báo cáo thực tập thiết kế mạch tốc độ dùng ic số

HỌC MỞ HÀ NỘI ĐẠIĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN _ _ BÁO CÁO BÁO CÁO THỰC THỰCTẬP TẬPTỐT TỐTNGHIỆP NGHIỆP CHUYÊN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬTỬ -TRUYỀN THÔNG CHUYÊNNGÀNH: NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN -TRUYỀN THÔNG HỆ: HỆ: ĐẠI ĐẠIHỌC HỌCCHÍNH CHÍNHQUY QUY NIÊN NIÊNKHĨA: KHĨA:2016-2020 2016-2020 Đề tài: Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG IC SỐ BẰNG IC SỐ Giảng viên hướng dẫn: Ths.ĐẶNG HOÀNG ANH Giảngviên viênthực hướng dẫn: Ths.ĐẶNG HOÀNG Sinh hiện: PHẠM THỊ MAI THU ANH Sinh viên thực hiện:NGUYỄN PHẠM THỊ MAI THU THỊ CHÂM Lớp: Lớp: NGUYỄN K19B THỊ CHÂM K19B HÀ NỘI – Tháng Năm 2020 HÀ NỘI – Tháng Năm 2020 ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………………… ………………………………………………………………… Hà Nội, ngày…tháng…năm 2020 Giảng viên hướng dẫn LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt đợt thực tập báo cáo này, trước tiên em chân thành biết ơn sâu sắc tất quý Thầy Cô Trường Đại Học Mở Hà Nội Thầy Cô Khoa Điện Tử - Thông Tin tận tâm truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt trình học tập trường Hơn nữa, em xin chân thành cảm ơn Thầy Ths.Đặng Hoàng Anh giảng viên hướng dẫn trực tiếp cho em suốt thời gian thưc tập Cuối em xin gửi lời chúc tốt đẹp đến tồn thể q Thầy Cơ Trường Đại Học Mở Hà Nội, mong q Thầy Cơ có thật nhiều sức khỏe ngày thành công nghiệp giảng dạy Hà Nội, tháng năm 2020 Sinh viên thực Phạm Thị Mai Thu Nguyễn Thị Châm MỤC LỤC NỘI DUNG BÁO CÁO LỜI CẢM ƠN PHẦN 1: Giới Thiệu Các Linh Kiện Trong Mạch 1.1 Các linh kiện sử dụng mạch 1.2Giới thiệu linh kiện tính tốn thiết kế mạch Tụ điện 1.3 Tụ Điện 1.4 Điện trở 1.5 Diode 1.6 Led đơn 1.7Transitor 1.8IC 4017 1.9 IC 7408 1.10 IC 7805 1.11 Relay 1.12 Encoder Phần : Sơ Đồ Khối Và Chức Năng Từng Khối 2.1 Sơ đồ khối 2.2 Chức khối Phần 3: Sơ Đồ Mạch ( nguyên lý + mạch in ) Và Nguyên Lý Hoạt Động Mạch 3.1 Sơ đồ nguyên lý 3.2 Sơ đồ mạch in 3.3 Hoạt động mạch PHẦN GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 1.1 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH: _ Điện trở _ Tụ điện _ Diode 1N4007 _ Công tắc DIP 10 _ Transistor C1815, D718 _ Relay 12V _ IC 7408, 4017, 7805 _ Led đơn hiển thị _ Động 12V + Encoder 1.2 GIỚI THIỆU LINH KIỆN VÀ TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH 1.3 Tụ Điện Tụ điện linh kiện thụ động cấu tạo tụ điện hai cực kim loại ghép cách khoảng d hai tụ dung dịch hay chất điện mơi cách điện có điện dung C Đặc điểm tụ cho dòng điện xoay chiều qua, ngăn cản dòng điện chiều Khi tụ nạp điện tụ bắt đầu nạp điện từ điện áp 0V tăng dần đến điện áp UDC theo hàm số mũ thời gian t Điện áp tức thời hai đầu tụ tụ tính theo cơng thức: Uc (t) = UDC(1- e-t/τ) Khi tụ xả điện điện áp tụ từ trị số VDC giảm dần đến 0V theo hàm số mũ thời gian t Điện áp hai đầu tụ xả tình theo cơng thức: Uc (t)= UDC e-t/τ) Trong đó: t: thời gian tụ nạp, đơn vị giây (s) e = 2,71828 τ=RC (đơn vị –s) Cơng thức tính điện dung tụ: C = ε.S/d ε: số điện mơi s: điện tích bề mặt tụ m2 d: bề giày chất điện môi 1.4 Điện Trở Điện trở linh kiện thụ động có tác dụng cản trở dòng áp.