BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Khái quát về động cơ bước

Các hệ thống truyền động rời rạc này thực hiện nhờ loại động cơ chấp hành đặcbiệt gọi là động cơ bước.Động cơ bước thường là động cơ đồng bộ dùng phổ biến cáctín hiệu điều khiển dươí dạn

I Khái quát về động cơ bước:

Trong hệ thống tự động và trong máy tính điện tử ngày càng sử dụng rộng rải hệthống truyền động rời rạc

Các hệ thống truyền động rời rạc này thực hiện nhờ loại động cơ chấp hành đặcbiệt gọi là động cơ bước.Động cơ bước thường là động cơ đồng bộ dùng phổ biến cáctín hiệu điều khiển dươí dạng các xung điện áp thành các chuyển động góc quay hoặcchuyển động của rotor và có khả năng cố định rotor vào những vị trí cấn thiết

Động cơ bước làm việc được nhờ có bộ chuyển mạch điện tử, để đưa tín hiệuđiều khiển vào các cuộn dây stator, theo một thứ tự và một tần số nhất định Tổng sốgóc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độquay của rotor, phụ thuộc vào thứ tự chuyển và tần số chuyển đổi

1 Phân loại và cấu tạo

Động cơ bước cơ bản được chia làm 3 loại:

Động cơ bước nam châm vĩnh cữu

 Động cơ bước biến trở từ

 Động cơ bước lai

Động cơ bước nam châm vĩnh cữu cơ bản gồm 3 lọai:

Động cơ bước đơn cực

Động cơ bước lưỡng cực

Động cơ bước nhiều pha

2 Động cơ bước nam châm vĩnh cữu

a) Động cơ bước đơn cực:

STEP loại đơn cực bao gồm 2 cuộn dây, mỗi cuộn được nối ra ngồi ở giữa cuộn,

vì vậy thơng thường trên thực tế đây là loại động cơ 5 hoặc 6 dây ra, STEP loại này đượcđiều khiển bẳng cách cho đầu dây chung nối lên nguồn và từng đầu dây cịn lại lần lượtđược nối mass

Động cơ bước đơn cực có 5 ngõ ra: trong đó có 4 đầudây coil1÷coil4 dùng để điều khiển còn đầu dây commondùng để nối nguồn cung cấp Kí hiệu các màu dây theo quiđịnh như hình dưới :

Động cơ bước đơn cực có 6 ngõ ra: trong đó có 4 đầudây coil1÷coil4 dùng để điều khiển, 2 đầu dây còn lại chínhlà dây common được tách ra làm 2, khi dùng phải nối cả 2với nguồn cung cấp Hai dây common này có cùng màu

b) Động cơ bước lưỡng cực:

Động cơ loại lưỡng cực (Bipolar), thường có 4 đầu ra Về cấu tạo đơn giản hơn nhưngkhó cho điều khiển vì phải đảo chiều dòng điện qua cuộn dây a,b.

3 Nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ bước:

 Động cơ bước hoạt động dựa trên việc cấp xung ,nó không có bộ chuyển mạch bêntrong nên tất cả mạch đảo phải được điều khiển bên ngoài bằng bộ điều khiển

 Tại mỗi thời điểm sẽ chỉ có một hay hai cuộn dây có điện(tùy vào phương pháp điềukhiển là đầy bước hay nửa bước).Khi trạng thái cấp xung thay đổi thì sẽ sinh ra momentxoắn và sẽ làm cho roto quay

 Điều khiển chiều quay động cơ :thay đổi thứ tự cấp xung ,giả sử động cơ đang ở bướcthứ 8 ta cấp xung cho bước thứ 7 thì lúc đó nó sẽ quay ngược lại

 Điều khiển tốc độ:thay đổi độ rộng xung và tần số xung

: góc bước của động cơ (độ)

f : tần số dịch bước

4 Các phương pháp điều khiển động cơ bước.

 Điều khiển đủ bước

 Điều khiển nửa bước

 Điều khiển vi bước

a) Điều khiển đủ bước:

b) Điều khiển nửa bước:

