đồ án điều khiển đông cơ bước sử dụng ic 74ls194

Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề Tài : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
BƯỚC DÙNG IC SỐ
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Tiến Dũng
Nhóm thực hiện
: Nguyễn Trung Nhất
Hoàng Thị Quỳnh
Lớp
: 112152A

HƯNG YÊN,2016

Page 1


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế
giới, chúng ta đã và đang ngày ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển
của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự
chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ. Đó là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho

hoạt động sản xuất, sinh hoạt của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn. Điện
tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những
đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu
của con người trong cuộc sống hàng ngày.
Ngày nay điều khiển động cơ điện không đơn giản như trước. Với thờ đại công
nghiệp hiện đại xuất hiện nhiều bài toán về động cơ điện giải quyết nhiều chức năng
phức tạp, để giải quyết vấn đề đó các nhà khoa học đã nghiên cứu ra rất nhiều loại
động cơ điện. Trong số đó có động cơ bước, là một loại động cơ điện có nguyên lý và
ứng dụng khác biệt so với các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một
động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu dưới dạng xung rời rạc kế tiếp nhau
thành các chuyển động góc quay hoặc chuyển động của roto có khả năng cố định roto
vào các vị trí cần thiết.
Xuất phát từ những nhu cầu ứng dụng, chúng em đã thiết kế một mạch điều khiển, đó
là “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC DÙNG IC SỐ”. Nội
dung báo cáo này gồm 4 Chương:
Chương 1: Tổng quan về đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Tính toán và thiết kế thi công mạch
Chương 4: Kết luận
Với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiện chưa tích lũy được nhiều nên không tránh khỏi thiếu
sót. Rất mong được sự giúp đỡ đóng góp ý kiến của thầy giáo ,cô giáo và các bạn để đề tài
của chúng em được hoàn thiện hơn .

Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Nhóm sinh viên thực hiện
Nguyễn Trung Nhất
Hoàng Thị Quỳnh

Page 2

Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng yên . ngày …tháng…năm …
Giáo viên
Nguyễn Tiến Dũng

Page 3


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử
MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN................................................3
MỤC LỤC............................................................................................................4
DANH MỤC HÌNH VẼ.......................................................................................5
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU.......................................................................................6
CHƯƠNG2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT....................................................................7
2.1 IC 74194..........................................................................................................7
2.2 Mạch tạo xung(IC 555)................................................................................11
2.2.1 Nguồn gốc của NE555...............................................................................11
2.2.2 Thông số.....................................................................................................11
2.2.3 Chức năng của NE555..............................................................................11
2.2.4 Bố trí chân và chức năng của các chân...................................................12

2.2.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động..............................................................12
2.3 PC 817...........................................................................................................13
2.4 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC. 14
2.4.1 Cấu tạo.......................................................................................................14
2.4.2 Hoạt động..................................................................................................14
2.4.3 Ứng dụng...................................................................................................14
2.4 .4 Phân loại...................................................................................................14
CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA
MẠCH................................................................................................................20
3.1 Xây dựng sơ đồ khối toàn mạch.................................................................20
3.2.Thiết kế mạch...............................................................................................20
3.3 Sơ đồ nguyên lí khối nguồn +5v................................................................20
3.4 Sơ đồ nguyên lí khối tạo dao động.............................................................22
3.5 Sơ đồ nguyên lí của khối điều khiển..........................................................22
3.6 Khối động cơ................................................................................................23
3.6.1 Nguyên lí hoạt động của khối khuếch đại..............................................23
3.7 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch..........................................................................24
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN.................................................................................26
4.1 Ưu ,nhược điểm của sản phẩm...................................................................26
4.2 Kết luận quá trình làm việc........................................................................26
4.3 Hướng phát triển.........................................................................................26
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................29

