Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Cũng vì ưu điểm có tính tùy biến cao nên trong phạm vi đề tài này em sẽ nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển để điều khiển động cơ bước .

Cũng vì ưu điểm có tính tùy biến cao nên trong phạm vi đề tài này em sẽ nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển để điều khiển động cơ bước .

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước



1.4. Một số linh kiện sử dụng trong đề tài

1.4.1. Vi điều khiển AT89C51

Vi điều khiển AT89C51 là một biến thể của vi điều khiển 8051, được chế tạo bởi hãng

Atmel bằng công nghệ CMOS dựa theo chuẩn công nghiệp MSC51 (linh kiện đầu tiên

theo chuẩn này do hãng Intel của Mỹ chế tạo, Atmel và nhiều nhà sản xuất khác được cấp

phép làm nhà cung cấp thứ 2) .

* Sơ đồ khối và một số đặc trưng cơ bản của vi điều khiển AT89C51 :



Hỉnh 1.4.1.a – Sơ đồ khối vi điều khiển AT89C51

 4 Kbytes FLASH

 128 Byte RAM

 4 Port xuất - nhập (I/O port) 8 bit

 2 bộ timer 16 bit

 Có mạch giao tiếp nối tiếp

 Khơng gian nhớ dữ liệu ngồi 64 Kbytes

 Khơng gian nhớ chương trình ngồi 64 Kbytes

 Xử lý bit đơn

 210 vị trí nhớ được địa chỉ có thể định vị trên từng bit

 Cần 4 cho hoạt động nhân hoặc chia

* Cấu trúc bên trong của vi điều khiển AT89C51 :

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 17



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước



Hình 1.4.1.b – Cấu trúc bên trong của vi điều khiển AT89C51

Các Port :

 Port 0 : là port có 2 chức năng ở các chân từ 32 đến 39 của AT89C51. Trong các

thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường xuất

-nhập . Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus

địa chỉ và bus dữ liệu.

 Port 1: là port I/O trên các chân từ 1 đến 8 của AT89C51 . Port 1 không có chức

năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài.

 Port 2 : là port có 2 chức năng ở các chân từ 21 đến 28 của AT89C51 . Được dùng

như các đường xuất - nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị

dùng bộ nhớ mở rộng .



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 18



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước



Hình 1.4.1.c - Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của 89C51

 Port 3 : là port có 2 chức năng ở các chân từ 10 đến 17 của AT89C51 . Nó có thể

được sử dụng như cổng xuất – nhập, nhưng trong đa số trường hợp nó được sử

dụng theo các chức năng đặc biệt tương thích với từng chân của nó .

Bảng sau cung cấp các chức năng đặc biệt của cống P3. Thông tin này áp dụng cho cả

dòng 8x51 và 8x31:

Bit của cống P3

P3.0



Chức năng

Nhận dữ liệu (RXD)



Vị trí

10



Địa chỉ

B0h



P3.1



Truyền dữ liệu (TXD)



11



B1h



P3.2



Ngắt ngồi 0(INT0)



12



B2h



P3.3



Ngắt ngồi 1(INT1)



13



B3h



P3.4



Bộ định thời 0 (T0)



14



B4h



P3.5



Bộ định thời 1 (T1)



15



B5h



P3.6



Ghi (WR)



16



B6h



-



P3.7

Đọc (RD)

17

B7h

P3.0 và P3.1 : sử dụng tương ứng trong nhận và truyền tín hiệu nối tiếp



-



P3.2 và P3.3 : sử dụng tương ứng cho ngắt ngoài 0 và 1



-



P3.4 và P3.5 : sử dụng tương ứng cho các bộ định thời 0 và 1



-



P3.6 và P3.7 : sử dụng tương ứng trong ghi và đọc các bộ nhớ ngoài



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 19



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

PSEN (Program store enable) :

PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở

rộng, chân này thường được nối đến chân cho phép xuất /0E (output enable) của EPROM

hoặc ROM để cho phép đọc các byte mã lệnh . PSEN tích cực mức thấp, khi AT89C51 thi

hành chương trình trong ROM nội thì PSEN sẽ ở mức logic 1 (khơng tích cực), còn khi

AT89C51 thi hành chương trình ở ROM ngoại thì PSEN sẽ ở mức logic 0 (tích cực) trong

suốt thời gian nạp lệnh .

ALE (Address Latch Enable ) :

ALE là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng dùng để giải đa hợp (demultiplexing) bus

dữ liệu và bus địa chỉ . Khi 8951 truy xuất bộ nhớ bên ngồi, Port 0 có chức năng là bus

địa chỉ và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở

chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi

kết nối chúng với IC chốt . Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động

trên chip và có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống .

/EA (External Access):

/EA là tín hiệu ngõ vào ở chân 31 của vi điều khiển AT89C51 có tác dụng chọn vùng

ROM để thực thi chương trình . Nếu EA ở mức 1, vi điều khiển AT89C51 thi hành

chương trình từ ROM nội . Nếu EA ở mức 0 (và PSEN cũng ở múc 0), vi điều khiển

AT89C51 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân /EA được lấy làm chân cấp

nguồn 12V khi lập trình cho FLASH bên trong vi điều khiển AT89C51 .

RST (Reset) :

RST là ngõ vào ở chân 9 của vi điều khiển AT89C51 dùng để thiết lập lại trạng thái ban

đầu hệ thống (hay gọi tắt là reset hệ thống) . Khi ngõ vào tín hiệu được set mức logic “1”

ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong sẽ được nạp những giá trị thích hợp để

khởi động hệ thống . Khi cấp điện hệ thống tự động Reset .

XTAL1 và XTAL2 :

Bộ dao động được tích hợp bên trong vi điều khiển AT89C51, khi sử dụng AT89C51

người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ . Tần số

thạch anh thường sử dụng cho AT89C51 là 12 Mhz .



Tổ chức bộ nhớ :

Các vi điều khiển đều được dùng làm thành phần trung tâm trong các thiết kế, trong đó

bộ nhớ có dung lượng giới hạn, khơng có ổ đĩa và hệ điều hành, chương trình điều khiển

phải thường trú trong ROM nên các vi điều khiển thuộc họ 8051 đều tổ chức thành hai

không gian nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu . Cả hai bộ nhớ chương trình và dữ

liệu đều đặt bên trong chip, tuy nhiên ta có thể mở rộng bộ nhớ ngoài lên tới 64 Kbytes

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 20



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

được truy nhập bởi hệ thống 16 bit địa chỉ nhờ thanh ghi con trỏ .



Hình 1.4.1.d – Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển AT89C51

Bộ nhớ chương trình (ROM, EPROM) là bộ nhớ chỉ đọc, có thể mở rộng tối đa 64Kbyte.

Với vi điều khiển AT89C51, bộ nhớ chương trình được tích hợp sẵn trong chip có kích

thước là 4Kbytes .

Bộ nhớ dữ liệu (RAM) tồn tại độc lập so với bộ nhớ chương trình. Vi điều khiển

AT89C51 có bộ nhớ dữ liệu tích hợp trên chip là 128byte và có thể mở rộng với bộ nhớ

dữ liệu ngoài lên tới 64kByte .

* Vùng RAM nội :



Hình 1.4.1.e – Sơ đồ phân bố RAM nội bên trong vi điều khiển AT89C51

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 21



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

 RAM đa dụng : gồm 80 bytes có địa chỉ từ 30h đến 7Fh, có thể truy cập mức byte

bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp .

 RAM có thể định địa chỉ bit : gổm 16 bytes có địa chỉ từ 20h đến 2Fh, vùng này

có thể dùng như vùng RAM đa dụng tuy nhiên thực tế vùng này hay được sử dụng

cho các hàm ngắt .

 Các bank thanh ghi : gồm 4 bank thanh ghi : bank 0 từ 00h đến 08h, bank 1 từ

08h đến 0Fh, bank 2 từ 10h đến 17h, bank 3 từ 18h đến 1Fh (tổng cộng là 32 bytes

có địa chỉ từ 00h đến 1Fh) . Các bank thanh ghi này được đại diện bằng các thanh

ghi từ R0 đến R7 . Sau khi reset hệ thống mặc định sử dụng bank 0 . Tại một thời

điểm chỉ có một bank thanh ghi được truy xuất, việc thay đổi các bank thanh ghi

có thể thực hiện bởi thanh ghi trạng thái chương trình PSW . Các bank thanh ghi

cũng có thể sử dụng như vùng RAM đa dụng .

* Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR – Special Funtion Registers) :



Hình 1.4.1.f – Các thanh ghi chức năng đặc biệt

Các thanh ghi có thể định địa chỉ bit sẽ có địa chỉ bit bắt đầu (LSB) và địa chỉ byte trùng

nhau .

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 22



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

* Các thanh ghi chức năng đặc biệt :

 Thanh ghi A (Acumulator) - thanh ghi tích lũy : là thanh ghi được sử dụng nhiều

nhất trong AT89C51 .