Khi không có phần nào của mạch từ bão hòa, thì việc cấp điện đồng thời cho hai mấu động cơ sẽ sinh ra một moment xoắn theo vị trí là tổng của các moment xoắn đối với hai mấu động cơ riêng lẻ Đối với động cơ hai mấu nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp, hai đường cong này sẽ là S radians khác pha, và nếu dòng qua hai mấu bằng nhau, đỉnh của tổng sẽ nằm ở vị trí S/2 radians kể tử đỉnh của đường cong gốc, như ở hình dưới

Đấy là cơ bản của điều khiển nửa bước.Moment xoắn giữ là đỉnh của đường cong

moment xoắn kết hợp khi hai mấu có cùng dòng lớn nhất đi qua Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp thông thường, moment xoắn giữ hai mấu sẽ là:

h2 = (2^0.5) h1

Trong đó:

h1 – moment xoắn giữ trên một mấu

h2 – moment xoắn giữ hai mấu

Điều này cho thấy rằng không có phần nào trong mạch từ bão hoà và moment xoắn theo đường cong vị trí đối với mỗi mấu là hình sin lý tưởng

Hầu hết các bảng hướng dẫn động cơ nam châm vĩnh cửu và biến từ trở đều chỉ ra moment xoắn giữ hai mấu mà không có đưa ra moment xoắn giữ trên một mấu

Nếu bất kỳ phần nào trong mạch từ của động cơ bị bão hoà, hai đường cong moment xoắn sẽ không thể cộng tuyến tính với nhau Kết quả là moment tổng hợp có thể không nằm chính xác tại vị trí S/2 kể từ vị trí cân bằng ban đầu.

II Vi điều khiển PIC16F877A

1 Khái quát về vi điều khiển PIC16F877A

a)Khái quát:

- PIC là tên viết tắt của “Programmable Intelligent computer” do hãng General

Instrument đặt tên cho con vi điều khiển đầu tiên của họ.Hãng Micrchip tiếp tục pháttriển sản phầm này và cho đến hàng đã tạo ra gần 100 loại sản phẩm khác nhau

- PIC16F887A là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu hết tất

cả các ứng dụng thực tế Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới làm quen với PIC cóthể học tập và tạo nền tản về họ vi điều khiển PIC của mình

- PIC 16F877A thuộc họ vi điều khiển 16Fxxx có các đặt tính sau:

 Ngôn ngữ lập trình đơn giản với 35 lệnh có độ dài 14 bit

 Tất cả các câu lệnh thực hiện trong 1 chu kì lệnh ngoại trừ 1 số câu lệnh rẽ nhánhthực hiện trong 2 chu kì lệnh Chu kì lệnh bằng 4 lần chu kì dao động của thạchanh

 Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 words, với khả năng ghi xoá khoảng 100 ngànlần

 Bộ nhớ Ram 368x8bytes

 Bộ nhớ EFPROM 256x8 bytes

 Khả năng ngắt (lên tới 14 nguồn cả ngắt trong và ngắt ngoài)

 Ngăn nhớ Stack được chia làm 8 mức

 Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp

 Dải điện thế hoạt động rộng: 2.0V đến 5.5V

 Có 3 timer: timer0, 8 bit chức năng định thời và bộ đếm với hệ số tỷ lệtrước.Timer1, 16 bit chức năng bộ định thời, bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước, kíchhoạt chế độ Sleep.Timer2, 8 bit chức năng định thời và bộ đếm với hệ số tỷ lệtrước và sau.

 Có 2 kênh Capture/ so sánh điện áp (Compare)/điều chế độ rộng xung PWM 10 bit/ (CCP)

 Có 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

 Cổng truyền thong nối tiếp SSP với SPI phương thức chủ và I2C (chủ/phụ).Bộtruyền nhận thông tin đồng bộ, dị bộ (USART/SCL) có khả năng phát hiện 9 bitđịa chỉ

 Cổng phụ song song (PSP) với 8 bít mở rộng, với RD, WR và CS điều khiển

 Do thời gian làm đồ án có hạn nên chúng em chỉ tập trung tìm hiểu các tính năngcủa PIC 16F877A có liên quan đến đề tài, dưới đây là 1 vài tính năng của PIC16F877A được ứng dụng trong đồ án như:

- Tổ chức bộ nhớ của PIC 16F877A.

