BAO-CAO-DO-AN_DaoPhuQuyen

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MƠN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DÙNG IC555

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Lớp:

Có file proteus mơ phỏng, ai cần thì mình gửi đầy đủ tài liệu
Giảng viên hướng dẫn: VÕ THỊ BÍCH NGỌC

Sinh viên thực hiện: Đào Phú Quyền
Mã SV:
Lớp:

Tp.HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2021


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn tất quý Thầy/Cô của trường Đại học Công
Nghệ TP Hồ Chí Minh, cũng như q Thầy/Cơ trong Viện Kỹ thuật HUTECH đã giảng
dạy, truyền đạt những kiến thức hữu ích cũng như kinh nghiệm quý báu cho em trong
thời gian qua.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cơ Võ Thị Bích Ngọc, người đã tận tình
hướng dẫn em hồn thành đồ án mơn học này.
Xin cảm ơn tất cả các bạn, các anh/chị đã tận tình giúp đỡ và quan tâm tới tác giả
trong suốt q trình thực hiện thành đồ án mơn học này.
Vì lần đầu làm đồ án, kiến thức chun mơn cịn hạn chế và bản thân còn thiếu kinh
nghiệm thực tiễn nên nội dung của báo cáo sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.
Với ước mong học hỏi, em rất mong nhận được sự góp ý, hướng dẫn, chỉ bảo thêm

của quý Thầy/Cô giáo để em rút kinh nghiệm cho những đồ án tiếp theo được tốt hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2021
Sinh viên thực hiện

Đào Phú Quyền


VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm…): 01

(1) Đào Phú Quyền

MSSV:

Lớp:

2. Tên đề tài: Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC dùng IC555
3. Các dữ liệu ban đầu:

- Tìm hiểu tổng quan về đề tài đồ án, mục tiêu thiết kế
- Thiết kế sơ đồ khối cho mơ hình “Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC dùng IC
NE555”
- Tìm hiểu các linh kiện dùng để thiết kế mạch, nguyên lý chi tiết gồm: 7812, IC
NE555, IRF540, MOTOR, BRIDGE, 1N4148, …
4. Nội dung nhiệm vụ:

- Thiết kế, tính tốn giá trị
- Mô phỏng nguyên lý hoạt động của mạch trên phần mềm mô phỏng
- Viết báo cáo đồ án.
5. Kết quả tối thiểu phải có:

1) Báo cáo đồ án.
2) Sơ đồ nguyên lý chi tiết; Mạch PCB
Ngày giao đề tài: 27/09/2021 Ngày nộp báo cáo: 12/12/2021

Sinh viên thực hiện

Đào Phú Quyền

TP. HCM, ngày 4 tháng 10 năm 2021.
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)


Nhận xét giáo viên hướng dẫn
Họ tên sinh viên: Đào Phú Quyền

Lớp:

Mã số sinh viên:
Tên đề tài: Mạch điều khiển tốc độ động cơ dùng IC NE555
Ưu điểm: ……………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Nhược điểm: …...….……………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Điểm đánh giá: …………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………

Ngày 12 Tháng 12 Năm 2021
Giáo viên hướng dẫn


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 IC NE555
2.2 IRF540
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ
3.1 SƠ ĐỒ KHỐI
3.1.1 Khối nguồn
3.1.2 Khối dao động IC NE555
3.1.3 Khối điều khiển
3.1.4 Khối tải (động cơ)
3.1.4 Khối cơng suất
3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ
3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
3.3.1 Sơ đồ nguyên lý chi tiết
3.3.2 Nguyên lý hoạt động
3.4 THI CÔNG
3.4.1 Sơ đồ mạch in
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
•

Lý do chọn đề tài:
Ngày nay với sự phát triển không ngừng nghỉ của xã hội, điều khiển tốc độ nhanh
hay chậm của máy móc là phụ thuộc vào con người, chính vì thế điều khiển tốc độ

động cơ ra đời để phục vụ trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống con người.
• Mục tiêu của đề tài:
Điện tử được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong mọi lĩnh vực, sinh viên học
ngành kỹ thuật thì cần được trang bị kiến thức điện, điện tử để có thể phân tích,
thiết kế, thi cơng, lắp đặt vận hành, bảo trì, bảo dưỡng các thiết bị điện tử, dây
chuyền sản suất công nghiệp.
Thực hiện đồ án môn học này nhằm giúp em hiểu được chức năng của các linh
kiện dùng trong mạch, cách thiết kế mạch, sử dụng phần mềm Proteus để mô
phỏng mạch, cũng như thiết kế PCB cho mạch và mô phỏng 3D.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Điện trở


Hình ảnh thực tế
• Điện trở là một linh kiện điện tử có cơng dụng là để giảm dịng điện chạy trong
mạch. Trong tiếng anh là Resistor, được viết tắt là R.

