ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PROTEUSAVR MÔ PHỎNG MẠCH đo ĐIỆN áp MÁY PHÁT VÀ DÒNG ĐIỆN CẤP CHO TẢI TRÊN ô TÔ đời MỚI

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

----

BÀI TẬP LỚN
THUỘC HỌC PHẦN : CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ
TÊN CHỦ ĐỀ NGHIÊN CỨU : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
PROTEUSAVR MÔ PHỎNG MẠCH ĐO ĐIỆN ÁP MÁY
PHÁT VÀ DÒNG ĐIỆN CẤP CHO TẢI TRÊN Ô TÔ ĐỜI
MỚI

GVHD : Th.S LÊ HỮU CHÚC
Nhóm sinh viên : Nhóm 10
Gồm : NGUYỄN QUANG ANH
BÙI TRUNG LẬP
CHU HỒI NAM
NGUYỄN TRỌNG NAM
NGUYỄN THÀNH QUANG

Khóa : 13
-2018605510
-2018605212
-2018605395
-2018605620
-2018605304

Hà Nội , tháng 05/2021


Bài tập lớn Cơ điện tử

Mục Lục
Mục Lục............................................................................................................1
Danh mục hình ảnh............................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................2
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................................................................3
1.1.Sơ đồ nguyên lí:......................................................................................3
1.2.Mơ tả cơ bản về vi điều khiển Atmega16................................................4
1.3.Khối hiện thị..........................................................................................10
CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG MẠCH ĐO ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT
VÀ DỊNG ĐIỆN CẤP CHO TẢI..................................................................17
2.1.Tìm hiểu về bộ điều áp IC của máy phát điện trên xe ôtô.....................17
2.2.Đo điện áp.............................................................................................25
2.3.Để tính tốn thực tế...............................................................................26
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN...............................................................................31

Danh mục hình ảnh
Hình 1:Vi điều khiển Atmega16.......................................................................4
Hình 2 : Sơ đồ khối cấu trúc bên trong Atmega 16...........................................6
Hình 3 : Sơ đồ chân của Atmega1.....................................................................8
Hình 4:Hình ảnh một LCD 16x2 trong thực tế...............................................11
Hình 5: Nguyên lý điều chỉnh của bộ điều áp.................................................17
Hình 6: Hai kiểu bộ điều áp.............................................................................18
Hình 7: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều chỉnh khi chưa nổ máy..........19
Hình 8: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều áp khi máy phát đang phát điện
(điện áp thấp hơn điện áp điều chỉnh).............................................................20
Hình 9: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều áp khi máy phát đang phát điện
(điện áp cao hơn điện áp điều chỉnh)...............................................................21
Hình 10:Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều áp khi trong mạch nạp có sự cố
.........................................................................................................................24

Hình 11: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều áp loại nhận biết máy phát.. 24
Hình 12: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều áp IC có cực M....................25

1


Bài tập lớn Cơ điện tử

LỜI NĨI ĐẦU
Cơng nghệ ơ tô là một ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng
trên tồn cầu. Sự tiến bộ trong thiết kế, vật liệu và kỹ thuật sản xuất đã góp
phần tạo ra những chiếc xe ô tô hiện đại với đầy đủ tiện nghi, tính an tồn
cao, và việc ứng dụng vi điều khiển, vi xử lý đang ngày càng phát triển rộng
rãi và thâm nhập ngày càng nhiều vào các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã
hội. Với xu hướng tất yếu này cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ
chế tạo, người ta đã tạo những vi điều khiển có cấu trúc mạnh hơn, đáp ứng
thời gian thực tốt hơn, chuẩn hóa hơn so với các vi điều khiển 8 bit trước đây.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành điện, điện tử,
sự phát minh ra các linh kiện điện tử đã và đang ngày càng đáp ứng được yêu
cầu của các hệ thống. Ưu điểm của việc sử dụng các linh kiện điện tử làm cho
các hệ thống linh hoạt và đa dạng hơn, giá thành thấp hơn và độ chính xác cao
hơn..
Đó chính là ý tưởng để nhóm em tìm hiểu và thực hiện đề tài “Ứng
dụng phần mềm ProteusAVR mơ phỏng mạch đo điện áp máy phát và
dịng điện cấp cho tải trên ô tô đời mới ”.
Bên cạnh đó em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo: Th.S Lê
Hữu Chúc, người đã trực tiếp hướng dẫn em tận tình chu đáo trong q trình
hồn thiện đồ án này. Mặc dù đã cố gắng và học hỏi rất nhiều, nhưng do kiến
thức và kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế nên đề tài này của nhóm em
khơng thể tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn từ

thầy cơ.

