Đồ án NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC

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 em đã thực hiện đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển động cơ bước ” thông qua đề tài này em sẽ 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.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Ô TÔCHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU

KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC

Giáo viên hướng dẫn: ThS Phạm Văn Kiêm Sinh viên thực hiện: Vũ Hồng Nhật Lớp: 121121

Hưng Yên, năm 2015

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất mạnh mẽ vànhanh 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 mọinhu 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 kỹthuật 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 em đã thực hiện đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế mạchđiều khiển động cơ bước ” thông qua đề tài này em sẽ có những điều kiện tốt nhất đểhọc hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang của mình trêncon 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 em đã hoàn thành Mặc dù đã cố gắng nghiên cứu vàtrình bày nhưng không thể tránh khỏi những sai sót và nhầm lẫn, vì vậy em rất mong cácthầy, cô giáo cùng các bạn đóng góp những ý kiến quý báu để đồ án môn học

này hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện :

Vũ Hồng Nhật

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Hưng Yên , ngày.… tháng … năm 2015

Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC

1.1 ĐỘNG CƠ BƯỚC

1.1.1 Khái niệm ……… ……….………….5

1.1.2 Cấu tạọ và nguyên lí hoạt động ……….……… 5

1.1.3 Các loại động cơ bước……… 6

1.2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.2.1 Các cách điều khiển động cơ bước ……… ……… 11

1.2.2 Tính toán các bước……… ……….……11

Chương II: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 2.1 ĐIỆN TRỞ

2.1.1 Khái niệm ……… ……….…………12

2.1.2 Phân loại điện trở ……… ……….……….12

2.2 TỤ ĐIỆN 2.2.1 Khái niệm ……… ……….13

2.2.2 Phân loại tụ điện ……… ……… 13

2.2.3 Ứng dụng của tụ điện ……… ……… ……….14

2.3 DIOD BÁN DẪN 2.3.1 Khái niệm ……… ……….14

2.3.2 Nguyên tắc hoạt động của diod bán dẫn ……… ………15

2.4 TRANSISTOR 2.4.1 Cấu tạo ……… ……… 16

2.4.2 Nguyên lý hoạt động………16

2.4.3 Ứng dụng của transistor……….……….……….17

2.5 IC ULN2803 2.5.1 Cấu tạo……….18

2.5.2 Nguyên lí hoạt động………18

2.6 VI XỬ LÝ 89C5118 2.6.1 Giới thiệu……….19

2.6.2 Khảo sát bộ vi điều khiển làm việc 20

Chương III: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 5.1 Sơ đồ khối và chức năng của từng khối trong mạch điện………30

5.2 Sơ đồ nguyên lí và mạch điều khiển động cơ bước……… ….…30

5.3 Lưu đồ thuật toán……… 32

5.4 Chương trình điều khiển……… 33

5.5 Sơ đồ bố trí linh kiện ……… ……… 36

5.6 Mạch in……… ….……….……….37

5.7 Sản phẩm hoàn thiện……… ……… 38

5.8 Tài liệu tham khảo………40

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.1 ĐỘNG CƠ BƯỚC

1.1.1 Khái niệm

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

đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng đểbiến 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 vào các vị trí cần thiết

Hình 1.1 Động cơ bước

Động cơ bước có vai trò rất quan trọng trong điều khiển chuyển động kĩ thuật số,

tự động hóa,… vì nó là cơ cấu chấp hành trung thành với nhừng lệnh đưa ra dưới dạng số,

nó chấp hành chính xác Ta có thể diều khiển nó quay một góc bất kì, chính xác, dừng ở

vị trí ta muốn Vì vậy, động cơ bước được ứng dụng trong cơ cấu đòi hỏi có đọ chính xáccao, chuyển động êm

1.1.2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

Động cơ bước có thể được mô tả như là một động cơ điện không dùng bộchuyển mạch Cụ thể, các mấu trong động cơ là stator, và rotor là nam châmvĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối rănglàm bằng vật liệu nhẹ có từ tính Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bênngoài 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 cóthể khởi động và dừng lại dễ dàng ở các vị trí bất kỳ

b Nguyên lí hoạt động:

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bướcnên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Cúng làm việc nhờ các bộ chuyểnmạch điện tử đưa ra các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.Tổng sô góc quay của roto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay vàtốc độ quay của roto phụ thuộc vạo thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

-Khi dùng động cơ bước không cần mạch phản hồi cho điều khiển vị trí và vận tốc

-Thích hợp với các thiết bị điều khiển số với khả năng điều khiển sô trực tiếp (động cơ bước trở thành thong dụng trông robot)

-Hầu hết các động cơ bước có thể chuyển động ở tần số âm thanh

-Công suất thấp (việc nâng cao công suất của động cơ bước đang được rất quan tâm hiện nay)

1.1.3 Các loại động cơ bước

Động cơ bước được chia làm 2 loại: Nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (cũng cóloại động cơ hỗn hợp nữa, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châmvĩnh cửu) Nếu mất đi nhãn trên động cơ, các bạn vẫn có thể phân biệt hai loạiđộng cơ này bằng cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng Động cơ namchâm vĩnh cửu dường như có các nấc khi bạn dùng tay xoay nhẹ rotor củachúng, trong khi động cơ biến từ trở thì dường như xoay tự do (mặc dù cảmthấy chúng cũng có những nấc nhẹ bởi sự giảm từ tính trong rotor) Bạn cũng cóthể 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 đượcdùng 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

Hình 1.2 Động cơ biến trở từ

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

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 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

cực đối diện Khi cuộn 1 được kích điện, răng X của rotor bị hút vào cực 1 Nếu

dòng qua cuộn 1 bị ngắt và đóng dòng qua cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độ theo

chiều 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 dòng

điện đi qua các cuộn, và chuỗi điều khiển sau sẽ quay động cơ theo chiều kim

phép 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 1.3 Động cơ bước đơn cực

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 1.3, với một đầu nối trung tâm trêncác cuộn Khi dùng, các đầu nối trung tâm thường được nối vào cực dươngnguồn cấp, và hai đầu còn lại của mỗi mấu lần lượt nối đất để đảo chiều từtrường 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 cựcđối xứng hơn Động cơ 30 độ mỗi bước trong hình là một trong những thiết kế động cơnam

châm 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

Mấu 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 vềphương 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

chuỗi 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:

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, nhưng

mạch điều khiển để đảo cực mỗi cặp cực trong động cơ thì phức tạp hơn

Hoạtđộng:

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 gócquay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay củarôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

Ứng dụng:

Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặcbiệt 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 dụngtrong các thiết bị cần điều khiển chính xác Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển tiêu cựtrong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bámmục 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,trên ôtô ứng dụng trong bộ tiếtchế IC

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

1.2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC

1.2.1 Các cách điều khiển động cơ bước

Có 2 cách điều khiển động cơ bước là:

- Điều khiển FULL bước

-Điều khiển NỬA bước

a Điều khiển FULL bước:

Điều khiển FULL bước có nghĩa là mỗi lần cấp điện áp cho các cuộn dây, động cơ sẽ quay đủ 1 bước (1.8 độ), thứ tự cấp xung điều khiển như sau (thứ tự từ trái sang phải:

cuộn 1 -> cuộn 2 -> cuộn 3 -> cuộn 4):

Bước 1: 0110

Bước 2: 1100

Bước 3: 1001

Bước 4: 0011

b Điều khiển NỬA bước:

Để điều khiển động cơ quay nửa bước, thứ tự các xung cấp vào các cuộn dây như sau (thứ tự từ trái sang phải:

cuộn 1 -> -> cuộn 4 cuộn 1 -> -> cuộn 4)):

Bước 1: 0110 1110

Bước 2: 1100 1101

Bước 3: 1001 1011

Bước 4: 0011 0111

Khi điều khiển nửa bước, động cơ sẽ chạy mượt hơn so với khi chạy FULL bước

1.2.2 Tính toán chọn động cơ bước

Chọn động cơ bước dựa vào các thông số sau: Điện áp, momen lực cực đại, khoảng điềukhiển số bước(ví dụ có thể chỉnh từ 1-1000 bước trong một giây),

Động cơ bước còn phụ thuộc vào các thong sô liên quan như: Momen lực, cường độ, điệntrở, trở kháng cuộn dây

