điều khiển động cơ bước bằng truyền thông

Đây là bản báo cáo của môn học vi xử lý về điều khiển động cơ bước từ truyền thông sử dụng vi điều khiển AT89C51.Đây chỉ là báo cáo về môn học nên trong tài liệu còn nhiều thiếu sót mong bạn đọc thông cảm.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO THIẾT KẾ MÔN HỌC KĨ THUẬT VI XỬ LÝ Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC BẰNG TRUYỀN THÔNG Hà Nội-2018 Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Khoa : Điện điện tử LỜI MỞ ĐẦU Hiện động điện sử dụng hầu hết lĩnh vực sống Yêu cầu điều khiển động điện ngày phức tạp hơn, đòi hỏi xác cao với kỹ thuật khác Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, việc điều khiển nói chung điều khiển động điện nói riêng ngày số hóa Một động sử dụng rộng rãi có khả số hóa cao động bước Từ kiến thức học trình tìm hiểu tài liệu, chúng em xin trình bày động bước điểm động bước từ truyền thông Với kiến thức,tài liệu khả trình bày có hạn,chắc chắn làm nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp thầy bạn để hồn thiện kiến thức nhóm em MỤC LỤC I-Giới thiệu động bước 1-Động bước ? 2-Cấu tạo 3-Nguyên lý hoạt động 4-Các loại động bước 5-Cách điều khiển động bước 6-Ứng dụng II-Giới thiệu tổng quan họ vi điều khiển 8051 1-Sơ đồ khối sơ đồ chân AT89C51 2-Chức chân AT89C51 3-Mạch vi đệm ULN2003 III-Lập trình mơ 1-Mơ 2-Lập trình IV-Nhận xét đánh giá Linh kiện bao gồm: AT89C51 Điện trở Thạch anh 12MHZ Tụ điện (tụ thường 33pF,, 100uF) Trở Động bước ULN2003 I-Giới thiệu động bước 1-Động bước ? Động bước thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động roto có khả cố định roto vào vị trí cần thiết Động bước làm việc nhờ có chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay roto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay roto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Khi xung điện áp đặt vào cuộn dây stato (phần ứng) động bước roto (phần cảm) động quay góc định, góc bước quay động Khi xung điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục roto quay liên tục (Nhưng thực chất chuyển động theo bước rời rạc) Hình dạng loại động bước Cấu tạo Động bước động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt với đa số loại động điện thông thường Chúng thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện Bên động bước Theo hình trên, bên động bước có cuộn dây Stator xếp theo cặp đối cứng qua tâm Rotor nam châm vĩnh cửu có nhiều Động bước hoạt động sở lý thuyết từ trường cực dấu đẩy cực khác dấu hút Từ trường Stator dòng điện chạy qua lõi cuộn dây tạo ra, hướng dòng thay đổi cực từ trường thay đổi theo gây nên chuyển động đảo chiều động Nguyên lý hoạt động Khác với động đồng thông thường, Rotor động bước khởi động phương pháp tần số khơng có cuộn dây khởi động Rotor động bước có Rotor tích cực Rotor thụ động Động bước làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu vào Stator theo thứ tự tần số định Số lần chuyển mạch tổng số góc quay Rotor, chiều quay tốc độ quay rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Xung điện áp cấp cho cuộn dây Stator xung cực cực: Chuyển mạch điện tử cung cấp điện áp điều khiển cho cuộn dây stator theo cuộn riêng lẻ theo nhóm cuộn dây Trị số chiều lực điện từ tổng F phụ thuộc vào vị trí lực điện từ thành phần Do đó, vị trí Rotor động bước phụ thuộc hoàn toàn vào phương pháp cung cấp điện cho cuộn dây: Khác với động đồng bình thường, rơto động bước khơng có cuộn dây khởi động mà khởi động phương pháp tần số.Rơto động bước kích thích (rơto tích cực) khơng kích thích (rôto thụ động) Sơ đồ nguyên lý động bước m pha với rơto có cực (2p=2) khơng kích thích Động bước khơng quay theo chế thơng thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiến học Chúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiến vào stato theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Hình minh họa thứ tự cấp điện cuộn dây bước quay Các loại động bước Động bước chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu biến từ trở, có loại động hỗn hợp khơng có khác biệt với động nam châm vĩnh cửu Nếu khơng có nhãn để phân biệt động cơ, bạn phân biệt hai loại động cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng Động bước nhiều pha Động nam châm vĩnh cửu dường có nấc bạn dùng tay xoay nhẹ Rotor chúng , động biến từ trở dường xoay tự do, sử dụng 0hm kế ta phân biệt hai loại động Động bước cực Động biến từ trở thường có mấu với dây chung, động nam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có khơng có nút trung tâm Động bước có góc quay phong phú, động quay 90 độ bước, động nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độ bước Hầu hết loại động nam châm vĩnh cửu hỗn hợp chạy chế độ nửa bước vài điều khiển điều khiển phân bước nhỏ hay gọi vi bước Động bước đơn cực Cách điều khiển động bước Động bước điều khiển dạng xung điện rời rạc tạo thành chuyển động góc quay chuyển động Rotor Động bước không quay theo chế thơng thường, chúng quay theo bước bên có chế độ xác cao mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào Stator theo thứ tự tần số định Một hệ thống có sử dụng động bước khái quát theo sơ đồ sau D.C.SUPPLY: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn chiều cho hệ thống Nguồn chiều lấy từ pin động có cơng suất nhỏ Với động có cơng suất lớn dùng nguồn điện chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều CONTROL LOGIC: Đây khối điều khiển logic Có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển động Khối logic nguồn xung, hệ thống mạch điện tử Nó tạo xung điều khiển Động bước điều khiển theo bước theo nửa bước POWER DRIVER: Có nhiệm vụ cấp nguồn điện điều chỉnh để đưa vào động Nó lấy điện từ nguồn cung cấp xung điều khiển từ khối điều khiển để tạo dòng điện cấp cho động hoạt động STEPPER MOTOR: Động bước Các thơng số động gồm có: Bước góc, sai số bước góc, mơmen kéo, mơmen hãm, mơmen làm việc.Đối với hệ điều khiển động bước, ta thấy hệ thống đơn giản khơng có phần tử phản hồi Điều có động bước q trình hoạt động khơng gây sai số tích lũy, sai số động sai số chế tạo Việc sử dụng động bước đem lai độ xác chưa cao ngày sử dụng phổ biến Vì cơng suất độ xác bước góc ngày cải thiện Bước góc động bước chế tạo theo bảng tiêu chuẩn sau: Ứng dụng Động bước ứng dụng nhiều ngành tự động hóa, chúng ứng dụng thiết bị điều khiển cần độ xác Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật, động bước cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu thực trung thành lệnh đưa dạng số Ví dụ: điều khiển robot, điều khiển bắt, bám mục tiêu khí tài quan sát, điều khiển lập trình thiết bị gia cơng cắt gọt… Ngồi cơng nghệ máy tính, động bước sử dụng cho loại ổ đĩa cứng, máy in… II-GIới thiệu tổng quan họ vi điều khiển 8051 AT89C51 vi điều khiển bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng cao, công suất thấp với KB PEROM (Flash Programeable and erasable read only memory) Các đặc điểm 8951 tóm tắt sau: - 4KB nhớ, lập trình lại nhanh, có khả ghi xóa tới 1000 chu kỳ - Tần số hoat động từ Hz đến 24 MHz - mức khóa nhớ lập trình - Timer/Counter 16 bit - 128 Byte RAM nội - Port xuất/nhập (I/O) bit - Giao tiếp nối tiếp - 64 KB vùng nhớ mã - 64 KB vùng nhớ liệu - Xử lý Boolean (hoạt động bit đơn) - 210 vị trí nhớ định vị bit - 4μs cho hoạt động nhân chia – Sơ đồ khối sơ đồ chân AT89C51 INT1\ INT0\ SERIAL PORT TEMER0 TEMER1 TEMER2 8032\8052 128 byte RAM 8032\8052 INTERRUPT CONTROLOTHER REGISTER 128 byte RAM ROM 0K: 8031\8032 4K:8951 8K:8052 TEMER2 8032\8052 TEMER1 TEMER1 CPU BUS CONTROL I/O PORT OSCILATOR EA\ RST SERIAL PORT ALE\ PSEN\ P0 P1 P2 P3 Address\Data TXD RXD Hình – Sơ đồ khối AT89C51 Hình – Sơ đồ chân AT89C51 – Chức chân AT89C51 + Port (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngồi chức xuất nhập ra, port bus đa hợp liệu địa (AD0 – AD7), chức sử dụng AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngồi có kiến trúc bus Hình – Port + Port (P1.0 – P1.7 hay