2


Bài tập lớn Cơ điện tử

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Điện áp và dịng điện là hai thơng số quan trọng nhất của điện năng. Dự
án này dạy bạn tạo một đồng hồ đo vôn-amp đơn giản bằng vi điều khiển
avr. Dự án này có thể khơng cho phép bạn xây dựng một công cụ đo lường
cao cấp nhưng sẽ là một dự án tự làm tốt giúp bạn hiểu rõ hơn về bộ chuyển
đổi A / D trong vi điều khiển. Đồng hồ này có khả năng đo điện áp từ 0 đến
30V và dòng điện từ 0 đến 5A. Phải cẩn thận trong khi sử dụng để đầu vào
không được vượt quá thơng số kỹ thuật.
1.1.Sơ đồ ngun lí:

Hình 1:Vi điều khiển Atmega16
- Vi điều khiển nhận tín hiệu từ Encoder bộ đếm của động cơ, đếm số
xung của Encoder này rồi hiển thị tốc độ động cơ lên màn hình LCD.
- Vi điều khiển cịn nhận tín hiệu từ bàn phím để điều khiển động cơ
quay thuận hoặc nghịch, tăng tốc hoặc giảm tốc, dừng động cơ rồi hiển thị kết
quả lên LCD.
Vi điều khiển Atmega16 thuộc họ AVR, một họ vi điều khiển do hãng
Atmel sản xuất. Đây là họ vi điều khiển 8 bit, xử lý nhanh và tiêu thụ ít năng
lượng (< 1.1mA tại 3v-1Mhz ). Ngồi ra cịn được tích hợp thêm mạch ADC,
ngõ ra điều rộng xung, giao tiếp I2C, bộ nhớ EEPROM, USART,
3

Bài tập lớn Cơ điện tử
WATCHDOG, dao động nội và lập trình trên hệ thống ISP. Thêm vào đó
AVR cịn được hỗ trợ mạnh mẽ bởi các phần mềm lập trình như
CodeVisionAVR, Bascom, AVR Studio… làm giảm độ phức tạp cũng như
thân thiện hơn với ngôn ngữ con người. Do đó AVR ngày càng được ứng
dụng rộng rãi trong đời sống cũng như trong giáo dục và đào tạo.
1.2.Mô tả cơ bản về vi điều khiển Atmega16
- Hiệu năng cao, tiêu thụ ít năng lượng.
- Kiến trúc RISC:
+ 131 lệnh – hầu hết các lệnh thực thi trong một chu kỳ máy.
+ 32 thanh ghi 8 bit đa năng.
+ Tốc độ thực hiện lên tới 16 triệu lệnh trong 1 giây (tần số 16MHz).
- Các bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu: 32KB bộ nhớ Flash có khả
năng tự lập trình trong hệ thống.
- Có thể thực hiện được 10.000 lần ghi xóa.
+ Vùng mã Boot tùy chọn với những bit khóa độc lập.
+ Lập trình trong hệ thống bởi chương trình on-chip boot.
+ Thao tác đọc ghi trong khi nghỉ.
+ 1024 Byte EEPROM.
- 1 KB SRAM nội
- 2 bộ định thời/bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số độc lập và chế độ so
sánh. Một bộ định thời/bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, chế độ so sánh và
chế độ bắt mẫu (Capture).
- Bộ đếm thời gian thực với bộ dao động độc lập.
- Bốn kênh PWM.
- Bộ ADC 8 kênh 10 bit.
- Bộ truyền dữ liệu đồng bộ/bất đồng bộ USART.
- Bộ truyền dữ liệu chuẩn SPI.
- Watchdog timer khả trình với bộ dao động nội riêng biệt
4

Bài tập lớn Cơ điện tử
- Bộ so sánh Analog.
- Các đặc điểm khác:
+ Power-on Reset và phát hiện Brown-out khả trình.
+ Bộ tạo dao động nội.
+ Nguồn ngắt nội và ngoại.
- 6 chế độ ngủ: Idle, ADC noise reduction, Power-save, Power-down,
Standby và Extended Standby.
- Ngõ vào/ra: có 32 ngõ vào ra.
- Điện áp hoạt động:
+ 2.7V ÷ 5.5V đối với Atmega16L
+ 4.5V ÷ 5.5V đối với Atmega16
- Tần số hoạt động:
+ 0 ÷ 8MHz đối với Atmega16L
+ 0 ÷ 16MHz đối với Atmega16

