DC Step giao tiếp Atmega, Điều khiển động cơ bước + A4988, AVR

DC Step giao tiếp Atmega 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   

• Phone : 0967.551.477
• Zalo    : 0967.551.477
• FB      : Huỳnh Nhật Tùng
• Email : dientunhattung@gmail.com
• Địa Chỉ: 106/14 Đường số 51, Phường 14, 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 Atmega

1.1 Vi điều khiển AVR trong mạch điều khiển động cơ bước DC Step giao tiếp Atmega

a. Giới thiệu

Atmega16 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc họ MegaAVR. Atmega16 là một bộ vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 16KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 512B EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bit (1KB 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, I2C. Ngoài ra có thể sử dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng tới 6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader.

b. Chức năng của Atmega:

• PORTA: Các chân từ 33 đến 40 thuộc PORTA. Nó hoạt động giống như đầu vào analog cho bộ chuyển đổi A / D. Tuy nhiên, trong trường hợp không có bộ chuyển đổi A / D, PORTA được sử dụng làm cổng I / O hai chiều 8 bit. Nó đi kèm với điện trở kéo bên trong.
• PORTB: Các chân từ 1 đến 8 thuộc về PORTB. Đây là các chân hai chiều I / O. Cổng này cũng bao gồm các điện trở kéo lên bên trong.
• PORTC: PORTC là cổng I / O hai chiều bao gồm 8 chân. Chân từ 22 đến 29 thuộc về cổng này, tương tự như các cổng khác, nó đi kèm với điện trở kéo bên trong.
• PORTD: Chân từ 14 đến 21 thuộc về cổng này. Đây là cổng hai chiều trong đó mỗi chân có thể được sử dụng làm chân đầu vào hoặc đầu ra. Tuy nhiên, có các tính năng bổ sung liên quan đến cổng này như ngắt, giao tiếp nối tiếp, bộ hẹn giờ và PWM.

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.

1.2 Động cơ bước DC Step giao tiếp Atmega

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

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. 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.

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 Atmega

a. Giới thiệu

• 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

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

Phần cứng

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 

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 Atmega

Chúc các bạn thành công…!!!