tổ chức hệ thống điều khiển động cơ bước, có phối ghép bàn phím và lcd. các chế độ chạy, dừng, đảo chiều quay, thay đổi tốc độ được điều khiển và hiển thị qua bàn phím và lcd

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
KHOA KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN

ĐỒ ÁN XỬ LÝ TIN
Đề tài:

Tổ chức hệ thống điều khiển động cơ bước, có phối ghép bàn phím và
LCD. Các chế độ chạy, dừng, đảo chiều quay, thay đổi tốc độ được điều khiển
và hiển thị qua bàn phím và LCD.
Giáo viên hướng dẫn:Trịnh Mạnh Tuyên
Nguyễn Văn Xuân
Vũ Đức Trường
Sinh viên thực hiện: Tô Thị Hà
Nguyễn Duy Nhất
Đặng Thị Tuyết Nhung
Vũ Văn Sự
Nguyễn Huy Thoan
Nguyễn Văn Xuân
Hà Nội,02/10/2010
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự phát triển của đất nước, Tự động hoá đóng vai trò rất quan trọng
trong sự phát triển đó.Có rất nhiều phương án có thể chọn lựa để thiết kế hệ thống
tự động, Ngày nay, song song với các loại PLC-Programmable Logic Controller,
được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực thiết kế hệ thống, thì vi điều khiển
cũng được sử dụng rất phổ biến, đặc biết là trong những ứng dụng có quy mô vừa
và nhỏ bởi sự cạnh tranh giá thành của nó.
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài đưa ra, chúng em đã lựa chọn vi điều
khiển ATMEL 89S52 để thực hiện yêu cầu đề tài. Ngôn ngữ lập trình được sử
dụng là ngôn ngữ lập trình C, thuận tiện cho người viết, ứng dụng môn học vào
thực tế.

Do thời gian có hạn và kinh nghiệm làm thực tế còn ít nên trong quá trình
làm đồ án môn không thể không có sai sót, kính mong các thầy cô trong khoa
điều khiển tự động giúp đỡ và sửa chữa giúp chúng em.!
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
MỤC LỤC
Nhóm 3
2
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
I. CÁC BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051
1.1.Bộ vi điều khiển so với bộ vi xử lý dùng chung
Sự khác nhau giữa một bộ vi điều khiển và một bộ vi xử lý là gì? Bộ vi xử
lý ở đây là các bộ vi xử lý công dung chung như họ Intel xxx86 (8086, 80286,
80386, 80486 và Pentium) hoặc họ Motorola 680x0(68000, 68010, 68020,
68030, 68040 v.v ). Những bộ VXL này không có RAM, ROM và không có
các cổng vào ra trên chíp. Với lý do đó mà chúng được gọi chung là các bộ vi xử
lý công dụng chung.
Hình 1: Hệ thống vi xử lý được so sánh với hệ thống vi điều khiển.
a) Hệ thống vi xử lý công dụng chung
b) Hệ thống vi điều khiển
Nhóm 3
3
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
Bộ Vi xử lý có khả năng vượt bậc so với các hệ thống khác về khả năng tính
toán, xử lý, và thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng, đặc biệt
hiệu quả đối với các bài toán và hệ thống lớn.Tuy nhiên đối với các ứng dụng nhỏ,
tầm tính toán không đòi hỏi khả năng tính toán lớn thì việc ứng dụng vi xử lý cần cân
nhắc. Bởi vì hệ thống dù lớn hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý thì cũng đòi hỏi các khối
mạch điện giao tiếp phức tạp như nhau. Các khối này bao gồm bộ nhớ để chứa dữ
liệu và chương trình thực hiện, các mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập và điều
khiển trở lại, các khối này cùng liên kết với vi xử lý thì mới thực hiện được công

việc. Để kết nối các khối này đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh tường về các
thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi. Hệ thống được tạo ra khá phức tạp,
chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp và vấn đề chính là trình độ người thiết kế.
Kết quả là giá thành sản phẩm cuối cùng rất cao, không phù hợp để áp dụng cho các
hệ thống nhỏ.