5


Bài tập lớn Cơ điện tử

Hình 2 : Sơ đồ khối cấu trúc bên trong Atmega 16
Phần lõi AVR kết hợp tập lệnh phong phú với 32 thanh ghi đa dụng.
Toàn bộ 32 thanh ghi này đều kết nối trực tiếp với ALU (Arithmetic Logic
Unit), cho phép truy cập 2 thanh ghi độc lập với 1 lệnh thực thi trong 1 chu kỳ
xung nhịp. Cấu trúc đạt được có tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần so với vi điều
khiển CISC thơng thường.
Với các tính năng đã nêu trên, khi ở chế độ nghỉ (Idle), CPU vẫn cho

phép các chức năng khác hoạt động như: USART, giao tiếp 2 dây, chuyển đổi
A/D, SRAM, bộ đếm/bộ định thời, cổng SPI và các chế độ ngắt. Chế độ
Power-down lưu giữ nội dung các thanh ghi nhưng làm ngừng bộ tạo dao
động, thoát khỏi các chức năng của chip cho đến khi có ngắt ngồi hoặc reset
phần cứng. Trong chế độ Power-save, đồng hồ đồng bộ tiếp tục chạy cho
phép chương trình có thể giữ được sự đồng bộ về thời gian nhưng các thiết bị
6


Bài tập lớn Cơ điện tử
còn lại ở trong trạng thái ngủ. Chế độ ADC Noise Reduction dừng CPU và tất
cả các thiết bị còn lại ngoại trừ đồng hồ đồng bộ và ADC, giảm thiểu nhiễu
khi ADC hoạt động. Ở chế độ Standby, bộ tạo dao động chạy trong khi các
thiết bị còn lại ở trạng thái ngủ. Những đặc điểm này cho phép bộ vi điều
khiển khởi động rất nhanh trong chế độ tiêu thụ công suất thấp.
AVR được sản xuất sử dụng công nghệ bộ nhớ cố định mật độ cao của
Atmel. Bộ nhớ On-chip ISP Flash cho phép lập trình lại vào hệ thống thơng
qua giao diện SPI bởi bộ lập trình bộ nhớ cố định truyền thống hoặc bởi
chương trình On-chip Boot chạy trên lõi AVR. Chương trình Boot có thể sử
dụng bất cứ giao diện nào để download chương trình ứng dụng trong bộ nhớ
Flash. Phần mềm trong vùng Boot Flash sẽ tiếp tục chạy trong khi vùng
Application Flash được cập nhật, giúp tạo ra thao tác Read-While-Write thực
sự. Nhờ việc kết hợp một bộ 8bit RISC CPU với In-System-SelfProgrammable Flash chỉ trong một chip, Atmega16 là một vi điều khiển mạnh
có thể cung cấp những giải pháp có tính linh động cao, giá thành rẻ cho nhiều
ứng dụng điều khiển nhúng. Atmega16 được hỗ trợ đầy đủ với các công cụ hỗ
trợ phát triển cũng như lập trình, bao gồm: trình biên dịch C, Macro
Assembler, mơ phỏng/dị lỗi lập trình, mơ phỏng mạch điện và các bộ kit thí
nghiệm.

Hình 3 : Sơ đồ chân của Atmega1

7


Bài tập lớn Cơ điện tử
- Ý nghĩa của các chân:
GND: chân nối mass
VCC: chân điện áp nguồn
Port A (PA0 ÷ PA7): ngõ vào/ra port A. Các chân Port A cũng là ngõ
vào analog của bộ chuyển đổi A/D
Chân PA7: Ngõ vào ADC7
Chân PA6: Ngõ vào ADC6
Chân PA5: Ngõ vào ADC5
Chân PA4: Ngõ vào ADC4
Chân PA3: Ngõ vào ADC3
Chân PA2: Ngõ vào ADC2
Chân PA1: Ngõ vào ADC1
Chân PA0: Ngõ vào ADC0
Port B (PB0 ÷ PB7): ngõ vào ra Port B
Các chức năng khác của Port B:
Chân

Chức năng

PB7

SCK (Chân Clock của SPI)

PB6

MISO (Master Input/Slave Output của SPI)

PB5

MOSI (Master Output/Slave Input của SPI)

PB4

SS (Ngõ vào chọn Slave của SPI)

PB3

AIN1 (Ngõ vào Negative của bộ so sánh analog)
OC0 (Ngõ ra so sánh của Timer/Counter 0)

