Đồ Án Điều Khiển Động Cơ Bước Dùng IC Số _08304012092019

Đại học SPKT Hưng Yên – Khoa Điện _Điện Tử
MỤC LỤC
1
GVHD: Nguyễn Đình Hùng 1
GVHD: Nguyễn Đình Hùng

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù gặp phải rất nhiều những vấn đề khó khăn
song với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Đình Hùng cùng với sự chỉ bảo của các
thầy cô giáo Khoa Điện – Điện Tử và sự lỗ lực không ngừng của cả nhóm, đến nay
chúng em đã hoàn thành đề tài.. Tuy nhiên, do kiến thức của chúng em còn hạn chế,
nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy chúng em rất mong nhận được
những ý kiến đóng góp chân thành từ phía thầy Nguyễn Đình Hùng, cùng các thầy
cô giáo Khoa Điện – Điện Tử và các bạn đọc để đề tài này của chúng em ngày càng
hoàn thiện và phát triển lên mức cao hơn trong thời gian gần nhất.
Sau 1 thực hiện đề tài tại khoa, chúng em đã được học hỏi rất nhiều kinh nghiệm và
kiến thức. Các thầy cô gióa trong khoa đã nhiệt tình chỉ bảo. Đặc biệt là sự hướng
dẫn rất nhiệt tình của thầy Nguyễn Đình Hùng đã giúp chúng em hoàn thành đề tài
này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
2

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
- Mạch điều khiển động cơ bước là sự kết hợp của môn học kĩ thuật số và kỹ
thuật tương tự, sơ đồ mạch khá là đơn giản,những phần tử trong mạch được bán
rất nhiều trên thị trường , giá thành rẻ và đặc biệt ứng dụng của mạch là rất cao
- Mạch điều khiển 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...
2. Đối tượng nghiên cứu:
Động cơ bước
3.Mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu nguyên lý, chức năng và tác dụng của động cơ bước .
- Tìm hiểu được các chức năng, tác dụng của cá linh kiện thiết bị điện tử.
- Hoàn thành sản phẩm là mạch điều khiển động cơ bước :quay thuận ,quay
nghịch và quay nhanh ,quay chậm .
- Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, đi đôi với thực hành và khả năng
3

- Làm việc theo nhóm
CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN CHÍNH TRONG MẠCH
1.1 IC 7805
1.1.1 Sơ đồ chân
Hình 1.1: Sơ đồ chân của IC 7805
Nhìn từ trái qua phải thì lần lượt là chân số 1, 2, 3 của IC.
- Chân số 1: Input (chân vào)
- Chân số 2: GND (nối mass)
- Chân số 3: Output (chân ra)
1.1.2 Chức năng
IC 7805 thuộc họ IC78xx là họ IC ổn áp có chức năng tạo điện áp ở đầu ra cố định
ở mức (+) xx V
- 78 là họ IC lấy ra điện áp dương (+)
- XX là 2 số của điện áp lấy ra.
Do vậy :7805 là IC ổn áp lấy ra điện áp +5 V
Hình 1.2: Sơ đồ mắc IC 7805
4

Lưu ý: điện áp đầu vào của IC phải lấy lớn hơn điện áp đầu ra 3V trở lên. Ví dụ IC
7805 thì Vin phải 8V trở lên.
1.1.3 Ứng dụng
Được dùng để thiết kế các bộ nguồn đơn giản cung cấp điện áp cho các mạch điện
không đòi hỏi điện áp ổn định quá cao.
1.1.4 Các thông số
Dòng cực đại có thể duy trì 1A.
Dòng đỉnh 2,2A.
Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W
Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W
Công suất tiêu tán trên ổn áp nối tiếp được tính như sau:
Pd = (Ui – Uo) . I
Trong đó:
Ui – áp lối vào
Uo – áp lối ra
I – dòng sử dụng
Bảng 1.1 Một vài thông số của IC7805
Đặc tính Điều kiện TJ†
µA7805C
Đơn
vịMIN TYP
MAX
Output voltage (Điện
áp ra)
IO = 5 mA to 1 A, VI = 7 V
PD ≤ 15 W to 20 V,
25°C 4.8 5
5.2
V0°C to
125°C
4.75
5.25
5