Vì một số nhược điểm trên nên các nhà chế tạo tích hợp một ít bộ nhớ và một
số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất được gọi là
Microcontroller-Vi điều khiển. Vi điều khiển có khả năng tương tự như khả năng của
vi xử lý, nhưng cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơn giản hơn nhiều. Vi
điều khiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với người dùng, họ không cần nắm vững
một khối lượng kiến thức quá lớn như người dùng vi xử lý, kết cấu mạch điện dành
cho người dùng cũng trở nên đơn giản hơn nhiều và có khả năng giao tiếp trực tiếp
với các thiết bị bên ngoài. Vi điều khiển tuy được xây dựng với phần cứng dành cho
người sử dụng đơn giản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này là khả năng xử lý bị giới
hạn (tốc độ xử lý chậm hơn và khả năng tính toán ít hơn, dung lượng chương trình bị
giới hạn). Thay vào đó, Vi điều khiển có giá thành rẻ hơn nhiều so với vi xử lý, việc
sử dụng đơn giản, do đó nó được ứng dụng rộng rãi vào nhiều ứng dụng có chức
năng đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp.
Vi điều khiển được ứng dụng trong các dây chuyền tự động loại nhỏ, các robot
có chức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô v.v
Năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller) 8748, một chip
tương tự như các bộ vi xử lý và là chip đầu tiên trong họ MCS-48. Độ phức tạp, kích
thước và khả năng của Vi điều khiển tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980
khi intel tung ra chip 8051, bộ Vi điều khiển đầu tiên của họ MCS-51 và là chuẩn
công nghệ cho nhiều họ Vi điều khiển được sản xuất sau này. Sau đó rất nhiều họ Vi
điều khiển của nhiều nhà chế tạo khác nhau lần lượt được đưa ra thị trường với tính
năng được cải tiến ngày càng mạnh.
Điều thú vị là một số nhà sản xuất các bộ vi điều khiển đã đi xa hơn là tích
hợp cả một bộ chuyển đổi ADC và các ngoại vi khác vào trong bộ vi điều khiển.

Nhóm 3
4
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
1.2.Tổng quan về họ 8051(89s52).
Trong mục này chúng ta xem xét một số thành viên khác nhau của họ bộ vi
điều khiển 8051 và các đặc điểm bên trong của chúng. Đồng thời ta đi sâu nghiên
cứu AT89S52- là vi điều khiển được dùng trong đề tài.
Vào năm 1981. Hãng Intel giới thiệu một số bộ vi điều khiển được gọi là
8051. Bộ vi điều khiển này có 128 byte RAM, 4K byte ROM trên chíp, hai bộ
định thời, một cổng nối tiếp và 4 cổng (đều rộng 8 bit) vào ra tất cả được đặt trên
một chíp. Lúc ấy nó được coi là một “hệ thống trên chíp”. 8051 là một bộ xử lý 8
bit có nghĩa là CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit dữ liệu tại một thời điểm. Dữ
liệu lớn hơn 8 bit được chia ra thành các dữ liệu 8 bit để cho xử lý. 8051 có tất cả
4 cổng vào - ra I/O mỗi cổng rộng 8 bit (xem hình 1.2). Mặc dù 8051 có thể có
một ROM trên chíp cực đại là 64 K byte, nhưng các nhà sản xuất lúc đó đã cho
xuất xưởng chỉ với 4K byte ROM trên chíp. Điều này sẽ được bàn chi tiết hơn sau
này. 8051 đã trở nên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản
xuất và bán bất kỳ dạng biến thế nào của 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải
để mã lại tương thích với 8051. Điều này dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của
8051 với các tốc độ khác nhau và dung lượng ROM trên chíp khác nhau được bán
bởi hơn nửa các nhà sản xuất. Điều này quan trọng là mặc dù có nhiều biến thể
khác nhau của 8051 về tốc độ và dung lơng nhớ ROM trên chíp, nhưng tất cả
chúng đều tương thích với 8051 ban đầu về các lệnh. Điều này có nghĩa là nếu ta
viết chương trình của mình cho một phiên bản nào đó thì nó cũng sẽ chạy với
mọi phiên bản bất kỳ khác mà không phân biệt nó từ hãng sản xuất nào.
Bảng đặc tính của 8051 đầu tiên
Đặc tính Số lượng
ROM trên chíp
RAM
Bộ định thời

Các chân vào ra
Cổng nối tiếp
Nguồn ngắt
4K byte
128byte
2
32
1
6
Hãng Atmel có các chip Vi điều khiển có tính năng tương tự như chip Vi
điều khiển MCS-51 của Intel, các mã số chip được thay đổi chút ít khi được Atmel
sản xuất. Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel khi sản xuất ở
Atmel mã số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính năng chương trình
tương tự như nhau. Tương tự 8051,8053,8055 có mã số tương đương ở Atmel là
Nhóm 3
5
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
89C51,89C53,89C55. Vi điều khiển Atmel sau này ngày càng được cải tiến và được
bổ sung thêm nhiều chức năng tiện lợi hơn cho người dùng.
Bảng 1
Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp
89C51 128 byte 4 Kbyte song song
89C52 128 byte 8 Kbyte song song
89C53 128 byte 12 Kbyte song song
89C55 128 byte 20 Kbyte song song
Sau khoảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị trường
dòng Vi điều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt là có thêm khả
năng nạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và tiện lợi cho người sử
dụng.
Bảng 2

Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp
89S51 128 byte 4 Kbyte nối tiếp
89S52 128 byte 8 Kbyte nối tiếp
89S53 128 byte 12 Kbyte nối tiếp
89S55 128 byte 20 Kbyte nối tiếp
Tất cả các Vi điều khiển trên đều có đặc tính cơ bản giống nhau về phần mềm
(các tập lệnh lập trình như nhau), còn phần cứng được bổ sung với chip có mã số ở
hai số cuối cao hơn, các Vi điều khiển sau này có nhiều tính năng vượt trội hơn Vi
điều khiển thế hệ trước. Các Vi điều khiển 89Cxx như trong bảng 1 có cấu tạoROM
và RAM như 89Sxx trong bảng 2, tuy nhiên 89Sxx được bổ sung một số tính năng
và có thêm chế độ nạp nối tiếp.
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại sách hướng dẫn về Vi điều khiển
với nhiều loại khác nhau như 8051, 89C51, 89S8252, 89S52 v.v các sách này đều
hướng dẫn cụ thể về phần cứng cũng như cách thức lập trình. Chương trình phần
mềm dành cho các Vi điều khiển này là như nhau, vì vậy có thể tham khảo thêm về
Vi điều khiển ở các sách này.
Trên phần cứng thực tế, chúng em đã chọn Vi điều khiển 89S52 (Mã đầy
đủ:AT89S52; AT là viết tắt của nhà sản xuất ATMEL) vì :
Các Vi điều khiển 89Sxx được cải tiến từ dòng 89Cxx
Nhóm 3
6
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
Chương trình viết dành cho 89Cxx đều chạy được với 89Sxx
89Sxx rẻ hơn 89Cxx
89Sxx có chế độ nạp nối tiếp với mạch nạp đơn giản có khả năng nạp ngay
trên bo mạch mà không cần tháo chip vi điều khiển sang mạch khác để nạp
chương trình và nhiều tính năng cải tiến khác.
1.3. Sơ đồ chân của 89S52 và chức năng từng chân
Mặc dù các thành viên của họ MSC-51 có nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau,
chẳng hạn như hai hàng chân DIP (Dual In-Line Pakage) dạng vỏ dẹt vuông QFP

(Quad Flat Pakage) và dạng chíp không có chân đỡ LLC (Leadless Chip Carrier)
và đều có 40 chân cho các chức năng khác nhau như vào ra I/0, đọc , ghi , địa chỉ,
dữ liệu và ngắt. Tuy nhiên, vì hầu hết các nhà phát triển chính dụng chíp đóng vỏ
40 chân với hai hàng chân DIP, nên chúng ta cùng khảo sát Vi điều khiển với 40
chân dạng DIP.
Khi gia công trên mạch, thường
không hàn vi điều khiển trực tiếp
lên mạch, mà thay vào đó là một đế
cắm 40 chân để khi cần thiết có thể
thay đổi vi điều khiển khác lên trên
mạch dễ dàng hơn.

Một loại đế cắm 40 chân
Hình dạng
AT89S52 thực tế

Sơ đồ chân tương ứng

Hình 2
2.1. Chân VCC: Chân số 40 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển
Nguồn điện cấp là +5V±0.5.
2.2. Chân GND:Chân số 20 nối GND(hay nối Mass).
Khi thiết kế cần sử dụng một mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn
giản là sử dụng IC ổn áp 7805.
Nhóm 3
7
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
2.3. Port 0 (P0)
Port 0 gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức năng:
Chức năng xuất/nhập :các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên

ngoài vào để xử lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài, chẳng hạn xuất tín
hiệu để điều khiển led đơn sáng tắt.
Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân này (hoặc
Port 0) còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết nối
với bộ nhớ ngoài), đồng thời Port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ
ngoài.
2.4.Port 1 (P1)
Port P1 gồm 8 chân (từ chân 1 đến chân 8), chỉ có chức năng làm các đường
xuất/nhập, không có chức năng khác.
2.5.Port 2 (P2)
Port 2 gồm 8 chân (từ chân 21 đến chân 28) có hai chức năng:
Chức năng xuất/nhập
Chức năng là bus địa chỉ cao (A8-A15): khi kết nối với bộ nhớ ngoài có
dung lượng lớn,cần 2 byte để định địa chỉ của bộ nhớ, byte thấp do P0 đảm nhận,
byte cao do P2 này đảm nhận.
2.6.Port 3 (P3)
Port 3 gồm 8 chân (từ chân 10 đến 17):
Chức năng xuất/nhập
Với mỗi chân có một chức năng riêng thứ hai như trong bảng sau
Bit Tên Chức năng
P3.0 RxD Ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp
P3.1 TxD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp
P3.2 INT0 Ngõ vào ngắt cứng thứ 0
P3.3 INT1 Ngõ vào ngắt cứng thứ 1
P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter thứ 0
P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter thứ 1
P3.6 WR Ngõ điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài
P3.7 RD Ngõ điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ bên ngoài
P1.0 T2 Ngõ vào của Timer/Counter thứ 2
P1.1 T2X Ngõ Nạp lại/thu nhận của Timer/Counter thứ 2