PB2

AIN0 (Ngõ vào Positive của bộ so sánh analog)
INT2 (Ngõ vào ngắt ngoài 2)

PB1

T1 (Ngõ vào của bộ đếm ngoài Counter 1)

PB0

T0 (Ngõ vào của bộ đếm ngoài Counter 0)
XCK (Chân I/O Clock của USART)
8

Bài tập lớn Cơ điện tử

Port C (PC0 ÷ PC7): ngõ vào/ra port C
Các chức năng khác của Port C
Chân

Chức năng

PC7

TOSC2 (Chân 2 bộ dao động của Timer)

PC6

TOSC1 (Chân 1 bộ dao động của Timer)

PC5

TD1 (Chân data in Test JTAG)

PC4

TD0 (Chân data out Test JTAG)

PC3

TMS (Chân chọn mode Test JTAG)

PC2

TCK (Chân Clock Test JTAG)

PC1

SDA (Chân Data I/O của giao thức Two-Wire)

PC0

SCL (Chân clock của giao thức Two-Wire)

Port D (PD0 ÷ PD7): ngõ vào/ra Port D
Các chức năng khác của Port D
Chân

Chức năng

PD7

OC2 (Ngõ ra so sánh của Timer/Counter 2)

PD6

ICP1 (Chân bắt mẫu của Timer/Counter 1)

PD5

OC1A (Ngõ ra so sánh A của Timer/Counter 1)

PD4

OC1B (Ngõ ra so sánh B của Timer/Counter 1)

PD3

INT1 (Ngõ ngắt ngoài 1)

PD2

INT0 (Ngõ ngắt ngoài 0)

PD1

TXD (Ngõ ra USART)

PD0

RXD (Ngõ vào USART)

9


Bài tập lớn Cơ điện tử
RESET: Khi đặt vào chân này điện áp mức thấp trong thời gian xác
định (xem trong datasheet) thì sẽ reset chương trình. Nếu thời gian ngắn hơn
thì việc reset khơng thành cơng.
XTAL1: ngõ vào khuếch đại dao động đảo, và là ngõ vào mạch tạo
xung nội
XTAL2: ngõ ra của mạch khuếch đại dao động đảo
AVCC: là chân nguồn cấp cho Port A và bộ chuyển đổi ADC. Nên
nối chân này với chân VCC ngay cả khi khơng sử dụng ADC. Nếu dùng ADC

thì nên nối chân này với chân VCC qua một tụ lọc thông thấp.
AREF: chân tham chiếu điện áp analog của bộ ADC
1.3.Khối hiện thị
Nhiệm vụ của khối hiển thị là nhận tín hiệu từ vi điều khiển để hiển thị
tốc độ, độ rộng xung, chiều quay của động cơ lên màn hình LCD.
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại LCD với mẫu mã và hình dạng
khác nhau. Dựa trên kích cỡ và hiển thị có thể chia LCD ra làm hai loại chính:
LCD hiển thị kí tự (Character LCD) có các kích cỡ: 16x1, 16x2,
16x4… Mỗi kí tự được tạo thành bởi một ma trận các điểm sáng kích thước
5x7 hoặc 5x10 điểm ảnh
LCD hiển thị đồ họa (Graphic LCD) đen trắng hoặc màu, gồm các
kích thước 1.47 inch (128x128 điểm ảnh), 1,8 inch (128x160 điểm ảnh), 2
inch (176x220 điểm ảnh), 2,2 inch (240x320 điểm ảnh), 2,4 inch (240x320
điểm ảnh), 3,5 inch (320x240 điểm ảnh), 4,3 inch (480x272 điểm ảnh ), 7
inch (800x480 điểm ảnh), 8 inch (800x600 điểm ảnh). Loại LCD này được
dùng nhiều trong điện thoại di động, máy ảnh số, camera…
Cấu tạo LCD 16x2 (2 dịng 16 kí tự)

10


Bài tập lớn Cơ điện tử

Hình 4:Hình ảnh một LCD 16x2 trong thực tế
LCD được nhóm em sử dụng trong đồ án là loại có 16 chân, với chức
năng từng chân được ghi trong bảng dưới đây:
Chân

