GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51

AT9C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chíp CMOS có hiệu suất cao,công suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá được lập trình được. Chip này được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độ tích hợp cao của Atmel. Chip AT89C51 cũng tương thích với tập lệnh và các chân ra của chuẩn công nghiệp MCS-51. Flash trên chip này cho phép bộ nhớ chương trình được lập trình lại trên hệ thống hoặc bằng bộ lập trình bộ nhớ không mất nội dung qui ước. Bằng cách kết hợp một CPU linh hoạt 8 bit với Flash trên một chip đơn thể, Atmel 89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip mạnh cho ta một giải pháp có hiệu quả về chi phí và rất linh hoạt đối với các ứng dụng điều khiển. AT89C51 có các đặc trưng sau: 4Kbyte Flash, 128 byte Ram, 32 đường xuất nhập, hai bộ định thời / đếm 16 bit, một cấu trúc ngắt 2 mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt, một port nối tiếp song công, mạch dao động và tạo xung clock trên chip. Ngoài ra AT8951 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt đông có tần số giảm xuống 0 và hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lượng được lựa chọn bằng phần mềm. Chế độ nghĩ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời / đếm, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động. Chế độ nguồn giảm duy trì nội dung của RAM nhưng không cho mạch dao động cung cấp xung clock nhằm vô hiệu hoá các hoạt động khác của chip cho đến khi có reset cứng tiếp theo.

GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU

KHIỂN AT89C51

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51

I MÔ TẢ:

AT9C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chíp CMOS có hiệu suất cao,công suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá được lập trình được Chip này được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độ tích hợp cao của Atmel

Chip AT89C51 cũng tương thích với tập lệnh và các chân ra của chuẩn công nghiệp MCS-51 Flash trên chip này cho phép bộ nhớ chương trình được lập trình lại trên hệ thống hoặc bằng bộ lập trình bộ nhớ không mất nội dung qui ước Bằng cách kết hợp một CPU linh hoạt 8 bit với Flash trên một chip đơn thể, Atmel 89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip mạnh cho ta một giải pháp có hiệu quả về chi phí và rất linh hoạt đối với các ứng dụng điều khiển

AT89C51 có các đặc trưng sau: 4Kbyte Flash, 128 byte Ram, 32 đường xuất nhập, hai bộ định thời / đếm 16 bit, một cấu trúc ngắt 2 mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt, một port nối tiếp song công, mạch dao động và tạo xung clock trên chip

Ngoài ra AT8951 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt đông có tần số giảm xuống 0 và hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lượng được lựa chọn bằng phần mềm

Chế độ nghĩ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời / đếm, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động

Chế độ nguồn giảm duy trì nội dung của RAM nhưng không cho mạch dao động cung cấp xung clock nhằm vô hiệu hoá các hoạt động khác của chip cho đến khi có reset cứng tiếp theo

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:

 4 KB bộ nhớ có thể lập trình lại nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá

 Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz

 3 mức khĩa bộ nhớ lập trình

 2 bộ Timer/counter 16 Bit

 128 Byte RAM nội

 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

 Giao tiếp nối tiếp

 64 KB vùng nhớ mã ngồi

 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

 Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)

 210 vị trí nhớ cĩ thể định vị bit

 4 s cho hoạt động nhân hoặc chia

II CÁC CẤU HÌNH CHÂN RA:

2/ SƠ LƯỢC CÁC CHÂN CỦA AT89C51

*MÔ TẢ CÁC CHÂN:

-VCC: chân cung cấp điện

-GND: chân nối đất

-Port 0: gồm 8 chân 32-39 (P0.0…P0,7)

Port 0 là port có 2 chức năng Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ

mở rộng nó có chức năng như các đường IO Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ

mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu

-Port1: chân 1-8 (P1.0…P1.7)

Port 1 là port IO Có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài

-Port 2: chân 21-28 (P2.0….P2.7)

Port 2 là port có tác dụng kép Được dùng như các đường xuất nhập hoặc byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng

-Port 3: chân 10-17 (P3.0…P3.7)

Port 3 là port xuất nhập 8 bit 2 chiều có các điện trở kéo lên bên trong Các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có lien hệ với các đặc tính đặc biệt của 8951

Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động trên chip, có thể được sử dụng cho các mục đích định thời từ bên ngoài và tạo xung clock Tuy nhiên cần lưu ý là một xung ALE sẽ

bị bỏ qua trong mỗi chu kỳ truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài

Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vô hiệu hoá bằng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ byte là 8EH Khi bit này được set, ALE chỉ tích cực tring thời gian thực thi lệnh MOVX hoặc

MOVC Ngược lại chân này sẽ được kéo lên mức cao Việc set bit không cho phép hoạt động chốt byte thấp của địa chỉ sẽ không có tác dụng nếu bộ vi điều khiển đang chế độ thực thi chương trình ngoài

-PSEN:

Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN (program store enable) điều khiển truy xuất bộ nhớ chuơng trình ngoài Khi AT89C51 đang thực thi chương trình trong bộ nhớ chương trình ngoài, PSEN tích cực 2 lần cho mỗi chu kỳ máy,

ngoại trừ trường hợp 2 tác động củaPSEN bị bỏ qua cho mỗi truy xuất bộ nhớ dữ

liệu ngoài

-EA / Vpp:

Chân cho phép truy xuất bộ nhớ ngoài EA (external access enable) phải

được nối với GND để cho phép chip vi điều khiển tìm nạp lệnh từ các vị trí nhớ

của bộ nhớ chương trình ngoài, bắt đầu từ địa chỉ 0000H cho đến FFFFH Tuy

nhiên cần lưu ý là nếu có bit khoá 1(clock bit 1) được lập trình, EA sẽ được chốt

bên trong khi reset

EA nên nối với Vcc để thực thi chương trình trong chip

Chân EA / Vpp còn nhận điện áp cho phép lập trình Vpp trong thời gian

lập trình cho Flash, điện áp này cấp cho các bộ phận có yêu cầu điện áp 12V

-XTAL 1:

Ngõ vào đến mạch khuyếch đại đảo dao động và ngõ vào đến mạch tạo

xung clock bên trong chip

-XTAL 2:

Ngõ ra từ mạch khuyết đại đảo của mạch dao động

Hình: Mạch dao động

III CẤU TRÚC RAM NỘI CỦA 8951:

Bản đồ bộ nhớ Data trên Chip như sau:

7F FF

F0 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 F0 B RAM đa dụng

E0 E7 E6 E5 E4 E

3 E2 E1 E0 ACC

D0 D7 D6 D5 D4 D

3 D2 D1 D0 PSW

B

B

A B9 B8 IP

22 17 16 15 14 13 12 11 10 8C không được địa chỉ hoá bit TH0

RAM CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT

- AT8951 có 128 byte RAM nội có địa chỉ từ 00H đến FFH

1/ Vùng bank thanh ghi:

-Bao gồm 32 byte bắt đầu từ 00H1FH được chia thành 4 bank, mỗi bank bao gồm 8 thanh ghi:

- Gồm 16 byte có địa chỉ từ 20H2FH trong vùng này ta có thể tác động tới từng bit Có nghĩa la có thể set bit đó lên 1 hoặc clear bit đó về 0

- Có 128 bit trong vùng RAM định vị bit có địa chỉ từ 00H7FH

- Thanh ghi tích luỹ A (ACC: Accumulartor) là thanh ghi trung gian thường được

sử dụng để chứa lưu giá trị trong các lệnh chương trình có địa chỉ là E0H

Vd:

Mov A, #3FH

Mov A, 3FH

Lấy nội dung của 3FH đưa vào A

- Thanh ghi B: có địa chỉ là F)H là thanh ghi được dùng kết hợp với thanh ghi A

Chia A với B, kết quả đưa vào A, số dư đưa vào B

- Thanh ghi PSW (Program status word):

Là thanh ghi chứa trạng thái của chương trình

Từ trạng thái chương trình ở địa chỉ D0H được tóm tắt như sau:

