Báo cáo môn Kỹ thuật vi điều khiển: Điều khiển động cơ bước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ

------

BÁO CÁO TIỂU LUẬN KẾT THÚC MÔN
KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hiếu
Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Thái

TPHCM, THÁNG 12 NĂM 2015


BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN
GVHD :NGUYỄN THANH THÁI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
SVTH : NGUYỄN MINH HIẾU
MSSV : 131A020022

ĐỀ TÀI : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A
1. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC
PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology.
Thế hệ PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc
General Instruments.
PIC là từ viết tắt của “Programmable Intelligent Computer” là một sản phẩm của hãng
General Instrucment đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên là PIC1650. Tại thời điểm đó

PIC1650 được dùng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 but CP1650. Vì
vậy, người ta cũng gọi PIC với cái tên “Peripheral Interface Controller” – bộ điều
khiển giao tiếp ngoại vi.
CP1600 là một CPU mạnh nhưng lại yếu về các hoạt động xuất nhập vì vậy PIC 8-bit
được phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ cho hoạt động xuất nhập của CP1600.
PIC Rom để chứa mã, mặc dù khái niệm RISC chưa được sử dụng bấy giờ, nhưng PIC
thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh với một chu kỳ máy –
gồm 4 chu kỳ của bộ dao động.
Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại vi tích
hợp sẵn (như USART, PWM, ADC…), với bộ nhớ chương trình từ 512 word đến 32k
word.

2


BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN
GVHD :NGUYỄN THANH THÁI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
SVTH : NGUYỄN MINH HIẾU
MSSV : 131A020022

2. VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A
Pic 16F877A là một loại vi điều khiển 8bit của hãng Microchip, có kiển trúc
Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC (Reduced Instruction Set Computer) với chỉ 35
lệnh.

Hình ảnh bên ngồi của VĐK PIC 16F877A
PIC 16F877A có 40 chân, với 5 cổng xuất/ nhập (Port A, B, C, D, E).
Có 3 bộ định thời là Timer0, Timer 1, Timer2.
Có 8K bộ nhớ chương trình.

3


BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN
GVHD :NGUYỄN THANH THÁI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
SVTH : NGUYỄN MINH HIẾU
MSSV : 131A020022

Sơ đồ chân của VĐK PIC 16f877A

4


BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN
GVHD :NGUYỄN THANH THÁI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
SVTH : NGUYỄN MINH HIẾU
MSSV : 131A020022

Sơ đồ khối chức năng của PIC 16F877A

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BƯỚC
1. KHÁI NIỆM
Động cơ bước là một thiết bị cơ-điện dùng để biến đổi xung điện một chiều thành
chuyển động quay cơ học rời rạc. Góc quay và tốc độ quay tương ứng với số xung và
tần số xung điện cấp cho động cơ. Mỗi vòng quay của trục động cơ được thiết lập bởi
một số lượng hữu hạn các góc bước, là góc quay của rotor mỗi khi cuộn dây stato bị
đảo cực tính.

Có nhiều loại động cơ bước với các độ phân giải góc bước (step angle) khác nhau.
Những động cơ “thơ” thường có góc bước là 90 , 30 ,15 , hoặc 7.5. Những động cơ
“mịn” thường có góc bước là 1.8hoặc 0.72 .
Động cơ bước thường được sử dụng trong điều khiển vịng hở bởi những ưu điểm :
-

Góc quay tương ứng với số xung tín hiệu điều khiển.
5


BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN
GVHD :NGUYỄN THANH THÁI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
SVTH : NGUYỄN MINH HIẾU
MSSV : 131A020022

-

Vị trí góc quay chính xác.
Dễ dàng điều khiển khởi động, dừng, đảo chiều quay.
Chi phí thấp.
Đa dạng góc quay.

Ngồi ra , động cơ bước có một số nhược điểm như sau :
- Cộng hưởng sẽ xảy ra nếu điều khiển không đúng cách.
- Tốc độ quay không cao.
2. PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
2.1. PHÂN LOẠI
Theo cấu tạo, động cơ bước có 3 loại :
- Động cơ có từ trở biến thiên.

- Động cơ nam châm vĩnh cửu.
- Động cơ bước hỗn hợp.
Theo số dây :
- Loại 1 : 4 dây, 6 dây, 8 dây và loại 2 là 5 dây hoặc 10 dây.
2.2. CẤU TẠO
2.2.1. CẤU TẠO CHUNG
Bên trong động cơ bước có 4 cuộn dây stator được sắp xếp theo cặp đối xứng qua tâm.
Rotor là nam châm vĩnh cửu có nhiều răng.

