6.2.1.1 Khối mạch tạo xung
a.NE555
Như chúng ta đã biết,động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự với một tần số nhất định. Chính vì vậy, ta cần phải tạo xung để điều khiển động cơ bước. Ở đây sử dụng NE555 để tạo xung.
Các giá trị đặc trưng của NE555:
NE555 có thể tạo ra xung với tần số cực đại lên tới hơn 500kHZ. Điện áp nguồn từ 4.5 – 18V.
Điện áp đầu ra mức cao từ 2,75 – 3,3V với điều kiện: VCC = +5V, I0(Source) = 100mA..
Chức năng:
Mạch tạo xung sử dụng NE555 như hình vẽ có thể tạo ra xung vuông với các giá trị: C R t C R R t B off B A on . . 69 , 0 ). .( 69 , 0 = + =
Điện áp ở ngõ ra chân 3 có dạng hình vuông với chu kỳ là:
C R R
Tần số của tín hiệu xung vuông này là: C R R T f B A 2. ). .( 69 , 0 1 1 + = =
b.Rơle điều khiển đóng ngắt cấp xung
Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.
Lựa chon rơle cho đề tài
Lựa chọn loại rơle tín hiệu 24V kích thước nhỏ JZC – 23F (4123) với mã hiệu: SHR – 24VDC -2008.
Đặc tính của rơle JZC – 23F
Điện áp cuộn dây: DC24V
Công suất toả nhiệt của cuộn dây: DC ≤0.36W Điện trở tiếp điểm: ≤50mΩ
Dòng và áp của tiếp điểm: NC: 5A 28VDC – 7A 240VAC NO: 10A 28VDC – 10A 125VA
c. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung
Hình 6.2 : Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung
Xung nhịp được tạo ra từ khối NE555 được đưa vào chân 2 rơle điều khiển động cơ quay thuận hoặc nghịch.Cuộn hút của rơle được điều khiển bởi bộ điều khiển PLC. Các biến trở vi chỉnh trong các mạch tạo xung có tác dụng thay đổi tần số ra f và chu kỳ xung vuông T ở chân 3 của NE555. Từ đó thay đổi tốc độ của động cơ bước.
6.2.1.2 Khối mạch điều khiển động cơ bước
a.IC đếm 74LS192
Hình 6.5 :Sơ đồ chân của 74LS192
Trong đó:A, B, C, D : là 4 đầu vào dữ liệu. QA, QB, QC, QD: là 4 đầu ra.
Count up, count down : là 2 chân đếm tiến và đếm lùi (tích cực là sườn dương của xung nhịp).
Load : chân đặt trước (tác động ở mức thấp). Clear : Chân xoá.
Nguyên tắc hoạt động :
74LS192 là một IC đếm thập phân đồng bộ tiến lùi 4bit. Nguyên lý hoạt động của 74LS192 được thể hiện ở chuỗi đếm minh hoạ hình :
Hình 6.6: Chuỗi đếm minh họa của 74LS192
Nhìn vào hình vẽ chuỗi đếm trên ta thấy:
Khi Clear ở mức “1” thì các đầu ra QA – QD không tác động (có mức “0”).
Khi Load ở mức “0” thì các đầu ra được thiết lập trạng thái trùng với trạng thái đầu vào. Ở đây: trạng thái DCBA = 0111 và các đầu ra tương ứng QDQCQBQA = 0111 (7).
Khi đầu Count up được cấp xung thì bộ đếm sẽ thực hiện đếm tiến. Khi Count down được cấp xung thì bộ đếm thực hiện đếm lùi. Mỗi một xung nhịp sẽ làm cho trạng thái ở đầu ra tăng lên (hoặc giảm đi) 1 đơn vị.
Đầu ra carry và borrow có giá trị đối với cả hai chức năng đếm tiến và đếm lùi. Đầu ra carry sản xuất ra một xung có độ rộng tương đương tới đầu vào đếm lùi khi bộ đếm tràn dưới. Tương tự đầu ra borrow sản xuất ra một xung có độ rộng tương đương tới đầu vào đếm tiến khi bộ đếm tràn trên.
b. IC giải mã 74LS138
74LS138 là IC MSI giải mã 3 đường sang 8 đường hay tách kênh 1 đường sang 8 đường, ngõ ra tác động mức thấp. Nó thường được dùng và có hoạt động logic tiêu biểu, nó còn được dùng như mạch giải mã địa chỉ trong các mạch điều khiển và trong máy tính.
Sơ đồ chân và kí hiệu logic như hình vẽ:
Hình 6.7: Sơ đồ chân và kí hiệu logic của 74LS138
Trong đó:
A0, A1, A2 là 3 đường địa chỉ ngõ vào.