Input voltage
regulation
( Sự ổn áp đầu vào)
VI = 7 V to 25 V
25°C
3 100
100mV
Output voltage
regulation
( Sự ổn áp đầu vào)
IO = 5 mA to 1.5
A
25°C
15
10
0
mV
Temperature
coefficient of output
voltage (Hệ số nhiệt độ
của điện áp ra)
IO = 5 mA 0°C to
125°C
-1,1 mV/°
C
Output noise voltage(
Điện áp tạp nhiễu)
f = 10 Hz to 100 kHz 25°C 40 µV
Dropout voltage( Điện
áp rơi)
IO = 1 A 25°C 2 V
1.2 IC NE555
Hình 1.3: Sơ đồ chân IC NE555
Ic NE555 gồm có 8 chân.
-Chân số 1(GND): cho nối mát để cấp dòng cho IC
-Chân số 2 (trigger): ngõ vào của một tần số áp .mức áp chuẩn là 2/3*vcc
-Chân số 3(outpt): ngõ ra trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức áp cao (gần bằng
mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân số 1 ).
-Chân số 4(reset):dùng làm định mức trạng thái ra .khi chân số 4 nối mát thì ngõ ra
ở mức thấp .khi chân 4 ở mức cao thì trạng thái ngõ ra theo điện áp chân số 2 và 6 .
-Chân số 5: dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp
ngoài hay dùng điện trở ngoài cho nối mass.Tuy nhiên hầu hết các mạch điện chân
6

số 5 nối qua 1 tụ không phân cực 0.01uf-0,1uf, các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ
cho mức áp chuẩn và luôn ổn định
-Chân số 6: là ngõ và cưa 1 tầng so áp khác .mức áp chuẩn là Vcc/3.
-Chân số 7: có thể xem như là một khóa điện và chịu điều khiển bởi tầng logic .khi
chân số 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại ,ngược lại thì nó mở ra .chân số 7 tự
nạp xả điện cho mach R –C như 1 tầng dao động
-Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp nguồn nuôi IC .nguồn nuôi cho IC555
trong khoảng từ +5v+15v.
1.2.2 Một vài thông số
- Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555..)
- Dòng tiêu thụ : 6mA - 15mA
- Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V
- Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V
- Công suất tiêu thụ (max) 600mW
1.2.3 Chức năng của 555
- Tạo xung
- Điều chế được độ rộng xung (PWM)
- Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)
1.2.4 Tính tần số điều chế độ rộng xung của 555
Hình 1.4: Mạch tạo dao động dùng NE555
7

Nhìn vào sơ đồ mạch trên ta có công thức tính tần số , độ rộng xung.
- Tần số của tín hiệu đầu ra là f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2))
- Chu kì của tín hiệu đầu ra : t = 1/f
- Thời gian xung ở mức H (1) trong một chu kì t1 = ln2 .(R1 + R2).C
- Thời gian xung ở mức L (0) trong 1 chu kì t2 = ln2.R2.C
- Như vậy trên là công thức tổng quát của 555. ví dụ: để tạo được xung dao động là f =
1.5Hz . Đầu tiên tôi cứ chọn hai giá trị đặc trưng là R1 và C2 sau đó ta tính được
R1. Theo cách tính toán trên thì ta chọn : C = 10nF, R1 =33k --> R2 = 33k
Bảng 1.2: Một số thông số của IC NE555
8

Chú thích:
- Supply Voltage: Nguồn cung cấp
- Supply Current (Low Stable): Dòng cung cấp
- Low Output Voltage: điện áp ra ở mức thấp
- High Output Voltage: điện áp vào ở mức
cao Control Voltage: điện áp chân Control
- Threshold Voltage: điện áp chân Threshold
- Reset Current: dòng ở chân reset
- Reset Voltage: điện áp chân reset
9

1.3 IC 74LS193
Hình 1.5: Sơ đồ chân IC 74HC193
IC 74HC193 là IC đếm nhị phân đồng bộ 4bit tiến /lùi
- Chân 16 nối nguồn 5V
- Chân 8 nối mass
- Chân 1, 9, 10, 15 là các đầu vào số liệu A, B, C, D ( hoặc gọi là đầu vào
đặt trước). Theo thứ tự từ A đến D thì A là bít có trọng số nhỏ nhất ( 20
) và D là
bít có trọng số lớn nhất (23
).
- Chân 2, 3, 6, 7 là các đầu ra ( Q0 có trọng số nhỏ nhất)
- Chân 4(CPD): Là chân lấy xung clock và dùng để đếm lùi
- Chân 5(CPU): Là chân lấy xung clock và dùng để đếm tiến
- Chân 14: Để xoá nội dung bộ đếm. Khi CLR = 1 thì bộ đếm bị xoá, để bộ
đếm có thể đếm được thì CLR phải ở mức 0.
- Chân 11: Là chân
Load
tích cực thấp để điều khiển nạp số liệu đặt trước vào
IC. Khi cho
Load
= 0 các giá trị đặt ở A, B, C, D tương ứng sẽ chuyển ra các
đầu ra QA, QB, QC, QD. Sau khi nạp phải chuyển
Load
sang mức logic 1 thì
bộ đếm mới hoạt động được.
10

