Шофиране на стъпков двигател без микроконтролер .: 7 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

В този Instructable ще управлявам 28-BYJ-48 стъпков двигател, с UNL2003 darlington масив, понякога наричан x113647, без микроконтролер.

Той ще има старт/стоп, напред/назад и контрол на скоростта.

Двигателят е еднополюсен стъпков двигател с 2048 стъпки на оборот в режим на пълна стъпка. Информационният лист за двигателя се намира на

Двете устройства могат да бъдат закупени заедно от няколко доставчици. Взех моето от kjell.com

Потърсете го или го потърсете в Google, за да намерите продавач близо до вас.

Първо ще премина през някои стъпки и части, необходими за стартирането му, и след това ще добавя някои стъпки и части за още повече контрол.

Трябва да бъдете предупредени, че частите, които използвам, са тези, които случайно имам в сандъка си със съкровища, а не непременно частите, които са най -подходящи за целта.

Също така трябва да бъдете предупредени, че това е първият ми Instructable и че съм съвсем нов в електрониката.

Моля, добавете коментари, ако смятате, че съм направил нещо, което не би трябвало, или ако имате предложения за подобрения или предложения за по -подходящи части.

Стъпка 1: Списък на частите

Частите, използвани за този проект са

• Платка
• Стъпков двигател 28byj-48
• Дарлингтънска транзисторна платка ULN2003 (x113647)
• 74HC595 регистър за смяна
• 74HC393 двоичен пулсационен брояч
• DS1809-100 цифров потенциометър Dallastat
• 74HC241 осмичен буфер
• 3 × тактилни бутони
• Резистори 3 × 10 kΩ
• 2 × 0,1 μF керамични кондензатори
• 1 × 0,01 µF керамичен кондензатор
• Свързващи проводници
• 5V захранване

Стъпка 2: Основните части

Регистърът на смяна 74HC595

Двигателят се премества чрез многократно подаване на четирите входни щифта на платката UNL2003 в тази последователност:

1100-0110-0011-1001

Това ще задвижва двигателя в така наречения режим на пълна стъпка. Моделът 1100 се измества многократно надясно. Това предполага регистър за смяна. Начинът, по който работи регистърът за смяна, е при всеки тактов цикъл, битовете в регистъра се изместват на едно място надясно, заменяйки най -левия бит със стойността на входния щифт по това време. Следователно, той трябва да се захранва с два тактови цикъла от 1 и след това два тактови цикъла от 0, за да генерира модела за гмуркане на двигателя.

За генериране на часовникови сигнали е необходим осцилатор, който генерира постоянна серия от импулси, за предпочитане чиста квадратна вълна. Това ще формира основата на променящата се част от сигнали към двигателя.

За да се генерират "два цикъла от един и след това два цикъла от 0", се използват джапанки.

Имам регистър на смяна 74HC595. Това е много популярен чип, описан в много видеоклипове с инструкции и Youtube.

Информационният лист може да бъде намерен на

Хубав Instructable е 74HC595-Shift-Register-Demistified от bweaver6, Регистърът за смяна 74HC595 работи така, че при всеки тактов цикъл данните в неговия 8 -битов регистър се изместват надясно и се изместват в стойността на входния щифт в най -лявата позиция. Следователно, той трябва да се захранва с два тактови цикъла от 1 и след това два тактови цикъла от 0.

Данните се изместват при нарастващия ръб на тактовия импулс. Henc джапанката трябва да превключва в падащия ръб на часовника, така че 74HC595 ще има стабилно въвеждане на данни при нарастващия ръб на часовника.

74HC595 в може да бъде свързан по следния начин:

ПИН 8 (GND) -> GND

Pin 16 (VCC) -> 5V Pin 14 (SER) -> Данни в Pin 12 (RCLK) -> Вход за часовник Pin 11 (SRCLK) -> Вход за часовник Pin 13 (OE) -> GND Pin 10 (SRCRL) -> 5V пинове 15 и 1-3 ще изведат шаблона за задвижване на двигателя.

