạch điều khiển động cơ bước có sử dụng lập trình Vi Điều Khiển
” thông qua đề tài này chúng em sễ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tíchlũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang của mình trên conđường đã chọn
Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ởtrường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình củacác 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 gópnhững ý kiến quý báu để đồ án môn học
này hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
sinh viên thực hiện :
Nguyễn Văn linh
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN :
Trang 3
Hưng Yên , ngày.… tháng … năm 2014 Giáo viên hướng dẫn
NỘI DUNG Chương I : GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG 1 ĐIỆN TRỞ
1.1Khái niệm ……… 4
1.1.1 Phân loại điện trở ……….4
Trang 41.2 TỤ ĐIỆN
1.2.1 Khái niệm ……… 5
1.2.2 Phân loại tụ điện ……… 5
1.2.3 Ứng dụng của tụ điện ……….6
Chương II :GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHỦ ĐỘNG 2.1 DIOD BÁN DẪN 2.1.1 Khái niệm ……… 7
2.1.2 Nguyên tắc hoạt động của diod bán dẫn ……… 7
2.2 TRANSISTOR
2.2.1 Cấu tạo ……… 8
2.2.2.Nguyên lý hoạt động 9
2.2.5 Các loại transistor……… 10
Chương III: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 3.1 Tổng quan về động cơ bước 12
3.2 Các loại động cơ bước và cấu tạo của từng loại 13
Chương IV: VI XỬ LÝ 89C51 4.1 Cấu tạo phần cứng 17
4.2 Mạch cơ bản để 89C51 làm việc 20
Chương V: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 5.1 Chọn động cơ bước………30
5.2 Kết nối vi điều khiển với động cơ bước……… 31
5.3 Xây dựng chương trình điều khiển và sơ đồ nguyên lý của mạch…… 32
5.3.1 Lưu đồ thuật giải ……… 33
5.3.3 Sơ đồ nguyên lý ………34
5.3.4 Nguyên lý hoạt động của mạch……… 35
5.3.2 Chương trình điều khiển ……… 36
5.6 Hình ảnh sản phẩm hoàn thành……….37
5.6.1 Mạch in……… 38
5.6.2 Sản phẩm hoàn thiện……… 39
CHƯƠNG I :GIỚI THIỆU LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG
1 Điện trở
1.1. Khái niệm
Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, dùng để làm vật cản trở dòng điện theo mong muốn của người sử dụng, đôi khi người ta dùng điện trở để tạo ra sự phân cấp điện áp ở mỗi vị trí bên trong mạch điện Đối với điệ trở thì nó có khả năng làm việc với cả tín hiệu
Trang 5một chiều (DC) và xoay chiều (AC) và có nghĩa là nó không phụ thuộc vào tần số của tínhiệu tác động nên nó.
Trường hợp đối với một dây dẫn thì trị số điện trở lớn hay nhỏ sẽ phụ thuộc vào vậtliệu làm dây dẫn (điện trở suất) và nó tỉ lệ thuận với chiều dài dây, tỷ lệ nghịch với tiếtdiện dây dẫn
1.1.1 Phân loại.
- Điện trở thường: điện trở thường là các loại điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đến0,5W
- Điện trở công suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W
- Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở này
có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt
- Điện trở dây cuốn: Loại điện trở này dùng dây điện trở quấn trên than lớp cách điệnthường bằng sứ, có trị số điện áp thấp nhưng công suất làm việc lớn từ 1W đến 25W
- Điện trở màng kim loại: Chế tạo theo cách kết lắng màng Ni-Cr
Hình 1.1, Điện trở thường
1.2 Tụ điện.
1.2.1 Khái niệm
- Khái niệm: Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các
mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tínhiệu xoay chiều, mạch tạo dao động
- Hình ảnh tụ điện:
Trang 6- Tụ phân cực:Có cấu tạo gồm 2 cực điện cách ly nhau nhờ một lớp chất điệ phân mỏnglàm điệjn môi Lớp điện môi càng mỏng thì trị số điện dung càng cao Loại tụ này có sựphân cực được ghi trên than của tụ, vì thế nếu nối nhầm cực tính thì lớp đijện môi sẽ bịphá hủy làm hư hỏng tụ.