Page 4


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Sơ đồ chân IC 74194
Hình 2.2 Sơ đồ chân IC 74194
Hình 2.3 74195 trong thực tế
Hình 2.4 Sơ đồ chân của IC555
Hình 2.5 Đặc tuyến truyền đạt của PC817
Hình 2.6 Động cơ lại có từ biến trở
Hình 2.7 Động cơ loại nam châm vĩnh cửu
Hình 2.8 Động cơ loại 2 cực
Hình 2.9 Động cơ nhiều pha
Hình 3.1 Sơ đồ khối toàn mạch
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí khối nguồn
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lí khối tạo xung
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lí khối điều khiển
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch
Hình 3.6 Sơ đồ board toàn mạch

Page 5


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
− Khái niệm: Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác
biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ
đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc
kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có

khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết.
− Cấu tạo: Động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: động cơ
một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.
− Hoạt động: Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo
từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ
các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và
một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển
mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển
đổi và tần số chuyển đổi.
− Ứng dụng: Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu
chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra
dưới dạng số. Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành Tự động hoá, chúng
được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác. Ví dụ: Điều khiển
robot, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị, bám mục tiêu
trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công cắt gọt,
điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay... Trong công nghệ máy
tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in,…
− Ưu điểm:
+ Dễ thiết kế, điều khiển…
+ Nhiều nguồn linh kiện giá vừa phải.
+ Dễ kiểm tra, sửa chữa.
− Nhược điểm :
+ Dòng ra nhỏ.
+ Khó bo mạch bởi nhiều linh kiện.
+ Khó xác định được thời gian của 1 xung.
+ Thường chỉ điều khiển cho động cơ bước loại nhỏ.
1.2 Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu nguyên lý, chức năng và tác dụng của động cơ bước .
Page 6

Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

- Tìm hiểu được các chức năng, tác dụng của các linh kiện thiết bị điện tử.
- Hoàn thành sản phẩm là mạch điều khiển động cơ bước: Tăng tốc ,giảm tốc,đảo
chiều….
- Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, đi đôi với thực hành và khả năng làm việc
theo nhóm
1.3 Kế hoạch thực hiện
-Bước 1: Tìm hiểu lý thuyết chung của mạch điều khiển động cơ bước. Bao
gồm nguyên tắc hoạt động của mạch và một số mạch để đưa ra lựa chọn tốt cho đề tài
làm đồ án
-Bước 2: Tìm hiểu về các linh kiện, thiết bị điện tử sử dụng trong mạch trên,
từ đó tính toán lựa chọn các linh kiện, thiết bị đạt yêu cầu sử dụng trong mạch.
-Bước 3: Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm vẽ mạch professional, Eagle 4.14
từ đó đưa ra cách vẽ mạch điều khiển động cơ bước và hoàn thành bản mạch in của
mạch .
-Bước 4: Sau đã có bản mạch in tiến hành thi công hoàn thành sản phẩm

CHƯƠNG2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.1 IC 74194
a) Khái niệm.
IC 74LS194 là IC tích hợp của thanh ghi dịch hai chiều 4 bít. Thanh ghi dịch hai
chiều này được thiết kế để hợp nhất hầu như tất cả đặc tính các ngõ vào song song, các
ngõ ra song song, các ngõ vào dịch phải và dịch trái tuần tự, các ngõ vào họat động
kiểu điều khiển, và toàn bộ lĩnh vực quan trọng trực tiếp.
Bộ ghi dịch có 4 chế độ hoạt động khác biệt là:
Page 7

Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

• Song song ngõ vào
• Dịch phải
• Dịch trái
• Cấm định thời
Đồng bộ song song ngõ vào được hoàn thành bởi sự áp dụng của dữ liệu 4Bit và
dẫn cả hai chế độ điều khiển ngõ vào, S0 và S1 ở mức cao. Dữ liệu được đưa vào Flip
- flops liên hợp và xuất hiện tại những ngõ ra khi ngõ vào xung clock hồi tiếp dương.
Khi vào dòng dữ liệu nối tiếp bị cấm.
Dịch trái được hoàn thành đồng thời với sự dâng biên của xung clock khi S0 ở mức
cao và S1 ở mức thấp. Trong chế độ dữ liệu nối tiếp này được nhập lại ở ngõ vào dữ
liệu dịch phải. Khi S0 ở mức thấp và S1 ở mức cao, đồng thời dữ liệu dịch trái và dữ
liệu mới được nhập lại ở ngõ vào nối tiếp dịch trái.
Flip - flop bị cấm khi cả hai chế độ điều khiển ngõ vào ở mức thấp.
b) Cấu tạo bên trong và sơ đồ chức năng của các chân.
 Cấu tạo bên trong:

Page 8


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

 Sơ đồ và chức năng các chân:

Hình 2.1Sơ đồ chân
IC 74194


Chân 16 nối nguồn 5V,
một chân đếm tiến và một
là chân quay thuận , chân 7
Khi đưa xung Clk vào
dương nguồn thì bộ đếm sẽ
lại khi đưa xung vào chân
dương nguồn thì IC sẽ

chân 8 nối mass. IC có
chân đếm lùi. Chân 2
là chân quay ngược.
chân 11 và chân 9 nối
quay thuận. Và ngược
11 và chân 10 nối
quay ngược



Các chân 3,4,5,6 là các đầu vào số liệu A, B, C, D ( hoặc gọi là đầu vào
đặt trước). Theo thứ tự từ A đến D thì A là bít có trọng số nhỏ nhất ( 2 0) và D
là bít có trọng số lớn nhất (23).

 Các chân 12,13,14,15 là các đầu ra ( Q0 có trọng số nhỏ nhất)
 Chân 1 là chân Load tích cực thấp để điều khiển nạp số liệu đặt trước vào
IC. Khi cho Load = 0 các giá trị đặt ở A, B, C, D tương ứng sẽ chuyển ra các
đầu ra QA, QB, QC, QD. Sau khi nạp phải chuyển Load sang mức logic 1 thì

bộ đếm mới hoạt động được.
c) Chế độ làm việc.
Song song ngõ vào và ngõ ra
Có 4 chế độ hoạt động:
• Đồng bộ song song ngõ vào,
Page 9


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

• Dịch phải
• Dịch trái,
• Cấm định thời.
Biên duơng khởi động định thời

d) Chức năng của IC 74194

Hình 2.2 Sơ đồ chân IC 74194
IC là thanh ghi dịch vạn năng lưỡng hướng 4-bit
- Có khả năng dịch trái, dịch phải
- Cho phép truyền dữ liệu nối tiếp, song song đồng bộ
- Dễ dàng mở rộng cho cả hoạt động nối tiếp và song song
- Cho phép Reset Master không đồng bộ
- Có mode " Hold"
- Kiểu đầu ra: Tiêu chuẩn
- Nguồn cung cấp: 2 V ~ 6 V
- Nhiệt độ hoạt động: -40°C ~ 125°C
e) Hình ảnh trong thực tế.

Page 10


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

Hình 2.3 74LS194 trong thực tế
2.2 Mạch tạo xung(IC 555)
2.2.1 Nguồn gốc của NE555.
IC thời gian 555 được du nhập vào những năm 1971 bằng công ty Signetics
Corporation bằng 2 dòng sản phẩm SE555/NE555 và được gọi là máy thời gian và
cũng là loại có đầu tiên. Nó cung cấp cho các nhà thiết kế mạch điện tử với chi phí
tương đối rẻ, ổn định và những mạch tổ hợp cho những ứng dụng cho đơn ổn và không
ổn định.
Từ đó thiết bị này được làm ra với tính thương mại hóa. 10 năm qua một số nhà sản
suất ngừng sản suất loại IC này bởi vì sự cạnh tranh và những lý do khác. Tuy thế
những công ty khác lại sản suất ra những dòng này. IC 555 hiện nay được sử dụng khá
phổ biến ở các mạch tạo xung, đóng cắt hay là những mạch dao động khác.
2.2.2 Thông số.
+ Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555..)
+ Dòng tiêu thụ : 6mA - 15mA
+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V
+ Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V
+ Công suất tiêu thụ (max) 600mW
2.2.3 Chức năng của NE555.
+ Tạo xung
+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)
+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)…