Свързването на RCLK и SRCLK гарантира, че регистърът на данни за чип винаги е в синхрон с изходния регистър. Поставянето на Pin 13 на земята прави съдържанието на изходния регистър незабавно видимо за изходните щифтове (Q0 - Q7).

Таймерът 555

За генериране на тактов импулс може да се използва таймер 555 чип. Това също е много популярен чип и е дори по -описан и обсъждан от регистъра за смяна. Уикипедия има хубава статия на адрес

Информационният лист е тук:

Този чип може, наред с други неща, да генерира часовник с квадратна вълна. Външните резистори и кондензатори се използват за управление на честотата и работния цикъл (на фракция).

Когато е настроен да генерира многократно импулси, чипът 555 се казва, че е в стабилен режим. Това става чрез окабеляване, както е на снимката по -горе. (снимка от jjbeard [Обществено достояние], чрез Wikimedia Commons):

ПИН 1 -> GND

Pin 2 -> R1 (10kΩ) -> Pin 7 Pin 2 -> Pin 6 Pin 3 е изходният Pin 4 (нулиране) -> 5V Pin 5 -> 0.01µF -> GND Pin 6 -> 0.1µF -> GND Pin 7 -> R2 (10kΩ) -> 5V Pin 8 -> 5V

Изходът на Pin 3 ще бъде свързан към входните тактови щифтове (Pin 11 и Pin 12) на регистъра на смяна 74HC595.

Честотата на изходния сигнал (а оттам и скоростта на стъпковия двигател) се определя от стойностите на резистора R1 и R2 и стойността на кондензатора С.

Времето на цикъла T ще бъде ln (2) C (R1 + 2 R2) или приблизително 0,7 C (R1 + 2 R2). Честотата е 1/T.

Работният цикъл, частта от времето на цикъла, при който сигналът е висок, е (R1 + R2) / (R1 + 2R2). Работният цикъл не е много важен за този проект.

Използвам 10kΩ, както за R1, така и за R2, и C = 0,1 μF.

Това дава честота от около 480Hz и е близо до максималната честота, която открих, че стъпаловидният двигател може да се справи без спиране.

За да се генерира 1100 изместен, повтарящ се модел от 74HC595, щифт 14 (SER) трябва да се поддържа висок за два тактови цикъла, а след това нисък за два цикъла на часовника многократно. Тоест щифтът трябва да се колебае с половината честота на часовника.

74HC393 двоен двоичен пулсационен брояч

74HC393 се броят в двоичен код, а това също означава, че може да се използва за разделяне на импулсните честоти на мощности от две, Информационният му лист е тук:

74HC393 е двоен, има един 4 -битов брояч от всяка страна.

На падащия ръб на тактовия импулс първият изходен щифт се включва и изключва. Следователно изходният щифт 1 ще се колебае с половината от честотата на входния часовник. На падащия ръб на изходния щифт едно, изходният щифт два включва и изключва. И така нататък за четирите изходни щифта. Всеки път, когато щифт n се изключи, щифт n+1 превключва.

Pin n+1 се променя наполовина толкова често, колкото pin n. Това е двоично броене. Броячът може да брои до 15 (всичките четири бита 1), преди да започне отново на нула. Ако последният изходен извод на брояч 1 е свързан като часовник към брояч 2, той може да брои до 255 (8 бита).

За да създадете импулс с половината честота на входния часовник, е необходим само изходен щифт 1. Тоест само броене от нула до едно.

Така че, ако броенето се извършва от тактовия импулс от 555, щифтът на брояча 74HC393, който представлява бит 2, ще се колебае с половината честота на часовника. Следователно това може да бъде свързано към SER извода на регистъра на смяна 74HC595, за да генерира желания модел.

Окабеляването на двоичния брояч 74HC393 трябва да бъде:

Pin 1 (1CLK) -> 74HC595 Pin 11, 12 и 555 Pin 3

Pin 2 (1CLR) -> GND Pin 4 (1QB) -> 74HC595 Pin 14 Pin 7 (GND) -> GND Pin 14 (VCC) -> 5V Pin 13 (2CLK) -> GND (не се използва) Pin 12 (2CLR) -> 5V (не се използва)

Стъпка 3: Накарайте го да работи

Сега можем да накараме двигателя да работи, ако щифтове 0-3 на 74HC595 са свързани съответно към щифтове 1-4 на платката ULN2003.