Điện trở đựơc sử dụng nhiều mạch điện tử Điện trở dây dẫn có trị số điện trở lớn hay nhỏ tùy thuộc vào vật liệu làm dây, tỉ lệ thuận với chiều dài tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn Cơng thức tính: R =ℓ/S R=U/I Trong : : điện trở suất vật liệu,  m hay mm2/m S: tiết diện dây, m2 hay mm2 ℓ : chiều dài dây (m) R : điện trở, Ohm () Điện trở có đơn vị tính Ohm, viết tắt  1.5 Diode Diode cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p-n ghép với Diode thông dụng 1N4007, có chức dùng để đổi điện xoay chiều – thường điện 50Hz đến 60Hz sang điện chiều Tùy lọai Diode mà chịu đựng dòng từ vài trăm mA đến loại cơng suất cao chịu đựng đến vài trăm A Diode chỉnh lưu chủ yếu loại Silic Hai đặc tính kỹ thuật Diode chỉnh lưu dòng thuận tối đa dòng ngược tối đa (điện áp đánh thủng) Hai đặc tính nhà sản xuất cho biết 1.6 Led Đơn Led đơn dạng Diode Thơng thường dịng điện qua vật dẫn điện sinh lượng dạng nhiệt Ở số chất bán dẫn đặc biệt (GaAs) có dịng điện qua có tượng xạ quang (phát ánh sáng) Tùy theo chất bán dẫn mà ánh sáng phát có màu khác Led có điện áp phân cực thuận cao diode nắn điện điện áp phân cực ngược cực đại thường không cao Phân cực thuận : VD = 1,4V – 1,8 V(led đỏ) VD = 2V – 2,5V (led vàng) VD= 2V – 2,8 V(led xanh lá) ID= 5mA – 20mA (thường chọn 10mA) Led thường dùng mạch trạng thái báo hiệu, thị trạng thái mạch báo nguồn, trạng thái thuận hay ngược… 1.7 Transistor : C1815 Transistor BJT gồm ba miền tạo hai tiếp giáp p–n, miền bán dẫn loại p Miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu n+ miền phát (emitter) Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu n, gọi miền thu (collecter) Miền có mật độ tạp chất thấp, kí hiệu p, gọi miền gốc (base) Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực emitter (E), base (B), collecter (C) transistor Đặc tính kỹ thuật transistor : -Điện áp giới hạn : có loại : BVCEO : điện áp đánh thủng C E cực B hở BVCBO : điện áp đánh thủng C B cực E hở BVEBO : điện áp đánh thủng E B cực C hở -Dòng điện giới hạn : Icmax dòng điện tối đa cực C Ibmax dòng điện tối đa cực b Dòng tối đa đưa vào cực B : 10mA Dòng tối đa đưa vào cực C : 100mA Chức transistor chủ yếu khuyếch đại tín hiệu đóng ngắt mạch điện -Cơng suất giới hạn : Khi có dịng điện qua transisor sinh cơng suất nhiệt làm nóng transistor, cơng suất sinh tính theo cơng thức : PT=IC.VCE Ký hiệu: transistor loại NPN 1.8 Giới thiệu IC 4017: Đây IC chia tần với hệ số chia tần từ tới 10 Hình dáng IC 4017: IC 4017 có tổng cộng số chân 16, chức chân sau: o Chân số 16 chân nguồn Vcc hoạt động với mức điện áp cho phép khoảng từ 3-15 V o Chân số chân nối mass Ngoài chân nguồn mass IC 4017 có chân có chức hoạt động quan trọng là: o Chân 15 chân Master Reset hoạt động tích cực mức thấp có nhiệm vụ làm ngõ đếm trở lại vị trí hoạt động ban đầu Cụ thể tích cực mức thấp cho chân 15 hoạt động ngõ từ 01-09 trở mức thấp, ngõ 05-9 trở lại mức cao Chân hoạt động hoàn toàn độc lập với