Giáo trình Điều khiển tốc độ động cơ (Phần 2)

ä đệm thu trước khi kí tự khác được nhận. Số liệu được truyền từ đầu TxD của máy phát và được nhận ở đầu RxD ở bên thu. Khi một DTE (thí dụ, máy PC) cần nối với một DTE khác thì đường TxD ở một bên được nối với đường RxD ở bên kia và ngược lại. Các đầu tín TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM D-9 D-9 - 149 - D-9 D-25 TD 3 3 TD TD 3 2 TD RD 2 2 RD RD 2 3 RD PHẦN V hiệu móc nối ở mỗi bên được nối cặp với nhau (RTS nối trực tiếp với CTS, DTR với DSR) nhằm làm cho các máy luôn ở trạng thái sẵn sàng thu và sẵn sàng truyền. D-9 D-9 D-9 D-25 TD 3 3 TD TD 3 2 TD RD 2 2 RD RD 2 3 RD RTS 7 7 RTS RTS 7 4 RTS CTS 8 8 CTS CTS 8 5 CTS DTR 4 4 DTR DTR 4 20 DTR DSR 6 6 DSR DSR 6 6 DSR 7 GND 5 5 GND GND 5 GND Hình PL.2.7 Nối dây thông tin giữa hai cổng RS -232C theo kiểu móc nối cứng Các đường điều khiển được dùng ở mức tích cực cao. Khi một máy muốn phát số liệu nó nâng dây RTS của mình lên mức cao rồi kiểm tra trạng thái dây CTS cho đến khi dây này ở mức tích cực cao. Chừng nào dây này còn ở mức thấp thì có nghĩa là máy thu vẫn còn bận và chưa thể nhận được số liệu. Khi máy thu đọc xong số liệu từ bộ đệm thu của nó, đường RTS nối với CTS của máy phát sẽ tự động nhảy lên mức cao để chỉ thị cho máy phát rằng máy thu bây giờ đã sẵn sàng nhận số liệu tiếp theo. Quá trình nhận số liệu cũng giống như quá trình truyền. Khi DCE muốn phát tới DTE, đầu vào DSR bên máy thu sẽ trở nên tích cực. Nếu máy thu không thể nhận số liệu nó sẽ đặt đường DTR ở mức không tích cực. Khi nó ở trạng thái xóa nhận, nó sẽ đặt đường DTR ở mức tích cực và máy bên kia sẽ được phép phát số liệu. Đường DTR sẽ được đặt ở mức không tích cực cho tới khi kí tự được xử lí xong. Khi nối DTE với DCE thì các đường móc nối được nối trực tiếp với nhau như hình dưới đây. D-9 D-9 D-9 D-25 TD 3 3 TD TD 3 2 TD TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM3 RD 2 2 RD RD 2 RD - 150 - RTS 7 7 RTS RTS 7 4 RTS CTS 8 8 CTS CTS 8 5 CTS DTR 4 4 DTR DTR 4 20 DTR PHẦN V Sau đây là giản đồ mô tả quá trình thông tin với móc nối mềm. Có hai kí tự ASCII được dùng để khởi phát và dừng truyền số liệu. Đó là kí tự DC1 trong bảng mã ASCII có giá trị là 11h gọi là X-ON và kí tự DC3 có giá trị là 13h gọi là X-OFF. Khi máy phát nhận được kí tự X-OFF nó sẽ ngừng phát số liệu cho đến khi nhận được kí tự X-ON. Loại móc nối này thường được dùng trong trường hợp khi máy phát và máy thu có thể xử lí số liệu tương đối nhanh. Thường máy thu có một bộ đệm số liệu lớn chứa các kí tự nhận được. Khi bộ đệm này đầy, nó sẽ truyền sang bên phát kí tự X-OFF, sau khi đọc xong hết nội dung bộ đệm nó sẽ truyền kí tự X-ON. Số liệu X-OFF X-ON thu Máy Máy phát phát Máy Số liệu Hình PL.2.9 Móc nối mềm dùn g hai kí tự X -ON và X -OFF  Lập trình thông tin nối tiếp:
Lập trình trực tiếp với các cổng nối tiếp: Chip UART-8250 được dùng trong máy vi tính PC/XT phục vụ cho thông tin nối tiếp với tốc độ truyền số liệu cực đại là 9600bps. Từ máy AT trở đi dùng chip 16450 hay 82450 cho phép một tốc độ truyền cao hơn đến 19200bps. Các chip này được lắp ngay trên bản mạch chính hoặc được lắp trên bản mạch ghép nối vào/ra cắm trên khe cắm mở rộng của máy tính. Địa chỉ của một số thanh ghi như sau: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 151 - PHẦN V Thanh ghi Địa chỉ Đệm số liệu phát và thu (TD/RD) Địa chỉ cơ sở Cho phép ngắt Địa chỉ cơ sở + 1 Nhận dạng ngắt Địa chỉ cơ sở + 2 Định dạng số liệu (LCR) Địa chỉ cơ sở + 3 Điều khiển Modem Địa chỉ cơ sở + 4 Trạng thái đường truyền (LSR) Địa chỉ cơ sở + 5 Trạng thái Modem Địa chỉ cơ sơ û + 6 Lưu trữ đọc/viết tạm thời Địa chỉ cơ sơ û + 7  Lưu y ù : Địa chỉ cơ sở : COM1 = 3F8h và COM2 = 2F8h.  Các thanh ghi đệm số liệu phát và thu có cùng một địa chỉ bằng địa chỉ cơ sở.  Thanh ghi trạng thái đường truyền xác định trạng thái của các bộ đệm thu và phát. Đây là thanh ghi chỉ đọc (tất cả các bit được ghi tự động bằng phần cứng). Định dạng của từ trạng thái như sau: =1: ph át hiện điểm dừng =1: lỗi khung truyền =1: lỗi chẵn-lẻ (parity) =1: lỗi tràn số 0 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 =1: số liệu đã sẵn sàng =1: thanh ghi đệm phát rỗng =1: bộ đệm phát rỗng Khi truyền dữ liệu, một kí tự mới có thể được viết tới bộ đệm trước khi kí tự trước đó được gửi. Để tránh điều này, bit số sáu D6 được kiểm tra để xác định liệu vẫn còn một kí tự trong bộ đệm phát không. Nếu bit này được đặt lên 1 tức là bộ đệm phát đã rỗng. Vậy để gửi một kí tự phải viết một vòng lặp kiểm tra sau: Kiểm tra bit D6 cho tới khi nó được đặt =1 Gửi kí tự Thí dụ, trong ngôn ngữ Pascal sẽ là: repeat trạng_thái := port[địa chỉ LSR] and $40; until (trạng_thái = $40); Khi thu số liệu, bit D0 được kiểm tra để xác định liệu đã có số liệu trong bộ đệm thu chưa theo vòng lặp sau: Kiểm tra bit D0 cho đến khi nó được đặt =1 Đọc kí tự Thí dụ, trong ngôn ngữ Pascal sẽ là: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 152 - PHẦN V repeat trạng_thái := port[địa chỉ LSR] and $01; until (trạng_thái = $01);  Thanh ghi định dạng dữ liệu (LCR) khởi tạo các thông số thông tin như số bit cho một kí tự, số bit chẵn lẻ, số bit stop. Nó có thể được viết hoặc đọc. Định dạng các bit điều khiển trong thanh ghi như sau: =1: phát một điểm dừng bit chẵn lẻ 000: không có 001: chẵn lẻ lẻ 011: chẵn lẻ chẵn 101: luôn bằng 1 (mark) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 111: luôn bằng 0 (space) số bit số liệu 00: 5bit 01: 6bit = 0: đọc/ghi máy thu/phát 10: 7bit 11: 8bit = 1: chốt bộ chia tốc độ baud số bit stop 0: 1bit stop 1: 1,5bit stop Để thâm nhập thanh ghi đệm thu/phát bit D7 phải xóa bằng 0. Còn khi muốn khởi tạo bộ chia tốc độ baud, bit được đặt lên 1. Tốc độ baud được đặt bằng việc nạp một hệ số chia N, 16 bit vào địa chỉ của bộ đệm số liệu thu/phát và địa chỉ tiếp theo. Giá trị được nạp phụ thuộc vào tần số máy phát sóng thạch anh nối với UART. Thường tần số này bằng 1,8432MHz. Do đó: tần số nhịp đồng hồ Tốc độ baud = 16 × N Bảng sau tính sẵn một số hệ số chia N (được nạp vào thanh ghi đệm số liệu RD/RD) ứng với tốc độ baud tương ứng. Tốc độ baud Hệ số chia Tốc độ baud Hệ số chia 110 0417h 2400 0030h 300 0180h 4800 0018h 600 00C0h 9600 000Ch 1200 0060h 19200 0006h 1800 0040h Để nạp hệ số chia tốc độ baud, trước hết bit 7 của thanh ghi LCR được đặt lên 1. Sau đó byte thấp của N được nạp vào địa chỉ thanh ghi đệm số liệu rồi byte cao được nạp tiếp vào địa chỉ lớn hơn 1. Cuối cùng bit 7 được xóa về 0. Thí dụ, để có tốc độ 9600 baud với tần số nhịp là 1,8432MHz ở cổng COM1; trước hết số 0Ch được nạp vào địa chỉ 3F8h, sau đó số 00h được nạp vào địa chỉ 3F8h + 01h = 3F9h. Khi bit 7 được xóa về 0, một thao tác đọc từ địa chỉ cơ sở sẽ đọc từ bộ đệm RD và một thao tác viết sẽ viết tới bộ đệm TD. TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 153 - PHẦN V
Lập trình qua DOS và BIOS: Một máy PC chuẩn có thể hỗ trợ tới 4 cổng COM. Những địa chỉ cơ sở của chúng được đặt trong bộ nhớ BIOS và địa chỉ của mỗi cổng được lưu trữ ở vùng địa chỉ: 0040:0000 (COM1); 0040:0002 (COM2); 0040:0004 (COM3) và 0040:0008 (COM4)  Lệnh MODE COM [:] tốc độ baud[, chẵn-lẻ[, bề rộng từ [, số bit stop [, p]]]] Được dùng để đặt các tham số của cổng nối tiếp. Thí dụ, lệnh khởi tạo cổng COM2 với tốc độ 2400 baud, một bit chẵn-lẻ chẵn, 8 bit số liệu và 1 bit stop như sau: Mode com2:2400, e, 8, 1  Lệnh ptr = (int far * ) 0x0400000; khởi động một con trỏ xa để khởi phát sự thông tin của BIOS với các địa chỉ cổng. Mỗi địa chỉ là 16bit do vậy con trỏ sẽ trỏ tới một giá trị nguyên. Một con trỏ xa được dùng như vậy có thể thâm nhập được tới 1MB nhớ trong khi một con trỏ gần chỉ có thể thâm nhập tới cực đại là 64kB. Việc kiểm tra và điều khiển các cổng COM được lập trình qua BIOS. Hàm sử dụng trong C là: int bioscom (int cmd, char abyten, in port) Trong đó, port = 0 cho cổng COM1; port = 1 cho cổng COM2; cmd: 0 đặt các thông số thông tin tới giá trị được cho bởi abyte. 1 gửi kí tự 2 nhận kí tự 3 trả về trạng thái của thông tin. Khi cmd được đặt tới 0, thí bị được chương trình hóa. Trong chế độ này, định nghĩa các bit trong byte được cho như sau: 00: không có bit parity; 01: parity lẻ; 10: 7 bit số liệu 10: parity chẵn 11: 8 bit số liệu D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0: 1 bit stop; 1: 2 bit stop 000 – 100baud 100 – 1200baud 001 – 150baud 101 – 2400baud 010 – 300baud 110 – 4800baud 011 – 600baud 111 – 9600baud Khi cmd = 3, giá trị trả về là một số nguyên 16 bit không dấu. Các bit từ 8 đến 15 được định nghĩa như sau: Bit 15 – timeout; Bit 11 – lỗi khung truyền; Bit 14 – thanh ghi dịch phát rỗng; Bit 10 – lỗi chẵn lẻ; Bit 13 – thanh ghi giữ kí tự phát rỗng; Bit 9 – lỗi chạy quá chạy chương trình; Bit 12 – phát hiện điểm dừng; Bit 8 – số liệu sẵn sàng. TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 154 - PHẦN V 3—GIỚI THIỆU CÁC VI MẠCH SỬ DỤNG VÀ LINH KIỆN KHÁC:  KHỐI NGUỒN : Để mạch hoạt động được, ta cần có một nguồn cung cấp 5V ổn định. Khối thứ nhất ta trình bày là khối nguồn. Xem hình dưới đây. Hầu hết các mạch lôgic số và các bộ xử lý đều cần một nguồn cung cấp 5V. Thường thì ta luôn có sẵn các nguồn có mức điện áp khoảng 9VDC ÷ 24VDC. Để tạo ra một nguồn công suất 5V, ta dùng một IC (Integrated Circuit) ổn áp LM7805 như hình sau: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 155 - PHẦN V Dùng 7805 là một cách đơn giản dễ dàng thực hiện. Ta chỉ việc nối đầu dương của nguồn áp thay đổi (bất kể từ 9VDC đến 24VDC) đến chân đầu vào (chân ký hiệu bằng I hay số 1). Nối đầu âm đến chân chung (ký hiệu bằng C hay số 2) và sau đó khi mở nguồn, ta sẽ có một nguồn áp 5V trên chân ra O (hay số 3). Đôi khi đường dây cấp nguồn đầu vào (trên 9VDC) bị nhiễu. Để san phẳng những nhiễu này và có được đầu ra 5V tốt hơn, ta dùng một tụ điện nối vào mạch, giữa đầu vào và chân chung (GND). Ta dùng một tụ điện 2200 µF 25V. Trong sơ đồ, ta ký hiệu IC LM7805 bằng U6 và nguồn áp thay đổi đưa vào có biên độ trong tầm 7V ÷ 30V; điện áp ngõ ra 5VDC ± 5%. Trong mạch thi công ta chọn loại UA7805C, có dòng định mức 1A (IC-Pos VR, 5V, 1A : đây là loại IC ổn áp loại chân Ground nằm giữa, áp ra 5V ± 5%, dòng tải 1A). Linh kiện thay thế: UA7805C, UA7805CKC, UA7805CU, UA7805UC, (sổ tay tra cứu [ECG master replacement guide_ 2002 Edition] số hiệu loại linh kiện thay thế ECG960, số trang: 1-201). Chọn loại cầu chỉnh lưu 1A. TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 156 - PHẦN V  KHỐI GIAO TIẾP MÁY TÍNH: Khối giao tiếp máy tính ở đây được trình bày gồm :
Tụ điện : gồm năm tụ điện 10 µF được sử dụng phối hợp với MAX232 tạo sự tương thích mức điện áp giữa hai đơn vị giao tiếp 5V (Kit AT89C51) và 12V (máy vi tính).
DB-9 : đầu cắm loại 9 chân, đánh số từ 1 đến 9. Trên hình là hình ảnh của hai DB-9 female (hai đầu cắm cái) và một dạng đầu DB-9 male (đực) loại gắn trên board. Bảng sau mô tả tên và chức năng của các đường tín hiệu của đầu cắm DB-9: Chân số Tên Kí hiệu Chức năng TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 157 - PHẦN V 1 Data Carrier Detect DCD DCE đặt đường này ở mức tích cực để báo cho DTE biết là đã thiết lập được liên kết với DCE từ xa (nhận được sóng mang từ bên DCE đối tác). 2 Receive Data RxD Số liệu được thu từ DCE vào DTE. 3 Transmit Data TxD Số liệu được phát từ DTE (thí dụ PC hoặc thiết bị đầu cuối) tới DCE qua đường TxD. 4 Data Terminal Ready DTR Chức năng tương tự như RTS nhưng được kích hoạt bởi DCE khi nó muốn phát số liệu. 5 Signal Ground SG GND 6 Data Set Ready DSR Chức năng tương tự như CTS nhưng được kích hoạt bởi DTE khi nó sẵn sàng nhận số liệu. 7 Request To Send RTS DTE đặt đường này ở mức tích cực khi nó sẵn sàng phát số liệu. 8 Clear To Send CTS DCE đặt đường này ở mức tích cực để thông tin cho DTE rằng nó sẵn sàng nhận số liệu. 9 Ring Indicator RI DCE (loại lắp ngoài) báo với DTE có một cuộc gọi từ xa vừa gọi đến.  Lưu ý: DCE : Data Communication Equipment (Thiết bị thông tin số liệu). DTE : Data Terminal Equipment (Thiết bị đầu cuối so á liệu).
IC, Max 232: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 158 - PHẦN V TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 159 - PHẦN V IC Max 232 cần nguồn cung cấp +5V, số chân phát/nhận : 2/2, dòng điện cung cấp 5mA. Loại bộ đệm/bộnhận trên đường dây của họ hàng IC max232 được dùng cho tất cả các ứng dụng theo chuẩn giao tiếp EIA/TIA-232E và V.28/V.24 trong các giao tiếp truyền thông, và đặc biệt là dùng trong những ứng dụng theo mức điện áp ±12V không sẵn có. Max 232 có các phần: các bộ biến đổi điện áp DC-DC bơm nạp hai chiều, các bộ đệm RS-232, các bộ nhận RS-232.  Bộ biến đổi điện áp bơm nạp hai chiều : trong chế độ hoạt động đệm RS-232, max 232 có hai bơm nạp bên trong để biến đổi điện áp +5V sang ±10V (không tải). Bộ biến đổi đầu tiên dùng tụ điện C 5 để gấp đôi mức điện áp +5V đầu vào sang +10V trên tụ điện C 6 tại ngõ ra V+. Bộ biến đổi thứ hai dùng tụ điện C 7 để đảo mức điện áp +10V sang –10V trên tụ điện C 4 tại ngõ ra V-. Một lượng nhỏ công suất tại các ngõ ra +10V (V+) và –10V (V-) sẽ bị rút bớt phân phát cho mạch điện bên ngoài, V+ và V- sẽ không điều chỉnh được, nên sụt áp ngõ ra và tăng dòng tải.  Các bộ đệm RS-232 : biên độ sóng điện áp ngõ ra điển hình là ±8V khi mang tải danh định 5K Ω của bộ nhận RS-232 và nguồn cấp V CC = 5V. Biên độ sóng ra được đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn EIA/TIA –232E và V.28 có các mức ngõ ra bộ đệm tối thiểu bằng ±5V trong điều kiện xấu nhất. Điều kiện xấu nhất này còn có thể còn có một tải tối thiểu 3K Ω với nguồn cấp V CC = +4,5V và nhiệt độ làm việc thì lớn nhất. Khoảng phạm vi điện áp ngõ ra bộ đệm lúc không tải từ (V+ -1,3V) đến (V- +0,5V). Các ngưỡng đầu vào tương thích cho cả hai loại tải TTL và CMOS. Các đầu vào không được dùng đến thì bỏ trống (không kết nối) vì đã có các điện trở kéo lên 400K Ω được nối sẵn lên V CC . Các điện trở kéo lên bắt buộc các đầu ra của các bộ đệm không dùng đến ở mức thấp vì tất cả các bộ đệm là đệm đảo. Các điện trở kéo lên bên trong có dòng nguồn cấp khoảng 12 µA. Tốc độ biến đổi biên độ đầu ra bộ đệm được giới hạn TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 160 - PHẦN V thấp hơn 30V/ µs theo đặc tính kỹ thuật của chuẩn EIA/TIA-232E và V.28. Một tốc độ điển hình là 24V/ µs không tải và 10V/ µs khi có tải 3 Ω và 2500pF.  Các bộ nhận RS-232 : các đặc tính kỹ thuật của EIA/TIA-232E và V.28 định nghĩa mức lôgic 0 ứng với một mức điện áp lớn hơn 3V cho tất cả các bộ nhận đảo. Các ngưỡng đầu vào được đặt ở mức 0,8V và 2,4V vì vậy các bộ nhận tương ứng với các đầu vào loại TTL cũng như các mức của EIA/TIA-232E và V.28. Các đầu vào bộ nhận có thể chịu được một mức quá điện áp lên tới ±25V và cung cấp các điện trở đầu cuối danh định 5K Ω đến các ngõ vào. Mức điện áp ngõ vào bộ nhận là 0,5V thay thế cho mức 0,2V. Việc này làm xóa sạch chuyển tiếp đầu ra bằng các tín hiệu vào thay đổi chậm, thậm chí còn có thể là một nhiễu. Thời gian trễ của truyền đạt bằng bộ nhận khoảng 600ns và nó độc lập với hướng của biên độ sóng đầu vào.  KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51: Khối này là trung tâm điều khiển của toàn bộ mô hình thi công. Bao gồm một IC AT89C51, kèm theo bộ phận tạo xung nhịp và mạch điện tạo chức năng Reset cho mạch điều khiển.
IC AT89C51: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 161 - PHẦN V AT89C51 là con vi điều khiển CMOS 8-bit khả năng cao với công suất thấp, có 4 Kbytes cho lập trình Flash và bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa (PEROM). Linh kiện này tương thích với chuẩn công nghiệp có tập lệnh của 8051 và sơ đồ chân. Bộ nhớ có thể lập trình Flash trên chip cho phép nhớ chương trình nhanh chóng dùng bộ lập trình bộ nhớ không bốc hơi như PG302 và bộ ghép nối lập trình ADT87. Nhờ việc ghép một CPU 8-bit chuẩn công nghiệp vào trong một chip nguyên khối đã làm cho AT89C51 trở thành một IC điều khiển mạnh cung cấp nhiều giải pháp có tính linh hoạt và giá cả hợp lý cho các ứng dụng điều khiển. AT89C51 cung cấp các chức năng sau:  ~ 4 Kbytes of bộ nhớ lập trình Flash  ~ 128 bytes of RAM  ~ 32 đường xuất nhập  ~ hai bộ đếm/định thời 16-bit  ~ năm vector với hai mức ưu tiên ngắt  ~ cổng nối tiếp hoạt động chế độ song công  ~ mạch tạo dao động và xung nhịp có trên chip Ngoài ra, AT89C51 còn được thiết kế với mức lôgic tĩnh cho các ứng dụng giảm tần số đến zero và hỗ trợ cho phép chọn lựa các chế độ tiết kiệm năng lượng. Ta gọi đó là chế độ giảm nguồn với CPU vẫn cho phép RAM, timer/counters, port nối tiếp và hệ thống ngắt làm việc. Chế độ giảm nguồn tiết kiệm RAM nhưng cô lập bộ dao động và như vậy các chức năng khác cũng ngưng cho đến khi phần cứng được reset.
Nguồn xung Clock: gồm một khối thạch anh 12MHz và hai tụ ổn định 30pF.
Mạch điện reset: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 162 - PHẦN V  KHỐI ĐẶT TỐC ĐỘ TRÊN KIT: Khối này gồm một IC ADC0809 làm nhiệm vụ chuyển mức điện áp đặt sang dạng số và nhập vào cho kit qua port 1. Phần đi kèm gồm có IC 74LS393 làm nhiệm vụ tạo xung nhịp clock cho ADC. Một biến trở loại volume 10K Ω . ADC 0809 dùng chân P2.0 của AT89C51 làm nguồn phát xung START.
IC ADC0809:  Mô tả chung: ADC0809 là một linh kiện CMOS nguyên khối có một bộ biến đổi 8-bit dạng tương tự sang dạng số, bộ chọn 8 kênh và điều khiển logic tương thích với bộ xử lý 8- bit. Bộ biến đổi A/D 8-bit dùng các xấp xỉ liên tiếp như một kỹ thuật biến đổi. Bộ biến đổi có đặc trưng một bộ so sánh cân bằng băm tổng trở cao. Một bộ chia điện áp 256 điện trở, cây chuyển mạch tương tự và một thanh ghi xấp xỉ liên tiếp. Một bộ chọn kênh tám đường cho phép nhập bất kỳ một trong 8 kênh tín hiệu tương tự đưa vào. Linh kiện bỏ qua việc phải chỉnh về zero hay chỉnh định toàn thang đo từ bên ngoài. Việc giao tiếp dễ dàng với các bộ vi xử lý nhờ việc chốt và mã hóa các đầu vào địa chỉ chọn kênh và các ngõ ra TTL ba trạng thái được chốt. Việc thiết kế ra ADC0809 đã được tối ưu nhờ kết hợp hầu hết các mặt mạnh của một vài kỹ thuật biến đổi A/D. Khả năng của ADC0809 có thể cho tốc độ biến đổi cao, độ chính xác cao, sự phụ thuộc nhiệt độ tối thiểu, độ chính xác làm việc lâu dài, khả năng làm việc lặp lại và TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 163 - PHẦN V tiêu thụ ít công suất. Những đặc tính này đã làm cho nó thích hợp cho các ứng dụng từ điều khiển máy móc và xử lý đến các ứng dụng trong tự động và tiêu dùng.  Các đặc trưng:  Dễ dàng giao tiếp với các vi xử lý.  Hoạt động có tính tỉ lệ hoặc với 5 V DC hoặc chuẩn điện áp được điều chỉnh theo từng khoảng tương tự.  Không yêu cầu phải chỉnh zero hay toàn thang.  Chọn kênh bằng các đường địa chỉ biểu diễn theo mức logic  Phạm vi điện áp ngõ vào 0V ÷5V bằng một nguồn đơn 5V.  Các ngõ ra đáp ứng được đặc tính kỹ thuật mức điện áp TTL.  Đóng gói dạng đổ khuôn 28 chân hoặc kín theo tiêu chuẩn.  Đóng gói mang chip được đúc lại thành khối 28 chân.  ADC0809 tương đương với MM74C949-1.  Các đặc tính kỹ thuật chính:  Độ phân giải: 8 bit.  Sai số không hiệu chỉnh tổng cộng: ±½ LSB và ±1 LSB.  Nguồn đơn: 5 V DC .  Công suất thấp: 15mW.  Thời gian biến đổi: 100 µs.  Sơ đồ khối: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 164 - PHẦN V g o o Khởiđộn Xung nhịp Kết thúc biến đổi 8 bit A/D o (ngắt) Điều khie ån & Định thời o o o Các chuyển o mạch tương tự chọn S.A.R. o kênh trong (Thanh ghi xấp xỉ liên tiếp) o tám đường o bit o Bộ so sánh - 8 đầu vào8 tương tự Bộ đệm o o chốt ngõ ra o ba trạng o o thái o o Các đầura 8 o Cây chuyển mạch bit - o o Bộ giải o mã và chốt địa Địa chỉ 3 chỉ Thang điện trở 256 R o V CC o o o REF (+) o o GND REF ( -) Cho phép xuất Cho phép chốt địa chỉ TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 165 - PHẦN V  Sơ đồ chân:  Đặc tính kỹ thuật: Ký hiệu Thông số Điều kiện Tối Điển hình Tối đa Đơn thiểu vị VREF+ Điện áp cao nhất VCC VCC +0,1 V của thang đo VREF- Điện áp thấp nhất -0,1 0 V của thang đo IIN Dòng vào fCLK =640kHz -2 ±0,5 2 µA VIN(1) Điện áp vào logic 1 VCC –1,5 V VIN(0) Điện áp vào logic 0 1,5 V VOUT(1) Điện áp ra logic 1 IOUT =-360 µA VCC –0,4 V VOUT(0) Điện áp ra logic 0 IOUT =1,6mA 0,45 V fCLK Tần số xung clock 10 640 1280 kHz tEOC Thời gian delay (Xem giản 0 8+2 µs Chu EOC đồ xung) kỳ clock tC Thời gian biến đổi fCLK =640kHz 90 100 116 µs tWS Độ rộng xung Start (Xem giản 100 200 Ns tối thiểu đồ thời gian) tALE Độ rộng xung ALE (Xem giản 100 200 Ns tối thiểu đồ thời gian) TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 166 - PHẦN V  Mô tả chức năng: Bộ chọn kênh (Multiplexer): linh kiện chứa bộ chọn kênh tám đường tương tự. Mỗi một kênh đầu vào được chọn bằng sử dụng một bộ giải mã địa chỉ. Bảng sau chỉ ra các trạng thái các đường địa chỉ để chọn ra được kênh mong muốn. Kênh chọn ADD C ADD B ADD A IN0 L L L IN1 L L H IN2 L H L IN3 L H H IN4 H L L IN5 H L H IN6 H H L IN7 H H H Địa chỉ được chốt vào trong bộ giải mã lúc xuất hiện cạnh lên của tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE. Đặc tính chuyển đổi (Converter characteristics): Thanh ghi xấp xỉ liên tiếp (SAR,Successive Approximation Register) của bộ biến đổi A/D được reset tại cạnh lên của xung Start (bắt đầu chuyển đổi). Sự chuyển đổi được bắt đầu tại cạnh xuống của xung Start. Quá trình chuyển đổi sẽ bị ngắt nếu nhận được một xung Start mới. Sự chuyển đổi liên tiếp có thể được thực hiện bằng cách nối ngõ ra EOC (End Of Convert, kết thúc chuyển đổi) vào ngõ Start. Nếu sử dụng ở chế độ này, một xung Start bên ngoài phải được cung cấp sau khi bật nguồn. Xung EOC sẽ xuống mức thấp sau cạnh lên của xung Start từ 0 đến 8 xung clock và lên mức cao khi việc chuyển đổi đã xong.  Biểu thức chuyển đổi: Trong hệ thống chuyển đổi mang tính tỉ lệ, điện áp ngõ vào của ADC0809 được cho bởi phương trình: V D IN = X V fs −VZ DMAX − DMIN Trong đó:  VIN = điện áp đầu vào ADC0809  Vfs = điện áp toàn thang  VZ = điện áp zero  DX = điểm đang xác định số liệu TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 167 - PHẦN V  DMAX =giới hạn tối đa số liệu  DMIN =giới hạn tối thiểu số liệu. Sự chuyển tiếp giữa các mã số liệu N và N+1 được cho bởi:   N 1   (V V ) V V VIN =  REF (+) − REF (−)  +  ± TUE  + REF (−)  256 512   Dữ liệu số ngõ ra đối với một đầu vào tùy ý là một số nguyên N nằm trong tầm: V −V N = IN REF (−) × 256 ± Độ chính xác tuyệt đối. VREF (+) −VREF (−) Trong đó:  VIN = điện áp tạo ngõ vào bộ so sánh  VREF(+) = điện áp tại chân REF(+)  VREF(-) = điện áp tại chân REF(-)  VTUE = điện áp sai lệch không điều chỉnh tổng cộng (điển hình VREF(+) ÷ 512) Trong mạch thi công, ADC0809 dùng để chuyển đổi tín hiệu đặt được đưa vào kênh IN0 từ biến trở đặt tốc độ 10K Ω, tín hiệu ngõ ra được đưa ra ở tám đường truyền về port 1 của AT89C51 như trên sơ đồ khối.  Giản đồ thời gian: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 168 - PHẦN V
IC 74LS393: Chân QA chia đôi xung đưa vào chân A. Chân QB chia bốn xung đưa vào chân A. Chân QC chia tám xung đưa vào chân A. Chân QD chia mười sáu xung đưa vào chân A. Lấy xung ra trên chân QA làm xung nhịp cho ADC0809.
Biến trở volume 10K ΩΩΩ: biến trở này dùng để đặt tốc độ cho động cơ. Biến trở có ba chân, một chân được nối V CC = 5V, một chân nối xuống masse, chân còn lại làm chân chọn áp ra trong khoảng từ 0V ÷5V. Khi mức điện áp được chọn thì tín hiệu điện áp đặt này được đưa vào kênh IN0 của ADC0809. Phần việc tiếp theo là của ADC0809.  KHỐI HIỂN THỊ: Khối này gồm một IC 7447, giải mã số BCD, lái một bộ led bảy đoạn bốn con, loại anode chung. Phần mạch kéo dòng cho led dùng transistor PNP số hiệu A1015 có các điện trở phân cực 1K Ω và 10K Ω. Trên hình, phần ngõ vào của bảy tín hiệu {a, b, c, d, e, f, g} cho led bảy đoạn ta dùng điện trở dãy hạn dòng 330 Ω (trên hình không có vẽ các điện trở này). Chân số năm thể hiện dấu thập phân không dùng, để trống (ký hiệu dấu X). A1015 ↔ số hiệu thay thế: ECG290A, số trang: 1-48.
Mô tả: T-PNP, Si, AF PO, P D 0,6W.
Chi tiết:  Mô tả & ứng dụng: PNP-Si, AF Pwr Amp.  Collector To Base Volts BV CBO = 100V.  Collector To Emitter Volts BV CEO = 80V. TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 169 - PHẦN V  Base To Emitter Volts BV EBO = 5V.  Max. Collector Current I C Amps = 0,5A. 0  Max. Device Diss. P D watts = 0,5 W (T A = 25 C).  Freq. in MHz f t = 120.  Current Gain h FE = 100 min  Vỏ: TO-92  Linh kiện thay thế:A1014FA-1, A1015, A1015-0, A1015FA-0, A1015-G, A1015G (Trans), A1015-GR, A1015GR, A1015GRL (Trans), A1015L (Trans), A1015-O, A1015-OFA (Trans), A1015-Y, A1015-YFA (Trans), A1015YL (Trans), Tính trở hạn dòng kéo led: Khi transistor A1015 dẫn, sụt áp trên E-C bằng 0,2V. Gần đúng coi sụt áp trên mỗi đoạn bằng 1,4V. Chọn dòng qua mỗi đoạn led bằng 10mA. TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 170 - PHẦN V Aùp đặt trên điện trở hạn dòng: 5 - 1,4 – 0,2 = 3,4V Trị số trở hạn dòng sẽ bằng: 3,4V / 0,01A =340 Ω. Chọn điện trở bằng 330 Ω. Toàn bộ 7 đoạn sáng, dòng điện qua A1015:10 ×7= 70mA < (I C.MAX = 500mA). Hình vẽ để tính toán điện trở hạn dòng cho LED 7 đoạn dùng A1015. (Lưu ý: điện hạn dòng không vẽ trên sơ đồ mạch để dễ nhìn.) TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 171 - PHẦN V  KHỐI MẠCH ĐỘNG CƠ: Các linh kiện mạch gồm:
Diode chuyển mạch của Relay và động cơ loại: Chọn loại 1N4007 có các thông số: 1N4007 ↔ ECG125 /1-109.  Mô tả: R-Si, 1000 PRV, 2,5A.  Gen. Purp. Rect. Si  Peak Reverse Voltage PRV Max V = 1000 0  Average Rectified Forward Current I o Max = 2,5A at 25 C Lead Temp  Forward Voltage Drop Max V F = 0,8V at 1A.  1N4006, 1N4006G, 1N4006GP, 1N4006ID, 1N4006S, 1N4006SG, 1N4007, 1N4007G, 1N4007GP, 1N4007ID, 1N4007S, 1N4007SG,
Relay DPDT: chọn loại 5V, 8 chân. TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 172 - PHẦN V
Chọn khoá chuyển mạch cho Relay là D468:  D468 ↔ ECG293 /1-48  T-NPN, Si, AF PO, P D 0,75W  AF Pwr Amp  BV CBO = 60V  BV CEO = 50  BV EBO = 5  IC Max =1A 0  PD = 1W(heat sink) & 0,75W(T A = 25 C)  ft = 200MHz  hFE = 120 min  T-16  D468, D468A, D468B, D468C, D471, D571,
Ghép Darlington: chọn 2N2222 & 2SC1061. 2N2222 ↔ ECG123A /1-43  T-NPN, Si, AF/RF Amp, Sw  BV CBO 75V  BV CEO 40V  BV EBO 6V  IC Max 0,8A 0  PD 0,5W (T A =25 C)  ft 300MHz  hFE 200 (typ.)  TO-18  2N2220, 2N2220A, 2N2221, 2N2221A, 2N2222, 2N2222/A, 2N2222A, 2N2224, 2N2236, 2N2237, 2N2242, 2N2244, 2N2245, 2N2246, 2N2247, 2N2248, 2N2249, 2N2250, 2N2253, 2N2254, 2N2255, 2N2256, 2N2257, 2N2272, 2SC1061 ↔ ECG152 /1-43  T-NPN, Si, AF PO (AF Pwr Output)  BV CBO 60V  BV CEO 60V  BV EBO 5V  IC Max 7A  PD 50W  ft 10MHz  hFE 60 (typ.)  TO-220 TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 173 - PHẦN V  2SC1060, 2SC1060A, 2SC1060B, 2SC1060BM, 2SC1060C, 2SC1060D, 2SC1061, 2SC1061A, 2SC1061B, 2SC1061BT, 2SC1061C, 2SC1061D, 2SC1061K, 2SC1061KA, 2SC1061KB, 2SC1061KC, 2SC1061KD, 2SC1061T, 2SC1061T-B, 2SC1061TB,  Tính toán mạch động cơ: Chọn động cơ trong mô hình loại 6V, kích từ nam châm, dòng điện 550mA. Chọn transistor 2SC1061 (I max = 7A > 550mA). hFE = 60 ⇒ IB = 550/60 ≈ 9mA. Chọn transistor 2N2222 (I max = 800mA > 9mA) RC = 470 Ω VRc = 470 ×9 ≈ 4,2V hFE(2N2222) = 200 ⇒ IB(tính toán) = 9/200 ≈ 0,045mA. 5V − 8,0 V IB(2N2222) = ≈ 0,42mA > 0,045mA. 10 kΩ  Tính toán mạch điều khiển Relay: chọn loại D468 (I Cmax = 1A). Điện trở Relay: R cd(Relay) = 200 Ω. 5( V − 2,0 V ) IC(tính toán) = I cd(Relay) = = 240mA < 1000mA. 200 Ω 240 mA h = 120 ⇒ I = = 2mA < 4,4mA. FE B(tính toán) 120 5( V − 6,0 V ) IB(D468) = = 4,4mA. (chọn trở hạn dòng 1k Ω). 1kΩ TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 174 - PHẦN V  Tính toán mạch led phát – thu: * mạch phát: 5( V − 4,1 V ) Dòng qua led chọn 8mA, trở hạn dòng: R hd = = 470 Ω. 8mA * mạch thu: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 175 - PHẦN V 4—GIỚI THIỆU VỀ CHOPPER HAI-PHẦN TƯ , CÁC CHOPPER NHIỀU PHA VÀ CHOPPER THYRISTOR VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHOPPER:  CHOPPER HAI-PHẦN TƯ: Chopper có hai chế độ làm việc là chế độ giảm áp và chế độ tăng áp . Cấu hình mạch trong mỗi chế độ hoạt động đã được xét ở trên [Chương 2, mục D, trang 36]. Sự khác nhau về mạch điện trong mỗi chế độ là vị trí của diode và van điều khiển đóng ngắt. L 1 X ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ ∩∩∩ ••• iS1 i 1 S1 L2 R2 + ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ ∩∩∩ ∧∧∧ ∧∧∧ C1 + Y ∨∨∨ ∨∨∨ V1 i2 vS2 V S2 + S iS2 Z (a) Chopper hoạt động ở chế độ tăng áp (hãm) L1 ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ ∩∩∩ S1 L2 R2 + ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ ∩∩∩ ∧∧∧ ∧∧∧ C1 ∨∨∨ ∨∨∨ V1 i2 V S2 + S (b) Chopper hoạt động hoạt động ở chế độ giảm áp (truyền động) Hình PL.4.1 Hai chế độ làm việc của chopper hai -phần tư. Hai chế độ hoạt động của một chopper hai-phần tư như được vẽ trong hai hình trên. Đây cũng là hình vẽ cho một ứng dụng điều khiển tốc độ động cơ DC tiêu biểu. Động cơ ở phần điện áp thấp của chopper và nguồn DC cung cấp ở phần cao áp. Cực tính của điện áp cảm ứng của động cơ phụ thuộc vào chiều quay của nó. Trong hai hình TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 176 - PHẦN V trên, động cơ sẽ quay với chiều không đổi và vì thế nên sẽ có một điện áp cùng cực tính. Trên hình PL.4.1 (b), động cơ sẽ truyền động cho một máy sản xuất nên nó sẽ nhận công suất từ nguồn qua bộ chopper, dòng điện có chiều như trên hình vẽ và ta coi đây là chiều dương quy ước. Trên hình PL.4.1 (a) là trạng thái động cơ đang hãm tái sinh, dòng điện sẽ được coi là âm theo quy ước trên. Biểu diễn các điểm làm việc của hai chế độ này lên trục tọa độ có trục tung biểu diễn điện áp động cơ và dòng động cơ bằng trục hoành. VS Phần tư II: Phần tư I: Chopper làm việc ở chế độ Chopper làm việc ở chế độ hãm (tăng áp). truyền động (giảm áp). I2 Hình PL.4.2 Các phần tư hoạt động của chopper hai-phần tư. Một chopper làm việc được ở cả hai chế độ gọi là một chopper hai-phần tư. Có hai cách để thực hiện chuyển chế độ làm việc cho một chopper hai-phần tư là dùng tiếp điểm cơ khí hoặc tiếp điểm tĩnh (dùng phối hợp các linh kiện bán dẫn). X 1 ∩∩∩∩∩∩∩∩∩ 1 •••↔•↔↔••••X 3 •••↔•↔↔••••X 2 ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ 2 •••↔•↔↔••••Y 4 •••↔•↔↔••••Y Y 3 •••↔•↔↔••••Y 1 •••↔•↔↔••••Y 3 4 •••↔•↔↔••••Z 2 •••↔•↔↔••••Z (GIẢM ÁP) (TĂNG ÁP) 4 Z Chopper hai -phần tư dùng tiếp điểm cơ khí. ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ L1 V S1 1 G1 D1 + C1 ∩∩ ∩ ∧∧∧ ∧∧∧ ∩∩∩∩∩∩ ∨∨∨ ∨∨∨ L2 R2 G2 + VS S2 D2 Chopper hai -phần tư dùng IGBT. TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 177 - PHẦN V  CHOPPER NHIỀU PHA: Chopper nhiều pha là một bộ chopper có hai hoặc nhiều hơn các chopper hoạt động song song và có độ dịch pha tương hỗ với nhau. Tất cả các chopper đều giống nhau, hoạt động cùng tần số đóng cắt và chu kỳ làm việc. Tuy nhiên, giữa các chu kỳ có độ lệch pha với nhau. Việc sử dụng cấu hình mạch chopper nhiều pha sẽ mang lại một số ưu điểm. Đầu tiên là tần số dòng điện nhấp nhô cao hơn nên dễ dàng loại bỏ. Mỗi chopper trong bộ chopper m-pha có tần số đóng cắt và chu kỳ làm việc. Khác nhau là điểm bắt đầu chu kỳ đóng cắt của chopper 2 sẽ chậm hơn so với choppper 1 khoảng thời gian T/m giây tương ứng với một góc trễ pha 360 0/m. Tương tự, điểm bắt đầu chu kỳ đóng cắt chopper 3 chậm hơn chopper 2 một góc dịch pha bằng 360 0/m và tiếp tục cho đến chopper thứ m. Độ dịch pha này có tác dụng làm tăng tần số nhấp nhô của dòng điện tải. Số pha càng lớn thì tần số này càng lớn: tần số nhấp nhô dòng điện tải ngõ ra gấp m lần tần số đóng cắt của chopper đối với bộ chopper m-pha. Giải tích chế độ giảm áp của bộ chopper m-pha: ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ L1 S1 S2 Sm i1 ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ ∨∨∨∧∧∧ ∨∨∨ ∧∧∧ L2 R 2 i2 ∩∩ ∩ ∧∧∧ ∧∧∧ P V1 ∩∩∩∩∩∩ ∨∨∨ ∨∨∨ ••• L2 R 2 + • • • • • • • • C1 ⊃⊃⊃ • • • • L ⊃⊃⊃ • • • • S ⊃⊃⊃ • • • • ⊃⊃⊃ im >>> RS >> ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ ∨∨∨∧∧∧ ∨∨∨ ∧∧∧ <<< L2 R 2 + VS D1 D2 Dm 1 2 ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• m iS = i 1 + i 2 ++ i m ••• N Bộ chopper m-pha hoạt động ở chế độ giảm áp. Xét tải R-L (coi V S = 0), giả thiết mạch chopper đã hoạt động xác lập. Số chopper sẽ được chuyển mạch ON tại bất kì thời điểm nào tùy thuộc vào chu kỳ làm việc D. Lưu ý rằng dòng điện tải có tần số nhấp nhô dòng điện gấp m lần tần số chuyển mạch của chopper. TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 178 - PHẦN V Nếu 0 < D < 1/m , có một quãng thời gian mà trong đó một chopper nào đó sẽ mở ON và các chopper khác được tự hành (“freewheeling”). Dòng điện trong pha chopper mở ON sẽ tăng lên còn các pha chopper khác sẽ giảm xuống. Trong khoảng thời gian này dòng điện tổng sẽ tăng lên một biên độ đỉnh, ký hiệu bằng I p. Nối tiếp đó là một quãng thời gian khác trong đó tất cả các chopper chuyển mạch sang OFF và toàn bộ các dòng m-pha sẽ tự hành. Trong suốt quãng thời gian này, dòng điện tổng sẽ giảm về biên độ đáy, ký hiệu bằng I v. Như vậy, cấu hình mạch chopper sẽ liên tục thay đổi theo hai chế độ dẫn dòng này: một chopper ON, dòng tải tăng lên và tiếp đó chopper đó tắt OFF thì dòng tải giảm xuống. Nếu 1/m < D < 2/m , trường hợp này tương tự trường hợp trên, sẽ có hai chế độ dẫn dòng ứng với hai cấu hình mạch chopper: 1. Hai chopper đồng thời chuyển mạch mở ON và tất cả các pha chopper còn lại là tự hành; trong suốt quãng thời gian này, dòng điện sẽ tăng lên giá trị dòng điện đỉnh I p. 2. Chỉ một chopper chuyển mạch mở ON và các pha chopper khác tự hành; trong suốt quãng thời gian này, dòng tải sẽ giảm về biên độ đáy I v. Nếu 2/m < D < 3/m , lập luận tương tự ta cũng có hai chế độ dẫn dòng: 1. Ba chopper chuyển mạch mở ON thì dòng tải sẽ tăng lên giá trị đỉnh I p. 2. chỉ hai chopper chuyển mạch mở ON thì dòng tải sẽ giảm về biên độ đáy I v. Tiếp tục quá trình lập luận theo cách này, ta có thể tổng quát hóa cho bất kỳ giá trị nào của D, như sau: Nếu (p –1)/m < D < p/m , trong đó p là số nguyên nhỏ hơn hoặc bằng m; sẽ có hai chế độ dẫn: 1. p chopper sẽ chuyển mạch mở ON, và dòng điện sẽ tăng lên đỉnh I p. 2. Chỉ (p – 1) pha chopper chuyển mạch mở ON, và dòng tải sẽ giảm xuống biên độ đáy I v. Phương trình mạch trong trường hợp p pha chopper chuyển mạch mở ON, (m – p) pha chopper khác tự hành (hình vẽ trên). Ta giả thiết các pha dẫn là 1. . . p và các pha tự hành là p+1 . . . m. Bộ lọc ngõ vào L 1 – C 1 được giả sử là lí tưởng để điện áp ngõ vào V 1 được xem là hằng số. Ta có: di di R i + L 1 + R i + L S = V (PL.4.1)( 1) 2 1 2 dt S S S dt 1 di di R i + L 2 + R i + L S = V (PL.4.1)( 2) 2 2 2 dt S S S dt 1 . . . . . . TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 179 - PHẦN V di di R i + L p + R i + L S = V (PL.4.1)( p) 2 p 2 dt S S S dt 1 di di R i + L p+1 + R i + L S = 0 (PL.4.1)( p+1 ) 2 p+1 2 dt S S S dt . . . . . . di di R i + L m + R i + L S = 0 (PL.4.1)( m) 2 m 2 dt S S S dt Cộng các phương trình từ (PL.4.1)( 1) đến (PL.4.1)( m) vế theo vế có: di R'i + L' S = V ' (PL.4.2) S dt Trong đó: R’ = R 2 + mRS (PL.4.3) L’ = L 2 + mLS (PL.4.4) V’ = pV1 (PL.4.5) Phương trình (PL.4.2) đúng trong phần tăng lên của dòng tải, tương ứng với p chopper mở ON. Chu kỳ này kéo dài từ lúc ON của p chopper đến thời điểm chuyển mạch tắt OFF của một chopper. Ký hiệu chu kỳ tăng của dòng điện tải bằng T r, ta có: p −1 p −1 T = DT − T = T (D − ) (PL.4.6) r m m Chọn gốc thời gian tại thời điểm bắt đầu tăng của chu kỳ tăng, tức là lúc p chopper chuyển mạch mở ON, điều kiện đầu cho phương trình (PL.4.2) sẽ là: iS = I v lúc t = 0 (PL.4.7) Giải phương trình vi phân (PL.4.2) với các điều kiện đã nêu, đáp số là: V ' i = I e −t /τ + 1( − e −t /τ ) (PL.4.8) S v R' Trong đó: τ = L’/R’ (PL.4.9) Dòng điện đỉnh xuất hiện tại t = T r. Suy ra: / V ' / I = I e −Tr τ + 1( − e −Tr τ ) (PL.4.10) p v R' Trong đó, T r được tính ra từ phương trình (PL.4.6). Chu kỳ suy giảm của dòng điện tải: Trong chu kỳ giảm của dòng điện, chỉ có (p – 1) pha chopper chuyển mạch ON và còn lại toàn bộ các pha chopper khác tự hành (“freewheeling”). Quãng chu kỳ này sẽ kéo dài từ pha chopper 1 chuyển mạch tắt OFF đến khi pha chopper (p + 1) chuyển mạch mở ON. Ký hiệu quãng thời gian này bằng T f, ta có: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 180 - PHẦN V p p T = T − DT = T ( − D) (PL.4.11) f m m Phương trình mắc lưới trong quãng chu kỳ suy giảm dòng điện cũng tương tự như cách viết phương trình mạch trong khoảng chu kỳ tăng lên của dòng tải. Sự khác nhau ở đây là chỉ có (p – 1) phương trình có chứa phần tử nguồn V 1 trong vế phải của phương trình vi phân (tương ứng với [p – 1] pha chopper chuyển mạch mở ON)trong hệ m phương trình đồng thời, còn lại có thành phần vế phải phương trình bằng zero (tương ứng với trường hợp tự hành OFF). Phương trình dòng điện tải có thể rút ra bằng cách cộng tất cả m phương trình trên: di R'i + L' S = V '' (PL.4.12) S dt Trong đó: V” = ( p – 1 )V 1 (PL.4.13) R’ = R 2 + mRS ( PL.4.3) L’ = L 2 + mLS ( PL.4.4) Chọn gốc thời gian tại lúc bắt đầu khoảng chu kỳ suy giảm, điều kiện đầu của phương trình (PL.4.12) sẽ là: iS = I p tại thời điểm t = 0 (PL.4.14) Giải phương trình vi phân (PL.4.12) với điều kiện đầu (PL.4.14) cho ta biểu thức dòng điện tải trong khoảng chu kỳ suy giảm dòng điện tải: V '' i = I e −t /τ + 1( − e −t /τ ) (PL.4.15) S p R' Dòng điện tải giảm xuống biên độ đáy tại thời điểm t = T f. Ta có: −T /τ V '' −T /τ I = I e f + 1( − e f ) (PL.4.16) v p R' Các phương trình (PL.4.10) và (PL.4.16) là hai phương trình đồng thời, giải hệ này với hai biến là I p và I v được: / / V  e −Tr τ − e −T mτ  I = 1  p −  (PL.4.17) p  −T / mτ  R'  1− e  / V  1− e −T f τ  I = 1  p −  (PL.4.18) v  −T / mτ  R'  1− e  Trong các phương trình trên, p là một số nguyên nhỏ hơn m, phụ thuộc vào chu kỳ làm việc và sẽ được xác định dùng quan hệ sau: p −1 p < D < (PL.4.19) m m T/m là chu kỳ nhấp nhô dòng điện tải, tính bằng: T/m = T r + T f (PL.4.20) Các thành phần DC của điện áp và dòng điện tải: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 181 - PHẦN V Xem hình mạch chopper m-pha giảm áp ở trên, lưu ý V S = 0. Tất cả các pha chopper sẽ cung cấp dòng điện song song ra tải. Tỉ số giảm áp của mỗi pha chopper vẫn là D (kết quả của phần chopper 1-pha hay chopper đơn đã được khảo sát trong phần I, chương 2, mục D, trang 36). Trên hình chopper m-pha giảm áp của phụ lục này, một điện trở R 2 (điện trở cuộn san phẳng L 2) sẽ gây một sụt áp trên nó. Ta ký hiệu thành phần DC của dòng điện tải bằng I d. Thành phần DC của mỗi pha chopper sẽ là Id/m. Thành phần DC của điện áp tải trên hai cực P-N của mỗi pha chopper là: VPN = DV 1 – R 2Id/m (PL.4.21) VPN = I dRS (PL.4.22) Từ (PL.4.21) và (PL.4.22) ta rút ra được I d và V PN bằng: DV 1 I d = (PL.4.23) RS + R2 / m DV 1RS VPN = (PL.4.24) RS + R2 / m Thí dụ minh họa: Một bộ chopper 4-pha hình sau làm việc ở tần số 250Hz và chu kỳ làm việc D = 70%. Các dữ liệu khác là R 2 = 0,4 Ω; L 2 = 2mH; R S = 2,4 Ω; L S = 4,5mH và điện áp vào V1 = 200V. Tính nhấp nhô đỉnh-đỉnh dòng tải, tần số nhấp nhô dòng tải, thành phần DC áp tải trên R S, thành phần DC dòng tải, suy ra phần trăm dòng nhấp nhô so với thành phần dòng tải DC. Quá trình tính toán như sau:
Chu kỳ chopper: T = 1/f =4ms.
Số pha: m =4 và chu kỳ làm việc: D = 0,7.
Từ (PL.4.19) ⇒ p = 3. TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 182 - PHẦN V
Từ (PL.4.6) ⇒ chu kỳ tăng dòng tải: Tr = 4 ×(0,7 – 0,5) = 0,8ms.
Từ (PL.4.11) ⇒ chu kỳ giảm dòng tải: Tf = 4 ×(0,75 – 0,7) = 0,2ms.
Chu kỳ nhấp nhô tổng của dòng tải là: T/ m = T r + T f = 1,0ms. Do đó tần số nhấp nhô dòng điện tải bằng 1000Hz, gấp bốn lần tần số chopper.
Từ (PL.4.3) và (PL.4.4) ⇒ R’ = 0,4 + 4 ×2,4 = 10 Ω. L’ = 2 + 4 ×4,5 = 20mA. Thời hằng bằng τ = 20/10 = 2ms. Thế giá trị số vào (PL.4.17) và (PL.4.18) suy ra:
Các giá trị dòng đỉnh và đáy: Ip = 56,76A. Iv = 55,16A.
Dòng điện tải nhấp nhô đỉnh – đỉnh bằng: 56,76 – 55,16 =1,6A. Thế giá trị số vào (PL.4.24) suy ra:
Thành phần DC của áp tải đặt trên trở R S bằng: 7,0 × 200 × 4,2 V = = 134 4, V PN 4,2 + 1,0 Thế giá trị số vào (PL.4.23) suy ra:
Thành phần DC của dòng điện tải bằng: 7,0 × 200 I = = 56 A. d 4,2 + 1,0
Phần trăm của độ nhấp nhô so với thành phần DC dòng tải bằng: Độ nhấp nhô đỉnh_đỉnh dòng tải = 1,6/56 = 0,0286 = 2,86%. Tải có nguồn sức điện động ngược: Trong các ứng dụng thí dụ như điều khiển tốc độ động điện DC thì sẽ luôn có một sức điện động nằm trên mạch tải (thường ký hiệu bằng V S). Khi một bộ chopper nhiều pha điều khiển một tải như thế có thể phân tích mở rộng dựa trên phần đã giải tích cho loại tải không có nguồn sức điện động (tải R-L) ở trên. Giả sử dòng điện liên tục trong mỗi pha chopper. m phương trình mắc lưới từ (PL.4.1)( 1) đến (PL.4.1)( m) được viết lại nhưng có bổ sung thành phần –VS vào vế phải của các phương trình. Các phương trình mới có thể được giải tương tự như ở phần tải không có sức điện động mạch tải, kết quả rút ra dòng đỉnh và đáy bằng: / / mV V  e −Tr τ − e −T mτ  I = − S + 1  p −  (PL.4.25) p  −T / mτ  R' R'  1− e  / mV V  1− e −T f τ  I = − S + 1  p −  (PL.4.26) v  −T / mτ  R' R'  1− e  Ngưỡng xuất hiện của chế độ dòng không liên tục: Lập đẳng thức I v = 0, từ (PL.4.26) suy ra: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 183 - PHẦN V / V 1  1− e −T f τ  S =  p −  (PL.4.27)  −T / mτ  V1 m  1− e  Thí dụ minh họa: Tiếp tục thí dụ trên, nhưng bây giờ tải có thêm một sức điện động V S = 100V. các thông số khác không thay đổi. (a). Tính các dòng đỉnh và đáy, nhấp nhô đỉnh – đỉnh của dòng động cơ. (b). Tính V S ngưỡng mà tại đó chế độ dòng không liên tục bắt đầu xuất hiện. Quá trình tính toán như sau:
Thay các giá trị số vào (PL.4.25) và (PL.4.26) có: Ip = 16,76A. Iv = 15,16A.
Độ nhấp nhô dòng đỉnh – đỉnh bằng: 16,76 – 15,16 = 1,6A. Nhận xét: VS không làm thay đổi độ nhấp nhô dòng điện đỉnh – đỉnh.
Giá trị sức điện động tải V S tại đó chế độ dòng không liên tục xuất hiện rút ra bằng cách lập đẳng thức I v = 0 hay thế giá trị số vào (PL.4.27) suy ra: VS = 137,9V. Chế độ tăng áp và các bộ chopper m-pha hai-phần tư: Cấu hình mạch của bộ choppper nhiều pha tăng áp được vẽ tương tự như chopper đơn, chỉ cần thay đổi vị trí của linh kiện bán dẫn có điều khiển và diode công suất. Trên hình, phần áp thấp nằm bên phải có nguồn áp V S. Cấu tạo mạch như vậy có thể dùng hãm tái sinh cho động cơ DC trong ứng dụng điều khiển tốc độ động cơ dùng chopper. TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 184 - PHẦN V ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ L1 G11 G12 G1m ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ ∧∧∧ ∧∧∧ ∨∨∨ ∨∨∨ L2 R 2 V ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ ∧∧∧ ∧∧∧ 1 ∨∨∨ ∨∨∨ L2 R 2 + • • • • • • • • C1 ⊃⊃⊃ • • • • L ⊃⊃⊃ • • • • S ⊃⊃⊃ • • • • ⊃⊃⊃ >> RS >> ∩∩∩∩∩∩ ∩∩∩ ∨∨∨∧∧∧ ∨∨∨ ∧∧∧ <<< L2 R 2 + VS G21 G22 G2m 1 2 ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• m Bộ chopper m-pha hai -phần tư dùng IGBT. Hình trên là một ví dụ bộ chopper m-pha hai-phần tư dùng IGBT làm van điều khiển. Trong đó: L S , R S là điện cảm và điện trở mạch tải; L 2 là điện cảm san phẳng ngõ ra (mỗi chopper có riêng bộ lọc ngõ ra nhưng giá trị đều bằng L 2), R 2 là điện trở của điện cảm L 2. Bộ lọc ngõ vào là L 1 và C 1. Bộ chopper m-pha có m chopper giống nhau nhưng chỉ tần số đóng cắt bị lệch pha nhau góc pha 360 0/m . TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 185 - PHẦN V  CHOPPER THYRISTOR:  MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHOPPER: TÀI LIỆU ĐƯỢC SHARE TRÊN WEBSITE KYSUBACHKHOA.COM - 186 -