trƯỜng ĐẠi hỌc spkt hƯng yÊn ĐÔ Án mÔn...

46
Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc Luận văn Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1 Sv: Tr n Tu n Vũ 

Upload: phunghuong

Post on 04-Feb-2018

216 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Luận vănĐề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT

CHIỀU

1

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 2: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong

mọi lĩnh vực. Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản xuất để nâng cao

năng suất chất lượng rút ngắn thời gian sản xuất.

Trong những năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển. sự ra đời của các vi

mạch với ưu điểm nhỏ gọn dung lượng lớn, cực lớn với giá thành hợp với khả

năng của người sử dụng... đã mang lại những thay đổi sâu sắc cho ngành kỹ thuật

điện tử. Mạch số đã và đang thâm nhập vào tất cả các thiết bị điện tử thông dụng

và chuyên dụng.

Sự phát triển hối hả của nền đại công nghiệp nên sự cạnh tranh của các mặt hàng

trên thị trường diễn ra càng mạnh. Do đó chúng em đã chọn đề tài môn học là

“THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU “ nhằm

phục vụ cho thực tế của đời sống.

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Dương Tấn Quốc chúng em đã thực hiện đề

tài của mình với hết khả năng của mình.

2

Page 3: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Cùng với sự lỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm còn

hạn hẹp nên sẽ không tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong được sự giúp

đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô cùng các bạn nhằm đóng góp để phát triển

thêm đề tài.

NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

ĐỒ ÁN MÔN HỌCKhoá học : 2010-2013

Ngành họ : Điện Tử Viễn Thông

Lớp : K16ECD1

TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT

CHIỀU

I.Dữ liệu sử dụng:

- Vi Điều Khiển AT89C51, các linh kiện cần thiết liên quan.

- Hệ thống có thể điều khiển được các động cơ có công suất <=60W, điện áp

<=24VDC.

- Thao tác điều khiển bao gồm đảo chiều, tăng giảm tốc độ bằng kỹ thuật điều

chế độ rộng xung (PWM).

- Hệ thống có các phím nhấn điều khiển việc đảo chiều, tăng giảm tốc độ.

- Hệ thống có cách ly về điện giữa mạch điều khiển và mạch động lực để đảm

bảo chống nhiễu cho bộ điều khiển.

3

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 4: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Nội dung cần hoàn thành:

- Bản báo cáo về tiến độ thực hiện các công việc theo từng tuần, từng tháng.

- Thuyết minh đề tài (Phân tích yêu cầu, trình bày các giải pháp thực hiện, cơ

sở lý thuyết, quá trình thiết kế và thi công mạch, hướng phát triển và phạm

vi ứng dụng của đề tài).

- Các bản vẽ thiết kế cho từng khối, cho toàn bộ module, đầy đủ và chính

xác.

- Sản phẩm phải hoạt động tốt, đảm bảo tính kỹ thuật, mỹ thuật, đáp ứng

đúng các yêu cầu của giáo viên hướng dẫn.

- Nộp thuyết minh và hoàn thành sản phẩm đúng thời gian quy định.

Ý TƯỞNG THIẾT KẾ

Thiết kế động cơ một chiều có chức năng thực hiện các yêu cầu điều khiển

đảo chiều và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.

Các yêu cầu :

- Điều khiển động cơ DC

- Điều chỉnh tốc độ động cơ DC bằng phương pháp PWM

- Mạch có hệ thống có cách ly về điện giữa mạch điều khiển và mạch động

lực để đảm bảo chống nhiễu cho bộ điều khiển nên ta sử dụng IC opto để

cách ly quang

- Điều khiển chính xác, tin cậy và ổn định.

- Thiết kế đơn giản

4

Page 5: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Các linh kiện thụ động:

1.1.1 Điện trở:

-Khái niệm:

Điện trở :Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt

thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng

lớn.

-Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng

được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được

các loại điện trở có trị số khác nhau.

Hình1.1: Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.

5

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 6: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.- Đơn vị của điện trở

•Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ

•1KΩ = 1000 Ω

•1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω

Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch

-Phân loại điện trở.

• Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W

đến 0,5W

• Điện trở công suất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W.

• Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công xuất , điện

trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt.

Hình1.2: Các điện trở : 2W – 1W – 0,5W – 0,25W

Hình 1.3: Điện trở sứ hay trở nhiệt

1.1.2 Biến trở, triết áp :

Biến trở Là điện trở có thể chỉnh để thay đổi giá trị, có ký hiệu là VR chúng có

hình dạng như sau :

6

Page 7: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình1.4: Hình dạng biến trở ký hiệu trên sơ đồ

Biến trở thường ráp trong máy phục vụ cho quá trình sửa chữa, cân chỉnh của kỹ

thuật viên, biến trở có cấu tạo như hình bên dưới.