- Trong thực tế chúng ta thường gặp các loại tụ như sau:
+ Tụ gốm: Điện môi bằng gốm thường có kích thước nhỏ, dạng ống hoặc dạng đĩa cótráng kim loại lên bề mặt, trị số từ 1pF - 1μF Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn khôngF và có điện áp làm việc tương đối cao
+ Tụ mica: Điện môi làm bằng mica có tráng bạc, trị số từ 2,2pF – 10nF và thường làm việc ở tần số cao, sai số nhỏ, đắt tiền
+ Tụ giấy polyste: Chất điện môi làm bằng giấy ép tẩm polyester có dạng hình trụ, có trị
số từ 1nF - 1μF Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn khôngF
+ Tụ hóa (tụ điện phân): Có cấu tạo là lá nhôm cùng bột dung dịch điện phân cuộn lại đặttrong vỏ nhôm, loại này có điện áp làm việc thấp, kích thước và sai số lớn, trị số điện dung khoảng 0,1 μF Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn khôngF – 4700 μF Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn khôngF
+ Tụ tan tang: Loại tụ này được chế tạo ở hai dạng hình trụ có đầu ra dọc theo trục và dạng hình tan tan
Tụ này có kích thước nhỏ nhưng trị số điện dung cũng lớn khoảng 0,1 μF Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn khôngF - 100 μF Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn khôngF
+ Tụ biến đổi: Là tụ xoay trong radio hoặc tụ tinh chỉnh
Trang 71.2.3 Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ
- Tính chất quan trọng của tụ điện là tính phóng nạp của tụ, nhờ tính chất này mà tụ có
khả năng dẫn điện xoay chiều
- Tụ điện sẽ phóng điện từ dương cực sang âm cực, nó phóng điện qua tải sau đó về cực
âm của tụ điện Điện dung của tụ càng lớn thì thời gian tích điện càng lâu
CHƯƠNG II :GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHỦ ĐỘNG
2.1Diode
2.1.1 Khái niệm.
Diode là linh kiện điện tử thụ động, cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều ,
sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn
Trang 8Hình 2.1 Một số loại diode
2.1.2Cấu tạo và phân loại Diode.
* Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo: Diode bán dẫn được cấu tạo dựa trên chuyển tiếp P – N của hai chất bán dẫnkhác loại Điện cực nối với bán dẫn P gọi là Anot còn điện cực nối với bán dẫn N gọi làKatot Trong kỹ thuật điện thường được kí hiệu như sau:
Nguyên lý hoạt động: Diode sẽ dẫn điện theo hai chiều không giống nhau Nếu phâncực thuận thì diode sẽ dẫn điện gần như bão hòa Nếu phân cực nghịch thì diode dẫn điệnrất yếu, thực chất chỉ có dòng điện rò Nói một cách gần đúng thì xem như diode chỉ dẫnđiện một chiều từ Anot sang Katot, và đây chính là đặc tính chỉnh lưu của Diode bán dẫn
Trang 9+ Diode chỉnh lưu được ứng dụng trong bộ đổi nguồn.
+ Diode biến dung được dùng nhiều trong các bộ thu phát sóng điện thoại, sóng cao tần, siêu cao tần
+ Diode tách sóng là loại diode nhỏ, vỏ bằng thủy tinh và còn được gọi là diode tiếpđiểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P-N tại một điểm để tránh điện dung kí sinh,Diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách song tín hiệu
+ Diode nắn điện: Là diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC
50 Hz Diode này thường có 3 loại là: 1A, 2A và 5A
- Diode Zenner có cấu tạo tương tự như diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P-Nghép với nhau Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược Khi phân cựcthuận Diode zenner như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode Zenner sẽ ghimlại một mức điện áp cố đingj bằng giá trị ghi trên Diode
2.2Transistor
Cấu tạo của transistor.
-Cấu tạo: Gồm ba lớp bán dẫn ghép lại với nhau hình thành hai lớp tiếp giáp P-N nằm ngược chiều nhau Ba vùng bán dẫn nối ra ba chân gọi là ba cực Cực nối với vùng bán dẫn chung gọi là cực gốc, cực này mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, hai cự còn lại nối với vùng bán dẫn ở hai bên là cực phát (E) và cực thu (C), chúng có chung bán dẫn nhưng nồng độ tạp chất là khác nhau nên không thể hoán vị cho nhau Vùng cực E có nồng độ tạp chất rất cao, vùng C có nồng độ tạp chất lớn hơn vùng B nhưng nhỏ hơn vùng E
Trang 10- Miền collector là miền có nồng độ pha tạp trung bình.