Như vậy, điều quan trọng ở đây là phải đảm bảo tính tương thích của bộ điều khiển vàthông số động cơ để chọn ra được một động cơ bước phù hợp nhất

CHƯƠNG II: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

2.1 ĐIỆN TRỞ

2.1.1 Khái niệm

Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, dùng để làm vật cản trở dòng điện theo mongmuốn của người sử dụng, đôi khi người ta dùng điện trở để tạo ra sự phân cấp điện áp ởmỗi vị trí bên trong mạch điện Đối với điệ trở thì nó có khả năng làm việc với cả tín hiệumột 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

2.1.2 Phân loại điện trở

- 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 2.1 Các loại điện trở

2.2 TỤ ĐIỆN

2.2.1 Khái niệm

- Khái niệm: Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong cácmạch 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:

Hình 2.2 Tụ điện.

2.2.2 Phân loại tụ điện

Đối với tụ điện có rất nhiều loại nhưng thực tế người ta phân ra thành hai loại chính là tụkhông phân cực và tụ phân cực

- Tụ không phân cực: Gồm các lá kim loại ghép xen kẽ với lớp cách điện mỏng, giá trịcủa nó thường từ 1,8pF - 1μF Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn khôngF Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn khôngtiện chế tạo

- Tụ phân cực:Có cấu tạ o 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 làmviệc 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 đặt trong 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

2.2.3 Ứng dụng của tụ điện

- Tính chất quan trọng của tụ điện là tính phóng nạp của tụ, nhờ tính chất này mà tụ cókhả 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

2.3.2 Nguyên tắc hoạt động của diod bán dẫn

* 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

+ 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 tiếp điểm

vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P-N tại một điểm để tránh điện dung kí sinh, Diodetách 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-N ghépvới nhau Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược Khi phân cực thuậnDiode zenner như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode Zenner sẽ ghim lại mộtmức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên Diode.

2.4 TRANSISTOR

2.4.1 Cấu tạo

Gồm ba lớp bán dẫn ghép lại với nhau hình thành hai lớp tiếp giáp P-N nằmngược chiều nhau Ba vùng bán dẫn nối ra ba chân gọi là ba cực Cực nối với vùng bándẫn chung gọi là cực gốc, cực này mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, hai cự còn lại nốivới vùng bán dẫn ở hai bên là cực phát (E) và cực thu (C), chúng có chung bán dẫn nhưngnồng độ tạp chất là khác nhau nên không thể hoán vị cho nhau Vùng cực E có nồng độtạp chất rất cao, vùng C có nồng độ tạp chất lớn hơn vùng B nhưng nhỏ hơn vùng E

- 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 phun

qua 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 phân cựcngược cuốn qua tới được miền C tạo nên dòng điện collector Ic)

Hình ảnh thực tế của một số transistor:

Hình 2.5 Một số loại Transistor

2.4.3 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

-Các chân Input từ 1-8, tương ứng là các chân Output từ 11-18

- Nếu đầu vào mức thấp (=0), đầu ra thả nổi

- Nếu đầu vào mức cao (=1), đầu ra bằng 0

ULN2803 là loại IC hút dòng, chân số 9 nối GND, chân số 10 nối VCC hoặc ko nối cũng

dc

Hình 2.7 Cấu trúc ULN2803

2.6 VI XỬ LÝ 89C51

2.6.1 Giới thiệu

Bộ vi điều khiển viết tắt là Mircro-controller là mạch tích hợp trên một chíp có thểlập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống Theo các tập lệnh củangười lập trình bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thờigian và tiến 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 hoạtđộng của 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

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

- 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

- Bộ nhân / chia 4µs

Hình 2.8 Vi điều khiển AT89C51

2.6.2 Khảo sát bộ vi điều khiển làm việc

2.6.2.1 Cấu trúc bên trong của AT89C51

Phần chính của vi điều khiển 8051(8951) là bộ vi xử lý trung tâm (CPU: CentralProcessing Unit) bao gồm:

- 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

- Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic

Hình 2.9 Sơ đồ khối họ vi điều khiển AT89C51

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 bên trong.Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm định thời hoặc cũng cóthể 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 bên