 CY: là cờ nhớ, CY sẽ set lên 1 khi thực hiện phép cộng có xảy ra nhớ,

hoăc khi thực hiện phép trừ có xảy ra mượn

 AC (Auxiliary carrier) là cờ nhớ phụ khi cộng các số BCD Cờ nhớ phụ

sẽ set lên 1 nếu kết quả của 4 bit thấp nằm trong khoảng từ 0AH đến 0FH

 F0: là cờ nhớ dành cho người sử dụng

 RS1, RS0: quyết định dãy thanh ghi tích cực Chúng được xoá sau khi

reset hệ thống và được thay đối bởi phần mềm khi cần thiết

Dựa vào bảng trên ta có thể chọn thanh ghi bank nào muốn chọn

 OV (Over flow): sẽ set lên 1 khi thực hiên phép toán với số có dấu có

xáy ra tràn

 P (Parity): là bit kiểm tra chẳn lẽ, bit P sẽ bằng 0 hoặc 1 theo dạng

parity chẵn với nội dung của thanh ghi A

- Con trỏ Ngăn xếp SP (Stack Pointer):

+ Con trỏ ngăn xếp là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H Nó chứa địa chỉ của của byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh ngăn xếp Các lệnh trên ngăn xếp bao gồm các lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp (PUSH) và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp (POP) Lệnh cất dữ liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu và lệnh lấy ra khỏi ngăn xếp sẽ làm giảm SP Ngăn xếp của 8031/8051 được giữ trong RAM nội và giới hạn các địa chỉ có thể truy xuất bằng địa chỉ gián tiếp, chúng là

128 byte đầu của 8951

+ Để khởi động SP với ngăn xếp bắt đầu tại địa chỉ 60H, các lệnh sau đây được dùng:

MOV SP, #5F

+ Với lệnh trên thì ngăn xếp của 8951 chỉ có 32 byte vì địa chỉ cao nhất của RAM trên chip là 7FH Sỡ dĩ giá trị 5FH được nạp vào SP vì SP tăng lên 60H trước khi cất byte dữ liệu

- Thanh ghi con trỏ dữ liệu Data Pointer (DPTR):

Là thanh ghi 16 bit kết hợp của 2 thanh ghi 8 bit là DPH và DPL

Thanh ghi DPTR thường được dùng để lưu các địa chỉ 16 bit, thông thường là các địa chỉ khi truy xuất bộ nhớ ngoài

- Các thanh ghi xuất nhập Port:

Các Port của 8951 bao gồm Port0 ở địa chỉ 80H, Port1 ở địa chỉ 90H, Port2 ở địa chỉ A0H, và Port3 ở địa chỉ B0H Tất cả các Port này đều có thể truy xuất từng bit nên rất thuận tiện trong khả năng giao tiếp

8951 chứa một Port nối tiếp cho việc trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc giao tiếp nối tiếp với các IC khác Một thanh ghi đệm dử liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽdữ cảhai dữ liệu truyền và dữ liệu nhập Khi truyền dữ liệu ghi lên SBUF, khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF Các mode vận khác nhau được lập trình qua thanh ghi điều khiển Port nối tiếp (SCON) được địa chỉ hóa từng bit ở địa chỉ 98H

- Thanh ghi điều khiển nguồn PCON (Power control Register):

Thanh ghi PCON không có bit định vị Nó ở địa chỉ 87H chứa nhiều bit điều khiển Thanh ghi PCON được tóm tắt như sau:

 Bit 7 (SMOD): Bit có tốc độ Baud ở mode 1, 2, 3 ở Port nối tiếp khi set

 Bit 6, 5, 4: Không có địa chỉ

 Bit 3 (GF1): Bit cờ đa năng 1

DPH DPL

 Bit 2 (GF0): Bit cờ đa năng 2

 Bit 1 (PD): Set để khởi động mode Power Down và thoát để reset

 Bit 0 (IDL): Set để khởi động mode Idle và thoát khi ngắt mạch hoặc reset

Các bit điều khiển Power Down và Idle có tác dụng chính trong tất cả các

IC họ MSC-51 nhưng chỉ được thi hành trong sự biên dịch của CMOS

 Truy xuất bộ nhớ mã ngoài (Acessing External Code Memory):