- Tiếp giáp P-N giữa miền E và B gọi là tiếp giáp emito (JB)
- Tiếp giáp P-N giữa C và E gọi là tiếp giáp colacto (JC)
- Ta chỉ xét với cấu trúc N-P-N còn cấu trúc P-N-P thì hoạt động tương tự như hình vẽ ởtrên Khi transistor được phân cực do JB phân cực thuận làm các hạt đa số từ miền E phunqua tiếp giáp JB tạo nên dòng điện emitor IB các điện tử này tới vùng B trở thành hạt thiểu
số của vùng bazo và tiếp tục khuêchs tán sâu vào miền bazo hướng tới IC trên miền bazotạo ra dòng điện bazo IB Nhưng do cấu tạo của miền B mỏng lên hầu hết số lượng cácđiện tử từ miền E phun qua JB đều tới được bờ JC và đường trường gia tốc (Do Jc phâncực ngược cuốn qua tới được miền C tạo nên dòng điện collector Ic)
Hình dạng một số loại transistor thực tế
Trang 11Hình 2.2 Một số loại Transistor
* Ứng dụng của transistor
-Dùng để làm các phần tử khuếch đại trong các mạch khuyếch đại công suất.-Dùng để làm phần tử điều chỉnh trong các mạch ổn định điện áp
-Đóng vai trò phần tử chuyển mạch làm việc như một khóa điện tử
-Tạo sóng trong các mạch dao động
Trang 12Cách ly quang PC 817.
- thực tế khi nối trực tiếp xung ra từ chân vi điều khiển AT89C51 với chân B của TIP41c thì nó không đủ điện áp kích mở và nó sẽ gây nguy hiểm cho vi điều khiển, vìvậy ta sử dụng phần tử cách ly quang PC817 để cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực, Đây là một loại thiết bị đại diện cho bộ quang điện tử
Trang 13CHƯƠNG III: ĐỘNG CƠ BƯỚC 3.1 Tổng quan về động cơ bước
Động cơ bước có thể được mô tả như là một động cơ điện không dùng bộ
chuyển mạch Cụ thể, các mấu trong động cơ là stator, và rotor là nam châm
vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối răng
làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính 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 cố định nào cũng như là quay đến bất
kỳ vị trí nào Hầu hết các động cơ bước có thể chuyển động ở tần số âm thanh,
cho phép chúng quay khá nhanh, và với một bộ điều khiển thích hợp, chúng có
thể khởi động và dừng lại dễ dàng ở các vị trí bất kỳ
Trong một vài ứng dụng, cần lựa chọn giữa động cơ servo và động cơ bước Cả
hai loại động cơ này đều như nhau vì có thể xác định được vị trí chính xác,
nhưng chúng cũng khác nhau ở một số điểm Servo motor đòi hỏi tín hiệu hồi
tiếp analog Đặc biệt, điều này đòi hỏi một bộ tắc‐cô để cung cấp tín hiệu hồi
tiếp về vị trí của rotor, và một số mạch phức tạp để điều khiển sự sai lệch giữa vị
trí mong muốn và vì trí tức thời vì lúc đó dòng 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 phụ thuộc vào hình dạng rotor động cơ bước, trong khi đó, khả năng
lặp lại vị trí của động cơ servo nói chung phụ thuộc vào độ ổn định của bộ tắc cô
và các linh kiện analog khác trong 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 khi tải trọng thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người ta vẫn dùng hệ