chân Clock 14 13 o Chân 14 chân xung clock hoạt động tích cực mức cao Chân có chức đưa xung clock từ bên ngồi vào để cấp cho IC hoạt động o Chân 13 chân xung clock hoạt động mức thấp Hai chân có mối liên hệ tương quan sau: trạng thái bình thường: chân 14 mức cao, chân 13 mức thấp IC hoạt động bình thường, ngõ xuất giá trị Trong trình ngõ hoạt động, ta kích mức cao cho chân 13 giá trị mức cao giữ nguyên trạng thái, ngõ lại trạng thái mức thấp hết o Các chân 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11 thứ tự giá trị xuất o Chân 12 hoạt động mức thấp giá trị xuất Nó hoạt động mức cao giá trị xuất sau Cấu tạo bên IC 4017: Bảng thật: H = trạng thái mức cao (điện dương hơn) L = trạng thái mức thấp (điện âm hơn) X = phi trạng thái chuyển bậc thang - mức dương chuyển bậc thang - mức thấp Biểu diễn dạng tín hiệu ngõ theo tín hiệu vào xung Clock: 1.9 IC 7408: IC 7408 IC số thông dụng mạch số Hình dáng chân IC: Trong IC có tổng cộng cổng AND Thứ tự chân sau: o Chân 1, 2, 4, 5, 9, 10, 12, 13 ngõ vào cổng AND theo cặp o Chân 3, 6, 8, 11 tất ngõ cổng AND o Chân 14 nối nguồn VCC với mức điện áp hoạt động giới hạn cho phép từ 4,5 V đến 5,5 V Thường điện áp trung bình khoảng 5V hoạt động tốt Chân nối mass Bảng thật IC 7408: Ở tín hiệu vào mức cao ngõ tích cực mức cao Cịn tín hiệu vào mức thấp ngõ tích cực mức thấp bất chấp ngõ lại mức cao hay thấp Trong mạch IC 7408 sử dụng với mục đích AND tín hiệu cần thiết để tạo giá trị cần sử dụng 1.10 IC 7805: IC 7805 IC ổn áp dương Đối với IC người ta dùng tụ 0,33F khơng cần thiết cho ổn định, dùng tụ 0,1F ngõ để cải thiện đáp ứng độ ổn áp Các tụ phải đặt hay gần IC ổn áp tốt 1.11 Relay: Đặc điểm: - Dòng chịu 10 A - Áp chịu 250 VAC - Độ nhạy cao - Điện áp đánh thủng cao - Hình dạng nhỏ gọn - Được dùng làm cơng tắc đóng mở 1.12 Encoder: Là thiết bị dùng để đếm số vòng quay động tạo xung làm tín hiệu xung cấp vào IC 4017 Cấu tạo Encoder gồm thu phát hồng ngoại đĩa xẻ thành rãnh nhỏ (tùy thuộc vào Encoder có số rãnh chia khác nhau; chẳng hạn 16 rãnh, 50 rãnh hay 100 rãnh) đủ để thu phát hồng ngoại nhận Sau lần động quay qua rãnh nhỏ thu nhận tín hiệu từ phát, tạo xung Cứ đủ số rãnh động quay vịng Ở mạch này, nhóm em dùng rãnh nhỏ để tăng số vòng quay để dễ sử dụng PHẦN SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI TRONG MẠCH 2.1 Sơ đồ khối nguồn KHỐI NGUỒN KHỐI XỬ LÝ CÁC GIÁ TRỊ CẤN NẠP CHO ĐỘNG CƠ KHỐI ĐIẾU CHỈNH TỐC ĐỘ QUAY CỦA ĐỘNG CƠ CHỚT TÍN HIỆU ĐƯA VÀO ENCODER ĐẾM VỊNG QUAY ĐỘNG CƠ 2.2 Chức khối 2.2.1 Khối nguồn: Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn hoạt động cho khối mạch Cụ thể mạch này, ta sử dụng nguồn riêng biệt  Thứ nguồn 5VDC dùng để nuôi IC hoạt động tạo tín hiệu xuất chuẩn tránh trường hợp nhiễu điện không với mức hoạt động IC  Thứ hai nguồn dùng để nuôi động hoạt động Ở ta dùng động DC 12V nên sử dụng nguồn 12V riêng cho động 2.2.2 Khối xử lý giá trị cần nạp cho động cơ: Là khối gồm nhiều đếm tín hiệu 4017 (ở mạch bộ) có nhiệm vụ đếm tín hiệu phát từ Encoder Encoder đếm vòng quay động để đưa vào khối chốt tín hiệu 