Thiê ́t kê ́ và lắp ráp mô hình chuyển động tịnh tiến dùng động cơ bước và trục vít me (xác định quãng đường đi và vị trí của chi tiết thông qua chuyển động quay của động cơ)

Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU
----    ---Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất
mạnh mẽ và nhanh chóng, để đạt được kết quả này thì có sự đóng
góp rất lớn của ngành kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý. Với sự
phát triển như vũ bão như hiện nay thì kỹ thuật điện tử, kĩ thuật vi
xử lý đang xâm nhập vào tất cả các ngành khoa học – kỹ thuật
khác và đã đáp ứng được hầu hết nhu cầu của người dân. Sự ra
đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh, khả
năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc
trong ngành kỹ thuật điện tử.
Việt nam là một nước nằm trên xích đạo, có khí hậu nhiệt đới
nên nhiệt độ và độ ẩm giữa các mùa có sự chênh lệch rất lớn, tạo
nên sự khó chịu trong công việc cũng như sinh hoạt hàng ngày
của người dân. Để khắc phục vấn đề này đã có rất nhiều trang
thiết bị quen thuộc với cuộc sống hàng ngày của chúng ta như tủ
lạnh, điều hòa, máy sấy,… Để góp một phần nhỏ vào việc này
chúng em đã lựa chọn thực hiện đề tài “Thiết kế và lắp ráp mô
hình chuyển động tịnh tiến dùng động cơ bước và trục vít me

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 1

Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
(xác định quãng đường đi và vị trí của chi tiết thông qua
chuyển động quay của động cơ)”.
Thông qua đề tài này chúng em sẽ có những điều kiện tốt nhất để
học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành
trang của mình trên con đường đã chọn trong tương lai.
Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã
được học ở trường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với
sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo,các bạn và đặc biệt là với
sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Quang Phú chúng em đã
hoàn thành được đồ án môn học lần này.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành nhưng với kinh nghiệm và khả
năng còn hạn chế nên chúng em không thể tránh khỏi những sai
sót và nhầm lẫn, vì vậy chúng em rất mong các thầy, cô giáo
cùng các bạn đóng góp những ý kiến quý báu để đồ án môn học
của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.....................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
....................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 2


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.....................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.......................................................................................... ..................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
.............................................................................................................
...................................................................................
Ngày

Tháng

Năm

2018
Chữ Ký Giáo Viên
Hướng Dẫn

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 3


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
CHƯƠNG 1:CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Động cơ bước
1.1.1 Giới thiệu chung về động cơ bước
Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng
khác biệt với đa số động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là
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 chuyển động của roto có khả năng cố định roto và các vị trí cần
thiết.
Động cơ bước có thể được dùng trong hệ thống điều khiển vòng
hở đơn giản, những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển
gia tốc với tải trọng tĩnh, nhưng khi tải trọng thay đổi hoặc điều

khiển ở gia tốc lớn, người ta vẫn dùng hệ điều khiển vòng kín với
động cơ bước. Nếu một động cơ bước trong hệ điều khiển vòng mở
quá tải, tất cả các giá trị về vị trí của động cơ đều bị mất và hệ thống
phải nhận diện lại, servo motor thì không xảy ra vấn đề này.
1.1.2 Cấu tạo
Về cấu tạo động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai động
cơ như trình bày trên hình 1.1
- Động cơ một chiều không tiếp xúc
- Động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 4


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1

Hình 1.1 Hình dạng của một loại động cơ bước
1.1.3 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.

1.1.4 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 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 trong các hệ quan trắc, điểu khiển bắt, 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...
GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 5


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
- Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các
loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in...
1.1.5 Phân loại
- Về cơ bản có 3 loại động cơ bước: loại từ trở biến đổi (Variable
Reluctance), loại nam châm vĩnh cửu (permanent magnet) và loại lai
(hybrid). Chúng khác nhau ở cấu tạo trong việc dùng các rotor nam
châm vĩnh cửu hoặc lõi sắt với các lá thép stato.
Loại có từ trở biến đổi (Variabke Reluctance) như hình 1.2
- Thông thường có 3 hoặc 4 cuộn dây được nối chung một đầu. Đầu

chung đựơc nối với nguồn dương, các đầu còn lại cho thụng với đất
để quay Rotor. Cả Stator và Rotor đều có răng. Rotor được làm bằng
vật liệu dẫn từ (sắt non) có từ trở thay đổi theo góc quay
- Chiều quay của động cơ không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà
chỉ phụ thuộc vào thứ tự cấp điện cho các cuôn dây.
- Loại động cơ này có số bước lớn, tần số làm việc cao, chuyển
động êm nhưng mômen đồng bộ nhỏ.