điều khiển vòng kín với động cơ bước Nếu một động cơ bước trong hệ điều
khiển vòng mở quá tải, tất cả các giá trị về vị trí của động cơ đều bị mất và hệ
thống phải nhận diện lại; servo motor thì không xảy ra vấn đề này
3.2 Các loại động cơ bước và cấu tạo của từng loại.
Động cơ bước được chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (cũng có loại động cơ hỗn hợp nữa, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châm
vĩnh cửu) Nếu mất đi nhãn trên động cơ, các bạn vẫn có thể phân biệt hai loại
động cơ này bằng cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng Động cơ nam
châm vĩnh cửu dường như có các nấc khi bạn dùng tay xoay nhẹ rotor của
chúng, trong khi động cơ biến từ trở 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
Trang 14thể phân biệt hai loại động cơ này bằng ohm kế Động cơ biến từ trở thường có 3mấu, với một dây về chung, trong khi đó, động cơ nam châm vĩnh cửu thường
có hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trung tâm 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 nhất quay 90 độ mỗibước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8
độ đến 0.72 độ mỗi bước Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ namchâm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộđiều khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước.Đối với cả động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ biến từ trở, nếu chỉ mộtmấu của động cơ được kích, rotor (ở không tải) sẽ nhảy đến một góc cố định vàsau đó giữ nguyên ở góc đó cho đến khi moment xoắn vượt qua giá trị momentxoắn giữ (hold torque) của động cơ
Hình 3.1
Nếu motor của bạn có 3 cuộn dây, được nối như trong biểu đồ hình 3.1, với mộtđầu nối chung cho tất cả các cuộn, thì nó chắc hẳn là một động cơ biến từ trở.Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường được nối vào cực dương của nguồn vàcác cuộn được kích theo thứ tự liên tục
Dấu thập trong hình 3.1 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 haicực đối diện Khi cuộn 1 được kích điện, răng X của rotor bị hút vào cực 1 Nếudòng qua cuộn 1 bị ngắt và đóng dòng qua cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độ theochiều kim đồng 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 dòngđiện đi qua các cuộn, và chuỗi điều khiển sau sẽ quay động cơ theo chiều kimđồng hồ 24 bước hoặc 2 vòng:
Cuộn 1 1001001001001001001001001
Cuộn 2 0100100100100100100100100
Cuộn 3 0010010010010010010010010
thời gian ‐‐>
Trang 15Phần Điều khiển mức trung bình cung cấp chi tiết về phương pháp tạo ra cácdãy tín hiệu điều khiển như vậy, và phần Các mạch điều khiển bàn về việc
đóng ngắt dòng điện qua các cuộn để điều khiển động cơ từ các chuỗi như thế.Hình dạng động cơ được mô tả trong hình 3.1, quay 30 độ mỗi bước, dùng sốrăng rotor và số cực stator tối thiểu Sử dụng nhiều cực và nhiều răng hơn chophép động cơ quay với góc nhỏ hơn Tạo mặt răng trên bề mặt các cực và cácrăng trên rotor một cách phù hợp cho phép các bước nhỏ đến vài độ
Hình 3.2
Động cơ bước đơn cực, cả nam châm vĩnh cửu và động cơ hỗn hợp, với 5, 6 hoặc
8 dây ra thường được quấn như sơ đồ hình 3.2, với một đầu nối trung tâm trêncác cuộn Khi dùng, các đầu nối trung tâm thường được nối vào cực dương
nguồn cấp, và hai đầu còn lại của mỗi mấu lần lượt nối đất để đảo chiều từ
trường tạo bởi cuộn đó
Sự khác nhau giữa hai loại động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực và động cơ hỗnhợp đơn cực không thể nói rõ trong nội dung tóm tắt của tài liệu này Từ đây,khi khảo sát động cơ đơn cực, chúng ta chỉ khảo sát động cơ nam châm vĩnh cửu,việc điều khiển động cơ hỗn hợp đơn cực hoàn toàn tương tự
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,xếp xen kẽ trên vòng tròn
Để xử lý góc bước ở mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối xứng hơn.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 khálớn Người ta cũng đã tạo ra được động cơ nam châm vĩnh cửu với mỗi bước là1.8 độ và với động cơ hỗn hợp mỗi bước nhỏ nhất có thể đạt được là 3.6 độ đến1.8 độ, còn tốt hơn 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 ởmấu 1 bị ngắt và kích mấu 2, rotor sẽ quay 30 độ, hay 1 bước Để quay động cơmột cách liên tục, chúng ta chỉ cần áp điện vào hai mấu của đông cơ theo dãy
Trang 16Mấu 1a 1000100010001000100010001 Mấu 1a 1100110011001100110011001Mấu 1b 0010001000100010001000100 Mấu 1b 0011001100110011001100110Mấu 2a 0100010001000100010001000 Mấu 2a 0110011001100110011001100Mấu 2b 0001000100010001000100010 Mấu 2b 1001100110011001100110011thời gian ‐‐> thời gian ‐‐>