 Thanh ghi B : là thanh ghi được sử dụng cho các phép tốn nhân và chia, nó cũng

có thể dùng như một thanh ghi tạm, chứa các kết quả trung gian .

 Thanh ghi PSW (Program Status Word) - thanh ghi trạng thái chương trình : chứa

các cờ nhớ phục vụ việc thực hiện các phép toán số học và các bit cho phép chọn

bank thanh ghi .

 Thanh ghi SP (Stack Pointer) - thanh ghi con trỏ stack .

 Thanh ghi DPTR (Data Pointer) - thanh ghi con trỏ dữ liệu .

 Các thanh ghi Port : được kết nối trực tiếp với các port (phần cứng) .

 Thanh ghi SBUF (Serial Data Buffer) - thanh ghi port nối tiếp : là thanh ghi lưu

trữ tín hiệu tạm thời khi truyền – nhận dữ liệu .

 Các thanh ghi định thời (Timer Register) : là các thanh ghi phục vụ cho các bộ

timer bên trong vi điều khiển AT89C51 .

Ngoài các thanh ghi đặc biệt trên, vi điều khiển AT89C51 còn có hệ thống thanh

ghi điều khiển bao gồm các thanh ghi sau :

 Thanh ghi IE (Interrupt Enable) – thanh ghi cho phép ngắt : là thanh ghi cho phép

hay khơng cho phép chương trình tiến vào ngắt .

 Thanh ghi IP (Interrupt Priority) – thanh ghi ưu tiên ngắt : là thanh ghi cho phép

chọn mức ưu tiên khi có 2 hay nhiều ngắt xảy ra đồng thời .

 Thanh ghi TCON (Timer Control) – thanh ghi điều khiển ngắt : là thanh ghi cho

phép điều khiển các vector ngắt bên trong vi đều khiển AT89C51 .

 Thanh ghi TMOD (Timer Mode) – thanh ghi chế độ timer : là thanh ghi cho phép

chọn chế độ hoạt động cho các bộ timer 0 và 1 bên trong vi điều khiển AT89C51 .

 Thanh ghi SCON (Serial Control) – thanh ghi cổng nối tiếp : là thanh ghi điều

khiển hoạt động của cổng nối tiếp .

 Thanh ghi PCON (Power Control) – thanh ghi điều khiển nguồn : thanh ghi cho

phép lựa chọn chế độ hoạt động của phần cứng của vi điều khiển AT89C51.

* Các vector ngắt :

Vi điều khiển AT89C51 có tất cả 5 vector ngắt : ngắt ngoài 0, ngắt ngoài 1, ngắt timer 0,

ngắt timer 1, ngắt truyền thông .

Mức ưu tiên của các ngắt được quy định bởi thanh ghi IP .

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 23



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

Sự cho phép hoạt động của các ngắt được quy định bởi thanh ghi IE .

Chế độ hoạt động của ngắt được quy định bởi thanh ghi TCON .

Các ngắt được thực hiện khi ngắt được cho phép hoạt động và cờ ngắt tương ứng được

phát hiện; nếu 2 cờ ngắt cùng được phát hiện thì ngắt có mức ưu tiên cao hơn sẽ được

thực thi; nếu một ngắt đang được thực hiện thì nó sẽ và chỉ bị ngắt khi có một cờ ngắt có

mức ưu tiên được phát hiện .



Hình 1.4.1.g – Bảng vector ngắt của vi điều khiển AT89C51

Trong đề tài này, chúng em sử dụng vi điều khiển AT89C51 làm thiết bị điều khiển

cho động cơ bước kiểu đơn cực .



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 24



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

1.4.2. MOSFET IRF540

Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect

Transistor) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông

thường mà ta đã biết . Mosfet thường có cơng suất lớn hơn rất nhiều so với BJT . Đối với

tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng mở . Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa

trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích

hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu .

Mosfet được chia làm 2 loại là Mosfet kênh dẫn N (NMOS) hoặc Mosfet kênh dẫn P

(PMOS) . Hoặc dựa theo nguyên tắc hình thành kênh dẫn mà có Mosfet kênh đặt sẵn

(kênh giàu) hoặc Mosfet kênh khơng đặt sẵn (kênh nghèo) hay Mosfet kênh cảm ứng

hoặc Mosfet kênh tăng cường .



Hình 1.4.2.a – Cấu tạo, hính ảnh thực tế và ký hiệu trên sơ đồ mạch của Mosfet

* Nguyên lý hoạt động :

Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở . Do là một phần tử với các hạt mang điện cơ

bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Nhưng mà để đảm bảo thời gian đóng

cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vẫn đề quan trọng .