- Chân 12, 13: Là đầu ra
CO
,
BO
. Khi đếm ngược thì
OC
luôn bằng 1 (vì UP
= 1), còn đầu ra
BO
chỉ nhảy từ 1 xuống 0 khi nội dung bộ đếm giảm xuống
đến 0 và không có xung đếm ở đầu vào Down
1.3.2 Bảng trạng thái
Bảng 1.3: Bảng trạng thái IC 74LS193
Mô tả:
Xung clock ngõ nhập CPUand CPD– tích cực cạnh lên
- Đếm lên: CPDở mức 1 (HIGH)
- Đếm xuống: CPUở mức 1 (HIGH)
- Master Reset (MR): tích cực mức 1 (HIGH) và reset trạng thái bộ đếm về 0000 (ưu tiên
cao nhất)
- Các ngõ nhập Preset: P3 P0, các ngõ xuất: Q3 Q0
- Các ngõ xuất Terminal Count (TC): sử dụng khi kết nối 2 hoặc nhiều hơn các IC để
thành bộ đếm với MOD lớn hơn
Hình 1.6: Giản đồ xung IC 74LS193
11

- Tại thời điểm t0 các FF của bộ đếm đều ở mức 0 LOW) TCU ở mức 1
(HIGH)
- Ngay trước thời điểm t1, ngõ nhập PL có một xung mức 0 (LOW) các
chân ngõ xuất Q3– Q0 sẽ được nạp giá trị của các ngõ nhập P3– P0giá trị các
ngõ xuất Q sẽ là 1011
- Tại t1, ngõ nhập CPU tích cực cạnh lên (PGT), nhưng bộ đếm không thể
đáp ứng lại do tín hiệu PL vẫn còn ở trạng thái tích cực
- Tại t2, t3, t4và t5, bộ đếm đếm lên tại các cạnh lên của CPU
- Sau thời điểm t5, trạng thái bộ đếm là 1111 nhưng TCUchưa xuống mức
0 (LOW) cho đến thời điểm CPU xuống 0 tại t6
- Tại cạnh lên tiếp theo của CPU, bộ đếm về trạng thái 0000
1.3.3 Chức năng
– Bộ đếm lên/xuống đồng bộ MOD-16
– Hỗ trợ chức năng Preset bất đồng bộ và Master reset bất đồng bộ
1.3.4 Ứng dụng
Kết hợp với bộ giải mã để cung cấp tín hiệu theo trình tự thời gian cho thiết bị
Làm bộ đếm cho Mạch đếm sản phẩm hoặc số người ra vào siêu thị, mạch điều
khiển đèn giao thông tại ngã tư.
12

1.4 IC 74138
Hình 1.7: Sơ đồ chân IC 74138
- Chân 16 nối VCC
- Chân 1, 2, 3 là các chân đầu vào lần lượt kí hiệu là A0, A1, A2.
- Chân 4, 5, 6 là các chân điều khiển .
- Chân 15, 14, 13, 12, 12, 10, 9, 7 là 8 đầu ra lần lượt kí hiệu là Y0 đến Y7.
1.4.2 Chức năng
- Đây là bộ giải mã 3 sang 8 đường loại vi mạch hay mạch có 3 ngõ vào và 8 ngõ ra,
còn được gọi là mạch giải mã nhị phân sang octal (binary to octaldecoder) , với ngõ
ra tích cực ở mức 1.
- 74LS138 có công dụng dịch bit logic 0 từ trên xuống và từ dưới lên theo mã
BCD.Nó hay được dùng để hỗ trợ quét.
- 74138 là Bộ giải mã/ Bộ phân kênh với đầu vào CS1 được chọn làm dữ liệu đầu
vào, 2 đầu vào còn lại: CS2, CS3 duy trì ở trạng thái tích cực .Mã địa chỉ là các đầu
A0, A1, A2.
13

Hình 1.8: Sơ đồ logic của IC74138
1.4.3 Bảng trạng thái
IC 74138 chỉ cho phép các Ngõ ra biến đổi theo sự thay đổi của các Bit ngõ vào
khi và chỉ khi G1 = 1 và G2 = 0.Nếu G2 = 1 hoặc G1 = 0 thì các Ngõ ra đều bị
khóa ở mức cao
Bảng 1.4: Bảng trạng thái IC 74138
14

Theo Bảng trạng thái Logic nói trên, khi các Chân lệnh cho phép xuất kết quả đến
Ngõ ra thì trong bất kỳ trường hợp nào cũng chỉ có một Yn trong 8 Ngõ ra (từ Y0
đến Y7) được đặt ở mức thấp sao cho giá trị n của Ngõ ra tương đương với giá trị
của Ngõ vào.
Bảng 1.5: Một số thông số của IC 74138
Symbo
l Parameter Test Conditions
VCC
(V)
Guaranteed
Limit
Unit
125C
VIH Minimum
High−Level Input
Voltage( Điện áp
vào mức cao)
Vout = 0.1 V or VCC – 0.1
V
|Iout| 20 A
2.0
3.0
4.5
6.0
1.5
2.1
3.15
4.2
V
VIL Maximum
Low−Level Input
vào mức thấp)
Vout = 0.1 V or CC – 0.1
V
V
|Iout| 20 A
2.0
3.0
4.5
6.0
0.5
0.9
1.35
1.8
V
VOH Minimum
High−Level
Output
Vin = VIH or VIL
|Iout| 20 A
2.0
4.5
6.0
1.9 4.4
5.9
V
15