Nhớ rằng hai nửa của một mấu không bao giờ được kích cùng một lúc Cả haidãy nêu trên sẽ quay một động cơ nam châm vĩnh cửu một bước ở mỗi thờiđiểm Dãy bên trái chỉ cấp điện cho một mấu tại một thời điểm, như mô tả tronghình trên; vì vậy, nó dùng ít năng lượng hơn Dãy bên phải đòi hỏi cấp điện cho
cả hai mấu một lúc và nói chung sẽ tạo ra một moment xoắy lớn hơn dãy bêntrái 1.4 lần trong khi phải cấp điện gấp 2 lần
Phần Điều khiển mức trung bình trong tài liệu này sẽ cung cấp chi tiết về
phương pháp tạo ra những dãy tín hiệu điều khiển như vậy, còn phần Các mạchđiều khiển nói về mạch đóng ngắt các mạch điện cần thiết để điều khiển cácmấu động cơ từ các dãy điều khiển trên
Vị trí bước được tạo ra bởi hai chuỗi trên không giống nhau; kết quả, kết hợp 2chuỗi trên cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cơ một cách lầnlượt tại những vị trí đã nêu ở một trong hai dãy trên Chuỗi kết hợp như sau:
Trang 17mạch điều khiển để đảo cực mỗi cặp cực trong động cơ thì phức tạp hơn Minh
hoạ ở hình 3.3 chỉ ra cách nối động cơ, trong khi đó phần rotor ở đây giống y
như ở hình 3.2
Hoạt động
Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên
có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay
và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi
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 tầmmoment của động cơ
• Open loop positioning (điều khiển vị trí vòng hở): thông thường chúng ta có thể đếmxung 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 sửdụng 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
Trang 18CHƯƠNG IV: VI XỬ LÝ 89C51 1: Giới thiệu:
Bộ vi điều khiển viết tắt là Mircro-controller là mạch tích hợp trên một chíp có thể lập
trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống Theo các tập lệnh của người lập trình bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian vàtiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó
Trong các thiết bị điện và điện tử dân dụng các bộ vi điều khiển điều khiển hoạt độngcủa TV, máy giặt, điện thoại, lò vi-ba…Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điềukhiển được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự động Các hệ thống càng “thông minh”thì vai trò của hệ vi điều khiển càng quan trọng
3: Khảo sát bộ vi điều khiển (8951)
IC vi điều khiển 8051(8951) thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau:
- 4Kbyte ROM (được lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở 8951)
- 128 byte RAM
- 4 port I10 8 bit
- Hai bộ định thời 16bit
Trang 19- Giao tiếp nối tiếp
- 64KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng
- 64KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng
- 1 bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bit đơn)
- 210bit được địa chỉ hoá
- Thanh ghi tích luỹ A
- Thanh ghi tích luỹ phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia
- Đơn vị logic học (ALU: Arithmetic Logical Unit)
- Từ trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word)
- Bốn băng thanh ghi
- Con trỏ ngăn xếp
Trang 20- Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động, ngoài ra còn có khả năngđưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài.
Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bêntrong Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm định thời hoặccũng có thể là giao diện nối tiếp
Hai bộ định thời 16bit hoạt động như một bộ đếm
Các cổng (port0, port1, port2, port3) sử dụng vào mục đích điều khiển
Ở cổng 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với một bộ nhớ bênngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn bên ngoài
Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ làm việc độclập với nhau Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong vảy rộng và được ấn địnhbằng một bộ định thời
Trong vi điều khiển 8051(8951) có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ vàcác thanh ghi:
- Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh
- Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lý Khi CPU làm việc nólàm thay đổi nội dung của các thanh ghi
3.2 Chức năng các chân vi điều khiển.
*Port0: Là port có 2 chức năng ở trên chân từ 32 đến 39 trong các thiết kế cỡ nhỏ
(không dùng bộ nhớ mở rộng) có hai chức năng như các đường IO Đối với các thiết kế
cỡ lớn (với bộ nhớ mở rộng) nó được kết hợp kênh giữa các bus