- Bộ nhớ chương trình bên ngoài là bộ nhớ ROM được cho phép của tín hiệu PSEN\ Sự kết nối phần cứng của bộ nhớ EPROM như sau:

Hình : Accessing External Code Memory (Truy xuất bộ nhớ mã ngoài)

Port 0

EA

ALE Port 2 PSEN

8951

D0  D7

A0  A7

- Trong một chu kỳ máy tiêu biểu, tín hiệu ALE tích cực 2 lần Lần thứ nhất cho phép 74HC373 mở cổng chốt địa chỉ byte thấp, khi ALE xuống 0 thì byte thấp và byte cao của bộ đếm chương trình đều có nhưng EPROM chưa xuất vì PSEN\ chưa tích cực, khi tín hiệu lên một trở lại thì Port 0 đã có dữ liệu là Opcode ALE tích cực lần thứ hai được giải thích tương tự và byte 2 được đọc từ bộ nhớ chương trình Nếu

lệnh đang hiện hành là lệnh 1 byte thì CPU chỉ đọc Opcode, còn byte thứ hai bỏ đi

 Truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài (Accessing External Data Memory):

- Bộ nhớ dữ liệu ngoài là một bộ nhớ RAM được đọc hoặc ghi khi được cho phép của tín hiệu RD\ và WR Hai tín hiệu này nằm ở chân P3.7 (RD) và P3.6 (WR) Lệnh MOVX được dùng để truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và dùng một bộ đệm dữ liệu 16 bit (DPTR), R0 hoặc R1 như là một thanh ghi địa chỉ

- Các RAM có thể giao tiếp với 8951 tương tự cách thức như EPROM ngoại trừ chân RD\ của 8951 nối với chân OE\ (Output Enable) của RAM và chân WR\ của 8951 nối với chânWE \của RAM Sự nối các bus địa chỉ và dữ liệu tương

tự như cách nối của EPROM

Port 0 EA\

ALE Port 2 RD\

WR\

8951

D0  D7

A0  A7

A8  A15 OE\

 Sự giải mã địa chỉ (Address Decoding):

- Sự giải mã địa chỉ là một yêu cầu tất yếu để chọn EPROM, RAM, 8279,

… Sự giải mã địa chỉ đối với 8951 để chọn các vùng nhớ ngoài như các vi điều khiển Nếu các con EPROM hoặc RAM 8K được dùng thì các bus địa chỉ phải được giải mã để chọn các IC nhớ nằm trong phạm vi giới hạn 8K: 0000H1FFFH, 2000H3FFFH, …

- Một cách cụ thể, IC giải mã 74HC138 được dùng với những ngõ ra của nó được nối với những ngõ vào chọn Chip CS (Chip Select) trên những IC nhớ EPROM, RAM, … Hình sau đây cho phép kết nối nhiều EPROM và RAM

Hình : Address Decoding (Giải mã địa chỉ) -Vậy một chương trình có thể được tải vào RAM bằng cách xem nó như bộ

nhớ dữ liệu và thi hành chương trình băng cách xem nó như bộ nhớ chương trình

SUBB A, <src, byte>

SUBB A, # data : (A)  (A) - (C) - # data

INC <byte>

DEC <byte>

: (B)  Remainder of [(A)/(B)]; cờ Carry xóa

trong phép cộng BCD (thường DA A đi kèm với ADD, ADDC)

 Nếu [(A3-A0)>9] v [(AC)=1]  (A3A0)  (A3A0) + 6

 Nếu [(A7-A4)>9] v [(C)=1]  (A7A4)  (A7A4) + 6

2 Các hoạt động logic (Logic Operation) :

Các hoạt động logic được tóm tắt như sau :

ANL <dest - byte> <src - byte>

ORL <dest - byte> <src - byte>

ORL direct, # data : (direct)  (direct) OR # data

XRL <dest - byte> <src - byte>

XRL direct, A : (direct)  (direct)  (A)

XRL direct, # data : (direct)  (direct)  # data

y = a b = ab + ab

cờ Carry

cờ Carry

nhau (A3A0)(A7A4)

