TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
THIẾT KẾ MODULE CÔNG SUẤT ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC
GVHD: ThS. Lê Tấn Cường
SVTH : Nguyễn Văn Dũng MSSV : 05111013

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2010
2
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Dũng MSSV: 05111013
Ngành : Cơ Điện Tử Mã ngành: 11
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2005 Lớp: 051112
I. Tên đề tài:
Thiết kế module công suất điều khiển động cơ bước
II. Nhiệm vụ cụ thể:
- Tìm hiểu động cơ bước.
- Tìm hiểu 2 IC chuyên dụng L297 và L298.
- Thiết kế module điều khiển động cơ bước.
III. Ngày giao đồ án: Ngày … tháng… năm 2009
IV. Ngày hoàn thành đồ án: Ngày… tháng… năm 2010
V.Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Tấn Cường
Ngày… tháng… năm 2009
Giảng viên hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn
(Ký tên) (Ký tên)
Ths.LÊ TẤN CƯỜNG Ths. NGUYỄN THẾ HÙNG
3

thể giải quyết được vấn đề này.
Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện tôi xin tóm tắt những vấn đề làm được qua những
chương sau:
- Chương 1: Động cơ bước
- Chương 2: IC L297 và L298
- Chương 3: Module điều khiển.
5
MỤC LỤC
Nhiệm vụ của đồ án
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
Tóm tắt đồ án
Mục lục
PHẦN 1: DẪN NHẬP
1.1. Đặt vấn đề
1.2. Đối tượng nghiên cứu
1.3. Mục đích nghiên cứu
1.4. Phương pháp nghiên cứu
1.5. Phương tiện nghiên cứu
1.6. Giới hạn đề tài
PHẦN 2: NỘI DUNG ĐỒ ÁN
CHƯƠNG 1: ĐỘNG CƠ BƯỚC
1.1 Khái niệm về động cơ bước……………….……………………………………………
1.2 Phân loại động cơ bước
1.2.1 Động cơ bước từ trở biến thiên……………………………………………………….
1.2.2 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu…………………………………………………
1.2.3 Động cơ bước lai……………………………………………………………………
1.2.4 Động cơ bước lưỡng cực……………………………………………………………
CHƯƠNG 2: IC L297 và L298
2.1. IC L297
2.2.1.Giới thiệu

chân
2.2.5 Thông số về nhiệt
độ
2.2.6 Chức năng các chân
2.2.7 Thông tin ứng dụng
2.2.8 Đặc tính điện
CHƯƠNG 3: MODULE ĐIỀU KHIỂN
3.1. Ghép L297 với L298
3.2. Module hoàn chỉnh
Tài liệu tham khảo
7
PHẦN 1:
DẪN NHẬP
I.1. Đặt vấn đề:
Thông thường động cơ bước được điều khiển bằng vi điều khiển và IC số nhưng mạch điều
khiển thường cồng kềnh,khó điều khiển.Với nhu cầu ngày càng tối ưu hóa mạch điều khiển thì
với viêc sử dụng IC chuyên dụng để điều khiển đạt hiệu quả cao cho mục đích này.
Việc sử dụng IC thường ta phải có thêm mạch cầu H nếu muốn đổi chiều động cơ,nhưng với IC
chuyên dụng L298 có tích hợp 2 cầu H nên việc đổi chiều động cơ sẽ dễ dàng hơn rất nhiều.
Trong phạm vi nội dung đồ án này,tôi sẽ tiến hành ghép nối 2 IC L297 và L298 để thiết kế
module công suất điều khiển động cơ bước.
1.2. Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đồ án : Động cơ bước , 2 IC L297,L298 và cách ghép nối giũa
chúng để thiết kế module điều khiển.
1.3. Mục đích nghiên cứu:
Đồ án được nghiên cứu nhằm thiết kế module công suất điều khiển động cơ bước.
1.4. Phương pháp nghiên cứu:
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng bao gồm:
- Tham khảo tài liệu: tài liệu tham khảo được thu thập chủ yếu qua Internet.
- Tự nghiên cứu: từ nguồn tài liệu thu thập được, quá trình thực hiện đồ án bắt buộc phải trải

9
Động cơ bước
Dây ra từ
động cơ
Hình : Cơ chế lái tờ giấy sử dụng động cơ bước được ứng dụng trong máy in.
1.2. Phân loại động cơ bước
Động cơ bước có thể được phân loại dựa theo cấu trúc hoặc cách quấn các cuộn
dây trên stator.
Dựa theo cấu trúc rotor, động cơ bước được chia thành 3 loại:
- Động cơ bước từ trở biến thiên.
- Động cơ bước nam châm vĩnh cửu
- Động cơ bước lai.
Dựa theo cách quấn dây trên stator, động cơ bước được chia thành 2 loại:
- Động cơ bước đơn cực.
- Động cơ bước lưỡng cực.
Hình : Các bộ phận cấu thành nên động cơ bước.
Ngoài ra, các loại này còn rơi vào một trong hai phương pháp cấu tạo. Trong phương
pháp thứ nhất, Hình 1.3a, rotor có các răng bình thường. Stator có các răng tương tự để
giữ các cuộn dây. Trong phương pháp thứ hai, Hình 1.3b, mặt răng của rotor và stator có
nhiều răng nhỏ hơn. Ưu điểm của các răng nhỏ này là tạo ra các góc bước nhỏ hơn.
10
1.2.1 Động cơ bước từ trở biến thiên
Các động cơ bước từ trở biến thiên có rotor bằng thép mềm, rotor quay khi các
răng trên rotor bị hút bởi các răng điện từ trên stator. Hoạt động này tương tự như hoạt
động của cuộn solenoid. Các rotor bằng thép có quán tính nhỏ hơn các loại khác. Điều
này cho phép nó đáp ứng nhanh hơn. Tuy nhiên, vì rotor không có từ tính nên không có
lực từ dư khi động cơ không còn được cấp điện và rotor có thể quay tự do. Thông thường,
các góc bước của các động cơ bước từ trở biến thiên là 7,5
o
hoặc 15

gắn chặt trên mỗi đầu. Động cơ bước lai chỉ sử dụng phương pháp cấu tạo thứ hai. Các
động cơ bước lai có nhiều răng hơn và có mô men lớn hơn. Các góc bước tiêu biểu là 0,9
o
và 1,8
o
.
Hình : Động cơ bước lai
Ngày nay, các động cơ bước được sử dụng rộng rãi là động cơ bước nam châm vĩnh cửu
và động cơ bước lai, với góc bước 1,8
o
. Độ chính xác của hầu hết các động cơ bước là 3%
góc bước (bất chấp số bước trên vòng); thế thì, độ chính xác được cải thiện nhờ vào các
góc bước nhỏ hơn.
Bảng 1.1: Các góc bước tiêu biểu của các loại động cơ bước
Loại động cơ bước Góc bước tiêu biểu
Từ trở biến thiên 7,5
o
; 15
o
Nam châm vĩnh cửu 1,8
o
; 7,5
o
; 15
o
; 30
o
; 45
o
; 90

bước
thường dùng trong các ứng dụng điều khiển
điện tử. Nó có chức năng tạo ra 4 pha tín
hiệu
điều khiển tương ứng với 2 pha của
động cơ bước lưỡng cực hoặc 4 pha của động cơ
bước
đơn cực. Sử dụng chip này,
ta có thể điều khiển mô tơ bước ở chế độ nửa bước, normal
and
wave drive mode
và tích hợp cả mạch PWM để điều chỉnh dòng điện cuộn dây trong
mô-
tơ. Với
IC này, để điều khiển động cơ, ta chỉ cần tín hiệu xung clock, tín hiệu logic
cho
chiều quay, chế độ. IC này giúp giảm việc tạo các phase điều khiển (trước đây
được
tạo
bằng các chip vi xử lý) nên chương trình điều khiển động cơ rất
gọn.
IC được đóng gói trong vỏ hai hàng chân DIP20 hoặc SO20 thông dụng, và
thường
dùng
kèm với các IC mạch cầu công suất như L298N hoặc
L293E.
Một mạch ứng dụng điển
hình:
15
2.1.2 Sơ đồ chân và sơ đồ

(open)
4 A Tín hiệu phase A của
mô-tơ
5 INH1 Chân này tích cực mức thấp, điều khiển hai phase A,B để bảo
vệ
dòng xả ngược cuộn
dây.
Còn khi chân CONTROL mức thấp, chân này được sử dụng để
ổn
định dòng tải động
cơ.
6 B Tín hiệu phase B của
mô-tơ
7 C Tín hiệu phase C của
mô-tơ
8 INH2 Chức năng giống chân INH2. Điều khiển phase C,
D.
9 D Tín hiệu phase D của
mô-tơ
10 ENABLE Chân cho phép hoạt động (enable). Khi chân này ở mức thấp,
chân
ngõ ra phase A, B, C, D, INH1, INH2 bị kéo xuống mức
thấp.
11 CONTROL Chân điều khiển hoạt động
CHOPPER.
Khi chân này ở mức thấp, hoạt động CHOPPER thông qua 2
chân
INH1, INH2. Khi chân này mức cao, hoạt động CHOPPER
thông
qua các phase

18 CLOCK Chân clock cho động cơ. Loại xung tích cực mức thấp.
Moto
“bước” khi có cạnh xuống ở chân
này.
19 HALF/FULL Chân chọn lựa chế độ quay đủ bước, nửa
bước
20 RESET Ngõ vào RESET. RESET là làm cho trạng thái động cơ trở về
vị
trí HOME (tầng 1,
ABCD=0101)
2.1.4 Hoạt
động:
IC L297 được chế tạo để dùng với mạch cầu đôi (IC tích hợp hoặc linh
kiện
rời)
trong các ứng dụng điều khiển động cơ bước thông dụng. Các tín hiệu vào
là: xung
clock
bước, tín hiệu chiều quay (quay thuận/nghịch), chế độ quay (đủ
bước/nửa bước) và xuất
tín
hiệu ra điều khiển phần công
suất.
Nguyên lý hoạt động của L297 thực chất là bộ chuyển tín hiệu điều khiển logic
đơn
giản thành chuỗi tín hiệu điều khiển các phase động cơ phù hợp. L297 có tích
hợp
mạch
chopper PWM giúp ổn định dòng tải trong cuộn dây động cơ. IC L297 có
thể tạo ra 3

suất ở điện trở cảm biến
tải.
Mạch dao động nội trong chip (on-chip) kích 2 mạch chopper. Nó tạo xung để
set
2
flip-flop FF1 và FF2. Khi dòng tải trong cuộn dây bằng dòng qui định, rơi áp
trên 2
điện
trở cảm ứng dòng (nối với 2 chân SENS1 và SENS2) bằng với
V
REH
và do đó mạch
so
sánh reset flip-flop ngắt dòng tải để chờ xung dao động
tiếp theo. Dòng tải đỉnh của 2
cuộn
dây được đặt thông qua điện áp ở chân V
REF
.
Với mạch có nhiều L297, vấn đề nhiểu mass được giải quyết bằng hoạt
động
đồng
bộ (nối các chân SYNC với nhau, gắn mạch RC ở một L297 nào đó và
nối chân OSC ở
các
L297 còn lại với
MASS)
2.1.5 Chuỗi xung Phase của
L297:
Bên dưới là giản đồ chuyển đổi xung điều khiển thành xung pha của 3 chế độ

(2-
4-6-8)
2.1.6 Đặc tính
điện:
2.1.7 Giản đồ xung
clock:
2.2. L298
2.2.1 Giới thiệu
IC L298 là mạch tích hợp đơn chip có kiểu vỏ công suất 15 chân (multiwatt 15)
và
PowerSO20 (linh kiện dán công suất). Là IC mạch cầu đôi (dual full-bridge)
có khả
năng
hoạt động ở điện thế cao, dòng cao. Nó được thiết kế tương thích
chuẩn TTL và lái tải
cảm
kháng như relay, cuộn solenoid, động cơ DC và động cơ
bước. Nó có 2 chân enable
(cho
phép) để cho phép/không cho phép IC hoạt động,
độc lập với các chân tín hiệu vào.
Cực
phát (emitter) của transistor dưới của mỗi
mạch cầu được nối với nhau và nối ra chân
ngoài
để nối với điện trở cảm ứng dòng
khi
cần.
Nó có thêm một chân cấp nguồn giúp mạch logic có thể hoạt động ở điện
thể thấp

Sense
B
2;3 4;5 Out 1;
Out
2
Nối chân này qua điện trở cảm ứng dòng xuống
GND
để điều khiển dòng
tải
Ngõ ra của cầu A. Dòng của tải mắc giữa hai chân
này
được qui định bởi chân
1.
4 6 VS Chân cấp nguồn cho tầng công suất. Cần có một
tụ
điện không cảm kháng 100nF nối giữa chân này
và
chân
GND
5;7 7;9 Input
1;
Input
2
6;11 8;14 Enable
A;
EnableB
Chân ngõ vào của cầu A, tương thích chuẩn
TTL
Chân ngõ vào enable (cho phép) tương thích
chuẩn

IC L298 tích hợp 2 tầng công suất (A, B). Tần công suất chính là mạch cầu và
ngõ
ra
của nó có thể lái các loại tải cảm thông dụng ở nhiều chế độ hoạt động
khác nhau
(tùy
thuộc vào sự điều khiển ở ngõ vào) Dòng điện từ chân ngõ ra chảy
qua tải đến chân
cảm
ứng dòng : điện trở ngoài R
SA
, R
SB
cho phép việc cảm ứng
cường độ dòng điện
này.
Mỗi cầu được điều khiển bởi 4 cổng ngõ vào In1, In2, EnA, và In3, In4, EnB.
Các
chân
In có tác dụng khi chân En ở mức cao, khi chân En ở mức thấp, các
chân ngõ vào In
ở
trạng thái cấm. Tất cả các chân đều tương thích với chuẩn
TTL.
2.2.8 Đặc tính điện
CHƯƠNG 3:
MODULE ĐIỀU KHIỂN
3.1. Ghép L297 với L298
Dựa vào datasheet ta có mạch ghép nối L297 với L298 như hình :
Với kiểu kết nối như hình trên ta có thể điều khiển động cơ bước với