Hình 1.2 Hình ảnh động cơ bước loại có từ trở biến đổi

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 6


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
- Loại động cơ này về cấu tạo giống với động cơ bước kiểu đơn cực
với một rôto sắt đa răng mềm. Tuy nhiên chỉ có 4 đầu ra. Vì các nam
châm của các động cơ bước từ trở thay đổi nhỏ hơn và nhẹ hơn các
động cơ bước nam châm vĩnh cửu nên tốc độ của chúng nhanh hơn
nên moment của loại động cơ này sẽ nhỏ hơn loại động cơ nam
châm vĩnh cửu và loại lai.

Hình 1.3 Hình ảnh động cơ bước loại nam châm vĩnh cửu.
- Nam châm vĩnh cửu như tên gọi của nó thì có nam châm vĩnh cửu
được thêm vào cấu trúc cơ. Rotor không còn có răng như với động cơ

VR. Thay vào đó, rotor là nam châm với các cực bắc và nam xen kẽ
nhau nằm ở một đường thẳng song song với trục rotor. Các cực rotor
từ hóa này cung cấp cường độ từ thông tăng lên và do đó động cơ
mang lại đặc tính mô-men xoắn được cải thiện hơn so với các kiểu từ
trở biến đổi. Chúng cũng có đặc tính chống rung tốt hơn. Góc bước
của loại này nhỏ có thể đạt 1,8/step, 0,72/step. Trên hình 1.3 là sơ đồ
cấu tạo của động cư bước nam châm vĩnh cửu.

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 7


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1

Hình 1.4 Hình ảnh động cơ bước lai (Hybrid)
- Các động cơ bước lai tạo ra hiệu suất tốt hơn đối với độ phân giải,
mô men và tốc độ các bước. Các rotor của động cơ bước lai là đa
răng như các (stepper reluctance) biến từ trở và nó có một nam
châm đồng trục với các cực bắc và nam xen kẽ nhau nằm ở một
đường thẳng song song với trục rotor. Răng trên rotor cung cấp một
con đường tốt hơn giúp hướng dòng chảy từ thông đến vị trí các
bánh răng stator. Các loại động cơ bước phổ biến nhất được sử dụng
là nam châm vĩnh cửu và lai.
- Động cơ bước được chia thành hai loại theo kiểu dây quấn như
lưỡng cực và đơn cực steppers.

+ Động cơ bước đơn cực (Unipolar Stepper Motor):
+ Động cơ bước lưỡng cực (Bipolar Stepper Motor)

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 8


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1

Hình 1.5 Động cơ bước kiểu đơn cực (Unipolar Stepper Motor).
- Động cơ bước đơn cực có Rotor được cấu tạo từ nam châm vĩnh
cửu. Chia thành các răng N, S xen kẽ. Stator được cấu tạo bởi 2 cuộn
dây bố trí trực giao với nhau. Mỗi cuộn dây lại được chia thành 2
phần bố trí xuyên tâm đối. Giữa các cuộn dây này có một đầu ra để
nối với dương nguồn. Động cơ loại này thường có 6 đầu ra. Đầu 1, 2
thường được nối với cực dương. Các đầu 1a, 1b, 2a và 2b được lần
lượt nối đất sẽ quyết định chiều quay của động cơ. Máy khoan mạch
in tự động sử dụng loại động cơ bước này vì động cơ có mạch điều
khiển đơn giản, điều khiển dễ dàng, rất rẻ và rất dễ mua trên thị
trường.
Như trong hình 1.5, 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
1001100110011001100110011