3 Các lệnh rẽ nhánh :

Sau đây là sự tóm tắt từng hoạt động của lệnh nhảy

JBC bit, rel : Nhảy đến “rel” nếu bit = 1 v xĩa bit

ACALL addr11 : Lệnh gọi tuyệt đối trong page 2K

LCALL addr16 : Lệnh gọi di chương trình con trong 64K

RET : Kết thúc chương trình con trở về chương trình chính

RETI : Kết thúc thủ tục phục vụ ngắt quay về chương trình chính hoạt động tương tự như RET

Hoạt động tương tự lệnh LCALL

SJMP rel : Nhảy ngắn không điều kiện trong (-128127) byte

JMP @ A + DPTR:Nhảy không điều kiện đến địa chỉ (A) + (DPTR)

(PC)  (A) + (DPTR)

JZ rel : Nhảy đến A = 0 Thực hành lệnh kế nếu A  0

JNZ rel : Nhảy đến A  0 Thực hành lệnh kế nếu A = 0

CJNE A, direct, rel : So sánh và nhảy đến A  direct

(A) < (direct)  C = 1

(A) > (direct)  C = 0

(A) = (direct) Thực hành lệnh kế tiếp

CJNE A, # data, rel : Tương tự lệnh CJNE A, direct, rel

CJNE Rn, # data, rel : Tương tự lệnh CJNE A, direct, rel

CJNE @ Ri, # data, rel : Tương tự lệnh CJNE A, direct, rel

DJNE Rn, rel : Giảm Rn nhảy nếu Rn  0

DJNZ direct, rel : Tương tự lệnh DJNZ Rn, rel

4 Các lệnh dịch chuyển dữ liệu :

Tất cả các lệnh dịch chuyển đểu khôg ảnh hưởng đến cờ Hoạt động của từng lệnh được tóm tắt như sau :

MOV A,Rn : (A)  (Rn)

MOVX @ DPTR, A : ((DPTR))  (A)

5 Các lệnh luận lý (Boolean Instruction) :

Hoạt động của các lệnh luận lý được tóm tắt như sau :

MOV C, BIT : (C)  (BIT): Cờ Carry bị tác động

MOV BIT, C : (BIT)  (C): Không ảnh hưởng cờ Carry

VI BỘ ĐỊNH THỜI (TIMER)

1/ Khái niệm:

AT89C51 có 2 bộ timer:

- Timer 0: là một bộ đếm lên tuần tự 16 bit, giá trị đếm chứa trong 2 thanh ghi TH0, TL0

- Timer 1: là một bộ đếm tuần tự 16 bit chứa trong TH1 và TL1

2/ Các thanh ghi của bộ Timer:

- Thanh ghi TMOD (Time mode) là thanh ghi 8 bit

C/T = 1 : Đếm sự kiện

C/T = 0 : Ghi giờ đều đặn

Hai bit M0 và M1 của TMOD để chọn mode cho Timer 0 hoặc Timer 1

M1 M0 MODE DESCRIPTION

Timer 0 : TL0 là Timer 8 bit được điều khiển bởi các bit của Timer 0 TH0 tương tự nhưng được điều

khiển bởi các bit của mode Timer 1

Timer 1 : Được ngừng lại

- Thanh ghi TCON (Timer control)

Thanh ghi điều khiển bao gồm các bit trạng thái và các bit điều khiển bởi Timer 0

và Timer 1 Thanh ghi TCON có bit định vị Hoạt động của từng bit được tóm tắt như sau:

sự tràn, được xóabởi phần mềm hoặc bởi phần cứng khi các vectơxử lý đến thủ tục phục vụ ngắt ISR

hoặc xóa bởi phần mềm để chạy hoặc

ngưng chạy Timer

hiện trên INT1 thì IE1 được xóa bởi phần mềm hoặc phần cứng khi CPU định hướng đến thủ tục phục vụ ngắt ngoài

bằng phấn mềm bởi cạnh kích hoạt bởi sự ngắt ngoài

3/ Các chế độ hoạt động của Timer:

- Mode 0: gồm 8 bit của thanh ghi THx, 5 bit của thanh ghi TLx (Rất ít được sử dụng)