Page 11


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

2.2.4 Bố trí chân và chức năng của các chân

Hình2.5 Sơ đồ chân của IC555
- Chân số 1(GND): cho nối mass để lấy dòng cấp cho IC
NE555
- Chân số 2(TRIGGER): ngõ vào của 1 tần so áp.mạch so áp dùng các transistor
PNP. Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3.
- Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra .trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo
mức volt cao(gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1)
- Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối mass thì
ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp
trên chân 2 và 6.
- Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC
555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mass. Tuy nhiên trong
hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối mass qua 1 tụ từ 0.01uF đến 0.1uF, các tụ có tác
dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định.
- Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác .mạch so sánh dùng
các transistor NPN .mức chuẩn là Vcc/3.
- Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem như 1 khóa điện và chịu điều khiển bởi
tầng logic .khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra. Chân 7
tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lfc IC 555 dùng như 1 tầng dao động .
- Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp cho

IC 555 trong khoảng từ 5v - 15v và mức tối đa là 18v.
2.2.5 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Cấu tạo của NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện.
Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp
chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC
nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp
2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở
chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset.
Page 12


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

*Giải thích sự giao động
Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC. Mạch FF là loại RS
Flip-flop
Khi S = [1] thì Q = [1] và = [ 0].
Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và = [0].
Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0].
=>Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì = [1], transisitor
mở dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không
vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset.
-Giai đoạn ngõ ra ở mức 1
Khi bấm công tắc khởi động ,chân 2 ở mức 0
Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1 nên S =
[1], Q = [1] và = [0]. Ngõ ra của IC ở mức Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp
qua R, điện áp trên tụ tăng. Khi nhấn công tắc lần nữa
Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 0, S = [0], Q và vẫn

không đổi. Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó.
-Giai đoạn ngõ ra ở mức 0.
Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] và =
[1]. Ngõ ra của IC ở mức 0.
Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra của Op-amp 2 ở
mức 0. Vì vậy Q và không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor.
 Kết quả cuối cùng: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ
ổn định.

2.3 PC 817
 PC817:

Hình 2.6 Đặc tính truyền đạt của PC817
Page 13


Trường ĐHDPKT Hưng Yên
-

Khoa: Điện –Điện Tử

Cấu tạo PC817 gồm 1photodiode và 1 phototransister khi có dòng qua
photodiot, ánh sang phát ra từ photodiot sẽ làm phototransister dẫn.

-

Mục đích:Nếu có sự cố tăng áp,cháy,chập thì không làm ảnh hưởng đến khối
điều khiển

2.4 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BƯỚC

2.4.1 Cấu tạo
- Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa
số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để
biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các
chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào
các vị trí cần thiết.
-Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: động
cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.
2.4.2 Hoạt động.
- Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước
nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển
mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.
Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và
tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
2.4.3 Ứng dụng.
- Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành
đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số.
- cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành Tự động hoá, chúng được ứng dụng
trong các thiết bị cần điều khiển chính xác.
- công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa
mềm, máy in...

2.4 .4 Phân loại.
a)Động cơ biến từ trở :
+ Nếu motor của bạn có 3 cuộn dây, được nối như trong biểu đồ hình 3.1, 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.
Page 14

Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

+ Dấu thập trong hình 2.7 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.

Hình 2.7 Động cơ
bước loại có biến từ
trở
+ 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
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 3.1, 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.
b) Động cơ đơn cực :

+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 2.2, 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.
Page 15


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

Hình 2.8 Động cơ loại nam châm vĩnh cửu
+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 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.

+ 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
Page 16


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

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.
+ Phần điều khiển mức trung bình trong tài liệu này sẽ cung cấp chi tiết về phương
pháp tạo ra những dãy tín hiệu điều khiển như vậy, còn phần Các mạch điều khiển
nói về mạch đóng ngắt các mạch điện cần thiết để điều khiển các mấu động cơ từ
các dãy điều khiển trên.
+ 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 ‐‐>
c)Động cơ hai cực :
+ 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, không có đầu
trung tâm. Vì vậy, bản thân động cơ thì đơn giản hơn, nhưngmạch điều khiển để
đảo cực mỗi cặp cực trong động
cơ thì phức tạp hơn. Minh hoạ ở hình 2.9 chỉ ra cách nối động cơ, trong khi đó phần

rotor ở đây giống y như ở hình 2.8.