Ký hiệu

I/O

Mô tả

1

VSS

-

Chân nối đất

2

VDD

-

Nối dương nguồn +5V

3

VEE

-

Điều khiển độ tương phản của LCD

4

RS

I

5

RW

I

6

E

7

D0

8

D1

9

D2

10

D3

I/
O
I/
O
I/
O
I/
O
I/
O

RS = 0: chọn thanh ghi lệnh
RS =1: chọn thanh ghi dữ liệu
RW = 1: đọc dữ liệu. RW = 0: ghi
dữ liệu
Cho phép LCD hoạt động
Các bit dữ liệu
Các bit dữ liệu
Các bit dữ liệu
Các bit dữ liệu
11


Bài tập lớn Cơ điện tử
I/

11

D4

12

D5

13

D6

14

D7

15

A

-

Nguồn dương cho đèn nền

16

K

-

GND cho đèn nền

O
I/

O
I/
O
I/
O

Các bit dữ liệu
Các bit dữ liệu
Các bit dữ liệu
Các bit dữ liệu

Ý nghĩa các chân của LCD:
+ Chân VCC, VSS cấp dương nguồn +5V và nối đất tương ứng. Chân
VEE được dùng để điều khiển độ tương phản cho LCD
+ Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): Có 2 thanh ghi rất quan
trọng bên trong LCD, chân RS được dùng để chọn 2 thanh ghi này như sau:
nếu RS = 0 thì thanh ghi mã lệnh được chọn để cho phép người dùng gửi đến
một lệnh như xóa màn hình, đưa con trỏ về đầu dịng… Nếu RS = 1 thì thanh
ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị lên LCD.
+ Chân đọc/ghi RW: Đầu đọc/ghi cho phép người dùng gửi thơng tin
trên LCD. Khi RW = 0 thì ghi, RW = 1 thì đọc
+ Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD
để chốt thơng tin hiện hữu trên chân dữ liệu của nó, khi dữ liệu được cấp đến
chân dữ liệu thì một mức xung từ cao xuống thấp phải được áp đến chân này
để LCD chốt dữ liệu trên các chân chốt dữ liệu. Xung này phải rộng tối thiểu
450ns.
+ Chân D0 ÷ D7: đây là 8 chân ghi dữ liệu 8 bit, dùng để gửi thông tin
lên LCD hoặc đọc nội dung các thanh ghi trên LCD. Để hiển thị các chữ cái
và con số, chúng ta gửi các mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, từ a đến z
và các con số từ 0 đến 9 đến các chân này khi RS = 1.

12


Bài tập lớn Cơ điện tử
Cũng có các mã lệnh mà có thể gửi đến LCD để xóa màn hình hoặc đưa
con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ. Chúng ta cũng dùng RS = 0 để
kiểm tra bit cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhận thơng tin hay khơng. Cờ
bận là D7 và có thể được đọc khi R/W = 1 và RS = 0 như sau: nếu R/W = 1,
RS = 0 khi D7 = 1 (cờ bận bằng 1) thì LCD bận bởi các công việc bên trong
và sẽ không nhận bất kỳ thơng tin mới nào. Khi D7 = 0 thì LCD sẵn sàng
nhận thông tin mới. Lưu ý chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ
dữ liệu nào lên.
Các lệnh LCD
Mã HEX

Lệnh đến thanh ghi của LCD

1

Xóa màn hình hiển thị

2

Trở về đầu dịng

4

Giảm con trỏ (Dịch con trỏ sang trái)

6

Tăng con trỏ (Dịch con trỏ sang phải)

5

Dịch hiển thị sang phải

7

Dịch hiển thị sang trái

8

Tắt hiển thị, tắt con trỏ

A

Tắt hiển thị, bật con trỏ

C

Bật hiển thị, tắt con trỏ

E

Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ

F

Tắt con trỏ, nhấp nháy con trỏ

10

Dịch vị trí con trỏ sang trái

14

Dịch vị trí con trỏ sang phải

18

Dịch tồn bộ hiển thị sang trái

1C

Dịch toàn bộ hiển thị sang phải

80

Ép con trỏ về đầu dòng thứ nhất

C0

Ép con trỏ về đầu dòng thứ hai
13


Bài tập lớn Cơ điện tử
38

Hai dòng và ma trận 5x7

Các lệnh giao tiếp LCD
Để thực hiện các giao tiếp với LCD cần có các lệnh và địa chỉ lệnh. Các
lệnh được mơ tả dưới bảng sau:
Lệnh

Xóa
màn
hình

Trở về
đầu
dịng

Đặt chế
độ truy
nhập

Điều
khiển
bật tắt

R
S

R
W

0

0

D
7

0

0

D
6

0

0

D
5

0

0

D
4

0

0

D
3

0

0

D
2

0

0

D
1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

D

D
0

Mơ tả

0

Xóa tồn bộ
màn hình và
1 đặt địa chỉ 0
của DDRAM
vào bộ nhớ

1

Đặt địa chỉ 0
của DDRAM
như bộ đếm
địa chỉ. Trả
hiển thị dịch
về vị trí gốc
DDRAM
khơng đổi.