Nhóm 3
8
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
2.7. Chân RESET (RST)
Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng để thiết lập trạng thái ban đầu
cho vi điều khiển. Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầu nếu ngõ này ở
mức 1 tối thiểu 2 chu kì máy.
2.8.Chân XTAL1 và XTAL2
Hai chân này có vị trí chân là 18 và 19 được sử dụng để nhận nguồn xung
clock từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép nối với thạch anh và các tụ để
tạo nguồn xung clock ổn định.
2.9. Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN
PSEN ( program store enable) tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy
xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Chân này thường được nối với chân OE (output
enable) của ROM ngoài.
Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra
tín hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong một chu kì máy
Khi thực thi một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mức logic
không tích cực (logic 1)
(Không cần kết nối chân này khi không sử dụng đến)
2.10. Chân ALE (chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30)
Khi Vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là
bus địa chỉ, vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và
địa chỉ. Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các
đường địa chỉ và các đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt.
Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi điều
khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho
các phần khác của hệ thống.
Ghi chú: khi không sử dụng có thể bỏ trống chân này
2.11. Chân EA

Chân EA dùng để xác định chương trình thực hiện được lấy từ ROM nội hay
ROM ngoại.
Khi EA nối với logic 1(+5V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ
bộ nhớ nội
Khi EA nối với logic 0(0V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ
bộ nhớ ngoại
1.4. Kết nối phần cứng
Nhóm 3
9
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
a/ Kết nối chân XTAL1 và XTAL2
Mạch dao động được đưa vào hai chân này thông thường được kết nối với
dao động thạch anh như sau:
Ghi chú: C1,C2= 30pF±10pF (thường được sử dụng
với C1,C2 là tụ 33pF) dùng ổn định dao động cho
thạch anh.
Thạch anh sử dụng là thạch anh 12M
Hình3

Thạch anh 12Mhz Tụ gốm 33p

b/ Mạch Reset
Nhóm 3
10
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
Việc kết nối chân RESET đảm bảo hệ
thống bắt đầu làm việc khi Vi điều
khiển được cấp điện, hoặc đang hoạt
động mà hệ thống bị lỗi cần tác động
cho Vi điều khiển hoạt động trở lại,

hoặc do người sử dụng muốn quay về
trạng thái hoạt động ban đầu. Vì vậy
chân RESET được kết nối như hình
bên.
Với Vi điều khiển sử dụng thạch
anh có tần số f
zat
= 12MHz sử dụng
C=10µF và R=10KΩ.
Hình 4
c/ Kết nối các Port
Các Port khi xuất tín hiệu ở mức logic 1 thường không đạt đến 5V mà dao động
trong khoảng từ 3.5V đến 4.9V và dòng xuất ra rất nhỏ dưới 5mA(P0,P2 dòng
xuất khoảng 1mA; P1,P3 dòng xuất ra khoảng 1mA đến 5mA) vì vậy dòng xuất
này không đủ để có thể làm led sáng
Tuy nhiên khi các Port xuất tín hiệu ở mức logic 0 dòng điện cho phép đi qua
lớn hơn rất nhiều:
Chân Vi điều khiển khi ở mức 0:
Dòng lớn nhất qua P0 : -25mA
Dòng lớn nhất qua P1,P2,P3 : -15mA
Để khắc phục, có thể sử dụng cổng đệm có tác dụng thay đổi cường độ dòng điện
xuất ra khi ngõ ra ở mức 1, cổng đệm xuất ra tín hiệu ở mức 1 với áp và dòng lớn
khi có tín hiệu mức 1 đặt ở ngõ vào, trở treo hoặc điều khiển bằng mức 0.
1.5. Mạch nạp và chương trình nạp
a/ Mạch nạp
Dưới đây là 1 mẫu mạch nạp qua cổng USB , hỗ trợ hầu hết các chip
MCS-15 của Atmel
Nhóm 3
11
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button