Voltage(Điện áp ra
mức cao)
Vin = VIH or VIL
|Iout| 2.4
mA
|Iout| 4.0 mA
|Iout| 5.2 mA
3.0
4.5
6.0
2.20 3.70
5.20
VOL
Maximum
Low−Level Output
Vin = VIH or VIL
|Iout| 20 A
2.0
4.5
6.0
0.1 0.1
0.1
V
ra mức thấp )
Vin = VIH or V
IL
|Iout| 2.4
mA
|Iout| 4.0 mA
|Iout| 5.2 mA
3.0
4.5
6.0
0.40 0.40
0.40
1.5 IC 7414
Hình 1.9: Sơ đồ chân IC 7414
- Chân 14 nối VCC
- Các chân đầu vào:1, 3 ,5, 13, 11, 9.
- Các chân đầu ra : 12,10, 8, 2, 4, 6
1.5.2 Chức năng
- Ic 7414 đều là cổng NOT dùng để đảo trạng thái đầu vào.
- IC 7414 còn là loại chuyển mạch trigger, tức là chỉ chuyển trạng thái khi điện áp
vượt ngưỡng điện áp cho phép.
Triger sử dụng trong một trường hợp tiêu biểu như sau:
16

Ic thường nhận hai kiểu tín hiệu là mức 0 tương đương với điện áp 0V, và mức 1 là
điện áp 5V.
Nhưng nếu điện áp đầu vào là điện áp giao động, thường là một giá trị giữa 0V và
5V thì sẽ không biết IC xử lý theo mức 1 hay là mức 0. Vì vậy để đảm bảo việc xử
lý tín hiệu đầu vào tốt hơn, các IC kiểu trigger sẽ đặt ra hai điện áp giới hạn trên và
dưới, ví dụ giới hạn trên là 3.5V và giới hạn dưới là 0.8V.
Nếu trước đó, IC đang hiểu tín hiệu đầu vào là mức 0, thì IC chỉ chuyển sang hiểu
tín hiệu đầu vào là mức 1 khi điện áp vượt qua giới hạn trên là 3.5 V. Và lúc này,
muốn IC hiểu tín hiệu đầu vào là mức 0, thì điện áp phải hạ xuống dưới giới hạn
dưới, tức là dưới 0.8V thì IC mới công nhận tín hiệu đó là ở mức 0.
1.6 Động cơ bước
1.6.1 Giới thiệu chung
Động cơ bước là loại độngcơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các
động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến
đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các
chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào
các vị trí 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.
1.6.2 Phân loại
Về cơ bản có 3 loại động cơ bước: loại từ trở biến đổi (Variable Reluctance), loại
nam châm vĩnh cửu (permanent magnet) và loại lai (hybrid). Chúng khác nhau ở
cấu tạo trong việc dùng các rotor nam châm vĩnh cửu và/hoặc lõi sắt với các lá thép
stato.
Loại có từ trở biến đổi (Variabke Reluctance)
Thông thường có 3 hoặc 4 cuộn dây được nối chung một đầu. Đầu chung đựơc nối
với nguồn dương, các đầu cũn lại cho thụng với đất để quay Rotor. Cả Stator và
17

Rotor đều có răng. Rotor được làm bằng vật liệu dẫn từ (sắt non) có từ trở thay đổi
theo góc quay
Chiều quay của động cơ không phụ thuộc vào chiều dũng điện mà chỉ phụ thuộc
vào thứ tự cấp điện cho các cuôn dây.
Loại động cơ này có số bước lớn, tần số làm việc cao, chuyển động êm nhưng
momet đồng bộ nhỏ
Hình 1.10: Động cơ có từ trở biến đổi
Loại lai (Hybrid).Loại động cơ này về cấu tạo giống với động cơ bước kiểu đơn
cực. Tuynhiên chỉ có 4 đầura. So với động cơ kiểu đơn cực cỡ loại này khụng cú hai
đầu ra ở điểm giữa mỗi cuộn dây .Ưu điểm của động cơ bước loại này là dòng điện
chạy qua cả cuộn dây (cuộn 1, cuộn 2) vỡ vậy tạo được mômen lớn.
Hình 1.11: Động cơ loại lai Hybrid
Loại động cơ bước nam châm vĩnh cửu có rotor là một nam châm vĩnh cửu, điều
này cho phép duy trì được momen khi động cơ bị mất năng lượng cấp vào. Động cơ
bước nam châm vĩnh cửu yêu cầu công suất thấp hơn để hoạt động. Chúng cũng có
18