Over flow

- Mode 1: bộ Timer là bộ đếm gồm 16 bit

Gồm 8 bit của thanh ghi THx và 8 bit của thanh ghi TLx

Đếm giá trị từ 0 đền 216-1=65535

TLx (5 bit) THx (8 bit) TFx Timer Clock

Với mode 1 bộ timer không tự động nạp lại giá trị đếm sau mỗi lần tràn Do đó sau mỗi lần tràn ta phải nạp lại giá trị đặt cho timer

- Mode 2: là chế độ tự động nạp lại Bộ timer là bộ đếm 8 bit chứa trong thanh ghi THx Thanh ghi THx không thực hiện nhiệm vụ đếm, mà chỉ nạp lại giá trị cho thanh ghi TLx sau mỗi lần tràn

- Mode 3:

+Mode 3 là mode Timer tách ra và là sự khác biệt cho mỗi Timer

+Timer 0 ở mode 3 được chia là 2 timer 8 bit TL0 và TH0 hoạt động như những Timer riêng lẻ với sự tràn sẽ set các bit TL0 và TF1 tương ứng

+Timer 1 bị dừng lại ở mode 3, nhưng có thể được khởi động bởi việc ngắt

nó vào một trong các mode khác Chỉ có nhược điểm là cờ tràn TF1 của Timer 1 không bị ảnh hưởng bởi các sự tràn của Timer 1 bởi vì TF1 được nối với TH0

+Mode 3 cung cấp 1 Timer ngoại 8 bit là Timer thứ ba của 8951 Khi vào Timer 0 ở mode 3, Timer có thể hoạt động hoặc tắt bởi sự ngắt nó ra ngoài và vào trong mode của chính nó hoặc có thể được dùng bởi Port nối tiếp như là một máy phát tốc độ Baud, hoặc nó có thể dùng trong hướng nào đó mà không sử dụng Interrupt

CHƯƠNG II : TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ BƯỚC

I KHÁI QUÁT:

tiếp Động cơ bước khác động cơ bình thường ở chổ, trục giữa của chúng không quay tự do, mà quay theo từng bước khi các cuộn dây của chúng được cấp nguồn theo thứ tự thích hợp

 Bước của động cơ (giá trị của góc giữa hai vị trí ổn định kề nhau của Roto) càng nhỏ thì độ chính xác trong điều khiển càng cao Bước của động cơ phụ thuộc vào số cuộn dây phần ứng, số cực của Stato, số răng của Roto và phương pháp điều khiển bước đủ hoặc điều khiển nữa bước Tùy theo yêu cầu về độ chính xác và kết cấu của động cơ, mà bước của động cơ thay đổi trong giới hạn từ 1800 - 0,180 Trong đó: động cơ bước nam châm vĩnh cửu dạng cực móng và có từ trở thay đổi từ 60 - 450, động

cơ bước có từ trở thay đổi có góc bước nằm trong giới hạn từ: 1,80- 300,

và động cơ bước hỗn hợp có góc bước thay đổi trong khoảng 0,360 - 150 Các giá trị góc của các loại động cơ kể trên được tính trong chế độ điều khiển bước đủ

 Chiều quay của động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong các cuộn dây phần ứng, mà phụ thuộc vào thứ tự cuộn dây phần ứng được cấp xung điều khiển Nhiệm vụ này do bộ chuyển phát thực hiện

 Số cuộn dây phần ứng (hay cò gọi là cuộn dây pha) của động cơ bước được chế tạo từ 2 - 5 cuộn dây pha (hay còn gọi là bối dây) và được đặt đối diện nhau trong các rãnh ở Stato Đối với cuộn dây phải có hai cuộn dây thì chỉ dùng cho điều khiển lưỡng cực (cuộn dây có cực tính thay đổi), với 4 cuộn dây có thể dùng cho cả hai chế độ điều khiển lưỡng cực và điều khiển đơn cực

II PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ BƯỚC:

Động cơ bước được phân thành các loại như sau:

1) Động cơ bước nam châm vĩnh cữu:

 Cấu trúc:

Các cuộn dây quấn trên stator, roto là nam châm vĩnh cữu, giống động cơ

AC đồng bộ

 Phân loại: đơn cực và lưỡng cực

- Đơn cực:là động cơ có chiều dòng điện qua mỗi cuộn dây không đổi

- Lưỡng cực là động cơ có chiều dòng điện qua mỗi cuộn dây thay đổi

2) Động cơ bước có từ trở biến thiên:

không tải là 20 Khz Stato được chế tạo thành dạng răng với bước cực s, roto của động cơ cũng được chế tạo thành dạng răng có bước cực r

3) Động cơ bước loại hỗn hợp:

Hay còn gọi là động cơ bước cảm ứng, có góc bước thay đổi trong khoảng 0,36 - 150 trong chế độ bước đủ, mômen hãm từ 3 - 1000 Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 40 khz Trong các loại động cơ bước kể trên thì động cơ bước hổn hợp được sử dụng nhiều hơn cả Vì loại động cơ này kết hợp các ưu điểm của hai loại động cơ trên đó là: Động cơ nam châm vĩnh Cửu với dạng cực móng, và động cơ

có từ trở thay đổi

Cấu tạo của động cơ bước thay đổi hổn hợp là sự kết hợp giữa động cơ bước nam châm vĩnh cữu và động cơ bước có từ trở thay đổi Phần Stato được cấu tạo hoàn toàn giống Stator của động cơ bước có từ trở thay đổi Trên các cực của Stato được đặt các cuộn dây pha, mỗi cuộn dây pha được quấn thành 4 cuộn dây hoặc được quấn thành 2 cuộn dây đặt xen kẻ nhau để hình thành lên các cực N và

S đồng thời đối diện với mỗi cực của bối dây là răng của Roto và cũng được đặt xen kẽ giữa hai vành răng số 3 của Roto

 Động cơ hổn hợp cũng được chế tạo với 2, 4 và 5 pha, động cơ 2 và 4 pha thường cho góc bước từ s = 0,90 - 150 cò động cơ 5 pha thường có có góc bước từ s = 0,180 - 0,270

 Bước răng của Roto được xác định bằng biểu thức sau:

Zr Zr

r

0

3602

 Góc bước của động cơ là tỷ số giữa bước răng r và số pha m của động cơ khi cuộn dây được điều khiển lưỡng cực :

 Loại động cơ này thường được chế tạo 2, 3, 4 tầng trình bầy kết cấu của động cơ bước từ trở thay đổi có ba tầng Trong mỗi tầng số răng của Stato

và Roto giống nhau Vị trí răng của 3 Stato được đặt giống nhau và được cố định trên trục Roto, nhưng vị trí răng của 3 Stato được đặt lệch nhau 1/3 bước răng

 Góc lệch giữa hai tầng kề nhau được xác định bằng biểu thức sau:

Zrm m

r 3600



 



Nếu Roto có Zr = 12 răng thì góc lệch nhau giữa hai tầng kề nhau là 100

 Khi có một xung dòng điện điều khiển đặt vào tầng 1 thì răng của Roto và Stato đối đỉnh nhau (vì từ thông chỉ khép kín tại vị trí có từ trở nhỏ nhất) Lúc này răng của Roto và Stato ở tầng 2 lệch nhau 1 góc là 100, còn răng của Roto và Stato ở tầng 3 lệch nhau là 200 Cắt xung dòng điện điều khiển vào tầng 1 và các xung dòng điện điều khiển vào tầng thì Roto của tầng 2 quay một góc 100 để đỉnh răng của Roto trùng với đỉnh răng của stato ở tầng 2, lúc này răng của Roto và Stato của tầng 3 lệch nhau một góc là 100

so với tầng 2 Quá trình điều khiển tiếp tục cho tới khi trở lại tầng 1 Cuối cùng ta có quá trình điều khiển theo trình tự 1-2-3-1

III PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỦ BƯỚC VÀ NỬA BƯỚC:

1 Phương pháp điều khiển nguyên bước:

Thể hiện trình tự điều khiển bước đủ của dộng cơ bước nam châm vĩnh cửu được từ hóa với các cực từ xen kẽ Nguyên lý làm việc của động cơ bước là dựa trên sự tác động tương hổ giữa từ trường của Stato và Roto, hình thành mômen điện từ làm quay Roto đi một góc nhất định

Bảng làm việc của chế độ nguyên bước:

Nếu ta điều khiển động cơ theo như bảng trên, chuyển mạch tuần tự từ bước 1 đến bước 4 Động cơ sẽ làm việc ở chế độ nguyên bước như sau

Dạng điều khiển này được gọi là điều khiển bước đủ hay còn gọi là điều khiển đối xứng

2 Phương pháp điều khiển nửa bước:

Thể hiện trình tự điều khiển nửa bước, quá trình điều khiển nửa bước tương tự như quá trình điều khiển bước đủ, nhưng trình tự chuyển mạch các cuộn dây điều khiển như bảng sau:

Với việc điều khiển nửa bước, mỗi bước của động cơ quay được nhỏ hơn ở chế độ nguyên bước Như ta thấy, với cung 1 loại động cơ, nếu họat động ở chế độ nguyên bước, thì chỉ cần 4 bước để thực hiện 1 vong quay, còn ở chế độ nữa bước

là 8

Xét về yêu cầu đảm bảo độ chính xác trong điều khiển, thì phương pháp điều khiển nửa bước dễ dàng đáp ứng hơn, nhưng bộ chuyển phát xung điều khiển phức tạp hơn nhiều so với phương pháp điều khiển bước đủ

IV NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC

1 Động cơ nam châm vĩnh cửu:

Nguyên lý làm việc của động cơ này là dựa vào tác động của một trường điện

từ trên một mômen điện từ, tức là tác động giữa một trường điện từ và một hoặc

nhiều nam châm vĩnh cửu Roto của động cơ tạo thành một hoặc nhiều cặp từ và mômen điện từ của nam châm được dặt thẳng hàng trên từ trường quay do các cuộn dây tạo nên

 Xét cấu trúc của động cơ bước nam châm vĩnh cửu như:

Động cơ có hai cuộn dây lắp ở hai cực của Stato, và một nam châm vĩnh cửu ở Roto Khi kích thích một cuộn dây của Stato (đồng thời ngắt điện cuộn kia)

sẽ tạo nên hai cực Bắc (North) và Nam (South) của nam châm Roto sẽ thẳng đứng với hướng từ trường

Nếu ta cho dòng điện vào cuộn dây W1 thì vị trí 1 và 3 của Stato tương ứng

sẽ là cực Nam và cực Bắc

Giả sử trục của nam châm vĩnh cửu của Roto đang lệch với trục 1-3 một góc  dưới tác dụng của lực hút do các cực trái dấu của nam châm sẽ sinh ra một lực quay Roto về vị trí 1, vị trí này gọi là vị trí cân bằng Sau đó cho dòng điện I2

vào cuộn dây W2 (lúc này dòng điện ở cuộn W1 bị ngắt), thanh nam châm sẽ quay nhanh đến vị trí 2 một góc 900 nếu việc cấp điện liên tục và tuần tự vào cuộn dây

W1, W2, W1, W2, … Và đảo chiều dòng điện sau mỗi bước, thanh nam châm sẽ quay thành những vòng tròn, từ một phần tư vòng tròn đến một phần tư vòng tròn khác

Các cuộn dây của Stato gọi là các pha Động cơ bước có thể có nhiều pha:

2, 3, 4, 5 pha, nó được cấp điện cuộn này sang cuộn khác với việc đảo chiều dòng điện sau mỗi bước quay Chiều các động cơ phụ thuộc vào thứ tự cung cấp điện cho các cuộn dây và hướng của từ trường

2 Động cơ bước từ trở thay đổi:

Nguyên lý làm việc của động cơ bước từ trở thay đổi dựa trên cơ sở định luật cảm ứng điện từ, tức là dựa trên sự tác động giữa một trường điện từ và một Roto có từ trở thay đổi theo góc quay

Roto động cơ điện được chế tạo bằng vật liệu dẫn từ, trên bề mặt Roto thường có nhiều răng Mỗi răng của Roto hoặc của Stato gọi là một cực Trên hai cực đối diện được mắc nối tiếp hai cuộn dây (ví dụ như cuộn dây AA') tạo thành