b/ Chương trình nạp Willar Programmer
Nhóm 3
12
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
1.6. Viết chương trình và biên dịch với Keil
Giao diện Keil
II. ĐỘNG CƠ BƯỚC
Nhóm 3
13
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
2.1 .Giới thiệu về động cơ bước
Động cơ bước được chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (cũng có
loại động cơ hỗn hợp nữa, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châm
vĩnh cửu). Nếu mất đi nhãn trên động cơ, các bạn vẫn có thể phân biệt hai loại
động cơ này bằng cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng. Động cơ nam
châm vĩnh cửu dường như có các nấc khi bạn dung tay xoay nhẹ rotor của
chúng, trong khi động cơ biến từ trở thì dường như xoay tự do (mặc dù cảm
thấy chúng cũng có những nấc nhẹ bởi sự giảm từ tính trong rotor). Bạn cũng có
thể phân biệt hai loại động cơ này bằng ohm kế. Động cơ biến từ trở thường có 3
mấu, với một dây về chung, trong khi đó, động cơ nam châm vĩnh cửu thường có
hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trung tâm. Nút trungtâm
được dùng trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực. Động cơ bước phong phú
về góc quay. Các động cơ kém nhất quay 90 độ mỗi bước, trong khi đó các động
cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độ mỗi bước. Với
một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều
có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều khiển có thể điều khiển các
phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước. Đối với cả động cơ nam châm vĩnh
cửu hoặc động cơ biến từ trở, nếu chỉ một mấu của động cơ được kích, rotor (ở
không tải) sẽ nhảy đến một góc cố định và sau đó giữ nguyên ở góc đó cho đến khi
moment xoắn vượt qua giá trị moment xoắn giữ (hold torque) của động cơ.

Các loại động cơ bước gồm
• Động cơ biến từ trở
• Động cơ đơn cực
• Động cơ hai cực
• Động cơ nhiều pha
2.2. Động cơ biến từ trở
Nhóm 3
14
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
Hình 3
Nếu motor của bạn có 3 cuộn dây, được nối như trong biểu đồ hình 3, với
một đầu nối chung cho tất cả các cuộn, thì nó chắc hẳn là một động cơ biến từ
trở. Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường được nối vào cực dương của nguồn
và các cuộn được kích theo thứ tự liên tục. Dấu thập trong hình 3 là rotor của động
cơ biến từ trở quay 30 độ mỗi bước. Rotor trong động cơ này có 4 răng và stator
có 6 cực, mỗi cuộn quấn quanh hai cực đối diện. Khi cuộn 1 được kích điện, răng
X của rotor bị hút vào cực 1. Nếu dòng qua cuộn 1 bị ngắt và đóng dòng qua
cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độ theo chiều kim đồng hồ và răng Y sẽ hút vào cực 2.
Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta chỉ cần cấp điện liên tục luân
phiên cho 3 cuộn. Theo logic đặt ra, trong bảng dưới đây 1 có nghĩa là có dòng
điện đi qua các cuộn, và chuỗi điều khiển sau sẽ quay động cơ theo chiều kim
đồng hồ 24 bước hoặc 2 vòng:
Cuộn 1 1001001001001001001001001
Nhóm 3
15
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
Cuộn 2 0100100100100100100100100
Cuộn 3 0010010010010010010010010
thời gian >>
Phần Điều khiển mức trung bình cung cấp chi tiết về phương pháp tạo ra

các dãy tín hiệu điều khiển như vậy, và phần Các mạch điều khiển bàn về việc
đóng ngắt dòng điện qua các cuộn để điều khiển động cơ từ các chuỗi như thế.
Hình dạng động cơ được mô tả trong hình 1.1, quay 30 độ mỗi bước, dùng số
răng rotor và số cực stator tối thiểu. Sử dụng nhiều cực và nhiều răng hơn cho
phép động cơ quay với góc nhỏ hơn. Tạo mặt răng trên bề mặt các cực và các
răng trên rotor một cách phù hợp cho phép các bước nhỏ đến vài độ.
2.3. Động cơ đơn cực
Hình 4
Động cơ bước đơn cực, cả nam châm
vĩnh cửu và động cơ hỗn hợp, với 5, 6
hoặc 8 dây ra thường được quấn như sơ
đồ hình 4, với một đầu nối trung tâm
trên các cuộn. Khi dùng, các đầu nối trung tâm thường được nối
vào cực dương nguồn cấp, và hai đầu còn lại của mỗi mấu lần lượt nối đất để
đảo chiều từ trường tạo bởi cuộn đó.
Sự khác nhau giữa hai loại động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực và động
cơ hỗn hợp đơn cực không thể nói rõ trong nội dung tóm tắt của tài liệu này. Từ
đây, khi khảo sát động cơ đơn cực, chúng ta chỉ khảo sát động cơ nam châm vĩnh
cửu, việc điều khiển động cơ hỗn hợp đơn cực hoàn toàn tương tự.
Mấu 1 nằm ở cực trên và dưới của stator, còn mấu 2 nằm ở hai cực bên
phải và bên trái động cơ. Rotor là một nam châm vĩnh cửu với 6 cực, 3 Nam và 3
Bắc, xếp xen kẽ trên vòng tròn.
Để xử lý góc bước ở mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối
xứng hơn.Động cơ 30 độ mỗi bước trong hình là một trong những thiết kế động
Nhóm 3
16
Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
cơ nam châm vĩnh cửu thông dụng nhất, mặc dù động cơ có bước 15 độ và 7.5
độ là khá lớn. Người ta cũng đã tạo ra được động cơ nam châm vĩnh cửu với mỗi
bước là 1.8 độ và với động cơ hỗn hợp mỗi bước nhỏ nhất có thể đạt được là 3.6

