DC Step giao tiếp At89s52, Điều khiển động cơ bước + Driver A4988 + 8051

DC Step giao tiếp At89s52 là dùng Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết

Động cơ bước là một loại động cơ mà bạn có thể quy định được góc quay của nó.
Ví dụ một động cơ bước 1,8 độ/bước quay hết 1 vòng 360 độ thì mất 200 bước (gọi là FULL STEP). Các chế độ quay nhiều xung thì động cơ quay sẽ êm hơn

 

Liên hệ làm Đồ án và Mạch điện tử

Phone : 0967.551.477

Zalo    : 0967.551.477

FB      : Huỳnh Nhật Tùng

Email : dientunhattung@gmail.com

Địa Chỉ: 171/25 Lê Văn Thọ, P8, Gò Vấp, Tp HCM

Chi tiết: Nhận làm mạch và đồ án Điện tử

 

1. Linh kiện cần thiết làm mạch điều khiển động cơ bước DC Step giao tiếp At89s52

1.1 Vi điều khiển 8051 trong mạch điều khiển động cơ bước DC Step giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu

At89s52 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc họ 8051. At89s52 là một bộ vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 8KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bit (256x8KB SRAM)

Với 32 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra i/O, 32 thanh ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên một vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI. Khả năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn.

review-do-an-8051-at89s52

Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit.
Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt.
Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, …

các ứng dụng của vi điều khiển

b. Chức năng của At89s52:

 

Số chân Tên chân Đặc điểm
32-39 Port 0 8 chân Địa chỉ và Dữ liệu / GPIO
1-8 Port 1 8 chân GPIO 
21-28 Port 2 8 chân GPIO
10-17 Port 3 8 chân GPIO
9 RST Chân Reset
18 XTAL2 Chân đầu ra của bộ tạo dao động bên ngoài
19 XTAL1 Chân đầu vào bộ tạo dao động bên ngoài
20 GND Chân nối đất
40 VCC Chân cấp điện
31 EA / VPP Kích hoạt truy xuất bên ngoài / chân cấp nguồn kích hoạt Flash
30 ALE / PROG Chân chốt địa chỉ / Chân lập trình flash
29 PSEN Chân cho phép lưu chương trình
Chân Port 0

Tất cả các cổng của AT89S52 là 8-bit có nghĩa là mỗi port có 8 chân đa chức năng. Các chân đầu vào / đầu ra này có thể được cấu hình cho các chức năng khác bằng cấu hình cách các thanh ghi cấu hình. 

Nếu chúng ở trạng thái mức thấp, chúng hoạt động như các chân đầu vào trở kháng cao hai chiều. Nhưng nếu chúng được kéo lên mức cao, chúng được sử dụng làm chân đầu ra digital.

Các chân Port0 cũng được sử dụng để cập nhật các byte thấp trong code đến bộ nhớ chương trình bên trong của vi điều khiển AT89S52 và cũng được sử dụng để xác nhận code đã được cập nhật. Khi sử dụng các chân này để lập trình, chúng ta cần kết nối các chân này với các điện trở kéo lên bên ngoài.

Chân Port 1

Tương tự như port 0, Port1 cũng có các chân dữ liệu 2 chiều 8 bit với các điện trở kéo lên bên trong. Một số chân GPIO này được sử dụng giao tiếp lập trình hệ thống trong mạch và một số được sử dụng làm chức năng thay thế cho ba chân bộ định thời / bộ đếm 16 bit.

Số chân Chức năng
P1.0 T2
P1.1 T2EX
P1.5 MOSI
P1.6 MISO
P1.7 SCK
Chân Port 2

Giống như Port 1, Port2 cũng có các chân dữ liệu 2 chiều 8 bit với các điện trở kéo lên bên trong. Một số chân GPIO này được sử dụng để giao tiếp lập trình hệ thống trong mạch và một số chân được sử dụng làm chức năng thay thế cho ba chân Bộ định thời / Bộ đếm 16 bit.

Các chân Port2 cũng được sử dụng để cập nhật các byte cao trong code lên bộ nhớ chương trình bên trong của vi điều khiển AT89S52 và cũng được sử dụng để xác nhận code đã được cập nhật. Khi sử dụng các chân này để lập trình, chúng ta cần kết nối các chân này với các điện trở kéo lên bên ngoài.

Chân port 3

Port 3 cũng là một cổng 8-bit và có 8 chân GPIO. Ngoài chức năng nhập / xuất, các chân này còn có một số tính năng đặc biệt. 

Cổng 3 cũng được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp UART, ngắt ngoài và thực hiện các thao tác đọc / ghi bộ nhớ dữ liệu bên ngoài.

Số chân Chức năng
P3.0 RXD
P3.1 TXD
P3.2 INT0
P3.3 INT1
P3.4 T0
P3.5 T1
P3.6 WR
P3.7 RD

Tất cả các chân này là chân dữ liệu hai chiều và tương thích với chuẩn TTL. Chúng có thể là nguồn dòng sink hay source và tất cả đều có điện trở kéo lên bên trong để xác định đúng trạng thái.

Các chức năng khác

  • Reset: Chân 9 là chân reset mức thấp đang hoạt động. Xung mức thấp dài hơn độ dài xung tối thiểu sẽ tạo ra reset. Các xung ngắn không có khả năng tạo ra reset.
  • VCC: Chân 10 là chân cấp nguồn cho bộ điều khiển này. Nguồn điện của cần phải có 5 V để đặt bộ điều khiển này trong điều kiện đang chạy. 
  • GND: Chân 11 là chân nối đất.
  • AREF: Chân 32 là chân tham chiếu tương tự chủ yếu được sử dụng cho bộ chuyển đổi A / D .
  • AVCC: Chân 30 là AVCC là chân điện áp cung cấp cho PORTA và ADC. Nó được kết nối với VCC thông qua bộ lọc thông thấp khi có ADC. Tuy nhiên, trong trường hợp không có ADC, AVCC được kết nối bên ngoài với VCC. 
  • Chân 12 & 13: Một bộ dao động tinh thể được kết nối với các chân này. Atmega16 hoạt động ở tần số bên trong 1MHZ; bộ dao động được thêm vào để tạo ra xung clock và tần số cao.

c.Thông số kỹ thuật Atmega (Dip)

Datasheets At89s52
Standard Package 27
Category Integrated Circuits (ICs)
Family Embedded – Atmel
Series At89s
Packaging Tube
Core Processor 8051
Core Size 8-Bit
Speed 33MHz
Connectivity SPI, UART / USART, USB
Peripherals Brown-out Detec t/ Reset, HLVD, POR, PWM, WDT
Number of I /O 32
Program Memory Size 8KB
Program Memory Type FLASH
EEPROM Size NO
RAM Size 256×8 Byte
Voltage – Supply (Vcc/Vdd) 4.2 V ~ 5.5 V
Data Converters NO
Oscillator Type Internal
Operating Temperature -40°C ~ 85°C
Package / Case 40-SOIC (0.295″, 7.50mm Width)
Other Names At89s52

d. Power

  • 5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA).
  • GND: Là chân mang điện cực âm trên board.
  • IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên AVR và có thể đọc điện áp trên chân IOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn.

e.Bộ nhớ

  • 8 KByte bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa và lập trình nhanh (EPROM), 
  • 8 KByte bộ nhớ có thể lập trình nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi/xoá
  • 128 Byte RAM
  • 64 KB vùng nhớ mã ngoài
  • 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại.

f. Chức năng nội bật

  • Là bộ vi điều khiển công nghệ CMOS hiệu suất cao tích hợp công nghệ Flash
  • Hoạt động ở dải điện áp rộng 4 – 5.5V, vì vậy nó là một IC công suất thấp.
  • Thiết bị hỗ trợ lập trình bên trong ở cả chế độ page và byte của bộ nhớ Flash.
  • Tần số hoạt động lên đến 33MHz nhưng có thể thay đổi để tiết kiệm năng lượng.
  • Module có thời gian lập trình nhanh với 10.000 chu kỳ đọc / ghi.
  • Bộ nhớ RAM 256 × 8 bit.
  • Giao tiếp nối tiếp thông qua module UART song công.
  • Nó có một chân reset, ba bộ định thời 16 bit và tám bộ ngắt.
  • AT89S52 có hai chế độ nguồn. Đầu tiên là chế độ nhàn rỗi, trong đó thiết bị xử lý dừng hoạt động trong khi ngoại vi vẫn tiếp tục hoạt động. Thứ hai là chế độ tắt nguồn sẽ tạm dừng bộ dao động và các chức năng khác và lưu nội dung RAM.
  • Bộ đếm thời gian Watchdog để hoạt động khởi động thiết bị từ chế độ ngủ và có thể được kích hoạt hoặc hủy kích hoạt thông qua lập trình

1.2 Động cơ bước DC Step giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu

  • Động cơ bước hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết
  • Động cơ bước là một loại động cơ mà bạn có thể quy định được góc quay của nó.
    Ví dụ một động cơ bước 1,8 độ/bước quay hết 1 vòng 360 độ thì mất 200 bước (gọi là FULL STEP). Các chế độ quay nhiều xung thì động cơ quay sẽ êm hơn

dieu-khien-dong-co-buoc-step-qua-a4988-giao-tiep-arduino-bang-bien-tro-2

b. Thông số kỹ thuật

  • Kích thước bao: 42mm x 42mm
  • Kích thước trục: 5mm
  • Lưu ý sản phẩm có chân nguồn trực tiếp mà sẽ lấy nguồn từ driver động cơ bước để chạy
  • Đầu cốt 5mm khuyết 1 bên để dễ dàn bắt puly chống xoay (tuột bước,mất bước)
  • Bước 1.8 độ – 1.2A

c. Những loại động cơ bước – Step Motor

Việc phân loại động cơ Step cũng có thể chia thành nhiều cách.

Cách 1: Phân loại động cơ Step theo số pha động cơ.

  • Động cơ Step 2 pha tương ứng với góc bước 1.8 độ.
  • Động cơ Step 3 pha tương ứng với góc bước là 1.2 độ.
  • Và cuối cùng là động cơ Step 5 pha với góc bước là 0.72 độ.

Cách 2: Phân loại động cơ bước theo rotor.

  • Động cơ có rotor được tác dụng bằng dây quấn hoặc nam châm vĩnh cữu.
  • Động cơ thay đổi từ trở. Đây là loại động cơ có rotor không được tác động nhưng có phần tử cảm ứng.

Cách 3: Phân loại theo cực của động cơ.

  •  Động cơ đơn cực.
  •  Động cơ lưỡng cực.

d. Cấu tạo của một động cơ bước DC Step giao tiếp At89s52

Step Motor có cấu tạo như sau:

– 1 Rotor là một dãy các lá nam châm vĩnh cữu được xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận. Trên các lá nam châm này lại chia thành các cặp cực xếp đối xứng nhau.

– Stato được tạo bằng sắt từ được chia thành các rãnh để đặt cuộn dây.

Mach-dieu-khien-dong-co-buoc-DC Step giao tiếp Atmega
Cách hoạt động.

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, Step motor quay theo từng bước một nên nó có độ chính xác cao về mặt điều khiển học.

Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử. Các mạch điện tử sẽ đưa các tín hiệu của lệnh điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.

Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.

e. Ưu điểm, nhược điểm của động cơ bước – Step Motor.

  • Ưu điểm.
  • Step Motor có ưu điểm là khả năng cung cấp moment xoắn cực lớn ở dải vận tốc thấp và trung bình.
  • Một động cơ bước trên thị trường khá bền, giá thành cũng tương đối thấp.
  • Việc thay thế cũng khá dễ dàng.
  • Không nên dùng Step Motor cho các thiết bị đòi hỏi tốc độ cao.
  • Nhược điểm.
  • Step Motor hay xảy ra có hiện tượng bị trượt bước. Lí do bởi vì lực từ yếu hay nguồn điện cấp vào không đủ.
  • Khi hoạt động thì Step Motor thường gây ra tiếng ồn và có hiện tượng nóng dần. Với những Step Motor thế hệ mới thì việc độ ồn và nóng của động cơ giảm đáng kể.

1.3 Module Driver A4988 điều khiển động cơ bước DC Step giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu

A4988 là một trình điều khiển vi bước để điều khiển động cơ bước lưỡng cực có bộ dịch tích hợp để vận hành dễ dàng. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể điều khiển động cơ bước chỉ với 2 chân từ bộ điều khiển của chúng ta hoặc một chân để điều khiển hướng quay và chân kia để điều khiển các bước.
A4988 là một bộ điều khiển DMOS cực nhỏ với bộ chuyển đổi và bảo vệ quá dòng. A4988 có thể điều khiển được động cơ bước lưỡng cực với dòng điện lên đến 2A với mỗi cuộn dây.
Driver cung cấp năm độ phân giải bước khác nhau: bước đủ, ½ bước, ¼ bước, 1/8 bước và 1/16 bước. Ngoài ra, nó có một biến trở để điều chỉnh đầu ra hiện tại, tắt khi nhiệt độ quá cao và bảo vệ dòng điện chéo.Nguồn vào của nó là từ 3 đến 5,5 V và dòng điện tối đa trên mỗi pha là 2A nếu được làm mát bổ sung tốt hoặc dòng điện liên tục 1A mỗi pha mà không cần tản nhiệt hoặc làm mát.

dieu-khien-dong-co-buoc-step-qua-a4988-giao-tiep-arduino-bang-bien-tro-3

Mach-dieu-khien-DC-step-Arduino-uno-r3-4 DC Step giao tiếp Atmega

b. Thông số kỹ thuật DC Step giao tiếp At89s52

  • Điện áp cấp tối thiểu: 8 V
  • Điện áp cấp cực đại: 35 V
  • Dòng cấp liên tục cho mỗi pha: 1 A (không cần tản nhiệt, làm mát)
  • Dòng cấp liên tục cho mỗi pha: 2 A (khi có làm mát, tản nhiệt)
  • Điện áp logic 1 tối thiểu: 3 V
  • Điện áp logic 1 tối đa: 5.5 V
  • Độ phân giải: full, 1/2, 1/4, 1/8, và 1/16

c. Cách sử dụng module Driver A4988

  • Lựa chọn chế độ full hay 1/2 hay 1/4.. sẽ được thông qua 3 pin MS1 MS2 MS3. Mình thường nối thẳng 3 pin này với công tắc bit 3p để dễ thiết lập từ trên phần cứng. Lưu ý là nếu thả nổi 3 pin này tức là mode full step.
  • Bật tắt động cơ thì thông qua pin ENABLE, mức LOW là bật module, mức HIGH là tắt module
  • Điều khiển chiều quay của động cơ thông qua pin DIR
  • Điều khiển bước của động cơ thông qua pin STEP, mỗi xung là tương ứng với 1 bước ( hoặc vi bước)
  • Hai chân Sleep với Reset luôn nối với nhau

Mach-dieu-khien-DC-step-Arduino-uno-r3

 

2. Hướng dẫn điều khiển động cơ bước DC Step giao tiếp At89s52 bằng biến trở

Phần cứng

dieu-khien-dong-co-buoc-step-qua-a4988-giao-tiep-arduino-bang-bien-tro

Phần mềm

const int stepPin = 3;
const int dirPin = 4; 
int customDelay,customDelayMapped; // Defines variables

void setup() {
// Sets the two pins as Outputs
pinMode(stepPin,OUTPUT);
pinMode(dirPin,OUTPUT);

digitalWrite(dirPin,HIGH); //Enables the motor to move in a particular direction
}
void loop() {

customDelayMapped = speedUp(); // Gets custom delay values from the custom speedUp function
// Makes pules with custom delay, depending on the Potentiometer, from which the speed of the motor depends
digitalWrite(stepPin, HIGH);
delayMicroseconds(customDelayMapped);
digitalWrite(stepPin, LOW);
delayMicroseconds(customDelayMapped);
}
// Function for reading the Potentiometer
int speedUp() {
int customDelay = analogRead(A0); // Reads the potentiometer
int newCustom = map(customDelay, 0, 1023, 300,4000); // Convrests the read values of the potentiometer from 0 to 1023 into desireded delay values (300 to 4000)
return newCustom; 
}

3. Hoạt động của mạch điều khiển động cơ bước DC Step giao tiếp At89s52

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển hiển thị thông tin ban đầu. Lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu từ nút nhấn hoặc biến trở đưa vào. Khi nhận tín hiệu vi điều khiển tính toán, xử lý dữ liệu sau đó điều khiển động cơ chạy dừng, quay thuận hoặc quay nghịch bằng nút nhấn, ngoài ra điều khiển tốc độ quay của động cơ bằng biến trở.

4. Cụ thể hoạt động của mạch điều khiển động cơ bước DC Step giao tiếp At89s52

Ngoài ra còn nhiều Phần và các môn khác

Đồ án điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 1
Mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 2
Thiết kế mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 3
Vi xử lý, Lập trình vi điều khiển Pic – 8051 – Avr – Phần 4
Tổng hợp File ĐỒ ÁN Điện tử cơ bản
Tổng hợp File ĐỒ ÁN Viễn thông
Tổng hợp File ĐỒ ÁN PLC
Tổng hợp File ĐỒ ÁN Cung cấp điện

Chúc các bạn thành công…!!!

Leave a Reply

chatzalo