điều khiên động cơ bước dùng ic số 74194

Mạch điều khiển động cơ bước là sự kết hợp của môn học điện tử cơ bản và kỹ thuật số, sơ đồ mạch khá là đơn giản, những phần tử trong mạch được bán rất nhiều trên thị trường, giá thành r

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết

bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ Đó

là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động sản xuất, sinh hoạt của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày

Ngày nay điều khiển động cơ điện không đơn giản như trước Với thờ đại công nghiệp hiện đại xuất hiện nhiều bài toán về động cơ điện giải quyết nhiều chức năng phức tạp, để giải quyết vấn đề đó các nhà khoa học đã nghiên cứu ra rất nhiều loại động cơ điện Trong số đó có động cơ bước, là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt so với các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu dưới dạng xung rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc chuyển động của roto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết.

Xuất phát từ những nhu cầu ứng dụng, chúng em đã thiết kế một mạch điều

khiển, đó là “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC DÙNG IC

SỐ” Nội dung báo cáo này gồm 4 Chương:

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Tính toán và thiết kế thi công mạch

Chương 4: Kết luận

Mặc dù rất cố gắng hoàn thành bài báo cáo này nhưng vẫn không tránh khỏi thiếu sót mong thầy và các bạn đóng góp ý kiến để nhóm có thể hoàn thiện hơn.Chúng em xin chân thành cảm ơn.

Nhóm thực hiện : Đặng Tuấn Bản

Phạm Văn Chí

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Lí do chọn đề tài.……….….06

1.2 Mục tiêu của đề tài.……….….06

1.3 Kế hoạch thực hiện.……… 06

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Điện trở và biến trở ……… 07

2.1.1 Điện trở………07

2.1.2 Biến trở……….….… 08

2.2 Tụ điện……….…… 08

2.2.1 Cấu tạo……….…………08

2.2.2 Phận loại……….……….09

2.2.3 Kí hiệu và hình dạng trong thực tế……….…… 09

2.2.4 Điện dung và đơn vị……….… 10

2.2.5 Sự phóng và nạp điện……….….….10

2.2.6 Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện……… ……….…….11

2.3 Diode……… ……… 11

2.3.1 Cấu tạo của diode bán dẫn……….………….….11

2.3.2 Phân cực thuận cho diode……… ……….….12

2.3.3 Phận cực ngược cho diode……… ….13

2.3.4 Phương pháp do kiển tra diode……… ……….13

2.3.5 Ứng dụng của diode bán dẫn……… ….14

2.3.6 Diode xung……….….14

2.4 Transistor……….…….15

2.4.1 Ký hiệu và cấu tạo của transistor……… ……….15

2.4.2 Thông số kĩ thuật……….15

2.4.3 Phân cực cho transistor……….……… 15

2.4.4 Nguyên lý làm việc……… 16

2.4.5 Các cách mắc transistor cơ bản……… ……… 17

2.4.6 Hình dạng một số transistor trong thực tế………….……… 18

2.4.7 Ứng dụng của transistor……….… 18

2.5 IC47194……… … 19

2.6 NE555……….… 21

2.6.1 Nguồn gốc của NE555……….…21

2.6.2 Thông số……… 21

2.6.3 Chức năng của NE555……….21

2.6.4 Bố trí và chức năng của từng chân……….….21

2.6.5 Nguyên lý hoạt động……… ….22

2.6.6 Tính tần số điều chế độ rộng xung……… 23

2.6.7 Ứng dụng……… 24

2.7 IC ổn áp……… …24

2.7.1 Sơ lược về ic ổn áp……….…….…24

2.4.2 Ic 78xx (7812 và 7805)……… … …25

2.8 Led……….…… …26

2.9 Công tắc……… ……… 27

2.10 Động cơ bước……… 27

2.10.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ bước……… 27

2.10.2 Hoạt động……….… 28

2.10.3 Ứng dụng……… 28

2.10.4 Phân loại ……… 28

2.10.5 Đặc tính cơ động cơ bước và phương pháp điều khiển………….……30

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH 3.1 Thiết kế sơ đồ khối……….….….31