I
/D

C

Đặt hướng
chuyển dịch
con trỏ và xác
định dịch hiển
S thị các thao
tác này được
thực hiện khi

đọc/ghi dữ
liệu
B Đặt bật/tắt
màn hình.
14


Bài tập lớn Cơ điện tử

hiển thị

(D) Bật/tắt con
trỏ và (C)
nhấp nháy kí
tự ở vị trí con
trỏ (B)

Dịch
hiển thị
và con
trỏ
chức
năng

-

Dịch con
trỏ/hiển thị
qua trái/phải
mà không phải

đọc/ghi lại dữ
liệu.

-

Khởi tạo giao
- diện của độ
dài dữ liệu

Thiết
lập
chức
năng
Thiết
lập địa
chỉ
CGRA
M
Thiết
lập địa
chỉ
DDRA
M
Đọc cờ
bận

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

B
F

0

0

1

0

1

1

D
L

S
/C

R
/L

N

F

Địa chỉ CGRAM

Thiết lập địa
chỉ bộ nhớ tạo
kí tự, dữ liệu
được gửi/nhận
sau thiết lập
này.

Địa chỉ DDRAM

Thiết lập địa
chỉ bộ nhớ tạo
kí tự, dữ liệu
được gửi/nhận
sau thiết lập
này.

Địa chỉ CGRAM/DDRAM

Đọc cờ bận
BF (Busyflag)

15


Bài tập lớn Cơ điện tử

Các kí hiệu viết tắt trong bảng là:
+ DDRAM: RAM dữ liệu hiển thị, Display Data RAM
+ CGRAM: RAM máy phát kí tự, Character Generator RAM
+ I/D: thiết lập hướng dịch chuyển của con trỏ, I/D = 0: giảm, I/D = 1:
tăng
+ S: thiết lập dịch chuyển hiển thị, S = 0: không dịch chuyển hiển thị, S
=1: dịch chuyển hiển thị.
+ D: bật tắt hiển thị (D = 0: tắt, D = 1: bật)
+ C: bật tắt con trỏ (C = 0: tắt, C = 1: bật)
+ B: bật tắt con trỏ nhấp nháy tại vị trí của kí tự (B = 0: tắt, B = 1: bật)

CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG MẠCH ĐO ĐIỆN ÁP
MÁY PHÁT VÀ DỊNG ĐIỆN CẤP CHO TẢI
2.1.Tìm hiểu về bộ điều áp IC của máy phát điện trên xe ơtơ
Trên xe ơ tơ có rất nhiều thiết bị điện để phục vụ cho các mục đích khác
nhau. Xe cần sử dụng điện không chỉ khi xe đang chạy mà cả khi dừng. Để
phục vụ cho mục đích tạo ra và lưu trữ nguồn điện, xe ô tô được trang bị máy
16


Bài tập lớn Cơ điện tử
phát điện xoay chiều, ắc quy và mạch nạp. Ắc quy dùng để cung cấp điện cho
xe và tích trữ điện. Máy phát điện tạo ra nguồn điện cung cấp cho các thiết bị
và nạp cho ắc quy. Mạch nạp làm nhiệm vụ kết nối giữa máy phát và ắc quy.
Trên ô tô, máy phát điện ln quay cùng với động cơ. Trong khi đó, tốc
độ của động cơ lại thay đổi liên tục. Để đảm bảo điện áp tạo ra từ máy phát có
giá trị không đổi với mọi chế độ công tác của động cơ trong máy phát được
trang bị một bộ điều áp. Bộ điều áp điều chỉnh bằng cách thay đổi dịng kích
từ cấp vào rơto của máy phát do đó điện áp của máy phát sẽ được duy trì khi
tốc độ quay của máy phát hoặc dịng tải thay đổi.

Hình 5: Nguyên lý điều chỉnh của bộ điều áp.
Về mặt cấu tạo, bộ IC điều áp gồm có: IC, cánh tản nhiệt và giắc nối.
Việc sử dụng IC giúp cho kích thước của bộ điều áp nhỏ gọn nên có thể bố trí
ngay phía trong máy phát cùng với bộ chỉnh lưu. Bộ điều áp có 2 loại: Loại
nhận biết máy phát và loại nhận biết ắc quy.