Hình 2.9 Động cơ loại hai cực
+ 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
Page 17


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

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 :
Enable 1
1010101010101010 111111111111111
Hướng 1 1x0x1x0x1x0x1x0x 1100110011001100
Enable 2

0101010101010101 111111111111111
Hướng 2 x1x0x1x0x1x0x1x0 011001100110011
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 haicực 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 điện thế thấp
d) Động cơ nhiều pha :

Hình 2.10 Động cơ loại 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
2.4. Thiết kế phổ biến

Page 18


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

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 nốivào
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 hình2.4,
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 với các
linh kiện điện tử, có thể dùng chip mạch cầu tích hợp đầy đủ để tính toán gần đúng.

Page 19


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA
MẠCH
3.1 Xây dựng sơ đồ khối toàn mạch

KHỐI
NGUỒN

KHỐI ĐIỀU

KHIỂN

KHỐI CÔNG
SUẤT

KHỐI
ĐỘNG CƠ
BƯỚC

Hình 3.1 Sơ đồ khối toàn mạch
3.2.Thiết kế mạch.
- Mạch điều khiển động cơ bước :bước thuận ,bước nghịch bước nhanh, bước chậm
gồm 4khối chính :
- Khối 1: Khối nguồi: Diot chỉnh lưu, máy biến áp; điện trở; tụ không phân cực 104;
ic ổn áp 7805, led báo nguồn
- Khối 2: Mạch tạo xung vuông: Gồm IC NE555và biến trở 50k; 2 điện trở4.7k; 2 tụ
điện (10uF và 104)
- Khối thứ 3: Sử lí gồm: IC 74194; IC 7802; tụ điện phân cực 10uf, điện trở
10k+0.33k
- Khối thứ 4: Khối động cơ
3.3 Sơ đồ nguyên lí khối nguồn +5v

Page 20


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí khối nguồn

-Xuất phát từ các linh kiện trong mạch điện như các IC số có nguồn nuôi là 5Vvà động
cơ bước có nguồn nuôi là 12V.Chúng em đã thiết kế bộ nguồn một chiều 5V và 12V
như sau:
-Bộ nguồn gồm có 1 biến áp 220V-15V ,1 IC 7805.1 IC7812 và các điện trở ,tụ lọc
cần thiết.
*Tính toán cho các linh kiện:
-Do biến áp có chỉ số đầu ra là 15V và dòng điện là 1A.Mạch được rẽ làm 2 nhánh suy
ra mỗi nhánh có điện áp 15V và dòng bằng ½ dòng chính và bằng 0,5A.
-Khi đi qua 7805 và 7812 dòng đầu ra được duy trì ở mức 1A.

Page 21


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

3.4 Sơ đồ nguyên lí khối tạo dao động

Hình 3.3 Sơ đồ khối tạo xung
3.5 Sơ đồ nguyên lí của khối điều khiển

Hình 3.4 Sơ đồ khối điều khiển
Đối với trường hợp động cơ quay thuận :
- Khi cấp tín hiệu xoay chiều 220v qua máy biến áp đưa ra những tín hiệu điện áp
xoay chiều nhỏ hơn là 0v,6v,9v,12v,15v,18v,24v…
Page 22