Bên trong động cơ bước
2.2.2. ĐỘNG CƠ NAM CHÂM VĨNH CỬU
Cấu trúc : các cuộn dây quấn trên rotor, stato là các nam châm vĩnh cửu.
Phân loại : gồm có hai loại là động cơ đơn cực và động cơ lưỡng cực.
6


BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN
GVHD :NGUYỄN THANH THÁI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
SVTH : NGUYỄN MINH HIẾU
MSSV : 131A020022

Động cơ đơn cực là động cơ có chiều dịng điện qua mỗi cuộn dây khơng đổi. ngược
lại, động cơ lưỡng cực là động cơ có chiều dịng điện qua mỗi cuộn dây thay đổi theo
chu kỳ điều khiển.
2.2.3. ĐỘNG CƠ CÓ TỪ TRỞ BIẾN THIÊN
Là động cơ có rotor làm bằng sắt nhẹ, số cực của rotor ít hơn số cực của stator, mỗi
cuộn dây được quấn trên hai cực của stator đối diện nhau. Loại này được gọi là động
cơ phản kháng. Động cơ phản kháng có góc quay giới hạn từ 1.8 đến 30 trong chế độ
điều khiển đủ bước, moment hãm từ 1 đến 30Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 1KHz

và tần số làm việc lớn nhất trong điều kiện không tải là 20KHz.
2.2.4. ĐỘNG CƠ BƯỚC HỖN HỢP
Là loại động cơ cảm ứng có góc quay thay đổi trong khoảng 0.36 đến 15 trong chế độ
moment đủ. Moment hãm từ 3 đến 1000Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 40KHz.
Động cơ bước được sử dụng rất phổ biến vì nó kết hợp được ưu điểm của cả hai loại
động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ từ biến trở.
2.3. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
Khi cấp xung theo thứ tự cho động cơ :

Một xung điện sẽ tương ứng với một bước của rotor
Có hai phương pháp điều khiển phổ biến :
- Điều khiển đủ bước(full step).
- Điều khiển nửa bước(half step).
Điều khiển đủ bước : mỗi lần cấp xung điện cho các cuộn dây, động cơ sẽ quay đủ một
bước (góc bước do nhà sản xuất động cơ bước quy định).
Thứ tự cấp xung như sau : (chế độ quay thuận.)

7


BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN
GVHD :NGUYỄN THANH THÁI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
SVTH : NGUYỄN MINH HIẾU
MSSV : 131A020022

PHASE
A

B

C

D

1

1

0

0

0

2

0

1

0

0

3

0

0

1

0

4

0

0

0

1

Điều khiển nửa bước : Cũng tương tự như điều khiển đủ bước, khi cấp xung điện cho
các cuộn dây động cơ sẽ quay nửa bước (bằng một nửa của đủ bước).
PHASE
A

B

C

D

1

1

0

0

0

2

1

1

0

0

3

0

1

0

0

4

0

1

1

0

5

0

0

1

0

6

0

0

1

1

7

0

0

0

1

8

1

0

0

1

Khi cấp xung theo thứ tự trên thì động cơ bước sẽ quay thuận.

8


BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN
GVHD :NGUYỄN THANH THÁI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
SVTH : NGUYỄN MINH HIẾU
MSSV : 131A020022

CHƯƠNG 3 : MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ SẢN PHẨM
1. SƠ ĐỒ KHỐI
- Mạch sử dụng 1 vi điều khiển PIC 16F877A : điều khiển xử lý trạng thái quay của

động cơ bước và gửi giá trị để xuất LCD.

LCD
BUTTON

VĐK
ULN2003

16F87
7A
-

Động cơ bước

LCD : hiển thị trạng thái động cơ bước.
ULN2003 : mạch đệm công suất dùng để điều khiển động cơ bước.
Động cơ bước : hoạt động theo lệnh của vi điều khiển.
Button : nhập giá trị để điều khiển động cơ bước.
Mạch sử dụng 6 button.
- Button 1 : dùng để reset vi điều khiển.
- Button 2 : đếm số vòng muốn động cơ quay.
- Buttton 3 : điều khiển động cơ quay thuận với số vòng chọn bằng button 2.
- Button 4 : điều khiển động cơ quay nghịch với số vòng chọn bằng button 2.
- Button 5 : điều khiển động cơ quay thuận một góc 30.
- Button 6 : điều khiển động cơ quay nghịch một góc 30.

9


BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN

GVHD :NGUYỄN THANH THÁI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
SVTH : NGUYỄN MINH HIẾU
MSSV : 131A020022

2.MẠCH NGUYÊN LÝ

Mạch nguyên lý điều khiển động cơ bước.

Mạch in điều khiển động cơ bước

10


BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN
GVHD :NGUYỄN THANH THÁI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN
SVTH : NGUYỄN MINH HIẾU
MSSV : 131A020022

3. SẢN PHẨM

Khi mạch hoạt động

Khi kết nối mạch và động cơ bước.
Mạch sử dụng chế độ quay nửa bước.
Sử dụng động cơ bước PM42S-048 – NMB-MAT với góc bước là : 7.5.

Tài liệu tham khảo :
- Giáo trình vi xử lý 2 – Nguyễn Đình Phú

- Mcu.banlinhkien.vn
- Diễn đàn dientuvietnam.net.
Hết.
11