Hình 6: Hai kiểu bộ điều áp.
17

Bài tập lớn Cơ điện tử

Loại nhận biết máy phát: Xác định điện áp bên trong của máy phát
để điều chỉnh.

Loại nhận biết ắc quy: Xác định điện áp ắc quy thơng qua cực S để
lấy căn cứ điều chỉnh.
Ngồi chức năng điều chỉnh điện áp, bộ điều áp còn có tác dụng cảnh báo (bật
sáng đèn báo nạp) cho người dùng biết khi máy phát không phát điện hoặc khi
có sự cố trong mạch nạp như: đứt hoặc ngắn mạch trong cuộn dây rô to, cực
S bị ngắt, cực B bị ngắt, điện áp tăng cao đột ngột do ngắn mạch hai cực E, F.
Các chế độ làm việc của bộ điều chỉnh điện áp có thể được mơ tả như
sau (trên loại nhận biết ắc quy):
* Chế độ hoạt động bình thường:
+ Khi bật khóa điện ở vị trí ON và động cơ chưa nổ máy.
Khi bật khố điện lên vị trí ON, điện áp ắc qui được đặt vào cực IG. Kết
quả là mạch M.IC được kích hoạt và Tranzisto Tr1 được mở ra làm cho dịng
kích từ chạy trong cuộn dây rôto. Ở trạng thái này dòng điện chưa được tạo ra
do vậy bộ điều áp làm giảm sự phóng điện của ắc qui đến mức thấp nhất có
thể bằng cách đóng ngắt Tranzisto Tr1 ngắt quãng. Ở thời điểm này điện áp ở
cực P = 0 và mạch M.IC sẽ xác định trạng thái này và truyền tín hiệu tới
Tranzisto Tr2 để bật đèn báo nạp.

Hình 7: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều chỉnh khi chưa nổ máy.
+ Khi máy phát đang phát điện (điện áp thấp hơn điện áp điều chỉnh)
18


Bài tập lớn Cơ điện tử

Động cơ khởi động và tốc độ máy phát tăng lên, mạch M.IC mở
Tranzisto Tr1 để cho dịng kích từ đi qua và do đó điện áp ngay lập tức được
tạo ra. Ở thời điểm này nếu điện áp ở cực B lớn hơn điện áp ắc qui, thì dịng
điện sẽ đi vào ắc qui để nạp và cung cấp cho các thiết bị điện. Kết quả là điện
áp ở cực P tăng lên. Do đó mạch M.IC xác định trạng thái phát điện đã được
thực hiện và truyền tín hiệu đóng Tranzisto Tr2 để tắt đèn báo nạp.

Hình 8: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều áp khi máy phát đang phát điện
(điện áp thấp hơn điện áp điều chỉnh).
+ Khi máy phát đang phát điện (điện áp cao hơn điện áp điều chỉnh)
Nếu Tranzisto Tr1 tiếp tục mở, điện áp ở cực B tăng lên. Sau đó điện áp
ở cực S vượt quá điện áp điều chỉnh, mạch M.IC xác định tình trạng này và
đóng Tranzisto Tr1. Kết quả là dịng kích từ ở cuộn dây rơto giảm dần thơng
qua điốt Đ1 hấp thụ điện từ ngược và điện áp ở cực B (điện áp được tạo ra)
giảm xuống. Sau đó nếu điện áp ở cực S giảm xuống tới giá trị điều chỉnh thì
mạch M.IC sẽ xác định tình trạng này và mở Tranzisto Tr1. Do đó dịng kích
từ của cuộn dây rôto tăng lên và điện áp ở cực B cũng tăng lên. Bộ điều áp IC
giữ cho điện áp ở cực S (điện áp ở cực ắc qui) ổn định (điện áp điều chỉnh)
bằng cách lặp đi lặp lại các quá trình trên.

19


Bài tập lớn Cơ điện tử

Hình 9: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều áp khi máy phát đang phát điện
(điện áp cao hơn điện áp điều chỉnh).
*Chế độ hoạt động khi có sự cố:
+ Khi cuộn dây Rơto bị đứt (Hình 6a).
Khi máy phát quay, nếu cuộn dây Rơto bị đứt thì máy phát khơng sản