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 9

Mấu 2b


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1

Hình 1.6 Động cơ bước kiểu lưỡng cực (Bipolar Stepper Motor)
- Với động cơ bước lưỡng cực chỉ có một cuộn dây duy nhất trên mỗi
pha. Các mạch điều khiển cần phải phức tạp hơn để đảo ngược cực
từ. Điều này được thực hiện với một sự sắp xếp cầu H, tuy nhiên có
một số chip điều khiển có thể được mua để làm cho một nhiệm vụ
đơn giản hơn. Không giống như động cơ bước đơn cực, động cơ bước
lưỡng cực có hai đầu dây mỗi pha. 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.
1.1.6 Đặc tính cơ động cơ bước và các phương pháp điều khiển.
- Tuỳ thuộc vào mô men yêu cầu trên trục động cơ và tốc độ quay
mà ta có thể áp dụng các phương pháp điều khiển khác nhau cho
động cơ bước. Trong vùng tốc độ thấp chỉ cần sử dụng phương pháp
điều khiển điện áp trực tiếp, khi đó dòng điện sẽ được giới hạn bởi
chính nội trở của các cuộn dây động cơ. Tuy nhiên tại vùng tốc độ
cao, nếu tiếp tục sử dụng phương pháp này, mô men sẽ bị giảm
nghiêm trọng do tính cảm của các cuộn dây sẽ giới hạn khả năng
tăng của dòng điện. Một phương pháp thường áp dụng để cải thiện
tình hình này là sử dụng điện trở nối thêm vào các cuộn dây động cơ.
GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 10


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
Khi đó hằng số thời gian của động cơ sẽ giảm (vì L/nR thay vì L/R)
dòng điện tăng nhanh hơn làm đặc tính cơ của động cơ cứng hơn.
Tuy vậy, động cơ sẽ cần một điện áp điều khiển lớn hơn nhiều và hơn
70% công suất nguồn nuôi sẽ toả nhiệt trên các điện trở nối thêm
này. Chính vì lí do này mà phương pháp điều khiển kiểu băm (băm
xung) thường được sử dụng nhằm nâng cao hiệu suất, tăng độ cứng
cho đặc tính cơ động cơ bước.

- Trong thực tế, phương pháp điều khiển băm xung (băm xung) được
sử dụng rất rộng rãi.
Phương pháp băm xung duy trì tần số không đổi (đây là phương pháp
phổ biến nhất) cũng được chia thành các loại sau đây:
a. Phương pháp băm xung pha.
b. Phương pháp băm xung có bảo vệ (inhibit băm xung).
c. Phương pháp băm xung duy trì thời gian t off không đổi.
d. Phương pháp băm xung với tần số băm xung tự do.
- Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng và mục đích
sử dụng cũng khác nhau.
Trong những năm gần đây động cơ bước (chẳng hạn như của
hãng Autonics) đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ điều
khiển chính xác. Tuy nhiên, vẫn còn tồn tại những vấn đề phát sinh
trong việc điều khiển một cách hiệu quả động cơ này, ngay cả đối
với những người kỹ sư có kinh nghiệm. Trên cơ sở phân tích đặc điểm
các phương pháp điều khiển loại động cơ thông dụng, bài báo sẽ đưa
ra phương án khắc phục nhược điểm nhằm giảm thiểu những sai lầm
dễ phạm phải trong việc thiết kế những hệ thống có sử dụng động cơ
bước.

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 11


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1

CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU KHIỂN
2.1 Sơ đồ khối

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 12


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1

Hình 2.1 Sơ đồ khối
2.2 Phân tích các khối
2.2.1 Động cơ
Theo yều cầu của đề tài chúng tôi chọn:
Đối tượng điều khiển là động cơ bước và là loại 1.8 độ/ 1 step. Tức là
200 step sẽ được 1 vòng
Với đề tài này chúng tôi chọn động cơ bước có thông số là:
+> điện áp 12VDC
+> dòng 2.5A
2.2.2 Khối điều khiển
Để điều khiển động cơ theo yêu cầu của đề tài là thay đổi tốc
độ ,đảo chiều động cơ ta có thể sử dụng vi điều khiển hoặc sử dụng
bộ Arduino UNO.
Bộ vi điều khiển viết tắt là Mircro-controller là mạch tích hợp trên
một chíp có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 13


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
một hệ thống. Theo các tập lệnh của người lập trình bộ vi điều khiển
tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến
hành đóng mở một cơ cấu nào đó. Trong các thiết bị điện và điện tử
dân dụng các bộ vi điều khiển điều khiển hoạt động của TV, máy
giặt, điện thoại, lò vi-ba…Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều
khiển được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự động. Các hệ thống
càng “thông minh” thì vai trò của hệ vi điều khiển càng quan trọng.
Tổng quan về Arduino

Hình 2.2 Hình ảnh thực tế về board Arduino
Giới thiệu tổng quan về arduino
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng
tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần
cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền
tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model
hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào
analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng
khác nhau (hinh 2.3).