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

- IC 7805 có tác dụng ổn định điện áp chuẩn +5v
- NE555 là IC tạo xung vuông
- Op 817 có tác dụng để ngăn cách nguồn điện áp +5v cấp cho động cơ và điện áp
+12v cấp cho động cơ bước, các đầu ra của OP 817 được cấp vào 4 chân của động cơ
bước. Mục đích để bảo vệ khối điều khiển chánh khỏi các sự cố như cháy; chập; tăng
áp…
- IC 74194 là IC dùng để đếm tiến đếm. Chân 2 là chân quay thuận , chân 7 là chân
quay ngược. Khi đưa xung Clk vào chân 11 và chân 9 nối dương nguồn thì bộ đếm sẽ
quay thuận . Và ngược lại khi đưa xung vào chân 11 và chân 10 nối dương nguồn thì
IC sẽ quay ngược
Khi có nguồn cung cấp cho mạch, ta thực hiện ấn nút start, khi đó ở đầu ra của ic
7402 có tín hiệu ở mức 1 kích vào chân số 4 của NE555, lúc này chân số 3 của NE555
có tín hiệu kích vào chân số 11 của ic 74194, đã có xung kích nhưng đầu ra của ic
74194 chưa có tín hiệu. Khi ta ấn nút ON1 thì đầu ra của ic 74194 có tín hiệu đưa ra
cho khối điều khiển động cơ. Tương tự ta ấn nút ON2 thì ic 74194 của mạch điều
khiển động cơ số 2 hoạt động, đưa tín hiệu ra vào khối khuếch đại tín hiệu điều khiển
động cơ số 2, ấn nút ON3 thì đầu ra của ic 74194 có tín hiệu đưa ra cho khối điều
khiển động cơ số 3.
Khi ấn nút stop cả ba động cơ dừng hoạt động.
3.6 Khối động cơ
3.6.1 Nguyên lí hoạt động của khối khuếch đại
Khối khuếch đại dùng 8 transistor công suất tip41 và 4 opto pc817
- Op 817 có tác dụng để ngăn cách nguồn điện áp +5v cấp cho động cơ và điện áp
+12v cấp cho động cơ bước, các đầu ra của OP 817 được cấp vào 4 chân của động cơ
bước. Mục đích để bảo vệ khối điều khiển chánh khỏi các sự cố như cháy; chập; tăng
áp…
- Tip41 có tác dụng ngăn cách nguồn điện áp +5v cung cấp cho IC và điện áp +12v

cấp cho động cơ bước
3.6.2 Khối động lực
Động cơ bước được sử dụng ở đây là động cơ nam châm vĩnh cửu với 1,8 0 / step và
Uđm=4V,Iđm= 1,7A
Công suất cực đại của động cơ:Pmax=U.I=4.1,7=6,8 W
Do vậy ta có thể chọ U= 5V và I=1A
=> Công suất động cơ là P=5.1=5 W

Page 23


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

3.7 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch
Khi cấp nguồn 220v vào cuộn sơ cấp của máy biến áp nhằm hạ áp xuống còn 12v
nguồn điên xoay chiều. Tiếp tục cho qua khối chỉnh lưu điện áp 12v xoay chiều
chuyển thành điện áp một chiều đi qua tụ gốm để lọc phẳng, cho qua IC7805 để tạo
thành điện áp chuẩn +5v cấp cho ICNE555
ICNE555 có tác dụng tạo xung cấp cho IC 74LS194 có thể đếm tiến đếm lùi nhằm
đảo chiều động cơ
Chân 2 là chân quay thuận , chân 7 là chân quay ngược. Khi đưa xung Clock vào
chân 11 và chân 9 nối dương nguồn thì bộ đếm sẽ quay thuận .
TIP41C có tác dụng dùng để ngăn cách nguồn điện áp +5v cấp cho ic và điện áp +12v
cấp cho động cơ bước
-Các đầu ra C của Tip41 được cấp vào 4 chân của động cơ bước
- Dải tín hiệu của động cơ bước khi quay thuận:

0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
1 0 0 0
-Và ngược lại khi đưa xung vào chân 11 và chân 10 nối dương nguồn thì IC sẽ quay
ngược
-Dải tín hiệu của động cơ bước khi quay ngược:
1 0 0 0
0 1 0 0
0 0 1 0
0 0 0 1
Khi có nguồn cung cấp cho mạch, khi đó tín hiệu đầu ra của IC 7805 kích vào chân
số 4 của NE555, lúc này chân số 3 của NE555 có tín hiệu kích vào chân số 11 của ic
Page 24


Trường ĐHDPKT Hưng Yên

Khoa: Điện –Điện Tử

74194, đã có xung kích nhưng đầu ra của ic 74194 chưa có tín hiệu. Khi ta gạt nút đế
thì đầu ra của ic 74194 có tín hiệu đưa ra cho khối điều khiển động cơ. Tương tự ta
gạn nút đế theo chiều ngược lại thì ic 74194 của mạch điều khiển động sẽ đảo chiều

Hình 3.6 Sơ đồ board toàn mạch

Page 25