2.2.3 Khối điều khiển tốc độ quay động cơ: Điện áp cấp từ nguồn qua C1815 phân cực cho đủ để kích Transistor D718 hoạt động Sau kích cho D718 hoạt động chế độ tuyến tính động thay đổi tốc độ thay đổi dịng điện từ D718 thơng qua biến trở 100k 2.2.4 Encoder: Đếm số vòng quay động xuất tín hiệu đếm đưa vào đếm 4017 2.2.5 Khối chốt tín hiệu: Gồm cổng AND Mỗi cổng AND chốt tín hiệu đếm tín hiệu 4017 PHẦN SƠ ĐỒ MẠCH VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 3.1 Sơ đồ nguyên lý 5V 5V R 46 10 C O N 14 13 C LK U 1 9 C 10 4 10 11 C 10 4 10 11 C 10 4 10 11 C 10 104 10 11 R 1k J2 12V R 1k D 2 R 1k D 5V GND R 1k D R 1k D R 1k 9V D R 1k C 104 D R 1k D R 1k D C 22000u R 10 1k D 10 LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED D R 14 R 15 R 16 R 17 R 18 R 19 R 20 R 21 R 22 R 23 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k D 15 D 16 D 17 D 18 D 19 D 20 D 21 D 22 D 23 D 24 LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED R 31 R 32 R 33 R 34 R 35 R 36 R 37 R 38 R 39 R 40 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED D 29 D 30 D 31 D 32 D 33 D 34 D 35 D 36 D 37 D 38 R 49 R 50 R 51 R 52 R 53 R 54 R 55 R 56 R 57 R 58 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k SW D IP -1 / S M S W D IP -1 /S M SW SW SW D IP -1 / S M S W D IP -1 /S M SW SW 5V 5V 5V 5V 3 SW 2 SW _T_SP D T SW S W _T_S P D T SW S W _T_S P D T SW S W _T_S P D T R 11 4K7 R 12 4K7 R 13 4K7 R 24 4K7 5V n g u o n V D 1C 10 D 57 1N 4007 C 74 08 10 U 2A U 2C 7408 1000uF C 123 R 41 4K7 R 25 4K7 IN U 7805 O U T G N D 5V EN A Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q 104 C 456 U 2B 74 08 1000uF C 789 5V LE D D 56 1K R 26 R 28 33 R 27 1k LE D D 28 9V R 42 1K 9V Q C 1815 D 27 1N 00 R 43 10 K MG 1 R 44 10 K D 14 1N 00 LS R 45 10 K 2 R 47 10K 9V R ELAY D PD T - R ST 5V 5V 5V Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q + C O 40 17 C LK U EN A R S T C O 40 17 U C LK EN A R S T C O 40 17 U C LK EN A R S T C O 40 17 A 15 12 14 13 15 12 14 13 15 12 14 13 15 12 LED LED LED LED LED LED LED LED LED LED D 42 D 43 D 44 D 45 D 46 D 47 D 48 D 49 D 50 D 51 SW SW _T_SP D T 14 14 xung encoder R E SET S1 C 11 10 U R 61 8K 2 14 16 V C C G N D 16 VC C G N D 16 V C C G N D 16 V C C G N D Q D 718 9V S W _T_S P D T SW 10 Q D 718 3.2 Sơ đồ mạch in 3.3 Nguyên lý hoạt động mạch Ý nghĩa mạch kiểm soát động DC quay theo ý người sử dụng Tức là, ta cho động quay vòng tùy ý Sau quay số vòng mà ta ấn định cho động ban đầu ngừng quay tức khắc Đầu tiên, ta chọn vịng quay cho động cơng tắc Switch 10 Các Switch tượng trưng cho hàng đơn vị, chục, trăm nghìn Đơn vị tính xung Encoder ta giải thích ban đầu tức sau động quay vịng có xung từ Encoder cấp vào IC 4017 Ví dụ ta chọn số vòng quay mà động cần quay 20 vòng Lúc ta gạt Switch mức 1, Switch mức Sau đó, ta nhấn nút khởi động động động quay, Encoder bắt đầu đếm xung, đủ số vịng tín hiệu chọn ban đầu chốt cổng AND Tín hiệu chốt kích cho Rơle đóng lại làm động ngưng ngưng hoạt động Ngoài ra, để dễ dàng kiểm tra,ta điều chỉnh tốc độ quay động qua khuyếch đại điện áp