Hình1.5: Cấu tạo của biến trở Triết áp : Triết áp cũng tương tự biến trở nhưng có thêm cần chỉnh và thường bố trí phía trước mặt máy cho người sử dụng điều chỉnh. Ví dụ như – Triết áp Volume, triết áp Bass, Tress v.v.. , triết áp nghĩa là triết ra một phần điện áp từ đầu vào tuỳ theo mức độ chỉnh.

Hình 1.6: Hình dạng triết áp, cấu tạo trong triết áp

1.1.3 Tụ điện:

- Cấu tạo của tụ điện :

7

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 8: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện

gọi là điện môi.Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá.

Hình 1.7: Cấu tạo tụ gốm, cấu tạo tụ hoá - Hình dáng thực tế của tụ điện.

Hình1.8: Hình dạng của tụ gốm.

- Điện dung đơn vị và ký hiệu của tụ điện:

8

Page 9: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

* Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện

dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng

cách giữ hai bản cực theo công thức

C = ξ . S / d

•Trong đó C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F)

•ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện.

•d : là chiều dày của lớp cách điện.

•S : là diện tích bản cực của tụ điện.

* Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F), 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế

thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF), NanoFara (nF), PicoFara (pF).

•1 Fara = 1.000.000 µ Fara = 1.000.000.000 n F = 1.000.000.000.000 p F

•1 µ Fara = 1.000 n Fara

•1 n Fara = 1.000 p Fara

* Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor)

Ký hiệu của tụ điện trên sơ đồ nguyên lý.

– Phân loại tụ điện

Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ mica. (Tụ không phân cực )

Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µF trở

xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc

nhiễu.

9

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 10: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 1.9: Tụ gốm – là tụ không phân cực.

Tụ hoá ( Tụ có phân cực )

Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương, tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47µF đến

khoảng 4.700 µF, tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng

để lọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ..

Hình 1.10: Tụ hoá – Là tụ có phân cực âm dương.Tụ xoay

Tụ xoay là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trong

Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài.

1.1.4 Diode:

– Diode (Điốt) Bán dẫn :

Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn.

Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N, nếu ghép hai chất bán dẫn theo

một tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm

10

Page 11: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

: Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn

P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo

thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.

Hình 1.11: Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode .

- Ở hình trên là mối tiếp xúc P – N và cũng chính là cấu tạo của

Diode bán dẫn.

Hình 1.12: Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.

- Ứng dụng của Diode bán dẫn :

* Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng

trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các

mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động.

11

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 12: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode có

dạng .

Hình 1.13: Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều .

Các loại Diode

- Diode Zener

* Cấu tạo:

Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán

dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ

phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường

nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố

định bằng giá trị ghi trên diode.

12

Page 13: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 1.14: Hình dáng Diode Zener ( Dz ) không đổi.

- Diode Thu quang. ( Photo Diode )

Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có

một miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N, dòng điện

ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode.

- Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED )

Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận,

điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng

từ 5mA đến 20mA

Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo

trạng thái có điện . vv…

– Diode Varicap ( Diode biến dung )

Diode biến dung là Diode có điện dung như tụ điện, và điện dung

biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode.

13

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 14: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

- Diode xung

Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng

Diode xung để chỉnh lưu. diode xung là diode làm việc ở tần số cao

khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thay

thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thể

thay thế cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao hơn

diode thường nhiều lần.Về đặc điểm, hình dáng thì Diode xung không

có gì khác biệt với Diode thường, tuy nhiên Diode xung thường có

vòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng

Hình 1.15: Ký hiệu của Diode xung

– Diode tách sóng.

Là loại Diode nhỏ vở bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì

mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P – N tại một điểm để tránh điện

dung ký sinh, diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần

dùng để tách sóng tín hiệu.

14

Page 15: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

– Diode nắn điện.

Là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC

50Hz, Diode này thường có 3 loại là 1A, 2A và 5A.

Hình 1.16: Diode nắn điện 5A

1. 2 Bộ Vi Điều Khiển 89C51:

Bắt đầu xuất hiện vào năm 1980, trải qua gần 30 năm, hiện đã có tới hang trăm

biến thể (derrivatives) được sản xuất bởi hơn 20 hãng khác nhau, trong đó phải kể

đến các đại gia trong làng bán dẫn (Semiconductor) như ATMEL, Texas

Instrument, Philips, Analog Devices… Tại Việt Nam, các biến thể của hãng

ATMEL là AT89C51, AT89C52, AT89S51, AT89S52… đã có thời gian xuất hiện

trên thị trường khá lâu và có thể nói là được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại vi

điều khiển 8 bit.