độ đến 1.8 độ, còn tốt hơn nữa, có thể đạt đến 0.72 độ.
Như trong hình, dòng điện đi qua từ đầu trung tâm của mấu 1 đến đầu a
tạo ra cực Bắc trong stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực Nam. Nếu
điện ở mấu 1 bị ngắt và kích mấu 2, rotor sẽ quay 30 độ, hay 1 bước. Để quay
động cơ một cách liên tục, chúng ta chỉ cần áp điện vào hai mấu của đông cơ
theo dãy.
Mấu 1a 1000100010001000100010001 Mấu 1a 1100110011001100110011001
Mấu 1b 0010001000100010001000100 Mấu 1b 0011001100110011001100110
Mấu 2a 0100010001000100010001000 Mấu 2a 0110011001100110011001100
Mấu 2b 0001000100010001000100010 Mấu 2b 1001100110011001100110011
thời gian >> thời gian >>
Nhớ rằng hai nửa của một mấu không bao giờ được kích cùng một lúc. Cả hai
dãy nêu trên sẽ quay một động cơ nam châm vĩnh cửu một bước ở mỗi thời
điểm. Dãy bên trái chỉ cấp điện cho một mấu tại một thời điểm, như mô tả trong
hình trên; vì vậy, nó dùng ít năng lượng hơn. Dãy bên phải đòi hỏi cấp điện cho
cả hai mấu một lúc và nói chung sẽ tạo ra một moment xoắy lớn hơn dãy bên
trái 1.4 lần trong khi phải cấp điện gấp 2 lần.
Vị trí bước được tạo ra bởi hai chuỗi trên không giống nhau; kết quả, kết hợp 2
chuỗi trên cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cơ một cách lần
lượt tại những vị trí đã nêu ở một trong hai dãy trên. Chuỗi kết hợp như sau:
Mấu 1a 11000001110000011100000111
Mấu 1b 00011100000111000001110000
Mấu 2a 01110000011100000111000001
Mấu 2b 00000111000001110000011100
Thời gian >>
2.4 .Động cơ lưỡng cực(Động cơ dùng trong đề tài)
Động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp hai cực có cấu trúc cơ khí giống y
như động cơ đơn cực,nhưng hai mấu của động cơ được nối đơn giản hơn,
Nhóm 3
17

Đồ án xử lý tin Step motor-LCD-Button
không có đầu trung tâm. Vì vậy, bản thân động cơ thì đơn giản hơn, nhưng
mạch điều khiển để đảo cực mỗi cặp cực trong động cơ thì phức tạp hơn.
Mạch điều khiển cho động
cơ đòi hỏi một mạch điều
khiển cầu H cho mỗi mấu;
điều này sẽ được bàn chi
tiết trong phần Các mạch
điều khiển. Tóm lại, một
cầu H cho phép cực của
nguồn áp đến mỗi đầu của
mấu được điều khiển một
cách độc lập. Các dãy điều khiển cho mỗi bước đơn của loại động cơ này được
nêu bên dưới, dùng + và ‐ để đại diện cho các cực của nguồn áp được áp vào
mỗi đầu của động cơ:
Đầu 1a + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐
‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐
Đầu 1b ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + +
‐ ‐ + +
Đầu 2a ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐
‐ + + ‐
Đầu 2b ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐ ‐ + ‐ ‐
‐ + ‐ ‐ ‐ +
thời gian ‐‐>
+ ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ + + ‐ ‐ +
Chú ý rằng những dãy này giống như trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn
cực, ở mức độ lý thuyết, và rằng ở mức độ mạch đóng ngắt cầu H, hệ thống điều khiển
cho hai loại động cơ này là giống nhau.
Chú ý khác là có rất nhiều chip điều khiển cầu H có một đầu vào điều khiển đầu
ra và một đầu khác để điều khiển hướng. Có loại chip cầu H kể trên, dãy điều khiển

dưới đây sẽ quay động cơ giống như dãy điều khiển nêu phía trên:
Nhóm 3
18
Enable 1 1010101010101010 1111111111111111
Hướng 1 1x0x1x0x1x0x1x0x 1100110011001100
Enable 2 0101010101010101 1111111111111111
Hướng 2 x1x0x1x0x1x0x1x0 0110011001100110
thời gian ‐‐>
Để phân biệt một động cơ nam châm vĩnh cửu hai cực với những động cơ 4 dây
biến từ trở, đo điện trở giữa các cặp dây. Chú ý là một vài động cơ nam châm
vĩnh cửu có 4 mấu độc lập, được xếp thành 2 bộ. Trong mỗi bộ, nếu hai mấu
được nối tiếp với nhau, thì đó là động cơ hai cực điện thế cao. Nếu chúng được
nối song song, thì đó là động cơ hai cực dùng điện thế thấp. Nếu chúng được nối
tiếp với một đầu trung tâm, thì dùng như với động cơ đơn cực điên thế thấp.
2.5. Động cơ nhiều pha