3.2 Thế kế mạch nguyên lý……… … 31

3.2.1 Mạch nguồn……… ……… ……31

3.2.2 Mạch tạo xung vuông……… ……… ….…32

3.2.3 Mạch điều khiển……… ….…32

3.2.4 Nguyên lý làm việc……… ……34

3.3 Thi công mạch……….….…35

3.3.1 Thiết kế mạch in……….… ……… 35

3.3.2 Thi công mạch in……… ……… 36

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Kết quả……… 37

4.2 Kết luận……… … 37

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

phẩm có tính năng, có độ bền và độ ổn định ngày càng cao

Mạch điều khiển động cơ bước là sự kết hợp của môn học điện tử cơ bản và

kỹ thuật số, 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

1.2 Mục tiêu của đề tài.

nghịch và quay nhanh ,quay chậm

việc theo nhóm

1.3 Kế hoạch thực hiện.

Bao gồm nguyên tắc hoạt động của mạch và một số mạch để đưa ra lựa chọn tốt cho đề tài làm đồ án

trên, từ đó tính toán lựa chọn các linh kiện, thiết bị đạt yêu cầu sử dụng trong mạch

đó đưa ra cách vẽ mạch điều khiển động cơ bước và hoàn thành bản mạch

in của mạch

2.1.1 Điện trở.

a) Khái niệm:

Điện trở hay Resistor là một linh kiện điện tử thụ động trong mạch điện, hiệu điện thế giữa hai đầu của nó tỉ lệ với cường độ dòng điện qua nó theo định luật ohm: V=IR.

b) Ký hiệu: theo hai tiêu chuẩn US và EU.

c) Hình dạng thực tế.

d) Mã màu trên điện trở và cách đọc.

 Mã Mầu trên điện trở:

Trong thực tế, để đọc được giá trị của một điện trở thì ngoài việc nhà sản xuất in trị số của nó lên linh kiện thì người ta còn dùng một qui ước chung

để đọc trị số điện trở và các tham số cần thiết khác Giá trị được tính ra thành đơn vị Ohm (sau đó có thể viết lại thành kilô hay mêga cho tiện).

(Để tránh lẫn lộn trong khi đọc giá trị của các điện trở, đối với các điện trở có tổng số vòng màu từ 5 trở xuống thì có thể không bị nhầm lẫn vì vị trí

bị trống không có vòng màu sẽ được đặt về phía tay phải trước khi đọc giá trị Còn đối với các điện trở có độ chính xác cao và có thêm tham số thay đổi theo nhiệt độ thì vòng màu tham số nhiệt sẽ được nhìn thấy có chiều rộng lớn hơn và phải được xếp về bên tay phải trước khi đọc giá trị).

a) Khái niệm và phân loại.

Biến trở là loại điện trở có thể thay đổi trị số theo yêu cầu ,thường gọi là chiết áp Có 2 loại đó là biến trở dây quấn và biến trở than

b) Ký hiệu và hình ảnh trong thực tế.

2.2.3 Ký hiệu và hình dạng thực tế.

a) Ký hiệu :

Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor).

b) Hình dạng thực tế:

Hình dạng của tụ gốm.

Hình dạng của tụ hoá

2.2.4 Điện dung và đơn vị.

a) Khái niệm về điện dung.

Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ

điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức.

C = ξ S / d

Trong đó C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F)

• ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện.

• d : là chiều dày của lớp cách điện.

• S : là diện tích bản cực của tụ điện.

b) Đơn vị.

Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F) , 1Fara là rất lớn do đó trong

thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF), NanoFara (nF), PicoFara (pF).

Sự nạp và phóng điện của tụ.

a)Tụ nạp điện.

Như hình ảnh trên ta thấy rằng , khi công tắc K1 đóng, dòng điện từ nguồn

U đi qua bóng đèn để nạp vào tụ, dòng nạp này làm bóng đèn loé sáng, khi tụ nạp đầy thì dòng nạp giảm bằng 0 vì vậy bóng đèn tắt.

b) Tụ phóng điện.