xuất ra điện và điện áp ở cực P = 0. Khi mạch M.IC xác định được tình trạng
này nó mở Tranzisto Tr2 để bật đèn báo nạp để cảnh báo.
+ Khi cuộn dây Rơto bị chập (ngắn mạch) (Hình 6b).
Khi máy phát quay nếu cuộn dây rôto bị chập điện áp ở cực B được đặt
trực tiếp vào cực F và dòng điện trong mạch sẽ rất lớn. Khi mạch M.IC xác
định được tình trạng này nó sẽ đóng Tranzisto Tr1 để bảo vệ và đồng thời mở
Tranzisto Tr2 bật đèn báo nạp để cảnh báo.
+ Khi cực S bị ngắt (Hình 6c).
Khi máy phát quay, nếu cực S ở tình trạng bị hở mạch thì mạch M.IC sẽ
xác định khi khơng có tín hiệu đầu vào từ cực S do đó mở Tranzisto Tr2 để
bật đèn báo nạp. Đồng thời trong mạch M.IC, cực B sẽ làm việc thay thế cho
cực S để điều chỉnh Tranzisto Tr1 do đó điện áp ở cực B được điều chỉnh (
14V) để ngăn chặn sự tăng điện áp khơng bình thường ở cực B.
+ Khi cực B bị ngắt (Hình 6d).
Khi máy phát quay, nếu cực B ở tình trạng bị hở mạch, thì ắc qui sẽ
khơng được nạp và điện áp ắc qui (điện áp ở cực S) sẽ giảm dần. Khi điện áp
ở cực S giảm, bộ điều áp IC làm tăng dịng kích từ để tăng dịng điện tạo ra.
Kết quả là điện áp ở cực B tăng lên. Tuy nhiên mạch M.IC điều chỉnh dòng
20


Bài tập lớn Cơ điện tử
kích từ sao cho điện áp ở cực B không vượt quá 20 V để bảo vệ máy phát và
bộ điều áp IC. Khi điện áp ở cực S thấp (11 tới 13 V) mạch M.IC sẽ điều
chỉnh để ắc qui không được nạp. Sau đó nó mở tranzito Tr2 bật đèn báo nạp
và điều chỉnh dịng kích từ để sao cho điện áp ở cực B giảm, đồng thời bảo vệ
máy phát và bộ điều áp IC.
+ Khi có sự ngắn mạch giữa cực F và cực E (Hình 6e).
Khi máy phát quay, nếu có sự ngắn mạch giữa cực F và cực E thì điện áp
ở cực B sẽ được nối thơng với mát từ cực E qua cuộn dây rôto mà không qua

cực Tranzisto Tr1. Kết quả là điện áp ra của máy phát trở lên rất lớn vì dịng
kích từ khơng được điều khiển bởi Tranzisto Tr1 thậm trí điện áp ở cực S sẽ
vượt điện áp điều chỉnh. Nếu mạch M.IC xác định được tình trạng này nó sẽ
mở Tranzisto Tr2 bật đèn báo nạp để cảnh báo.

(a)

21


Bài tập lớn Cơ điện tử
(b)

(c)

(d)

22


Bài tập lớn Cơ điện tử
(e)
Hình 10:Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều áp khi trong mạch nạp có sự cố
Hoạt động của bộ điều áp loại nhận biết máy phát.
Bộ điều loại này hoạt động tương tự như loại nhận biết ắc quy. Tuy
nhiên, nó khơng có cực S để nhận biết điện áp ắc quy nên mạch M.IC sẽ nhận
biết điện áp trực tiếp từ máy phát thơng qua cực B để từ đó điều chỉnh điện áp
ra của máy phát và điều khiển đèn báo nạp.

Hình 11: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều áp loại nhận biết máy phát.

Bộ điều áp có cực M
Đối với xe có bộ phận sưởi điện PTC - bộ phận sưởi này đặt trong lõi
sưởi được dùng để hâm nóng nước làm mát động cơ khi hiệu suất sưởi không
đủ. Khi bộ phận sưởi PTC được sử dụng ở trạng thái khơng tải của động cơ
thì điện năng tiêu thụ sẽ lớn hơn

23


Bài tập lớn Cơ điện tử
điện năng do máy phát tạo ra. Vì lý do trên bộ điều áp được trang bị
thêm cực M. Cực M truyền tình trạng phát điện của máy phát tới ECU động
cơ thông qua Tranzisto Tr3 được lắp đồng bộ với Tranzisto Tr1 để điều khiển
dịng kích từ. ECU động cơ điều khiển chế độ không tải của động cơ và bộ
phận sưởi điện PTC theo tín hiệu được truyền từ cực M.

Khi bộ sưởi PTC làm việc.

Khi bộ sưởi PTC khơng làm việc
Hình 12: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ điều áp IC có cực M.

24