Một bộ phận các động không được phổ biến như những loại trên đó là động cơ nam
châm vĩnh cửu mà các cuộn được quấn nối tiếp thành một vòng kín như hình 1.4.
Thiết kế phổ biến nhất đối với loại này sử dụng dây nối 3 pha và 5 pha. Bộ điều khiển
cần ½ cầu H cho mỗi một đầu ra của động cơ, nhưng những động cơ này có thể cung
cấp moment xoắn lớn hơn so với các loại động cơ bước khác cùng kích thước. Một vài
động cơ 5 pha có thể xử lý cấp cao để có được bước 0.72 độ (500 bước mỗi vòng).
Với một động cơ 5 pha như trên sẽ quay mười bước mỗi vòng bước, như trình bày dưới
đây:
Ở đây, giống như trong trường hợp động cơ hai cực, mỗi đầu hoặc được nối vào
cực dương hoặc cực âm của hệ thống cấp điện động cơ. Chú ý rằng, tại mỗi bước,
chỉ có một đầu thay đổi cực. Sự thay đổi này làm ngắt điện ở một mấu nối vào
đầu đó (bởi vì cả hai đầu của mấu có cùng điện cực) và áp điện vào một mấu
đang trong trạng thái nghỉ trước đó. Hình dạng của động cơ được đề nghị như
hình 1.4, dãy điều khiển sẽ điều khiển động cơ quay 2 vòng.

Để phân biệt động cơ 5 pha với các loại động cơ có 5 dây dẫn chính, cần nhớ
rằng, nếu điện trở giữa 2 đầu liên tiếp của một động cơ 5 pha là R, thì điện trở
giữa hai đầu không liên tiếp sẽ là 1.5R.
Và cũng cần ghi nhận rằng một vài động cơ 5 pha có 5 mấu chia, với 10 đầu dây
dẫn chính. Những dây này có thể nối thành hình sao như hình minh hoạ trên, sử
dụng mạch điều khiển gồm 5 nửa cầu H, nói cách khác mỗi mấu có thể được
điều khiển bởi một vòng cầu H đầy đủ của nó. Để tránh việc tính toán lý thuyết
vớicác linh kiện điện tử, có thể dùng chip mạch cầu tích hợp đầy đủ để tính
toán gần đúng.
III. THIẾT KẾ MẠCH
3.1. Phối ghép LCD
Màn hình tinh thể lỏng (liquid crystal display, LCD) là loại thiết bị hiển
thị cấu tạo bởi các tế bào (các điểm ảnh) chứa tinh thể lỏng có khả năng thay đổi tính
phân cực của ánh sáng và do đó thay đổi cường độ ánh sáng truyền qua khi kết hợp với
các kính lọc phân cực. Chúng có ưu điểm là phẳng, cho hình ảnh sáng, chân thật và tiết
kiệm năng lượng
LCD alphanumeric: Chỉ dùng để hiển thị chữ cái và chữ số. Với loại này 1 ký tự
hiển thị trên một ma trận 5x7 hoặc 5x10, như vậy với loại LCD 16x2 (có hai hàng và
mỗi hàng có 16 ký tự) sẽ có 32 ma trận xếp trên hai hàng. Hiện nay có các loại LCD
thông alphanumeric thông dụng là: 14x2, 16x1, 20x2, 20x4.
Các chế độ làm việc của LCD:
• Chế độ 8bit, dùng cả 8 chân data (d0-d7) để truyền dữ liệu.
• Chế độ 4 bit, chỉ dùng 4 chân để truyền dữ liệu. Ở chế độ này, để truyền 8 bit dữ
liệu phải truyền 2 lần.
LCD ngày càng được sử dụng rộng rãi và đang dần thay thế cho các đèn LED (7
đoạn và nhiều đoạn). Nó có giá thành hạ, khả năng hiển thị số, kí tự và đồ họa tốt hơn
so với đèn LED, có chức năng làm tươi (refresh) LCD
Hình 4: LCD 16x2
-Mô tả chân của LCD
LCD giới thiệu ở đây có 16 chân. Chức năng của các chân được cho trong bảng 4