15

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 16: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Các thanh nghi đặc biệt SFR

16

Page 17: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Ngắt (Interrupt)

8051 chỉ có một số lượng khá ít các nguồn ngắt (interrupt source) hoặc có thể gọi

là các nguyên nhân ngắt. Mỗi ngắt có một vector ngắt riêng, đó là một địa chỉ cố

định nằm trong bộ nhớ chương trình, khi ngắt xảy ra, CPU sẽ tự động nhảy đến

thực hiện lệnh nằm tại địa chỉ này.

Với 8052, ngoài các ngắt trên còn có thêm ngắt của timer2 (do vi điều

khiểnnày có thêm timer2 trong số các ngoại vi onchip).

Mỗi ngắt được dành cho một vector ngắt kéo dài 8byte. Về mặt lý thuyết, nếu

chương trình đủ ngắn, mã tạo ra chứa đủ trong 8 byte, người lập trình hoàn toàn

có thể đặt phần chương trình xử lý ngắt ngay tại vector ngắt. Tuy nhiên trong hầu

hết các trường hợp, chương trình xử lý ngắt có dung lượng mã tạo ra lớn hơn

17

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 18: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

8byte nên tại vector ngắt, ta chỉ đặt lệnh nhảy tới chương trình xử lý ngắt nằm ở

vùng nhớ khác. Nếu không làm vậy, mã chương trình xử lý ngắt này sẽ lấn sang,

đè vào vector ngắt kế cận.

Bảng tóm tắt các ngắt trong 8051 như sau:

Để cho phép một ngắt, bit tương ứng với ngắt đó và bit EA phải được đặt

bằng 1. Thanh ghi IE là thanh ghi đánh địa chỉ bit, do đó có thể dùng các lệnh tác

18

Page 19: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

động bit để tác động riêng rẽ lên từng bit mà không làm ảnh hưởng đến giá trị các

bit khác. Cờ ngắt hoạt động độc lập với việc cho phép ngắt, điều đó có nghĩa là cờ

ngắt sẽ tự động đặt lên bằng 1 khi có sự kiện gây ngắt xảy ra, bất kể sự kiện đó có

được cho phép ngắt hay không. Do vậy, trước khi cho phép một ngắt, ta nên xóa

cờ của ngắt đó để đảm bảo sau khi cho phép, các sự kiện gây ngắt trong quá khứ

không thể gây ngắt nữa.

8051 có 2 ngắt ngoài là INT0 và INT1. Ngắt ngoài được hiểu là ngắt được gây

ra bởi sự kiện mức lôgic 0 (mức điện áp thấp, gần 0V) hoặc sườn xuống (sự

chuyển mức điện áp từ mức cao về mức thấp) xảy ra ở chân ngắt tương ứng (P3.2

với ngắt ngoài 0 và P3.3 với ngắt ngoài 1). Việc lựa chọn kiểu ngắt được thực hiện

bằng các bit IT (Interrupt Type) nằm trong thanh ghi TCON. Đây là thanh ghi điều

khiển timer nhưng 4 bit LSB (bit0..3) được dùng cho các ngắt ngoài

Khi bit ITx = 1 thì ngắt ngoài tương ứng được chọn kiểu là ngắt theo sườn xuống,

ngược lại nếu bit ITx = 0 thì ngắt ngoài tương ứng được sẽ có kiểu ngắt là ngắt

theo mức thấp. Các bit IE là các bit cờ ngắt ngoài, chỉ có tác dụng trong trường

hợp kiểu ngắt được chọn là ngắt theo sườn xuống. Khi kiểu ngắt theo sườn xuống

được chọn thì ngắt sẽ xảy ra duy nhất một lần khi có sườn xuống của tín hiệu, sau

đó khi tín hiệu ở mức thấp, hoặc có sườn lên, hoặc ở mức cao thì cũng không có

ngắt xảy ra nữa cho đến khi có sườn xuống tiếp theo. Cờ ngắt IE sẽ dựng lên khi

có sườn xuống và tự động bị xóa khi CPU bắt đầu xử lý ngắt. Khi kiểu ngắt theo

mức thấp được chọn thì ngắt sẽ xảy ra bất cứ khi nào tín hiệu tại chân ngắt ở mức

thấp. Nếu sau khi xử lý xong ngắt mà tín hiệu vẫn ở mức thấp thì lại ngắt tiếp, cứ

như vậy cho đến khi xử lý xong ngắt lần thứ n , tín hiệu đã lên mức cao rồi thì thôi

19

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 20: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

không ngắt nữa. Cờ ngắt IE trong trường hợp này không có ý nghĩa gì cả.Thông

thường kiểu ngắt hay được chọn là ngắt theo sườn xuống.