chân – 8): có chức xuất nhập theo bit byte Ngoài ra, chân P1.5, P1.6, P1.7 dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, chân P1.0 P1.1 dùng cho Timer Hình – Port + Port (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): port có cơng dụng kép Là đường xuất nhập byte cao bus địa thiết kế dùng nhớ mở rộng Hình – Port + Port (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): chân port chức xuất nhập có số chức đặc biệt sau: Bit Tên Chức chuyển đổi P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp P3.2 INT0 Ngắt bên P3.3 INT1 Ngắt bên P3.4 T0 Ngõ vào Timer/Counter P3.5 T1 Ngõ vào Timer/Counter P3.6 WR Xung ghi nhớ liệu P3.7 RD Xung đọc nhớ liệu Hình – Port + RST (Reset – chân 9): mức tích cực chân mức 1, để reset ta phải đưa mức (5V) đến chân với thời gian tối thiểu chu kỳ máy (tương đương 2µs thạch anh 12MHz + XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có dao động chip, thường nối với dao động thạch anh có tần số lớn 33MHz, thơng thường 12MHz + EA (External Access): EA thường mắc lên mức cao (+5V) mức thấp (GND) Nếu mức cao, vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội Nếu mức thấp, chương trình thi hành từ nhớ mở rộng + ALE (Address Latch Enable): ALE tín hiệu để chốt địa vào ghi bên nửa đầu chu kỳ nhớ Sau đường port dùng để xuất nhập liệu nửa chu kỳ sau nhớ + PSEN (Program Store Enable): PSEN điều khiển phép nhớ chương trình mở rộng thường nối với đến chân /OE (Output Enable) EPROM phép đọc bytes mã lệnh PSEN mức thấp thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân chương trình đọc từ EPROM qua Bus chốt vào ghi lệnh vi điều khiển để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình ROM nội, PSEN mức thụ động (mức cao) + Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn chiều có dải điện áp từ 4V – 5.5V cấp qua chân 40 (Vcc) chân 20 (GND) +Thạch anh 12 Mhz : Tạo tần số hoạt động cho VĐK 8051 Thạch anh có tính chất áp điện, nghĩa tác dụng điện trường sinh dao động Do dùng thạch anh khung cộng hưởng Tính chất dao động thạch anh biểu diễn sơ đồ tương đương hình a., Lq,Cq rq phụ thuộc vào kích thước khối thạch anh cách cắt khối thạch anh Thạch anh có kích thước nhỏ Lq, Cq rq nhỏ, nghĩa tần số cộng hương riêng cao Lq, Cq rq có tính ổn định cao Cq điện dung giá đỡ, tính ổn định Cq 3-Mạch vi đệm ULN2003 ULN 2003 vi mạch đệm, chất cấu tạo mảng darlington chịu dòng đện lớn điện áp cao, có chứa cặp transistor NPN ghép darlington cực góp hở với cực phát chung Mỗi kênh ULN 2003 có diode chặn sử dụng trường hợp tải có tính cảm ứng, ví dụ relay ULN 2003 có khả điều khiển kênh riêng biệt, nối trực tiếp với vi điều khiển 5V Bên cạnh đó, kênh ULN 2003 chịu dòng điện lớn khoảng thời gian dài lên tới 500mA với biên độ đỉnh lên tới 600mA Ứng dụng ULN 2003 sử dụng mạch đệm điều khiển động chiều, động bước, khối hiển thị ma trận led, III-Lập trình mơ 1-Mơ proteus 2- Code lập trình Sử dụng ngơn ngữ lập trình C viết phần mềm keil C Code sau: #include  sbit xung1=P2^6;  sbit xung2=P2^7; sbit xung3=P3^2; sbit xung4=P3^3; int goc=250; int j,sobuoc=10,i=0,mode=3; void delay(int k)    { for(j=0;j> 1001 để quay thuận 0011 > 0110 > 1100 >1001 để quay nghịch Thời gian delay để quay bước 5ms để động quay góc xác Động bước dược set góc quay 1.8 độ sau xung động quay 7.2 độ Lệnh gửi từ máy tính đưa vào hàm ngắt để chạy IV-Nhận xét đánh giá ... phân bước nhỏ hay gọi vi bước Động bước đơn cực Cách điều khiển động bước Động bước điều khiển dạng xung điện rời rạc tạo thành chuyển động góc quay chuyển động Rotor Động bước không quay theo chế... xung điều khiển Động bước điều khiển theo bước theo nửa bước POWER DRIVER: Có nhiệm vụ cấp nguồn điện điều chỉnh để đưa vào động Nó lấy điện từ nguồn cung cấp xung điều khiển từ khối điều khiển. .. MỤC LỤC I-Giới thiệu động bước 1 -Động bước ? 2-Cấu tạo 3-Nguyên lý hoạt động 4-Các loại động bước 5-Cách điều khiển động bước 6-Ứng dụng II-Giới thiệu tổng quan họ vi điều khiển 8051 1-Sơ đồ khối