đặc tính chống rung tốt hơn. Góc bước của loại này có nhiều mức: 60-450. Trên là
sơ đồ cấu tạo của động cư bước nam châm vĩnh cửu với m=4 và 2p=2.
-Động cơ bước nam châm vĩnh cửu được chia thành:
-Động cơ bước đơn cực (Unipolar Stepper Motor):
-Động cơ bước lưỡng cực (Bipolar Stepper Motor)
-Động cơ bước kiểu hỗn hợp (Hybrid stepping Motor)
-Động cơ bước kiểu bối dây kép (Bifilar Stepper Motor)
Động cơ bước đơn cực có Rotor được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu. Chia thành
các răng N, S xen kẽ. Stator được cấu tạo bởi 2 cuộn dây bố trí trực giao với nhau.
Mỗi cuộn dây lại được chia thành 2 phần bố trí xuyên tâm đối. Giữa các cuộn dây
này có một đầu ra để nối với dương nguồn. Động cơ loại này thường có 6 đầu ra.
Đầu 1, 2 thường được nối với cực dương. Các đầu 1a, 1b, 2a và 2b được lần lượt
nối đất sẽ quyết định chiều quay của động cơ. Máy khoan mạch in tự động sử dụng
loại động cơ bước này vì động cơ có mạch điều khiển đơn giản, điều khiển dễ dàng,
rất rẻ và rất dễ mua trên thị trường
Hình 1.12: Động cơ loại nam châm vĩnh cửu
1.6.4 Chế độ hoạt động của động cơ bước
Động cơ bước có ba chế độ hoạt động: full step, half step và micro step.
FULL STEP
19

Động cơ hybrid có 200 răng rotor, hoặc 200 bước mỗi cuộc cách mạng của trục
động cơ. Chia 200 bước vào 360 º quay bằng 1,8 góc bước º đầy đủ. Thông thường,
full step đạt được năng lượng cả hai cuộn dây trong khi đảo ngược dòng luân phiên.
Về cơ bản một xung với trình điều khiển kỹ thuật số là tương đương với một bước.
HALF STEP
Half step đơn giản chỉ có nghĩa là động cơ bước quay ở 400 bước mỗi vòng. Trong
chế độ này, một cuộn dây được năng lượng và sau đó hai cuộn dây phải được cấp
điện luân phiên, làm nam châm ở nửa khoảng cách hoặc 0,9 º. Mặc dù nó cung cấp
mô-men xoắn ít hơn khoảng 30% nhưng chế độ Half step tạo ra một chuyển động
mượt mà hơn so với chế độ FULL STEP.
1.6.5 Phương pháp điều khiển
Điều khiển full step:
Bảng 1.6: a) Điều khiển full step khi kích từng cuộn một
b) Điều khiển full step khi kích 2 cuộn một
20

Điều khiển nửa bước
Bảng 1.7: Điều khiển haft step
21

1.6.6 Ưu ,nhược điểm của động cơ bước.
Ưu điểm
- Mô men ở chế độ giữ lớn
- Điều khiển dễ dàng, chính xác, động cơ bước có độ chính xác 3-5 % của mỗi bước
và không tích lũy sai số sang bước tiếp theo
- Dễ dàng khởi động, dừng và đảo chiều quay của động cơ
- Chế tạo động cơ đơn giản, ít tốn kém, dễ điều khiển - Tốc độ quay tỉ lệ tần số xung
đầu vào.
Nhược điểm
- Rất khó để hoạt động ở tốc độ cao.
22

- Cần phải chế tạo bộ điều khiển,nên tốn chi phí
1.6.7 Ứng dụng
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...
23

CHƯƠNG 2:
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ VÀ
ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ BƯỚC
2.1 Xây dựng sơ đồ khối toàn mạch
Hình 2.1: Sơ đồ khối của mạch
2.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch và nguyên lý hoạt động
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
24
KHỐI
KHUÊCH ĐẠI
KHỐI ĐỘNG LỰCKHỐI ĐIỀU KHIỂNKHỐI TẠO
DAO ĐỘNG
KH I NGU NỐ Ồ

