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.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN XUÂN HÒA Lớp : CDTOK10 Sinh viên thực hiện : NGUYỄN V ĂN LINH LỜI NÓI ĐẦU 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. 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 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 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 : Nguyễn Văn linh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN : 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 1.2 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 một chiều (DC) và xoay chiều (AC) và có nghĩa là nó không phụ thuộc vào tần số của tín hiệu tác động nên nó. Trường hợp đối với một dây dẫn thì trị số điện trở lớn hay nhỏ sẽ phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn (điện trở suất) và nó tỉ lệ thuận với chiều dài dây, tỷ lệ nghịch với tiết diện 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 đến 0,5W. - 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 điện thường 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 tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động. - Hình ảnh tụ điện: Hình 1.2 ,Tụ điện. 1.2.2 Phân loại. Đối với tụ điện có rất nhiều loại nhưng thực tế người ta phân ra thành hai loại chính là tụ không phân cực và tụ phân cực. - Tụ không phân cực: Gồm các lá kim loại ghép xen kẽ với lớp cách điện mỏng, giá trị của nó thường từ 1,8pF - 1μF. Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn không tiện chế tạo. - Tụ phân cực:Có cấu tạo gồm 2 cực điện cách ly nhau nhờ một lớp chất điệ phân mỏng làm điệjn môi. Lớp điện môi càng mỏng thì trị số điện dung càng cao. Loại tụ này có sự phân cực được ghi trên than của tụ, vì thế nếu nối nhầm cực tính thì lớp đijện môi sẽ bị phá 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 có tráng kim loại lên bề mặt, trị số từ 1pF - 1μF 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. + 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 – 4700 μF. + 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 - 100 μF. + Tụ biến đổi: Là tụ xoay trong radio hoặc tụ tinh chỉnh. 1.2.3 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. Hình 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 dẫn khác loại. Điện cực nối với bán dẫn P gọi là Anot còn điện cực nối với bán dẫn N gọi là Katot. 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 phân cực thuận thì diode sẽ dẫn điện gần như bão hòa. Nếu phân cực nghịch thì diode dẫn điện rất yếu, thực chất chỉ có dòng điện rò. Nói một cách gần đúng thì xem như diode chỉ dẫn điện một chiều từ Anot sang Katot, và đây chính là đặc tính chỉnh lưu của Diode bán dẫn. * Phân loại - Theo công dụng thì ta có: Diode ổn áp, Diode phát quang, Diode thu quang, Diode biến dung, Diode xung, Diode tác song, Diode tách sóng. + Diode phát quang được sử dụng ở điều khiển tivi, đèn led ở biển quảng cáo, nó phát ra ánh sang. + 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, 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-N ghép với nhau. Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược. Khi phân cực thuận Diode zenner như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode Zenner sẽ ghim lại 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. * Nguyên lí làm việc .+) Loại N có đặc điểm là: - Miền emitor có nồng độ tạp chất lớn. - Miền bazo có nồng độ tạp chất nhỏ nhất miền điện tích không gian của P-N. BJT có miền này chỉ cỡ μm. - 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 ở trên. Khi transistor được phân cực do J B phân cực thuận làm các hạt đa số từ miền E phun qua tiếp giáp J B tạo nên dòng điện emitor I B 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 I C trên miền bazo tạo ra dòng điện bazo I B . Nhưng do cấu tạo của miền B mỏng lên hầu hết số lượng các điện tử từ miền E phun qua J B đều tới được bờ J C và đường trường gia tốc (Do J c phân cực ngược cuốn qua tới được miền C tạo nên dòng điện collector I c ). Hình dạng một số loại transistor thực tế [...]... khối • Khối nguồn :Mạch sử dụng 2 nguồn riêng biệt,nguồn 5v nuôi cho hệ thống vi điều khiển và nguồn 5v dùng cho mạch động lực • Khối vi điều khiển: khối này gồm có hệ thống vi điều khiển, các nút nhấn nhập tín hiệu đầu vào và các chân tín hiệu đầu ra điều khiển các van công suất điều khiển động cơ chạy đúng với chương trình điều khiển. Trong mạch sử dụng vi điều khiển At89C51 và động cơ điện một chiều... Chương Trình Điều Khiển và sơ đồ nguyên lý của mạch 5.3.3 Sơ đồ nguyên lý, Mạch điều khiển động cơ bước Khối điều khiển - Khối điều khiển là khối quan trọng nhất, nó đóng vai trò như linh hồn của cả một hệ thống, là trung tâm xử lý các tín hiệu vào-ra - Khối điều khiển sử dụng IC AT89C51 - Nhận tín hiệu mức 0 từ nút nhấn, vi điều khiển sẽ thực hiện các chức năng được lập trình sẵn trong chương trình điều. .. pháp tạo ra những dãy tín hiệu điều khiển như vậy, còn phần Các mạch điều khiển nói về mạch đóng ngắt các mạch điện cần thiết để điều khiển các mấu 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 2 chuỗi trên cho phép điều khiển nửa bước, với vi c dừng động cơ một cách lần lượt tại những vị trí đã nêu ở một trong hai dãy trên Chuỗi kết... nguy hiểm cho vi điều khiển, vì vậy 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 Trong đó: 1: Anode 2:Kathode 3:Emitter 4:Collecte Hình 2.3: Sơ đồ cấu tạo và hình dạng thực tế của PC 817 CHƯƠNG 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... 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. .. 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 oto ứng dụng trong bộ tiết chế 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. .. lập trình bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian 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 hoạt động của TV, máy giặt, điện thoại, lò vi- ba…Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự động Các hệ thống càng “thông minh” thì vai trò của hệ vi điều. .. xuống Nếu ngắt ngoài được tác động theo mức thì nguồn bên ngoài phải giữ tín hiệu yêu cầu tác động cho đến khi ngắt được và không tác động yêu cầu ngắt trước khi ISR được hoàn tất Nếu không một ngắt khác sẽ được lặp lại CHƯƠNG V : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC I.Sơ đồ điều khiển 1.Sơ đồ khối của mạch điện Khối nguồn Khối vi điều khiển Khối công suất 2.Chức... 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... 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 nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều 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 một mấu của động cơ được kích, rotor (ở không tải) sẽ nhảy đến một góc