Bộ định thời/Bộ đếm (Timer/Counter)

8051 có 2 timer tên là timer0 và timer1. Các timer này đều là timer 16bit, giá

trị đếm max do đó bằng 216 = 65536 (đếm từ 0 đến 65535).

Hai timer có nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau và độc lập. Sau khi cho

phép chạy, mỗi khi có thêm một xung tại đầu vào đếm, giá trị của timer sẽ tự động

được tăng lên 1 đơn vị, cứ như vậy cho đến khi giá trị tăng lên vượt quá giá trị

max mà thanh ghi đếm có thể biểu diễn thì giá trị đếm lại được đưa trở về giá trị

min (thông thường min = 0). Sự kiện này được hiểu là sự kiện tràn timer

(overflow) và có thể gây ra ngắt nếu ngắt tràn timer được cho phép (bit ETx trong

thanh ghi IE = 1). Việc cho timer chạy/dừng được thực hiện bởi các bit TR trong

thanh ghi TCON (đánh địa chỉ đến từng bit).

Khi bit TRx = 1, timerx sẽ đếm, ngược lại khi TRx = 0, timerx sẽ không đếm

mặc dù vẫn có xung đưa vào. Khi dừng không đếm, giá trị của timer được giữ

nguyên. Các bit TFx là các cờ báo tràn timer, khi sự kiện tràn timer xảy ra, cờ sẽ

được tự động đặt lên bằng 1 và nếu ngắt tràn timer được cho phép, ngắt sẽ xảy ra.

Khi CPU xử lý ngắt tràn timerx, cờ ngắt TFx tương ứng sẽ tự động được xóa về 0.

Giá trị đếm 16bit của timerx được lưu trong hai thanh ghi THx (byte cao) và TLx

(byte thấp). Hai thanh ghi này có thể ghi/đọc được bất kỳ lúc nào. Tuy nhiên nhà

sản xuất khuyến cáo rằng nên dừng timer (cho bit TRx = 0) trước khi ghi/đọc các

thanh ghi chứa giá trị đếm. Các timer có thể hoạt động theo nhiều chế độ, được

quy định bởi các bittrong thanh ghi TMOD (không đánh địa chỉ đến từng bit).

20

Page 21: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Để xác định thời gian, người ta chọn nguồn xung nhịp (clock) đưa vào đếm

trong timer là xung nhịp bên trong (dành cho CPU). Nguồn xung nhịp này thường

rất đều đặn (có tần số ổn định), do đó từ số đếm của timer người ta có thể nhân với

chu kỳ xung nhịp để tính ra thời gian trôi qua. Timer lúc này được gọi chính xác

với cái tên “timer”, tức bộ định thời.

Để đếm các sự kiện bên ngoài, người ta chọn nguồn xung nhịp đưa vào đếm

trong timer là tín hiệu từ bên ngoài (đã được chuẩn hóa về dạng xung vuông

0V/5V). Các tín hiệu này sẽ được nối với các bit cổng có dồn kênh thêm các tính

năng T0/T1/T2. Khi có sự kiện bên ngoài gây ra thay đổi mức xung ở đầu vào

đếm, timer sẽ tự động tăng lên 1 đơn vị giống như trường hợp đếm xung nhịp bên

trong. Lúc này, timer được gọi chính xác với cái tên khác: “counter”, tức bộ đếm

(sự kiện). Nhìn vào bảng mô tả thanh ghi TMOD bên trên, ta có thể nhận thấy có 2

bộ 4 bit giống nhau (gồm GATEx, C/Tx, Mx0 và Mx1) dành cho 2 timer0 và 1. Ý

nghĩa các bit là như nhau đối với mỗi timer.

Bit GATEx quy định việc cho phép timer đếm (run timer). Nếu GATEx =

0,timerx sẽ đếm khi bit TRx bằng 1, dừng khi bit TRx bằng 0. Nếu GATEx = 1,

timerx sẽ chỉ đếm khi bit TRx = 1 và tín hiệu tại chân INTx = 1, dừng khi một

trong hai điều kiện trên không còn thỏa mãn. Thông thường người ta dùng timer

với GATE = 0, chỉ dùng timer với GATE = 1 trong trường hợp muốn đo độ rộng

xung vì lúc đó timer sẽ chỉ đếm thời gian khi xung đưa vào chân INTx ở mức cao.