Засега сменете 0,1 μF кондензатор на Pin 6 на таймера 555 с 10 μF. Това ще направи цикъла на часовника сто пъти по -дълъг и човек ще може да види какво се случва.

За това могат да се използват светодиодите на платките ULN2003. Изключете двигателя от платката ULN2003. Свържете пинове 1 до 4 на платката към изхода QA-QD (пинове 7, 9, 10 и 11) на 74HC595. Свържете - и + на платката ULN2003 към земята и 5V. Ако захранването е включено, трябва да видите желания модел на светодиодите.

Ако искате да видите какво се случва в двоичния брояч 74HC393, свържете се вместо това с щифтове 3-6 от този.

Ако схемата изглежда правилна, изключете захранването, сменете отново кондензатора с 0,1 µF, свържете входящите щифтове 1 - 4 на платката ULN2003 към изходните щифтове QA - QD на 74HC595 и включете отново двигателя.

При включено захранване моторът сега трябва да работи.

Стъпка 4: Контрол на скоростта

Скоростта на стъпковия двигател се регулира от честотата на изхода на таймера 555. Това отново се управлява от стойностите на резисторите R1 и R2 и свързания към него кондензатор С1. Чрез последователно свързване на 100kΩ потенциометър с R2, честотата може да бъде между 480Hz и 63Hz. Стъпките пр. втората на двигателя, ще бъде половината от честотата на таймера 555.

Използвах цифров потенциометър DS1809-100, който е предназначен за използване с бутон. Бутоните, свързващи щифт 2 (UC) и щифт 7 (DC) до 5V, увеличават/намаляват съпротивлението между клемите RH (Pin 1) или RL (Pin 4) и щифта на чистачката 6 (RW). Задържането на бутон за повече от секунда прави бутона повторен.

Информационният лист може да бъде намерен тук:

Окабеляването е така:

Pin 1 (RH) неизползван

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

Окабеляване за тактилен бутон 1:

Pin 1/2 -> DS1809 Pin 2

ПИН 3/4 -> 5V

Окабеляване за тактилен бутон 2:

Pin 1/2 -> DS1809 Pin 7

ПИН 3/4 -> 5V

Сега скоростта може да се регулира.

Стъпка 5: Старт / Стоп

За стартиране и спиране на стъпковия двигател може да се използва щифт 4 (щифтът за нулиране) на таймера 555. Ако това е ниско, няма да има изходни импулси от Pin 3.

Бутон за докосване ще се използва за превключване на стартиране и спиране. Натискането на бутона веднъж, трябва да стартира двигателя, и натискането му отново, трябва да го спре. За да получите това поведение, е необходим джапанка. Но 74HC393, който вече е там, също може да се използва. 74HC393 има две части и само едната половина се използва като честотен делител за тактовия импулс.

Тъй като двоичният брояч всъщност е само набор от превключващи джапанки последователно, може да се използва първият тригер на другата част. Чрез свързване на тактилен бутон, така че Pin 13 (2CLK) да е нисък, когато бутонът е натиснат, и висок, ако не е, Pin 12 ще превключи на всеки нисък. Свързването на Pin 12 към Pin 4 на 555 ще стартира и ще спре неговия изход, а оттам и двигателя.

Тактилните бутони са малко сложни, защото са механични. Те могат да „подскачат“, тоест могат да изпращат множество сигнали при всяко натискане. Свързването на 0,1 µF кондензатор върху бутона помага да се избегне това.

Така че бутонът за допир (бутон 3 се добавя и връзката към Pin 4 на 555 се променя.

Окабеляването на бутона:

ПИН 1/2 -> 10kΩ -> 5V

Pin 1/2 -> 0.1µF -> Pin Pin 3/4 -> 74HC393 Pin 13 (2CLK)

В 555 са направени следните промени:

Pin 4 (Нулиране) -> 74HC393 Pin 11 (2QA)

Бутон 3 сега трябва да работи като превключвател за стартиране/спиране.

Имайте предвид, че двигателят, спрян по този начин, все още ще консумира енергия.

Стъпка 6: Контрол на посоката

За да се контролира посоката на двигателя, е необходим друг бутон, а след това още един джапанка. Ще изневеря обаче, като използвам следващия джапанка от 74HC393, след джапанката за включване/изключване и бутона за включване/изключване.

Когато щифтът за посоката (Pin 2QA) се понижи, следващият щифт (Pin 2QB) се превключва. Следователно многократното натискане на бутона ще доведе до ИЗКЛЮЧВАНЕ - НАПРЕД НАПРЕД - ИЗКЛЮЧЕНО - ВКЛЮЧЕНО НАЗАД - ИЗКЛЮЧЕНО - НАПРЕД НАПРЕД.

За да накарате двигателя да работи назад, схемата, подадена към ULN2003, трябва да бъде обърната. Това може да стане с двупосочен регистър за смяна, но аз нямам такъв. 74HC595 не е двупосочен.

Открих обаче, че мога да използвам моя осмичен буфер 74HC241. Този буфер има две 4 -битови части, с отделни щифтове за OE (изход за активиране). Първият OE щифт контролира четирите първи изходни щифта, а вторият последните четири изходни щифта. Когато OE е на изходните щифтове имат същата стойност като съответните входни щифтове, а когато е изключен, изходните щифтове ще бъдат в състояние на висок импеданс, сякаш не са свързани. Освен това, един от щифта на OE е активен ниско, а другият е активен високо, така че когато ги свържете заедно, само половината от буфера ще бъде активен по това време.

Така че, за същия вход, едната половина от буфера може да движи двигателя напред, а другата половина назад. Коя половина е активна, зависи от стойността на OE щифтовете.

Информационният лист за 74HC241 се намира на

Окабеляването може да бъде така:

Pin 1 (1OE) -> 74HC293 Pin 10 (2QB)

Pin 2 (1A1) -> 74HC595 Pin 15 Pin 3 (1Y4) -> ULN2003 Pin 1 Pin 4 (1A2) -> 74HC595 Pin 1 Pin 5 (1Y3) -> ULN2003 Pin 2 Pin 6 (1A3) -> 74HC595 Pin 2 Pin 7 (1Y2) -> ULN2003 Pin 3 Pin 8 (1A4) -> 74HC595 Pin 3 Pin 9 (1Y1) -> ULN2003 Pin 4 Pin 10 (GND) -> Заземяващ Pin 11 (2A1) -> Pin 2 (1A1) Pin 12 (1Y4) -> Pin 9 (2Y1) Pin 13 (2A2) -> Pin 4 (1A2) Pin 14 (1Y3) -> Pin 7 (2Y2) Pin 15 (2A3) -> Pin 6 (1A3) Pin 16 (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

Сега окабеляването трябва да бъде завършено само чрез захранване с 5 V. Уверете се, че захранването може да достави достатъчно ток, за да задвижва както двигателя, така и веригите.

Стъпка 7: Заключения

Стъпаловидният двигател може да се управлява без микроконтролер.

Използваните тук интегрални схеми бяха някои, които имах от преди. Повечето от тях не са оптимални за това и биха могли да се използват няколко алтернативи.

• За генериране на импулси чипът на таймера 555 е добър избор, но съществуват няколко алтернативи, например тази, описана в тази инструкция.
• За контрол на скоростта може да се използва всеки потенциометър, не само цифров. Ако имате 10kΩ потенциометър, а не 100kΩ, 10kΩ резисторите могат да бъдат заменени с 1KΩ, а 0,1 µF кондензатор с 1µF кондензатор (разделете всички резистори и умножете кондензатора със същия брой, за да запазите времето).
• Използване на двупосочен регистър за изместване, напр. 74HC194 ще улесни контрола на посоката.
• За управление с бутони 74HC393 може да бъде заменен с джапанка, напр. 74HC73. 555 може също да бъде свързан, за да действа като превключвател.