Khi tụ đã nạp đầy, nếu công tắc K1 mở, công tắc K2 đóng thì dòng điện từ cực dương (+) của tụ phóng qua bóng đền về cực âm (-) làm bóng đèn loé sáng, khi tụ phóng hết điện thì bóng đèn tắt.

=> Nếu điện dung tụ càng lớn thì bóng đèn loé sáng càng lâu hay thời gian phóng nạp càng lâu.

2.2.6 Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện

a)Với tụ hoá.

Giá trị điện dung của tụ hoá được ghi trực tiếp trên thân tụ.

=> Tụ hoá là tụ có phân cực (-) , (+) và luôn luôn có hình trụ

Tụ hoá ghi điện dung là 185 µF / 320 V

b)Với tụ giấy, tụ gốm.

Tụ giấy và tụ gốm có trị số ghi bằng ký hiệu

Tụ gốm ghi trị số bằng ký hiệu.

• Cách đọc : Lấy hai chữ số đầu nhân với 10 (Mũ số thứ 3 )

• Ví dụ tụ gốm bên phải hình ảnh trên ghi 474K nghĩa là:

Giá trị = 47 x 10 4 = 470000pF (Lấy đơn vị là picô Fara)

= 470 nF= 0,47 µF.

• Chữ K hoặc J ở cuối là chỉ sai số 5% hay 10% của tụ điện.

• Ý nghĩ của giá trị điện áp ghi trên thân tụ.

• Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị điện dung, đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ sẽ bị nổ.

• Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì bao giờ

người ta cũng lắp tụ điện có giá trị điện áp Max cao gấp khoảng 1,4 lần.

• Ví dụ mạch 12V phải lắp tụ 16V, mạch 24V phải lắp tụ 35V vv

2.3 Diode.

2.3.1 Cấu tạo của Diode bán dẫn.

Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm:Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tánsang vùng bán dẫn

P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Iontrung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữahai chất bán dẫn

Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode

Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn.

Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn

2.3.2 Phân cực thuận cho Diode.

Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) và điện áp âm (-) vào Katôt (vùng bán dẫn N) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V (với Diode loại Si) hoặc 0,2V (với Diode loại Ge) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V).

Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V

Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode

Kết luận : Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực

thuận < 0,6V thì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,6V.

2.3.3 Phân cực ngược cho Diode.

Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bándẫn N),

nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chịu được điện áp ngược rất lớnkhoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng.

Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng ≥ 1000V.

2.3.4 Phương pháp đo kiểm tra Diode.

Phương pháp:

Đo kiểm tra Diode.

• Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu:

• Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt

• Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập.

• Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt.

• Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt

• Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò.

2.3.5 Ứng dụng của Diode bán dẫn.

Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động trong mạch chỉnh lưu Diode

có thể được tích hợp thành Diode cầu có dạng.

Ký hiệu và hình dạng cầu diode.

b) Ứng dụng:

Ngoài nó có chức năng đóng cắt được tần số cao nó còn có chức năng của của một diode thông thường Nhưng thường được sử dụng cho các mạch đóng cắt với tần số cao, hay để ngăn tín hiệu ngược với công suất rất thấp Một ứng dụng nho nhỏ của 1N4148 trong mạch đóng cắt rơle.

Trên mạch ứng dụng trên thì 1N4148 dùng để trả năng lượng về nguồn trong quá trình đóng cắt cuộn hút role sinh ra năng lượng cảm để bảo vệ van transitor.

c) Thông số quan trọng của 1N4148.

+ Điện áp ngược: 75V

+Thời gian phục hồi: 4ns

+ Dòng điện thuận: 300mA

+ Công suất tiêu tán: 500mW

+ Nhiệt độ hoạt động: -65 ~ 175 độ C.