- Chức năng của các Port I/O.

- Chức năng và cách thiết lập các tham số của 3 Timer 0,1,2.

- Chức năng và cách thiết lập bộ điều chế độ rộng xung PWM.

- Định nghĩa ngắt, các nguồn ngắt và tìm hiểu sâu về ngắt timer và ngắt

ngoài là hai chức năng được sử dụng trong đề tài này

Hình 2: Sơ đồ nguyên lí PIC 16F877A

Hình 3: Sơ đồ chân của PIC 16F877A

Hình 4: Sơ đồ nguyên lí cácPort của PIC 16F877A

b) Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A

Sơ đồ chân

Sơ đồ nguyên lý

“set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốnxác lập chức năng của một chân trong PORTA là output, ta “clear” bit điều khiển tươngứng với chân đó trong thanh ghi TRISA Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với cácPORT và các thanh ghi điều khiển tương ứng TRIS (đối với PORTA là TRISA, đối vớiPORTB là TRISB, đối với PORTC là TRISC, đối với PORTD là TRISD vàđối vớiPORTE là TRISE).

-Ngoài ra, PORTA còn có các chức năng quan trọng sau :

 Ngõ vào Analog của bộ ADC : thực hiện chức năng chuyển từ Analog sangDigital

 Ngõ vào điện thế so sánh

 Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện cácnhiệm vụ đếm xung thông qua Timer0…

 Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (MasterSynchronousSerialPort)

- Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm:

PORTA (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong PORTA

TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập

CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh

CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp

ADCON1 (địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ ADC

b) PORTB:

- PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB

- Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chươngtrình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau PORTB còn liên quan đến ngắtngoại vi và bộ Timer0 PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên đượcđiều khiển bởi chương trình

- Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm:

PORTB (địa chỉ 06h, 106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB

TRISB (địa chỉ 86h, 186h) : điều khiển xuất nhập

OPTION_REG (địa chỉ 81h, 181h): điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0

c) PORTC:

PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới sự điềukhiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên.

Ngoài ra PORTC còn có các chức năng quan trọng sau :

- Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng

- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty cycle: sửdụng trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v…

- Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART

d)PORTD:

-PORTD có 8 chân Thanh ghi TRISD điều khiển 2 chức năng input và output củaPORTD tương tự như trên.PORTD cũng là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp songsong PSP (Parallel Slave Port)

 Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm:

- Thanh ghi PORTD: chứa giá trị các pin trong PORTD

- Thanh ghi TRISD: điều khiển xuất nhập

- Thanh ghi TRISE: điều khiển xuất nhập PORTE và chuẩn giao tiếp PSP

e)PORTE:

-PORTE có 3 chân.Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE.Các chân củaPORTE có ngõ vào analog Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩngiao tiếp PSP

-Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm:

PORTE: chứa giá trị các chân trong PORTE

TRISE: điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP

ADCON1: thanh ghi điều khiển khối ADC

III IC L298

a Tác dụng các chân

1;15 Sense A,Sense B Giữa mỗi chân này với đất có thể nối 1 điện trở để

điều khiển dòng qua tải.

2,3 Out1;out2 Là 2 ngõ ra của cầu A,dòng qua tải kết nối giữa 2

chân này sẽ được giám sát bởi chân số 1.

4 Vcc1 Nguồn cung cấp cho tải,1 tụ điện 100nF phải được

kết nối giữa chân này với mass 5;7 Input1;input2 Ngõ vào của cầu A tương thích mức TTL

9 Vcc2 Nguồn cung cấp logic,1 tụ điện 100nF phải được

kết nối giữa chân này với mass.

10;12 Input3;input4 Ngõ vào cầu B tương thích mức TTL

13;14 Out3;out4 Ngõ ra của cầu B,dòng qua tải kết nối giữa 2 chân

này sẽ được giám sát bởi chân số 15

L298 có thể làm việc với nguồn công suất(Vcc1) lên đến 50V,và nguồn logic(Vcc2) đến7V,dòng tải tối đa cho mỗi kênh là 2A,và có thể lên đến 4A nếu đấu song song 2 kênh lại với nhau

output_high(ck297); }

output_low(en297); }

}