Bit C/Tx quy định nguồn clock đưa vào đếm trong timer. Nếu C/Tx = 0, timer sẽ

được cấu hình là bộ định thời, nếu C/Tx = 1, timer sẽ được cấu hình là bộ đếm sự

kiện. Hai bit còn lại (Mx0 và Mx1) tạo ra 4 tổ hợp các giá trị (00,01,10 và 11) ứng

với 4 chế độ hoạt động khác nhau của timerx. Trong 4 chế độ đó thường chỉ dùng

chế độ timer/counter 16bit (Mx1 = 0, Mx0 = 1) và chế độ Auto Reload 8bit

timer/counter (Mx1 = 1, Mx0 = 0).Trong chế độ timer/counter 16bit, giá trị đếm

(chứa trong hai thanh ghi THx và TLx) tự động được tăng lên 1 đơn vị mỗi lần

21

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 22: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

nhận được thêm một xung nhịp. Khi giá trị đếm tăng vượt quá giá trị max = 65535

thì sẽ tràn về 0, cờ ngắt TFx được tự động đặt = 1. Chế độ này được dùng trong

các ứng dụng đếm thời gian và đếm sự kiện. Trong chế độ Auto Reload 8bit, giá trị

đếm sẽ chỉ được chứa trong thanh ghi TLx, còn giá trị của thanh ghi THx bằng

một số n (từ 0 đến 255) do người lập trình đưa vào. Khi có thêm 1 xung nhịp, giá

trị đếm trong TLx đương nhiên cũng tăng lên 1 đơn vị như bình thường. Tuy nhiên

trong trường hợp này, giá trị đếm lớn nhất là 255 chứ không phải 65535 như

trường hợp trên vì timer/counter chỉ còn 8bit. Do vậy sự kiện tràn lúc này xảy ra

nhanh hơn, chỉ cần vượt quá 255 là giá trị đếm sẽ tràn. Cờ ngắt TFx vẫn được tự

động đặt = 1 như trong trường hợp tràn 16bit. Điểm khác biệt là thay vì tràn về 0,

giá trị THx sẽ được tự động nạp lại (Auto Reload) vào thanh ghi TLx, do đó

timer/counter sau khi tràn sẽ có giá trị bằng n (giá trị chứa trong THx) và sẽ đếm

từ giá trị n trở đi. Chế độ này được dùng trong việc tạo Baud rate cho truyền thông

qua cổng nối tiếp.

Để sử dụng timer của 8051, hãy thực hiện các bước sau:

- Quy định chế độ hoạt động cho timer bằng cách tính toán và ghi giá trị cho

các bit trong thanh ghi TMOD.

- Ghi giá trị đếm khởi đầu mong muốn vào 2 thanh ghi đếm THx và TLx. Đôi

khi ta không muốn timer/counter bắt đầu đếm từ 0 mà từ một giá trị nào đó để thời

điểm tràn gần hơn, hoặc chẵn hơn trong tính toán sau này. Ví dụ nếu cho timer

đếm từ 15535 thì sau 50000 xung nhịp (tức 50000 micro giây với thạch anh

12MHz) timer sẽ tràn, và thời gian một giây có thể dễ dàng tính ra khá chính xác =

20 lần tràn của timer (đương nhiên mỗi lần tràn lại phải nạp lại giá trị 15535).

- Đặt mức ưu tiên ngắt và cho phép ngắt tràn timer (nếu muốn).

- Dùng bit TRx trong thanh ghi TCON để cho timer chạy hay dừng theo ý muốn.

1.3 IC Opto (loại PC817C) :

22

Page 23: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

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 công suất

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

-

Hình 1.18: Hình vẽ và sơ đồ chân của IC opto (loại pc817)

Nguyên lý hoạt động của opto: khi cung cấp 5V vào chân số 1, LED phía trong Opto nối

giữa chân số 1 và 2 sáng, xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3-4 thông, mức logic sẽ bị

chuyển từ 1 sang 0 mà không cần tác động trực tiếp từ IC.

1.4. IC L7805T:

78xx là loại linh kiện dùng để biến đổi từ điện áp cao xuống điện áp thấp tùy thuộc vào

đặc điểm của từng loại họ 78.

- L7805T là loại linh kiện dùng để tạo ra điện áp 5V.

U 2

L 7 8 0 5 / T O 3

1

2

3V I N

GN

D

V O U T

23

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 24: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình1.19: Sơ đồ chân của IC 78xx

Sơ đồ chân của 7805: chân 1 là chân điện áp vào(V in), chân 2 (chân mass GND), chân

3(chân điện áp ra V out).

Hình 1.20: Hình vẽ thực tế của 78xx n

1.5 MOSFET:

Giới thiệu về Mosfet

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 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 khuếch đại các nguồn

tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy

tính .

24

Page 25: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 1.22: Hình vẽ thực tế của Mosfet

Cấu tạo và ký hiệu của Mosfet

25

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 26: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 1.23: Ký hiệu và sơ đồ chân tương đương giữa Mosfet và

Transistor

Cấu tạo của Mosfet

Hình 1.24: Cấu tạo của mosfet

26

Page 27: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

G : Gate gọi là cực cổng

S : Source gọi là cực nguồn

D : Drain gọi là cực máng

Mosfet kện N có hai miếng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N, giữa hai lớp

P-N được cách điện bởi lớp SiO2 hai miếng bán dẫn P được nối ra thành cực

D và cực S, nền bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở trên sau đó được

dấu ra thành cực G.

Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng

lớn , còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa

cực G và cực S ( UGS )

Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do

hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện

trở RDS càng nhỏ.

Nguyên tắc hoạt động của Mosfet

Mạch điện thí nghiệm:

27

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 28: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 1.25: Mạch điện thí nghiệm hoạt động của mosfet

Thí nghiệm : Cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn D vào hai cực D và

S của Mosfet Q (Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đèn không

sáng nghĩa là không có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp

điện.

Khi công tắc K1 đóng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V

=> đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng.

Khi công tắc K1 ngắt, điện áp tích trên tụ C1 (tụ gốm) vẫn duy trì cho đèn Q dẫn =>

chứng tỏ không có dòng điện đi qua cực GS.

Khi công tắc K2 đóng, điện áp tích trên tụ C1 giảm bằng 0 => UGS= 0V => đèn tắt

=> Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng GS

như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường => làm cho

điện trở RDS giảm xuống .

IRF540: là mosfet loại N

28

Page 29: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

- Điện áp hoạt động cực đại 100v, dòng tối đa 22A

- Những ứng dụng:

+Bộ biến đổi DC - DC hiệu quả cao

+UPS và điều khiển mô tơ

IRF9540: Là mosfet loại P

- Hoạt động với điện áp VDSSMAX = -100V, RDS(ON) = 0,20Ω, ID = -19A

1.6. Động cơ một chiều :

-Khái niệm:

Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết bị điện

từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn

và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dòng

điện (vào dây dẫn) và làm dây dẫn chuyển động. Động cơ điện biến đổi điện năng

thành cơ năng.

- Ưu điểm của động cơ một chiều:

Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay

máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất

của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản

thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì

phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần....) rất đắt tiền thì động

cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc

mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao.

Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75%

÷ 85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94% .Công

suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào

khoảng vài trăm cho đến 1000v. Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu,

nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy công suất lớn hơn đó

29

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 30: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹp của

mình trong phạm vi đề tài này em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề

cập tới vấn đề thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều

kích từ độc lập. Phương pháp được chọn là bộ băm xung ... đây có thể chưa là

phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất nhưng nó được sử dụng rộng rãi

bởi những tính năng và đặc điểm mà ta sẽ phân tích và đề cập sau này.

Cấu tạo của động cơ điện một chiều:

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh (stato) và

phần động (roto).

- phần tĩnh hay stato: hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ

trường. Gồm có mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ

được kích từ bằng nam châm điện).

- mạch từ được làm bằng sắt từ (thép đúc, thép đặc )

- Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây

điện từ (êmay).Các cuộn dây điện từ này được nối tiếp với nhau.

Cực từ chính:

Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng

ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép

cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng

thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ

được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện

kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây

kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau.

Cực từ phụ:

30

Page 31: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi

thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây

quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ

máy nhờ những bulông.

Gông từ:

Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong

động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy điện

lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.

Các bộ phận khác.

Bao gồm:

- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn

và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy

còn có tác dụng làm giá đỡ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi

than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp. Hộp chổi than được

cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để

điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố

định lại.

- Phần quay hay rôto.

Là phần sinh ra suất điện động . Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ(lá

thép kĩ thuật ) xếp lại với nhau. Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần

ứng (làm bằng dây điện từ ).

Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật nhất

định .Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các

phiến đồng gọi là phiến góp .

Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ

góp hay vành góp.

31

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 32: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành

cổ góp nhờ lò xo.

Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng .

- Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh ra từ thông kích từ

- Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ

góp của phần ứng .

Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có điện. Các

thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay.

Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau. Do có

phiếu góp nhiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay

đổi.