25

2.2.2 Nguyên lý hoạt động
Điện áp xoay chiều 220V được hạ áp bằng máy biến áp 12V/1A sau đó qua diot
chỉnh lưu cầu thành điện áp 1 chiềuic ổn áp 7805 để ổn định điện áp +5V cung
cấp cho mạch động lực và mạch điều khiển.
Quay thuận: lấy xung CLOCK từ chân 3 của IC NE555. Gạt công tắc đê xung CLK
kích vào chân 5(count up) của IC74193 lúc này bộ đếm đồng bộ 4 bit nhị phân bắt
đầu đếm từ trạng thái 0000 đầu ra QA và QB được đưa tới 2 đầu vào A, B của IC
74LS138 bộ giải mã bắt đầu hoạt động. Đầu ra Y0 của IC74138 ở mức 0(các đầu ra
còn lại ở mức 1) cồng not của IC 7414 đảo trạng thái 01 kích vào cuộn của
động cơ quay bước1 . Tiếp theo bộ đếm thực hiện đếm tới 0001 thì đầu A B C
của 74138 là 100, lúc này Y1 ở mức 0 (các đâu ra còn lại ở mức 1) qua cổng đảo
thành mức 1 kích cho kích vào cuộn của động cơ quay bước 2. Cứ như vậy khi
đếm tới 0011 thì động cơ quay xong bước 4 . Khi đếm tới 0100,1000,1100 thì quá
trình quay các bước lặp lại.
Quay nghịch : tương tự như quay thuận. xung CLK kích vào chân 4 của 74193 để
thực đếm lùi từ 1111 về 0000 làm động cơ quay ngược.
Để tăng giảm tốc độ của động cơ ta thay đổi giá trị biến trở VR12.
2.3 Tính toán, chọn lựa linh kiện
2.3.1 Khối động lực
Động cơ bước được sử dụng ở đây là động cơ nam châm vĩnh cửu với 1,8 0
/ step và
Uđm=4V,Iđm= 1,7A
Công suất cực đại của động cơ:Pmax=U.I=4.1,7=6,8 W
Do vậy ta có thể chọ U= 5V và I=1A
công suất động cơ là P=5.1=5 W
2.3.2 Khối khuếch đại
26

Khối khuếch đại gồm 4 Trasistor công suất Tip122
a) Giới thiệu Típ 122
Transistor TIP122 là darlington transistor thuộc loại transistor NPN.
TIP122 có Uc cực đại = 100V dòng Ic cực đại = 5A
Hệ số khuếch đại hFE của darlington transistor TIP122 thấp nhất là 1000.
Thứ tự các chân từ trái qua phải: B C E
Hình 2.3: Sơ đồ chân Tip122
b) Một vài thông số kỹ thuật của transistor
Các thông số kỹ thuật của Transistor
- Dòng điện cực đại : Là dòng điện giới hạn của transistor, vượt qua dòng giới hạn
này Transistor sẽ bị hỏng.
- Điện áp cực đại : Là điện áp giới hạn của transistor đặt vào cực CE , vượt qua
điện áp giới hạn này Transistor sẽ bị đánh thủng.
- Tấn số cắt : Là tần số giới hạn mà Transistor làm việc bình thường, vượt quá tần
số này thì độ khuyếch đại của Transistor bị giảm .
- Hệ số khuyếch đại : Là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng
IBE
-Công xuất cực đại : Khi hoat động Transistor tiêu tán một công xuất P = UCE .
27

ICE nếu công xuất này vượt quá công xuất cực đại của Transistor thì Transistor sẽ bị
hỏng
b) Tính toán thông số
Hình 2.4: Sơ đồ phân cực cho transistor
Với giả thiết là
VCC=5V,VBB= 3.5V,R2=330ohm,R1=3 ohm,VBE=2,5V,ICmax=5A,IBmax=120mA
Ta có phương trình rơi áp trên R2:
VBB=R2.IB+VBEIB=(VBB-VBE)/R2=(3,5-2,5)/330=3mA
Giả sử transistror làm việc ở chế độ bão hòa VCE=2 V
Ta có phương trình rơi áp trên R1
VCC=IC.R1+VCEIC=(VCC-VCE)/R1=(5-2)/3=1A
Kiểm tra lại IC(KĐ)=hFE.IB=1000.3mA =3A > IC(BH)
giả thiết là đúng
Côngsuất BJT:
PBJT=IB.VBE+IC.VCE=310-3
.2,5+1.2=2w
28

Công suất tổn hao: Pth=VCE.ICE=2.0,510-3
=1mW
Công suất tải:
PR1=R1.IC
2
=3.12
=3W
2.3.3 Khối điều khiển.
a) Bộ đếm 4 bít nhị phân tiến/lùi
Đếm nhị phân đồng bộ hay còn gọi là đếm song song. Đếm không đồng bộ có
nhược điểm là tốc độ chậm vì có quá trình trễ khi đi qua các FF. Để khắc phục
nhược điểm này người ta dùng mạch đếm song song,nghĩa là các xung nhịp tác
động đồng thời vào các FF.
Đếm tiến:
Hình 2.5: Đếm tiến nhị phân đồng bộ modul 16
Tuy xung nhịp tác động đồng thời vào các FF nhưng chỉ trigơ nào có J=K=1 thì nó
mới chuyển trạng thái. Từ sơ đồ trên ta có các điều kiện chuyển trạng thái của các
trigơ trong bộ đếm như sau:
FF A chuyển trạng tái với mọi xung CLK
FF B chuyển khi QA=1
FF C chuyên khi QA=QB=1
FF D chuyển trạng thái khi QA=QB=QC=1
29