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ

SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 14


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh
kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch
khác. Một khía cạnh quan trọng của

Arduino là các kết nối tiêu

chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của board với
các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield.
Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các
chân khách nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua
serial bus I²C-nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới
dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip
megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328,
ATmega1280, và ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng
được sử dụng bởi các mạch Aquino tương thích. Hầu hết các mạch
gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động
16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc
dù một vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều
chỉnh điện áp onboard do hạn chế về kích cỡ thiết bị. Một vi điều
khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một boot loader cho
phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so

với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài. Điều
này giúp cho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho
phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộ nạp chương trình.
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là
ATmega8, ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những
tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho
xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên
màn hình LCD…
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc
cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là
GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 15


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
6-20V. Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu
bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá
ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO.
Các chân năng lượng
GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn
dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những
chân này phải được nối với nhau.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là
500mA.
3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là

50mA.
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối
cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân
GND.
IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể
được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy bạn không
được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó
không phải là cấp nguồn.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương
đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
trên board có thể làm hỏng vi điều khiển ATmega328.
Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của
Arduino UNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển.
Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino
UNO sẽ làm hỏng vi điều khiển.
Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của
Arduino UNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển. Do đó nếu

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 16


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
không dùng để truyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn
dòng.

Bộ nhớ
Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ
trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB
trong số này sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm
khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu.
2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn
khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Bạn khai báo càng nhiều biến thì
càng cần nhiều bộ nhớ RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào
bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm. Khi mất điện, dữ
liệu trên SRAM sẽ bị mất.
1KB cho
EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):
đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ
liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống
như dữ liệu trên SRAM.
Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu.
Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên
mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được
cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện
trở này không được kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với
GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 17

Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy
nói nôm na chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao
tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM
với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng
hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh
được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở
mức 0V và 5V như những chân khác.
Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài
các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ
liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi
bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được
nối với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ
sáng.
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín
hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V.
Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu
khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào
chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong
khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao
tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
Một vài thông số của Arduino UNO R3

Vi điều khiển

Điện áp hoạt động
Tần số hoạt động
GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

ATmega328 họ 8bit
5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
16 MHz

Trang 18


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
Dòng tiêu thụ
Điện áp vào khuyên dùng
Điện áp vào giới hạn
Số chân Digital I/O
Số chân Analog
Dòng tối đa trên mỗi chân
I/O
Dòng ra tối đa (5V)
Dòng ra tối đa (3.3V)
Bộ nhớ flash

khoảng 30mA
7-12V DC
6-20V DC

14 (6 chân hardware PWM)
6 (độ phân giải 10bit)
30 mA
500 mA
50 mA
32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader
2 KB (ATmega328)
1 KB (ATmega328)

SRAM
EEPROM

2.2.3 Khối hiển thị

Hình 2.3 Hình ảnh thực tế của lcd 16x2
Để đáp ứng yêu cầu đề tài là hiển thị số vòng quay và tốc độ, chúng
tôi đã sử dụngj LCD (Liquid Crytal Direct) TC16C2 là màn hình hiển
thị thể lỏng gồm có:
+ LCD
GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 19


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1

+Bộ Driver (Mạch điều khiển )
Màn hình LCD và bộ Driver đã được thiết kế tích hợp sẵn với nhau bởi
nhà sản xuất,khi sử dụng chỉ cần giao tiếp với bộ Driver qua các
chân. LCD TC16C2. Là loại màn hình hiển thị được 16 kí tự x2 dòng,
bao gồm tất cả các kí tự chuẩn và một số kí tự đặc biệt nhưng không
có kí tự có dấu tiếng Việt.
Chức năng và nhiệm vụ của các chân:
STT

Kí hiệu

Chức năng chân

chân
1

Vss

Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối

Vdd

chân này với GND của mạch điều khiển
Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta

Vee
RS

nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển
Lựa chọn độ tương phản của màn hình

Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân

2
3
4

RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để
chọn thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi
lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc
nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc”
- read)
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi
dữ liệu DR bên trong LCD.

5

R/w

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối
chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế
độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ
đọc.

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 20

Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1

6

E

Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu
được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được
chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E.
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD
chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó
khi phát hiện một xung (high-to-low transition)
của tín hiệu chân E.
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra
DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high
transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến
khi nào chân E xuống mức thấp.