Mạch điện tương đương của Mosfet . Nhìn vào đó ta thấy cơ chế đóng cắt phụ thuộc vào

các tụ điện ký sinh trên nó .



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 25



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

Ở đây em khơng trình bày chi tiết cấu trúc bán dẫn của nó để nó đóng hoặc mở. Có thể

hiểu đơn giản như sau :

+ Đối với kênh P : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs < 0 . Dòng điện sẽ đi từ S đến D

.

+ Đối với kênh N : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs > 0 . Điện áp điều khiển đóng

là Ugs 0. Dòng điện sẽ đi từ D xuống S.

Do đảm bảo thời gian đóng cắt là ngắn nhất người ta thường : Đối với Mosfet Kênh N

điện áp khóa là Ugs = 0 V còn Kênh P thì Ugs 0.

Ưu và nhược điểm của Mosfet :

* Ưu điểm :

- Tốc độ chuyển mạch nhanh, tần số làm việc cao .

- Tổng trở vào lớn, tổn hao thấp .

- Tuổi thọ cao nếu được tính tốn tốt .

- Có ưu thế về giá so với IGBT nếu không yêu cầu công suất cao .

* Nhược điểm :

- Bị hạn chế về điện áp .

- Chịu quá tải kém, nhạy cảm với nhiệt độ .

Một số thông số quan trọng cần lưu ý khi sử dụng Mostfet :

Drain to Source breakdown voltage : điện áp một chiều lớn nhất cho phép trên cực Drain

và Source . Khi tính tốn thường lấy hệ số điện áp an toàn tối thiểu là 1.5 .

Countinuous Drain current : dòng một chiều liên tục lớn nhất chảy qua Mosfet, giới hạn

bởi tổn hao, thường cho ở 25oC và 100oC .

Pulsed drain current : dòng điện xung lớn nhất chảy qua Mosfet, phụ thuộc vào độ rộng

xung, giới hạn bởi diện tích an tồn (Safe Operating Area – SOA) .

Gate to Source voltage : điện áp điều khiển giữa cực Gate và Source, thường lớn nhất là

20V, thực tế hay đặt khoảng 10V, khi Mosfet hoạt động xảy ra hiện tượng điện áp điều

khiển tăng cao cần mắc thêm diode zener để ghim điện áp .

Max Power Dissipation : công suất tiêu tán lớn nhất trong điều kiện làm mát tốt nhất,

thường chọn ở 25oC .

Linear Derating Factor : hệ số suy giảm công suất tỏa nhiệt theo nhiệt độ, thương khoảng

0.7 đến 2.5 W/oC .

Operating Junction and Storage Temperature Range : giới hạn nhiệt độ của lớp tiếp giáp,

thường từ -55oC đến 175oC .

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 26



Đồ án chuyên ngành II

Nghiên cứu, chế tạo driver điều khiển và khống chế tốc độ động cơ bước

Peak dioderecovery dv/dt : giới hạn tốc độ tăng điện áp trên diode mắc giữa cực Drain và

Source, thường nhơ hơn 5 V/ns .

Static Drain to Source on Resistance : điện trở biểu kiến ở trạng thái dẫn .

Rise time and Fall time : thời gian chuyển mạch của van từ trạng thái khóa sang trạng

thái dẫn và ngược lại .

Total Gate Charge : Điện tích tổng cộng của các tự điện ký sinh trên cực Gate tại một giá

trị Uđk nhất định, thường cho ở 10V .



1.4.3. OPTO PC817

Opto là loại linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm một led và một photo diode hay một photo

transitor. Được sử dụng để cách ly giữa các khối chênh lệch nhau về điện hay cơng suất

như khối cơng suất nhỏ (dòng nhỏ, điện áp 5V) với khối điện áp lớn dòng lớn và áp lớn .



Hình 1.4.3.a - Hình ảnh opto trong các bản vẽ và hình ảnh thực tế

Nguyên lý hoạt động của opto là: Khi đặt điện áp 5v vào chân 1,2 của opto làm cho

led sáng xảy ra hiệu ứng quang điện làm cho 2 chân 3 và 4 thông nhau. Dòng điện

chân 4 sẽ qua chân 3 của opto.Nhờ vậy tín hiệu 2 mạch là mạch lực và mạch điều

khiển liên lạc được với nhau mà vẫn đảm bảo cách ly về mặt dòng điện điện áp giữa

2 khối



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đình Hùng

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đỗ Như Bắc



Trang 27



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Cũng vì ưu điểm có tính tùy biến cao nên trong phạm vi đề tài này em sẽ nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển để điều khiển động cơ bước .

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×