Đối với điện trở 4 vạch màu:
•
•

Vạch màu thứ nhất: Là giá trị hàng chục trong giá trị điện trở
Vạch màu thứ hai: Là giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở


•
•
•

Vạch màu thứ ba: Là hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị
điện trở
Vạch màu thứ tư: Là giá trị sai số của điện trở. Vịng thứ tư là vịng ở cuối ln
ln có màu nhũ vàng hay nhũ bạc, khi đọc ta bỏ qua trị số của vòng này
Giá trị điện trở = (vạch 1) (vạch 2) x 10(mũ vạch 3)

Điện trở 4 vạch màu
Ví dụ: Trên thang điện trở như hình có các vạch màu lần lượt là vàng, tím, đen, hoàng
kim ứng với các số 4, 7, 0.
Vậy giá trị điện trở là 47 x 10^0= 47 (Ω).
- Cách đọc điện trở 5 vạch màu
Đối với điện trở 5 vạch màu:
• Vạch màu thứ nhất: là giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ hai: là giá trị hàng chục trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ ba: là giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ tư: là hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện
trở
• Vạch màu thứ năm: là giá trị sai số của điện trở
• Giá trị điện trở = (vạch 1) (vạch 2) (vạch 3) x 10(mũ vạch 4) + vạch 5

Điện trở 5 vạch màu
Ví dụ: Một điện trở có các vạch màu lần lượt là xanh, vàng, đỏ, nâu, nâu ứng với các chữ
số là 6, 4, 2, 1, 1.
Vậy giá trị điện trở là 642 x 10^1 ± 1%= 6420±1%.

2.2 IC 7812

Hình ảnh thực tế


•

Sơ đồ chân IC7812

- Điện áp đầu vào trong khoảng 14V đến 35V, điện áp đầu ra cố định 12V.
- Dịng đầu vào phải là 2A để có 1A đến 1,5A ở đầu ra.


2.3 Cầu diode (BRIDGE)

Hình ảnh thực tế


2.4 Tụ điện

Hình ảnh thực tế
- Tụ điện là linh kiện điện tử hoạt động trên nguyên lý tích trữ điện (nạp) và phóng điện.
Tụ điện là linh kiện khơng thể thiếu trong các mạch điện tử. Ngoài ra tụ điện còn được
dùng để khởi động – động cơ 1 pha; mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu
xoay chiều

- Cấu tạo của tụ điện: Tụ điện có cấu tạo là hai bản điện cực được ghép song song với
nhau, ở giữa có một lớp cách điện được gọi là điện mơi. Tụ điện cịn được phân loại theo
vật liệu cách điện.


Ví dụ: tụ điện giấy – lớp cách điện là giấy, tương tự ta có tụ điện gốm (sứ), tụ điện hóa,
…

2.5 Motor điện

- Thơng số kĩ thuật
Đường kính động cơ: 42 MM
Chiều dài động cơ: 67 MM


Đường kính trục động cơ: 5 MM
Chiều dài trục đầu ra: 13 MM
Trọng lượng động cơ: 380 gram
Điện áp định mức: DC18V
Dịng khơng tải: 1.9 A
Tốc độ khơng tải: 18,200 vịng / phút
Cơng suất: 208 W
- Các dải tốc độ đã kiểm tra thực tế
Điện áp của động cơ này là DC 12V
Tốc độ đo được điện áp như sau:
DC 12V 1.5A 11,700 vịng / phút
2.6 DIODE ZENER – 1N4148

Hình ảnh thực tế

- Chức năng diode 1N4148
1N4148 được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử khác nhau. Nó có thể được sử dụng
ở những có u cầu tạo dịng điện xoay chiều thành một chiều. Nó có thể được sử dụng
để chặn xung điện áp để bảo vệ các linh kiện điện tử khơng bị cháy bên trong hoặc hư
hỏng. Nó cũng có thể được sử dụng trong mạch logic kỹ thuật số. Hơn nữa nó cịn hoạt
động tốt trong các mạch sạc pin, mạch cấp nguồn và mạch nhân đôi điện áp.
- Thông số kỹ thuật
Loại diode: diode chuyển mạch nhanh silicon epitaxial
Điện áp ngược lặp lại tối đa là: 100 V
Dịng chỉnh lưu trung bình tối đa là: 15A hoặc 150mA
Công suất tiêu tán tối đa là: 5W
Điện áp ngược là: 75V
Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -65 đến +175 độ C.
Sơ đồ chân 1N4148