7
8
9
10
11
12
13
14

D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với
Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :
+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với
là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4
DB7, bit MSB là DB7
Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi
thông tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường
bus này :
+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8
đường, với bit MSB là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4
đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7

15

Vdd

Nguồn dương cho đèn nền

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ

SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 21


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
16

Vss

GND cho đèn nền

Bảng 2.1 Chức năng và nhiệm vụ của các chân
Giá trị điện áp:
Kí

Điều

Giá trị chuẩn

hiệu

kiện

Min

Typ

Max

Điện

Vdd =

4,7

5

5,3

áp vào

+5v
Vdd=

Vdd

Đơn
vị

V
2,7

3

5,3

+3v
Dòng
cung

Idd

Vdd= 5V

-

1,2

3

-

-

mA

cấp
hiện
thời

Điện
áp ở

Vdd
-

-200C

-

00C
250C
500C
700C

4.2
3,8
3,6
-

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 22

4.8
4,2
4,0
-

5.1
4,6
4,4
-

V


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
Điện
áp led

VF

250C

-

4,2

4,6

V

màn
hình
LCD
Bảng 2.2 Bảng giá trị điện áp của màn hình LCD

1

6

5

2.2.4 Mô phỏng

Q1

R8

NPN

Q2

R7

2

10k

NPN

10k

LCD1
LM016L
VCC

VCC
6

8

7
+88.8

4
AREF

Q4
NPN

10k

Q3

R6

NPN

SIMULINO UNO

GND

R1

thuan

VCC

1
2

3
4

10k

R2

R3
10k

nguoc

7
6
5
4
3
2
1
0

3

10k

tang

ATMEL

www.arduino.cc

blogembarcado.blogspot.com

7
~6
~5
4
~3
2
TX > 1
RX < 0

DIGITAL (PWM~)

ANALOG IN

SIMULINO

POWER

GND

A0
A1
A2
A3
A4
A5

ATMEGA328P

5V

R5

GND

13
12
11
10
9
8

giam

ARDUINO

RESET

tangA0
giamA1
thuan
A2
nguoc
A3
A4
A5

13
12

~11
~10
~9
8

7

7
8
9
10
11
12
13
14

4
5
6

1
2
3

8

D0
D1
D2
D3

D4
D5
D6
D7

RS
RW
E

VCC

SIM1

VSS
VDD
VEE

GND
5

10k

R4
10k

GND

* Mô phỏng trên proteus
Hình 2.4 Mô phỏng
2.3 Thiết kế sơ đồ toàn mạch

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý
Dựa trên những linh kiện đã lựa chọn và yêu cầu đề cho, chúng em
đưa ra sơ đồ nguyên lý của mạch như sau:

GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 23


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý của mạch
2.3.2 Sơ đồ mạch in

Hình 2.7 Sơ đồ mạch in
GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 24


Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử
Đồ án Tích hợp 1
2.3.3 Nguyên lí hoạt động của mạch

Các chân INPUT:
Dow-> A0
Up-> A1
Thuan -> A2
Nguoc -> A3
Các chân OUTPUT:
Out put điều khiển động cơ bước-> 2,3,4,5
Data LCD -> chân 6,7,8,9.
RS(LCD)-> chân 12 (Chon thanh ghi trong LCD)
RW(LCD)-> chân 11 (Đọc và ghi dữ liệu)
E(LCD)-> chân 10 (Cho phép chon LCD)
Nguồn điện 220VAC được hạ xuống 12VAC sau đó chỉnh lưu sang
12VDC và ổn áp ra nguồn 12VDC bởi mạch ổn định điện áp để cung
cấp nguồn nuôi cho Arduino. Nút ấn DOW để giảm tốc độ của động
cơ bước, ấn nut UP để tăng tốc độ của động cơ bước, nút THUAN or
NGUOC để thay đổi chiều quay của động cơ bước. Lúc này tốc độ
động cơ bước được đặt bởi nút ấn Up or Dow. Động cơ sẽ được chạy
với vận tốc và chiều đặt trước bởi các nút ấn đầu vào và hiển thị trên
LCD.
*CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN:
// include the library code:
#include <LiquidCrystal.h>
// initialize the library with the numbers of the interface pins
LiquidCrystal lcd(12, 10, 9, 8, 7, 6);
#define RW 11
GVHD: TRẦN QUANG PHÚ
SVTH : LÊ VĂN BA
SVTH :VŨ THÀNH CHUNG

Trang 25