Khi quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của

suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải, ở động cơ một chiếu sđđ

Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động .

Phương trình cân bằng điện áp :

U = Eư + Rư.Iư +Iư. dt

di-

32

Page 33: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 1.26: Hình ảnh động cơ điện một chiều có encoder

Hình 1.27: Hình dạng thực tế của động cơ một chiều có encoder

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:

đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen

quay của động cơ:

ϖ = f(M) hoặc n = f(M)

trong đó : ϖ - tốc độ góc(rad/s)

n – tốc độ quay (v/ph)

M – momen(Nm)

Có hai loại đặc tính cơ : đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo:

33

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 34: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 1.28: đặc tính cơ tự

nhiên và đặc tính cơ nhân tạo

Phân loại:

Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều

người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách

ta có các loại động cơ điện loại:

Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng :

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập .

- Động cơ điện một chiều kích từ song song.

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp .

- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp .

- Kích thích độc lập:

khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch

kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên :

I = Iư.

- Kích thích song song:

khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp ko đổi, mạch kích

từ được mắc song song với mạch phần ứng nên

I = Iu +It

- Kích thích nối tiếp:

cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện

lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có :

I = Iư =It.

- Kích thích hỗn hợp:

Ta có: I = Iu +It

Với mỗi loại động cơ trênlà tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật

34

Page 35: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố, ở đề

tài này ta chỉ xét đên động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu

hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này

1.7.Lý thuyết về điều chế độ rộng xung PWM:

khái niệm:

Trước khi tìm hiểu sâu chúng ta hãy tìm hiểu định nghĩa của PWM là gì? Phương

pháp điều chế PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là phương pháp

điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự

thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đếm sự thay đổi điện áp ra

Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn

dương hay hoặc là sườn âm

Hình 1.29: Đồ thị dạng xung điều chế PWM

- Sơ đồ nguyên tắc điều khiển tải dùng PWM

35

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 36: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 1.30: nguyên tắc điều khiển tải dùng PWM

Trên là đồ thị dạng xung khi điều khiển bằng PWM. Với độ rộng xung đầu ra tương ứng

và được tính bằng %. Tùy thích do chúng ta điều khiển.

Nguyên lý của PWM:

Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn cới tải và một cách

có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó trong

mạch các van bán dẫn.

Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. dùng van đóng cắt bằng Mosfet

Giản đồ xung :

36

Page 37: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 1.31: Giản đồ xung.Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM.* Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - to ta cho van G mở toàn bộ điện áp nguồn Ud

được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian to - T cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp

cho tải. Vì vậy với to thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ, một phần hay khóa

hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải.

+ Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :

Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở ) còn T là thời gian của cả sườn âm và

dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải.

==> Ud = Umax.( t1/T) (V)

hay Ud = Umax.

với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM

Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trùng bình

trên tải sẽ là :

+ Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%)

+ Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%)

+ Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%)

37

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 38: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

2.1 Sơ đồ khối:

Hình 2.1 Sơ đồ khối

Tín hiệu điều khiển đi ra từ bộ điều khiển được đi đến mạch giao tiếp công suất

để tăng tốc đông cơ và đảo chiều. Sau khi động cơ hoạt động thì tín hiệu phải hồi

được đưa trở lại khối điều khiển để ổn định tốc độ động cơ.

2.2 Sơ đồ khối nguồn:

38

Page 39: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 2.2: Sơ đồ khối nguồn

Điện áp xoay chiều 220V được hạ áp xuống còn 12v xoay chiều. điện áp 12v xoay

chiều được chỉnh lưu thanh điện áp một chiều rồi đưa vào IC ổn áp 7805 để lấy ra

điện điện áp 5V để đưa vào mạch điều khiển. Điện áp sau chỉnh lưu để nuối động

cơ.

Chọn IC 7805 cho ra 5v nuôi cho vi điều khiển. Điện áp qua cầu chỉnh lưu 24v

cấp cho khối động lực. Các điện áp lấy ra chuẩn để đảm bảo các linh kiện và động

cơ chạy tốt nhất.

2.3. khôi động lực:

39

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 40: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 2.3: Sơ đồ khối động lực

Tín hiệu điều khiển được cách li quang với khối động lực. khi chân PC1 ở mức

cao, PC2 ở mức thấp thì Q4,Q6 khóa Q3 dẫn thông qua cầu phân áp R6, R7 làm

sụt áp trên cực G của Q7 làm Q7 dẫn động cơ quay thuận.

Khi PC2 ở mức cao PC1 ở mức thấp thì Q3, Q7 khóa, Q4 dẫn thông qua cầu phân

áp R8, R9 làm sụt áp trên cực G của Q6 làm động cơ quay ngược.

Tính toán: Động cơ một chiều dùng encoder .

Công suất của động cơ là = <60w. Với nguồn nuôi là 24V vậy giá trị dòng điện

khoảng 3A. Vì vậy chọn Mosfet có dòng định mức khoảng 7A-10A, nhưng trên

thị trường có IRF 540 va IRF 9540 có trị số IĐM=22A có giá thành thấp.

40

Page 41: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Các điện trở là các cầu phân áp cho Mosfet. Các diode ở mạch có tác dụng chống

ngược dòng.

UG=12v để đảm bảo IRF dẫn tốt nhất.

Tín hiệu từ enconder được đưa vào cửa đảo của bộ so sánh, so sánh với điện áp ở

cửa thuận của bộ so sánh. khi động cơ quay econder đếm số vòng đưa ra tín hiệu

xung , tín hiệu này tạo ra điện áp trung bình trên cửa đảo của bộ so sánh .khi điện

áp của enconder đưa về lớn hơn điện áp ở cửa thuận thì đầu ra lật trạng thái từ

mức “1” về mức “0”. Khâu này làm tốc độ động cơ quay nhanh hay chậm khi ta

vặn biến trở.

2.4.Khối điều khiển:

Hình2.4: Sơ đồ khối điều khiển

41

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 42: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Dữ liệu điều khiển được nhập từ bàn phím sau đó xuất ra xung điều khiển ra hai

chân P3.0 và P3.1. tín hiệu phản hồi được đưa vào chân P3.2 sau đó được VDK xử

lý xuất tín hiệu điều khiển để ổn định tốc độ động cơ.

Khi nhấn nút start lần 1 thì tín hiệu vào chân PC2=1 và PC1=0 Động cơ quay

thuận. Khi nhấn nut start lần 2 thì tín hiệu vào chân PC1=1,PC2=0 Động cơ quay

ngược. Khi vặn biến trở làm động cơ thay đổi tốc độ .

Vcc=5v cấp nguồn cho vi điều khiển.

2.5 Sơ đồ nguyên lý chung:

2.6 Sơ đồ board mạch:

42

Page 43: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Hình 2.6: Sơ đồ board mạch

2.7. chương trình :

43

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 44: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

#include <REGX52.H>sbit PWM = P2^3;sbit TANG = P1^2;sbit GIAM = P1^5;unsigned char dem=0,tocdo=50;

bit TANG1=1,TANG0=1,GIAM0=1,GIAM1=1;

void timer0(void) interrupt 1TR0 = 0;TF0 = 0;dem++;if(dem > 100)dem = 0;if(dem<tocdo)PWM = 1;elsePWM = 0;TR0 = 1;

void phimnhan()//////////////////////////TANG0=TANG1;TANG1=TANG;if((TANG0==1)&&(TANG1==0))tocdo=tocdo+10;if(tocdo==110)tocdo=100;

/////////////////////////////////GIAM0=GIAM1;GIAM1=GIAM;if((GIAM0==1)&&(GIAM1==0))tocdo=tocdo-10;if(tocdo==-10)tocdo=0;

44

Page 45: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

void main(void)TMOD = 0x02;IE = 0x82;TH0=TL0=-100; // tao tan so 0.1 msTR0 = 1;PWM=0;while(1)phimnhan();

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN

1.Kết quả đạt được:Sau quá trình nghiên cứu và thi công,em đã hoàn thành các nội dung đề tài nêu ra.

Động cơ điều khiển tốc độ trơn bởi biến trở, đảo chiều gián tiếp bằng nút nhấn.

Sau khi thực hiện xong đề tài này đã có thêm nhiều kiến thức về cấu trúc phần

cứng vi điều khiển, lập trình vi điều khiển và ghép nối cho các ứng dụng thực tế.

Đồng thời có thêm những kinh nghiệm trong việc thiết kế và lập trình các ứng

dụng cho vi điều khiển.

2.Tài liệu tham khảo:

1. Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển 8051 của Nguyễn Tăng Cường và Phan

Ngọc Thắng (NXB Khoa Học và Kỹ Thuật)

2. Họ vi điều khiển 8051 của Tống Văn On và Hoàng Đức Hải (NXB Lao Động

Xã Hội)

3. Tài liệu trên mạng:

- Website: http://www.ebook.edu.vn/

http://www.tailieu.vn/

http://www.dientuvietnam.net/

45

Sv: Tr n Tu n Vũ ầ ấ

Page 46: TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN ĐÔ ÁN MÔN HỌCdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file... · Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2012

Chữ ký của giáo viên

46