2.7 MOSFET IRF540


Hình ảnh thực tế
- Thơng số kỹ thuật
Loại MOSFET: Kênh N
Điện áp tối đa từ cực cổng đến cực nguồn phải là: ± 20V
Dòng cực máng (chân 2) liên tục tối đa là: 23A
Công suất tiêu tán tối đa là: 100W
Điện áp tối thiểu cần thiết để dẫn điện: 2V đến 4V
Nhiệt độ bảo quản và hoạt động phải là: -55 đến +150 độ C

- Sơ đồ chân: Hướng IRF540 phía trước mặt thì sơ đồ chân theo thứ tự từ trái qua phải
lần lượt là chân 1 (cổng G), chân 2 (máng D), chân 3 (nguồn S)

Cách chạy an tồn trong mạch
- Để có hiệu suất lâu dài trong mạch, nên để IRF540 hoạt động ở mức thấp hơn 20% so
với định mức tối đa của nó. Dịng xả tối đa là 23A do đó cố gắng duy trì dưới 18A và điện
áp tải tối đa là 100V do đó điều khiển tải dưới 80V. Điện áp cổng vào nguồn phải dưới
±20V. Luôn sử dụng bộ tản nhiệt thích hợp với transistor. Nhiệt độ vận hành và lưu trữ
phải luôn trên -55 độ C và dưới +155 độ C.
2.7 IC NE555

Hình ảnh thực tế
- IC NE555 là một linh kiện khá phổ biến để tạo được xung PWM và có thể thay đổi tần
số tùy thích. NE555 làm việc với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế được độ rộng xung. Vì
vậy, NE555 được sử dụng trong một loạt các bộ đếm thời gian, thế hệ xung, dao động và
các ứng dụng. NE555 có thể được sử dụng để cung cấp cho sự chậm trễ thời gian, như
một dao động, và như là một yếu tố flip-flop. Các dẫn xuất cung cấp lên đến bốn mạch
thời gian trong một gói.
Thơng số kỹ thuật:
Điện áp đầu vào: 4.5-16V
Dòng điện cung cấp: 10mA - 15mA
Điện áp logic ở mức cao: 0.5 - 15V
Điện áp logic ở mức thấp: 0.03 - 0.06V
Công suất lớn nhất là: 600mW


Nhiệt độ hoạt động: 0 – 70oC
Các chức năng của IC555
+ Là thiết bị tạo xung chính xác
+ Máy phát xung.
+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)

+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

Hình 8.3: Cấu trúc của IC555

- IC555 gồm 2 mạch so sánh điều khiển trạng thái của FF, từ đó lái transistor xả
(discharge) và tầng ra.
Chức năng một số chân được mô tả như sau:
-

-

Chân 1: GND (nối đất)

Chân 2: TRIGGER (kích khởi), điểm nhạy mức với

dưới

1
V
3 CC

thì ngõ ra

Q

1
V
3 CC

. Khi điện áp ở chân này

của FF xuống [0], gây cho chân 3 tạo một trạng thái cao.


-

Chân 3: OUTPUT (ra) thường ở mức thấp và chuyển thành mức cao trong khoảng
thời gian định thì. Vì tầng ra tích cực ở cả 2 chiều, nó có thể cấp hoặc hút dòng đến
200mA

-

Chân 4: RESET khi điện áp ở chân này nhỏ hơn 0,4V: chu kỳ định thì bị ngắt, đưa
555 về trạng thái khơng có kích. Đây là chức năng ưu tiên để 555 không thể bị kích
trừ khi RESET được giải phóng(>1,0V). Khi khơng sử dụng nối chân 4 lên VCC.

-

Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển), bên trong là điểm

2
V
3 CC

. Một điện trở

nối đất hoặc điện áp ngồi có thể được nối vào chân 5 để thay đổi các điểm tham khảo
(chuẩn) của comparator. Khi khơng sử dụng cho mục đích này, nên gắn 1 tụ nối đất ≥
0.01μF cho tất cả các ứng dụng nhằm để lọc các xung đỉnh nhiễu nguồn cấp điện.

-

Chân 6: Threshold (ngưỡng) để nhạy mức với

2
V
3 CC

. Khi điện áp ở chân này >

2
V
3 CC

FF Reset làm cho chân 3 ở trạng thái thấp.
-

Chân 7: Discharge (Xả) cực thu của transistor, thường được dùng để xả tụ định thì. Vì
dịng collector bị giới hạn, nó có thể dùng với các tụ rất lớn ( > 1000μF ) khơng bị hư.