2.4 TRANSISTOR.

2.4.1 Ký hiệu và 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

Hình 1.6.1 : cấu tạo của transitor

2.4.2 Thông số kĩ thuật của transistor

- Dòng điện cực đại cho phép: Đó là dòng điện lớn nhất có thể đi qua mà không làm hư nó transistor

- Điện áp đánh thủng: Là điện áp tối đa đặt vào các cặp cực BE, BC, CE, nếu quá transistor bị hỏng

- Hệ số khuếch đại dòng điện

- Công suất cực đại cho phép và tần số cắt

2.4.3 Phân cực cho transistor.

Đó là cung cấp điện áp DC thích hợp giữa các chân B, C, E để đảm bảo cho tiếp giáp B-C phân cực nghịch

- Với transistor NPN: UBE>0 và UCE>0

- Với transistor PNP: UBE<0 và UCE<0

Về giá trị điện áp: Tùy thuộc vào vật liệu cấu tạo nên transistor là Si hay Ge mà giá trị điện áp UBE nằm trong một khoảng nhất định

+ 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)

Hình 1.6.2 : cách phân cực cho transitor

+ 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 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 khuếch tán sâu vào miền bazo hướng tới IC trên miền bazo tạo ra dòng điện bazo IB Nhưng do cấu tạo của miền B mỏng lên hầu hết số lượng các điện tử từ miền E phun qua

JB đều tới được bờ JC và đường trường gia tốc (Do Jc phân cực ngược cuốn qua tới được miền C tạo nên dòng điện collector Ic)

-) Các tham số của transistor lưỡng cực:

+ Dòng điện emitor IE = IB +Ic

+ Hệ số truyền đạt dòng điện: AN = IC/ IB<1

+ Hệ số khuếch đại dòng điện: BN= IC/ IB

+ Do cấu trúc khi chế tạo miền bazo của transistor cho tổn hao ít tức IB nhỏ lên giá trịBN>>I

+ Ta có mối quan hệ giữa A và B như sau:

AN = BN/I + BN

BN = AN/ I- A=N

I – AN = I/ I +BN

Hình 1.6.6 :Mạch C chung

Trong mạch transistor mắc theo kiểu C chung thì cực C ráp thẳng lên nguồn VCC Tín hiệu vào được đưa tới cực B và tín hiệu ra được lấy ra ở cực E Với mạch kiểu C chung thì tổng trở vào rất lớn vài trăm kilom, tổng trở ra thì rất nhỏ vài chục ôm, thuận lợi cho việc ghép nối tải tín hiệu đầu ra đồng pha với tín hiệu đầu vào

2.4.6 Hình dạng một số loại transistor thực tế.

Hình 1.6.7 : transitor thực tế

Hình 1.6.8 : 1 số loại transitor khác

2.4.7 Ứng dụng của transistor.

- Dùng để làm các phần tử khuếch đại trong các mạch khuyếch đại công suất

- Dùng để làm phần tửu 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

2.5 IC 74194.

a) Khái niệm.

IC 74LS194 là IC tích hợp của thanh ghi dịch hai chiều 4 bít Thanh ghi dịch hai chiều này được thiết kế để hợp nhất hầu như tất cả đặc tính các ngõ vào song song, các ngõ ra song song, các ngõ vào dịch phải và dịch trái tuần tự, các ngõ vào họat động kiểu điều khiển, và toàn bộ lĩnh vực quan trọng trực tiếp.

Bộ ghi dịch có 4 chế độ hoạt động khác biệt là:

• Song song ngõ vào

Dịch trái được hoàn thành đồng thời với sự dâng biên của xung clock khi S0 ở mức cao và S1 ở mức thấp Trong chế độ dữ liệu nối tiếp này được nhập lại ở ngõ vào dữ liệu dịch phải Khi S0 ở mức thấp và S1 ở mức cao, đồng thời

dữ liệu dịch trái và dữ liệu mới được nhập lại ở ngõ vào nối tiếp dịch trái Flip - flop bị cấm khi cả hai chế độ điều khiển ngõ vào ở mức thấp.

b) Cấu tạo bên trong và sơ đồ chức năng của các chân.

 Cấu tạo bên trong: