Stepper motora vadīšana bez mikrokontrollera: 7 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Šajā instrukcijā es vadīšu 28-BYJ-48 pakāpju motoru ar UNL2003 darlington masīva plati, dažreiz nosauktu par x113647, bez mikrokontrollera.

Tam būs start/stop, uz priekšu/atpakaļ un ātruma kontrole.

Motors ir vienpolārs pakāpju motors ar 2048 soļiem vienā apgriezienā pilna soļa režīmā. Motora datu lapa ir atrodama vietnē

Abas ierīces var iegādāties kopā no vairākiem pārdevējiem. Savējo ieguvu no kjell.com

Bing to vai google to atrast pārdevējs pie jums.

Vispirms es iziešu dažus soļus un detaļas, kas vajadzīgas, lai tas darbotos, un pēc tam pievienoju dažas darbības un daļas, lai iegūtu vairāk kontroles.

Jums jābrīdina, ka manis izmantotās detaļas ir manā dārgumu lādē, un tās ne vienmēr ir vispiemērotākās šim nolūkam.

Turklāt jūs jābrīdina, ka šī ir mana pirmā Instructable un ka es esmu diezgan jauns elektronikas lietotājs.

Lūdzu, pievienojiet komentārus, ja uzskatāt, ka esmu izdarījis kaut ko tādu, ko nevajadzētu darīt, vai ja jums ir uzlabojumu ieteikumi vai labāk piemērotas daļas.

1. darbība: detaļu saraksts

Šim projektam izmantotās detaļas ir

• Maizes dēlis
• Pakāpju motors 28byj-48
• Darlingtonas tranzistora bloka ULN2003 plate (x113647)
• 74HC595 maiņu reģistrs
• 74HC393 binārais pulsācijas skaitītājs
• DS1809-100 Dallastat digitālais potenciometrs
• 74HC241 oktālais buferšķīdums
• 3 × taustes pogas
• 3 × 10 kΩ rezistori
• 2 × 0,1µF keramikas kondensatori
• 1 × 0,01 µF keramikas kondensators
• Savienojuma vadi
• 5V barošanas avots

2. darbība: galvenās daļas

74HC595 maiņu reģistrs

Motors tiek pārvietots, atkārtoti norādot četras UNL2003 plates ieejas tapas šādā secībā:

1100-0110-0011-1001

Tas iedarbinās motoru tā sauktajā pilna soļa režīmā. Modelis 1100 tiek atkārtoti mainīts pa labi. Tas liecina par maiņu reģistru. Veids, kādā darbojas maiņu reģistrs, katrā pulksteņa ciklā reģistra biti pārvietojas vienu vietu pa labi, aizstājot kreisāko bitu ar ievades tapas vērtību tajā laikā. Tādējādi tam vajadzētu būt barotam ar diviem pulksteņa cikliem 1 un pēc tam diviem pulksteņa cikliem 0, lai ģenerētu modeli motora niršanai.

Lai ģenerētu pulksteņa signālus, ir nepieciešams oscilators, kas ģenerē vienmērīgu impulsu sēriju, vēlams tīru kvadrātveida vilni. Tas veidos pamatu signāla pārslēgšanai uz motoru.

Lai ģenerētu "divus viena cikla ciklus un pēc tam divus 0 ciklus", tiek izmantotas flip-flops.

Man ir 74HC595 maiņu reģistrs. Šī ir ļoti populāra mikroshēma, kas ir aprakstīta daudzos Instructables un Youtube videoklipos.

Datu lapu var atrast vietnē

Jauks Instructable ir 74HC595-Shift-Register-Demistified by bweaver6, 74HC595 nobīdes reģistrs darbojas tā, ka katrā pulksteņa ciklā 8 bitu reģistra dati tiek pārvietoti pa labi un ievades tapas vērtība tiek mainīta kreisākajā pozīcijā. Tādējādi tam vajadzētu barot ar diviem pulksteņa cikliem 1 un pēc tam diviem pulksteņa cikliem 0.

Dati tiek pārvietoti pulksteņa impulsa pieaugošajā malā. Henc flip-flop vajadzētu pārslēgties uz pulksteņa krītošo malu, tāpēc 74HC595 būs stabila datu ievade pulksteņa augšupejā.

74HC595 in var pievienot šādi:

8. tapa (GND) -> GND

Pin 16 (VCC) -> 5V Pin 14 (SER) -> Dati 12. tapā (RCLK) -> Pulksteņa ieeja Pin 11 (SRCLK) -> Pulksteņa ievades tapa 13 (OE) -> GND Pin 10 (SRCRL) -> 5V tapas 15 un 1-3 izvadīs modeli motora darbināšanai.

Savienojot RCLK un SRCLK, tiek nodrošināts, ka mikroshēmu datu reģistrs vienmēr ir sinhronizēts ar izvades reģistru. Piespiežot tapu 13 pie zemes, izejas reģistra saturs ir uzreiz redzams izejas tapām (Q0 - Q7).

Taimeris 555

Pulksteņa impulsa ģenerēšanai var izmantot taimera mikroshēmu 555. Šī ir arī ļoti populāra mikroshēma, un tā ir vēl vairāk aprakstīta un apspriesta nekā maiņu reģistrs. Vikipēdijā ir jauks raksts vietnē

Datu lapa ir šeit:

Šī mikroshēma cita starpā var ģenerēt kvadrātveida viļņu pulksteņa impulsu. Ārējos rezistorus un kondensatorus izmanto, lai kontrolētu frekvenci un darba ciklu (frakcija).

Ja 555 mikroshēma ir iestatīta atkārtotai impulsu ģenerēšanai, tiek teikts, ka tā ir stabilā režīmā. Tas tiek darīts, pievienojot vadu, kā parādīts iepriekšējā attēlā. (Jjbeard attēls [Publiskais domēns], izmantojot Wikimedia Commons):

1. tapa -> GND

2. tapa -> R1 (10 kΩ) -> 7. tapa 2. tapa -> 6. tapa 3. tapa ir izejas 4. tapa (atiestatīšana) -> 5V 5. tapa -> 0.01 µF -> GND 6. tapa -> 0.1 µF -> GND tapa 7 -> R2 (10kΩ) -> 5V Pin 8 -> 5V

3. tapas izeja tiks savienota ar 74HC595 maiņu reģistra ieejas pulksteņa tapām (11. tapa un 12. tapa).

Izejas signāla frekvenci (un līdz ar to arī pakāpiena motora ātrumu) nosaka rezistora R1 un R2 vērtības un kondensatora C vērtība.

Cikla laiks T būs ln (2) C (R1 + 2 R2) vai aptuveni 0,7 C (R1 + 2 R2). Biežums ir 1/T.

Darba cikls, cikla laika daļa, kad signāls ir augsts, ir (R1 + R2) / (R1 + 2R2). Darba cikls šim projektam nav ļoti svarīgs.

Es izmantoju 10 kΩ gan R1, gan R2, un C = 0,1 µF.

Tas dod aptuveni 480 Hz frekvenci un ir tuvu maksimālajai frekvencei, ko es atklāju, ka pakāpiena motors var tikt galā bez apstāšanās.

Lai ģenerētu 1100 nobīdītu, atkārtotu modeli no 74HC595, tapu 14 (SER) vajadzētu turēt augstu divus pulksteņa ciklus un pēc tam zemu divus pulksteņa ciklus atkārtoti. Tas ir, tapai vajadzētu svārstīties ar pusi pulksteņa frekvences.

74HC393 dubults binārais pulsācijas skaitītājs

74HC393 tiek skaitīts binārā formātā, un tas nozīmē arī to, ka to var izmantot, lai dalītu impulsu frekvences ar divu jaudu, Tās datu lapa ir šeit:

74HC393 ir dubults, tam ir viens 4 bitu skaitītājs katrā pusē.

Pulksteņa impulsa krītošajā malā pirmā izejas tapa ieslēdzas un izslēdzas. Tādējādi izejas kontakts viens svārstīsies ar pusi no ieejas pulksteņa frekvences. Pirmās izejas tapas krītošajā malā otrā izejas tapa ieslēdzas un izslēdzas. Un tā tālāk visām četrām izejas tapām. Ikreiz, kad tapas n izslēdzas, taustiņš n+1 pārslēdzas.

Piespraude n+1 mainās uz pusi biežāk nekā n. Šī ir binārā skaitīšana. Skaitītājs var saskaitīt līdz 15 (visi četri biti 1), pirms tas atkal sākas ar nulli. Ja skaitītāja 1 pēdējā izejas tapa ir savienota kā pulkstenis ar skaitītāju 2, iespējams, tas tiek skaitīts līdz 255 (8 bitiem).

Lai izveidotu impulsu ar pusi no ieejas pulksteņa frekvences, ir nepieciešama tikai 1. izejas tapa. Tas ir, tikai skaitot no nulles līdz vienam.

Tātad, ja skaitīšanu veic pulksteņa impulss no 555, 74HC393 skaitītāja tapa, kas attēlo 2. bitu, svārstīsies ar pusi pulksteņa frekvences. Tādējādi to var savienot ar 74HC595 maiņu reģistra SER tapu, lai tas radītu vēlamo modeli.

Binārā skaitītāja 74HC393 vadiem jābūt:

1. tapa (1CLK) -> 74HC595 11., 12. un 555. tapa 3. tapa

2. tapa (1CLR) -> GND 4. tapa (1QB) -> 74HC595 14. tapa 7. tapa (GND) -> GND 14. tapa (VCC) -> 5V 13. tapa (2CLK) -> GND (neizmanto) 12. tapa (2CLR)) -> 5V (netiek izmantots)

3. darbība. Lieciet darboties

Tagad mēs varam likt motoram darboties, ja 74HC595 tapas 0-3 ir attiecīgi savienotas ar ULN2003 plāksnes tapām 1-4.

Pagaidām nomainiet 0,1 µF kondensatoru 555 taimera 6. tapā ar 10 µF. Tas padarīs pulksteņa ciklu simts reizes garāku, un varēs redzēt, kas notiek.

Šim nolūkam var izmantot ULN2003 dēļu gaismas diodes. Atvienojiet motoru no ULN2003 plates. Pievienojiet plāksnes tapas no 1. līdz 4. pie 74HC595 izejas QA-QD (7., 9., 10. un 11. tapa). Pievienojiet ULN2003 plates - un + pie zemes un 5V. Ja barošana ir ieslēgta, uz gaismas diodēm vajadzētu redzēt vēlamo modeli.

Ja vēlaties redzēt, kas notiek binārajā skaitītājā 74HC393, tā vietā izveidojiet savienojumu ar 3. – 6.

Ja modelis šķiet pareizs, izslēdziet, atkal nomainiet kondensatoru ar 0,1 µF, pievienojiet ULN2003 plates ieejas tapas 1 - 4 pie 74HC595 izejas tapām QA - QD un atkal pievienojiet motoru.

Ieslēdzot strāvu, motoram tagad vajadzētu darboties.

4. solis: ātruma kontrole

Pakāpju motora ātrumu regulē 555 taimera izejas frekvence. To atkal nosaka rezistoru R1 un R2 un tam pievienotā kondensatora C1 vērtības. Pievienojot 100 kΩ potenciometru virknē ar R2, frekvence var būt no 480 Hz līdz 63 Hz. Soļi pr. otrā no motora, būs puse no 555 taimera frekvences.

Es izmantoju digitālo potenciometru DS1809-100, kas paredzēts spiedpogas lietošanai. Nospiežot pogas, kas savieno tapu 2 (UC) un 7. tapu (DC) ar 5 V, pretestība palielinās/samazinās starp RH (1. tapa) vai RL (4. tapa) spailēm un tīrītāja tapu 6. (RW). Turot pogu nospiestu ilgāk par sekundi, poga tiek automātiski atkārtota.

Datu lapu var atrast šeit:

Elektroinstalācija ir šāda:

Pin 1 (RH) neizmantots

2. tapa (UC) -> taustes poga 1 Pin 3 (STR) -> GND Pin 4 (RL) -> 555 Pin 2 Pin 5 -> GND Pin 6 (RW) -> 10kΩ -> 555 pin 7 Pin 7 (DC) -> taustes poga 2 Pin 8 -> 5V

Taustes pogas 1 vadi:

1/2 tapa -> DS1809 2. tapa

Tapas 3/4 -> 5V

Pieskāriena pogas 2 vadi:

1/2 tapa -> DS1809 7. tapa

Tapas 3/4 -> 5V

Tagad ātrumu var regulēt.

5. solis: Sākt / Apturēt

Lai iedarbinātu un apturētu soļu motoru, var izmantot 555 taimera 4. tapu (Reset pin). Ja tas tiek novilkts zemu, no 3. tapas nebūs izejas impulsu.

Lai pārslēgtu sākšanu un apturēšanu, tiks izmantota taustes poga. Nospiežot pogu vienu reizi, jāuzsāk motors, un vēlreiz jānospiež, jāaptur. Lai iegūtu šādu uzvedību, ir nepieciešama flip-flop. Bet var izmantot arī jau esošo 74HC393. 74HC393 ir divas daļas, un tikai viena puse tiek izmantota kā pulksteņa impulsa frekvences dalītājs.

Tā kā binārais skaitītājs patiesībā ir tikai sērijveidā pārslēdzamu flip flopu komplekts, var izmantot otras daļas pirmo flip-flop. Pieslēdzot taustes pogu, lai piespraudes taustiņš 13 (2CLK) būtu zems, un augsts, ja tā nav, tapiņa 12 pārslēgsies uz katru zemāko līmeni. Pieslēdzot tapu 12 ar 555 tapu 4, tiks sākta un apturēta tā izeja un līdz ar to arī motors.

Taktilās pogas ir nedaudz viltīgas, jo tās ir mehāniskas. Tie var “atlēcināt”, tas ir, katru nospiešanu nosūtīt vairākus signālus. Pievienojot 0,1 µF kondensatoru virs pogas, tas palīdz izvairīties.

Tātad taustes taustiņš (tiek pievienota 3. poga, un tiek mainīts savienojums ar 555 4. tapu.

Pogas vadi:

Tapas 1/2 -> 10kΩ -> 5V

Taps 1/2 -> 0,1µF -> Tapas tapa 3/4 -> 74HC393 13. tapa (2CLK)

555 tiek veiktas šādas izmaiņas:

4. tapa (atiestatīšana) -> 74HC393 11. tapa (2QA)

Pogai 3 tagad vajadzētu darboties kā ieslēgšanas/apturēšanas pārslēgšanai.

Ņemiet vērā, ka šādā veidā apstājies motors joprojām patērēs enerģiju.

6. darbība: virziena kontrole

Lai kontrolētu motora virzienu, ir nepieciešama vēl viena spiedpoga un pēc tam vēl viena flip-flop. Tomēr es krāpšos, izmantojot nākamo 74HC393 flip-flop, pēc ieslēgšanas/izslēgšanas flip-flop un ieslēgšanas/izslēgšanas pogas.

Kad virziena tapa (Pin 2QA) nokrīt zemā līmenī, nākamā tapa (Pin 2QB) tiek pārslēgta. Tādējādi, atkārtoti nospiežot spiedpogu, tiks izslēgts - ieslēgts uz priekšu - izslēgts - ieslēgts atpakaļ - izslēgts - ieslēgts uz priekšu utt.

Lai motors darbotos atpakaļgaitā, modelis, kas tiek padots uz ULN2003, ir jāmaina. To varētu izdarīt ar divvirzienu maiņu reģistru, bet man tāda nav. 74HC595 nav divvirzienu.

Tomēr es atklāju, ka varu izmantot savu 74HC241 oktālo buferšķīdumu. Šim buferim ir divas 4 bitu daļas ar atsevišķām OE (izejas iespējošanas) tapām. Pirmā OE tapa kontrolē četras pirmās izejas tapas, bet otrā - pēdējās četras izejas tapas. Ja OE ir uz izejas tapām, ir tāda pati vērtība kā atbilstošajām ieejas tapām, un, kad tā ir izslēgta, izejas tapas būs augstas pretestības stāvoklī, it kā tās nebūtu savienotas. Turklāt viena no OE tapām ir aktīva zema, bet otra - augsta, tāpēc, savienojot tās kopā, tajā laikā būs aktīva tikai puse bufera.

Tātad vienas un tās pašas ievades gadījumā puse bufera var virzīt motoru uz priekšu, bet otra puse - atpakaļ. Kura puse ir aktīva, ir atkarīga no OE tapu vērtības.

74HC241 datu lapa ir atrodama vietnē

Elektroinstalācija varētu būt šāda:

1. tapa (1OE) -> 74HC293 10. tapa (2QB)

2. tapa (1A1) -> 74HC595 15. tapa 3. tapa (1Y4) -> ULN2003 1. tapa 4. tapa (1A2) -> 74HC595 1. tapa 5. tapa (1Y3) -> ULN2003 2. tapa 6. tapa (1A3) -> 74HC595 2. tapa 7. tapa (1Y2) -> ULN2003 3. tapa 8. tapa (1A4) -> 74HC595 3. tapa 9. tapa (1Y1) -> ULN2003 4. tapa 10. tapa (GND) -> 11. zemējuma tapa (2A1) -> 2. tapa (1A1) 12. tapa (1Y4) -> 9. tapa (2Y1) 13. tapa (2A2) -> 4. tapa (1A2) 14. tapa (1Y3) -> 7. tapa (2Y2) 15. tapa (2A3) -> 6. tapa (1A3) 16. tapa (1Y2) -> Pin 5 (2Y3) Pin 17 (2A3) -> Pin 8 (1A4) Pin 18 (1Y2) -> Pin 3 (2Y4) Pin 19 (2OE) -> Pin 1 (1OE) Pin 20 (VCC)) -> 5V

Elektroinstalācija jāpabeidz, vienkārši ieslēdzot 5 V spriegumu. Pārliecinieties, vai barošanas avots var nodrošināt pietiekami daudz strāvas, lai darbinātu gan motoru, gan ķēdes.

7. solis: Secinājumi

Pakāpju motoru var vadīt bez mikrokontrollera.

Šeit izmantotie IC bija daži no iepriekšējiem. Vairums no tiem nav tam optimāli, un varētu izmantot vairākas alternatīvas.

• Lai ģenerētu impulsus, 555 taimera mikroshēma ir laba izvēle, taču pastāv vairākas alternatīvas, piemēram, šajā instrukcijā aprakstītā.
• Ātruma kontrolei var izmantot jebkuru potenciometru, ne tikai digitālo. Ja jums ir 10 kΩ potenciometrs, nevis 100 kΩ, 10 kΩ rezistorus var aizstāt ar 1 KΩ, bet 0,1 µF kondensatoru ar 1 µF kondensatoru (sadaliet visus rezistorus un reiziniet kondensatoru ar tādu pašu numuru, lai saglabātu laiku).
• Izmantojot divvirzienu maiņu reģistru, piem. 74HC194 atvieglotu virziena kontroli.
• Pogas vadībai 74HC393 varētu aizstāt ar flip-flop, piem. 74HC73. 555 var būt savienots arī ar vadu, lai darbotos kā pārslēgs.