-V
CC
, V
SS
, và V
EE
V
CC
và V
SS
là chân nguồn +5V và chân đất, còn V
EE
được dùng để điều khiển độ tương
phản của của LCD.
RS (Register Select)- Chọn thanh ghi
Có hai thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD. Chân RS được dùng để chọn các thanh
ghi này. Nếu RS=0 thì thanh ghi mã lệnh được chọn, cho phép người dùng gửi một
lệnh chẳng hạn như xóa màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng, v.v.
Nếu RS=1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn và cho phép người dùng gửi dữ liệu cần
hiển thị lên LCD.
- R/W (Read/Write) – Chân đọc/ghi
Chân này được dùng để điều khiển việc đọc và ghi đối với LCD. R/W=0 thì được phép
đọc thông tin từ LCD, RW=1 thì được phép ghi thông tin lên LCD.
Chân Ký hiệu I/O Mô tả
1 VSS - Đất
2 VCC - Dương nguồn +5V
3 VEE - Nguồn điều khiển tương phản
4 RS I RS=0, chọn thanh ghi lệnh
RS=1, chọn thanh ghi dữ liệu
5 R/W I R/W=1 đọc dữ liệu.

R/W=0 ghi dữ liệu
6 E I/O Cho phép
7 D0 I/O Bus dữ liệu 8 bit
8 D1 I/O Bus dữ liệu 8 bit
9 D2 I/O Bus dữ liệu 8 bit
10 D3 I/O Bus dữ liệu 8 bit
11 D4 I/O Bus dữ liệu 8 bit
12 D5 I/O Bus dữ liệu 8 bit
13 D6 I/O Bus dữ liệu 8 bit
14 D7 I/O Bus dữ liệu 8 bit
15 VLED I/O Dương nguồn cho ánh sáng nền LCD
(Backlight)
16 VLSS I/O Đất cho Backlight
Bảng 3 : Mô tả chân của LCD
-E (Enable) - Chân cho phép:
Chân cho phép E được LCD sử dụng để chốt thông tin hiện có trên chân dữ liệu. Khi
dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao-xuống- thấp được đặt vào
chân E để LCD chốt dữ liệu.
- D0 - D7
Đây là 8 chân dữ liệu 8 bit, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung
của các thanh ghi trong LCD.
Để hiển thị chữ cái và các con số, mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến z và từ
0 đến 9 được gửi đến các chân này khi bật RS=1.
Cũng có các mã lệnh được gửi đến LCD để xóa màn hình hoặc đưa con trỏ hoặc nhấp
nháy con trỏ. Bảng 4.2 liệt kê các mã lệnh được dùng với LCD.
Hình 4-2 mô tả các việc đấu nối các đường tín hiệu cho LCD (tích hợp trên bo mạch
chính).
LCD
1
2

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
VSS
VDD
V0
RS
R/W
E
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
VLED
VLSS

GND
+5V +5V
VR-10K
P3.6
P3.5
P3.7
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
Mã (Hexa) Lệnh đến thanh ghi của LCD
1 Xóa màn hình hiển thị
2 Trở về đầu dòng
4 Dịch con trỏ sang trái
6 Dịch con trỏ sang phải
5 Dịch hiển thị sang phải
7 Dịch hiển thị sang trái
8 Tắt con trỏ, tắt hiển thị
A Tắt hiển thị, bật con trỏ
C Bật hiển thị, tắt con trỏ
E Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ
F Tắt hiển thị, nhấp nháy con trỏ
10 Dịch vị trí con trỏ sang trái
14 Dịch vị trí con trỏ sang phải
18 Dịch toàn bộ hiển thị sang trái
1C Dịch toàn bộ hiển thị sang phải

80 Đưa con trỏ về đầu dòng thứ nhất
C0 Đưa con trỏ về đầu dòng thứ hai
38 Hai dòng và ma trận 5x7
Hình 4:Bảng mã lệnh LCD
Hình 5: Chân
LCD
3.2. L293D- H bridge

Ngày nay, với những ứng dụng nhỏ, người ta thường hay sử dụng ULN
2003(2803) để kích dòng cho động cơ. Nhưng ULN 2003 có nhựơc điểm là chi sử
dụng được cho những động cơ có dòng nhỏ hơn 500mA. Với những động cơ loại lớn
hơn,ULN 2003 toả nhiệt rất nhiều, và không hoạt động trong thời gian dài đựơc. Với lý
do này, chúng em đã chọn sử dụng L293D để kích dòng cho động cơ bước lưỡng cực.
-L293D là mạch cầu H đôi để điều khiển động cơ.
-Chịu dòng trung bình 600mA và chịu tải 1,2A
-Tích hợp sẵn diode bảo vệ
-Điện áp làm việc từ 14,5V- 36V