E1, E2 là các ngõ vào cho phép (tác động mức thấp). O0 đến O7 là 8 ngõ ra (tác động ở mức thấp)
Hình 6.8:Cấu trúc bên trong 74LS138
Nguyên lý hoạt động:
Hoạt động giải mã như sau: Đưa dữ liệu nhị phân 3 bit vào ở A2, A1, A0 (LSB), lấy dữ liệu ra ở các ngõ O0 đến O7; ngõ cho phép E1 và E2 đặt ở mức thấp, ngõ cho phép E3 đặt ở mức cao. Chẳng hạn A2A1A0 là 001 thì ngõ O1 xuống thấp còn các ngõ khác đều ở cao.
Từ phân tích trên ta có bảng chân lý:
c. IC 74HC14
IC 74HC14 là một trigơ Schmitt với 6 bộ đảo. Chúng có khả năng biến đổi những tín hiệu đầu vào thay đổi một cách chậm chạp, tín hiệu đầu ra không biến động.
Hình 6.9 Sơ đồ chân và kí hiệu logic của 74HC14
Sơ đồ logic của một trigơ schmitt và dạng sóng:
Hình 6.10: Sơ đồ logic và dạng sóng của 74HC14
d. IC Tip122
Tip 122 là transistor loại NPN mắc Darlington. Nó có tác dụng khuếch đại dòng điện (với hệ số khuếch đại dòng DC > 1000 lần), và tăng trở kháng vào của mạch.
Sơ đồ chân và mạch tương đương:
Hình 6.11: Sơ đồ chân và sơ đồ tương đương của Tip 122
Các mức cực đại (Ta = 250C):
Tham số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Điện áp Collector – Base VCBO 100 V
Điện áp Collector - Emitter VCEO 100 V
Điện áp Emitter – Base VEBO 5 V
Dòng điện Collector IC 5 A
Dòng điện Base IB 0,12 A
Công suất tiêu thụ Collector (TC = 250C) PC 65 W Giới hạn nhiệt độ bảo quản Tstg -55 đến 150 0C
6.2.1.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
Hình 6.12 : Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
Nguyên lý hoạt động của mạch
Xung nhịp từ khối mạch tạo xung dùng NE555 được đưa tới chân Up (chân 5) và chân Down (chân 4) của IC 74LS192. Các xung này được lọc nhiễu bởi 2 tụ 104 (C4 và C5).
Vì động cơ bước lựa chọn trong đề tài là loại động cơ bốn pha. Vì vậy, ta chỉ sử dụng 2 bit thấp của IC đếm 74LS192. Các chân đầu vào C, D được nối Mass, các chân đầu vào A, B được nối với nguồn +5V. Sử dụng 2 đầu ra QA, QB để tạo thành 4 trạng thái như sau: 00, 01, 10, 11. Đầu ra QC được đưa vào chân xoá (Clear) để dập các trạng
thái mà QC = 1. Đầu ra QD được đưa vào chân Load để dập các trạng thái mà QD = 1. Do đầu ra QD luôn có mức là 0, nên khi qua cổng Not, đầu vào chân Load luôn là 1. Vì vậy mà trạng thái đầu ra lúc đầu không phải là 0011 mà là 0000.
Trạng thái D C B A 1 0 0 0 0 2 0 0 0 1 3 0 0 1 0 4 0 0 1 1 5→1 0 0 1 0↵ 0 0 0 0
2 đầu ra QA, QB được đưa vào 2 ngõ vào địa chỉ của IC giải mã 3 – 8 (74LS138) trở thành IC giải mã 2 – 4. Bốn ngõ ra bít thấp (tác động mức thấp) có trạng thái như sau:
Trạng thái đếm Đầu vào địa chỉ Đầu ra A B Y0 Y1 Y2 Y3 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1
4 đầu ra bit thấp này được đưa qua các cổng đảo (được tích hợp trong IC 74HC14) để đảo mức. Vì vậy, tại mỗi thời điểm của xung cấp, chỉ có một đầu ra có mức là “1”. Tức là các đầu ra 2, 4, 6, 8 của IC 74HC14 lần lượt có mức là “1” sau mỗi lần xung nhịp. Các đầu ra 2, 4, 6, 8 của IC 74HC14 lần lượt được đưa vào các chân Base của các Tip 122. Để thiết lập 2 trạng thái dẫn hay không dẫn của transistor Tip 122. Ví dụ: khi chân Baze của Tip 122 (Q1)ở mức “1” thì Q1 sẽ dẫn làm cho đầu dây
nối vào chân 3 của JP4 có thế là Mass. Như vậy, pha 13 sẽ được cấp điện. Và quá trình diễn ra tương tự khi các Tip khác được dẫn.
Vậy tại một trạng thái của xung, chỉ có duy nhất một pha của động cơ được cấp điện.