Như vậy các FF chuyển trạng thái khi tất cả các lối ra Q của các FF ở trước nó đồng
thời bằng 1.Qúa trình đếm tiến được mô tả như sau:
Khi tác dụng chân CLR thì QD QC QB QA=0000
Khi có xung nhịp đầu tiên tác động chỉ FF A chuyển trạng thái từ 0 lên 1, các FF B,
C, D không chuyển trạng thái vì J=K=0,khi trạng thái lối ra của các bộ đếm sau khi
kết thúc xung thứ nhất là:0001
Khi có xung nhịp đầu tiên tác động chỉ FF B chuyển trạng thái từ 0 lên 1 nên B va
A đều chuyển trạng thái QA:10, QB: 01. FF D và C vẫn chưa chuyển trạng
thái. Vậy sau khi kết thúc CLK2 thì trạng thái lối ra của bộ đếm là: 0010 Và cứ
tuần tự như vậy bộ đếm sẽ đếm đến trạng thái:1111 và quay lại 0000.
Đếm lùi:
Hình 2.6: Đếm lùi nhị phân đồng bộ modul 16
Từ sơ đồ trên ta có các điều kiện chuyển trạng thái của các trigơ trong bộ đếm như
sau:
FF A chuyển trạng tái với mọi xung CLK
FF B chuyển khi QA=0
FF C chuyên khi QA=QB=0
FF D chuyển trạng thái khi QA=QB=QC=0
30

Như vậy các FF chuyển trạng thái khi tất cả các lối ra Q của các FF ở trước nó đồng
thời bằng 0. Qúa trình đếm tiến được mô tả tương tự như đếm tiến.
Hình 2.7: Giản đồ xung miêu tả quá trình đếm lùi
Vậy ta có thể chọn IC 74LS193 để đếm nhị phân 4 bít tiến/lùi.
b) Mạch giải mã từ 3 sang 8
Mạch giải mã là mạch có chức năng ngược lại với mạch mã hoá tức là nếu có 1 mã
số áp vào ngõ vào thì tương ứng sẽ có 1 ngõ ra được tác động, mã ngõ vào thường
ít hơn mã ngõ ra. Tất nhiên ngõ vào cho phép phải được bật lên cho chức năng giải
mã. Mạch giải mã được ứng dụng chính trong ghép kênh dữ liệu, hiển thị led 7
đoạn, giải mã địa chỉ bộ nhớ
Mạch giải mã 3 đường sang 8 đường bao gồm 3 ngõ vào tạo nên 8 tổ hợp trạng thái,
ứng với mỗi tổ hợp trạng thái được áp vào sẽ có 1 ngõ ra được tác động
Hình 2.8: Khối giải mã từ 3 sang 8
Bảng 2.1:Bảng trạng thái của mạch giải mã 3 sang 8
31

Vì ở đây ta chỉ cần lấy 4 đầu ra từ Y0Y3 nên đầu vào C sẽ nối xuống mass.
Từ bảng sự thật ta có thể vẽ được sơ đồ mạch logic của mạch giải mã trên
Hình 2.9: Cấu trúc mạch giải mã 3 sang 8
Hình 2.7: Sơ đồ logic của bộ giải mã IC74LS138
32

2.2.4 Khối tạo dao động
Vì động cơ bước làm việc ở dải tần thấp nên ta có thể chọn xung CLOCK có
f=110Hz
f=1/(ln2.C.(R1+2R2) chọn
C=22uF,R1=4,7K ohm
Từ công thức trên ta có thể suy ra R2=32K ohm vậy ta có thể dùng biến trở loại
50K ohm để điều chỉnh tần số.
Hình 2.10: Mạch tạo xung dùng NE555
33

2.3.5 Khối nguồn
a) Hạ áp
Từ điện áp xoay chiều 220V AC ta dùng máy biến áp đầu ra 12V AC.mục đính của
việc hạ áp này dùng để cung cấp cho bộ biến đổi và bộ lọc để ra UDC mong muốn.
b) Chỉnh lưu
Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để
biến đổi dòng điện xoay chiều thành 1 chiều . Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng
trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng
tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến. Phần tử tích cực trong mạch chỉnh
lưu có thể là các điot bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.
Chỉnh lưu nửa chu kỳ
Một mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể dễ
dàng đi ngang qua điốt, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp đặt của
điốt. Vì chỉ có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa sóng có
34