-

Chân 8: VCC điện áp cấp nguồn có thể từ 4,5V đến 16V so với chân mass. Việc định
thì tương đối độc lập với điện áp này. Sai số định thì do thay đổi nguồn điện tiêu biểu
< 0.05% /V

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ
-

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI

Khối nguồn

Khối dao động

Khối điều chỉnh

Khối công suất Khối tải (động cơ)


- Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho toàn hệ thống này hoạt động
- Khối dao động dùng (IC555): Tạo dao động với tần số 12V, 1,5A, để ép động cơ sẽ
quay được 11,700 vòng/phút.
- Khối điều chỉnh tần số: Cho phép động cơ quay hay dừng, quay nhanh nhanh hay
chậm là do khối điều chỉnh quyết định. Khi điều chỉnh RV1 thì tỉ lệ RV1 & C1 thay đổi
→ xung PWM của con NE555 thay đổi → tốc độ động cơ thay đổi.
- Khối công suất: Để đẩy công suất lên để phù hợp với động cơ yêu cầu.
Công suất motor 280(W), nguồn 12(V) và cường độ dòng điện 23,33(A)
- Khối tải: Thực hiện nhiệm vụ của tải (động cơ) quay nhanh hoặc quay chậm.


3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ

Hoạt động của mạch:
Khi mới đóng điện tụ C bắt đầu nạp từ 0V lên nên:
Tụ C nạp điện qua R1 và R2 với hằng số thời gian khi nạp là:
τ n = ( R1 + R2 ).C

Điện áp qua tụ C tăng dần thì ngõ ra ở mức cao, do:

OP-AMP (1) có: V+ss1= vC< V-ss1 =

OP-AMP (2) có V+ss2 =

1
VCC
3

2
VCC
3

=> ngõ ra V0ss1 = [0], ngõ R =0

>vC(t)= V-ss2=>ngõ ra V0ss2 = [1], ngõ S =1

Tại RSFF có: R = 0, S = 1 nên Q =1 và

Q=0

. Lúc đó, điện áp ra qua mạch đệm đảo là

mức [1], transistor tắt, ngõ ra chân 3 có V0 = VCC

Khi vC tăng

2
vc (t ) > VCC
3

, thì ta có:


Ngõ ra V0ss1 = [1] = R, V0ss2 = [0] = S =>Q =0 và

Q =1

.Lúc đó, điện áp ra qua mạch đệm

đảo là mức [0], transistor dẫn bão hòa, làm tụ phóng điện qua R 2, với thời hằng:

τ x = R2 .C

- Thời gian tụ nạp là thời gian V0≈+ VCC, thời gian tụ xả là V0≈0.
- Thời gian nạp và xả của tụ được tính theo cơng thức:
•

•

-

Thời gian nạp: tnạp =
Thời gian xả: tx = =

τ x . ln 2 = 0,69.R2 .C

Điện áp ngõ ra chân 3 có dạng sóng vng với chu kỳ là:
T = t n + tx =

-

τ n . ln 2 = 0,69.( R1 + R2 ).C

0,69.( R1 + 2.R2 ).C

Do thời gian nạp và thời gian xả không bằng nhau (t n > tx) nên tín hiệu sóng vng ra
khơng đối xứng. Tần số của sóng vng đầu ra là:
f =

1
1
=
T 0,69.( R1 + 2.R2 ).C

Tốc độ của motor phụ thuộc vài RV1, với tốc độ đo thực tế của motor 12V, 1,5A, sẽ quay
được 11,700 vòng/phút.
Tần số: (Hertz)
T = tn + tx = (s)
Ta có: biến trở RV1 = 10k, tụ C = 1n = 1.
•
(s)
•
(s)
•

•

T=+

Chu kỳ xung:

Ta có: biến trở RV1 = 50k, tụ C = 1n = 1.
•
(s)
•
(s)
•

•

T=+

Chu kỳ xung:

3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
3.3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch

Khối nguồn


- Nguồn từ 220V qua con biến áp TRAN-2P3S để giảm dòng điện xuống còn ⁓15V,
qua cầu diode, sử dụng IC ổn áp 7812 để ổn định điện áp ngõ ra là 12V. Led D4 báo
nguồn, R4 là điện trở hạn dòng cho Led
3.3.2 Nguyên lý hoạt động
- IC NE555 tạo ra dao động xung vuông do mạch RV1, C1 tạo ra tại chân 2, 6. Sau khi
qua IC555 ta được xung vng, có độ rộng xung có thể thay đổi được. Tần số xung điện
phụ thuộc vào giá trị RV1, C1.
- IC555 tạo ra xung PWM điều khiển đóng mở Mosfet công suất. Tốc độ động cơ một
chiều sẽ phụ thuộc vào độ rộng xung PWM.

- IC555 phát xung, nó phụ thuộc vào điện trở RV1 với C1. Khi điều chỉnh biến trở RV1
thì tỉ lệ RV1 & C1 thay đổi → xung PWM của con NE555 thay đổi → tốc độ động cơ
thay đổi.
3.4 THI CÔNG
3.4.1 Sơ đồ thi công


-

Sơ đồ mạch PCB