hiệu suất truyền công suất rất thấp. Mạch chỉnh lưu nửa sóng có thể lắp bằng chỉ
một đi ốt bán dẫn trong các mạch nguồn một pha.
Hình 2.11:
a) Dạng sóng điện áp trước chỉnh lưu
b) Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ
c) Dạng sóng điện áp sau chỉnh lưu
Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ
Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng đầu
vào thành một chiều. Do đó nó có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên trong mạch điện
không có điểm giữa của biến áp người ta sẽ cần đến 4 điốt thay vì một như trong
mạch chỉnh lưu nửa sóng. Điều này có nghĩa là đầu cực của điện áp ra sẽ cần đến 2
điốt để chỉnh lưu, thí dụ như 1 cho trường hợp điểm X dương, và 1 cho trường hợp
điểm X âm. Đầu ra còn lại cũng cần chính xác như thế, kết quả là phải cần đến 4
điốt. Các điốt dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu.
Hình 2.12:
a) Dạng sóng điện áp trước chỉnh lưu
b) Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ
c) Dạng sóng điện áp sau chỉnh lưu
35

Ở trong mạch này ta dùng diot chỉnh lưu cầu KBP 307.
Điện áp đầu vào của bộ chỉnh lưu : Uv = 12
2 ≈
17 VDC
+ Điện áp sụt áp trên cầu là : 17VDC – 1,4VDC = 15,6 VDC (Do đi qua 2 diode nên
mỗi đioe nó bị sụt áp mất 0.7V)
+ Điện áp sau chỉnh lưu là : Ucl = 15,6 * 0.9 = 14,04 VDC ( 0.9 là hệ số chỉnh lưu
của chỉnh luu cầu)
Dạng điện áp sau chỉnh lưu nó vẫn còn các sóng nhấp nhô như ngọn núi và dạng
điện áp này vẫn được coi là điện áp 1 chiều nhưng chưa ổn định
c) Thành phần lọc
Dạng điện áp sau khi qua bộ lọc
Hình 2.13: a) Điện áp trước khi lọc bằng tụ điện
b) Điện áp sau khi lọc bằng tụ điện
36

Dựa vào nguyên tắc phóng nạp của tụ điện mà nó cho ra dòng điện 1 chiều thằng
như trên hình vẽ. Tụ càng lớn thì độ gợn điện áp càng giảm.
Qua bộ lọc là ta đã tạo được điện áp 1 chiều cấp vào cho bộ biến đổi đổi hay là bộ ổn
áp
d) Bộ ổn áp
Điện áp sau khi qua bộ loc được đưa tới bộ ổn áp để ổn định điện áp cung cấp cho
mạch động lực, mạch điều khiển.
Ở đây ta dùng IC7805 để ổn định điện áp dương 5V.
Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn
37

CHƯƠNG 3:
THẢO LUẬN
3.1. Mạch thử nhiệm trên phần mềm mô phỏng Protues.
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng trên oscillocope test trên phần mềm
a) Mạch quay thuận
Hình 3.1.: Sơ đồ mạch điều khiển quay thuận
Hình 3.2: Sơ đồ sóng điện áp ra từ chân Y0Y3
38

b) Mạch quay ngược
Hình 3.3: Sơ đồ mạch điều khiển quay ngược
Hình 3.4: Đồ thị sóng ra từ Y0Y3 của IC74138
39

3.2 Khảo sát mạch trên thực tế
Mạch chạy ổn định, điều khiển đảo chiều quay và tốc độ tốt.
Qua quá trình thực hiện đề tài: “Thiết kế Modun điều khiển tốc độ và đảo
chiều động cơ bước ” đã giúp chúng em củng cố lại được nhiều kiến thức đã
học, hiểu biết thêm nhiều kiến thức mới, nâng cao kỹ năng chuyên
nganhfnhuw kỹ năng thiết kế, kỹ năng bố trí kinh kiện trên mạch, qua đó
chúng em có thể tự đánh giá được năng lực của bản thân.
- Ngoài những kỹ năng trên, chúng em còn hình thành được những kỹ năng khác
như kỹ năng làm việc theo nhóm, đã biết sắp xếp, quản lý công việc. Đi song song
với làm việc theo nhóm thì chúng em đã ý thức, rèn luyện kỹ năng làm việc độc lập.
Đặc biệt hơn nữa trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã được rèn luyện,
nâng cao kỹ năng thương mại qua những lúc đi mua, chuẩn bị linh kiện, qua đó
chúng em đã hiểu biết thêm nhiều về giá cả thị trường của linh kiện điện tử.
40

Đồ Án Điều Khiển Động Cơ Bước Dùng IC Số _08304012092019

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đồ Án Điều Khiển Động Cơ Bước Dùng IC Số _08304012092019

Similar to Đồ Án Điều Khiển Động Cơ Bước Dùng IC Số _08304012092019 (20)

More from hanhha12

More from hanhha12 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (19)

Đồ Án Điều Khiển Động Cơ Bước Dùng IC Số _08304012092019