Askelmoottorin ajaminen ilman mikro -ohjainta: 7 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tässä ohjeessa aion ajaa 28-BYJ-48-askelmoottoria UNL2003-darlington-matriisikortilla, joskus nimellä x113647, ilman mikro-ohjainta.

Siinä on käynnistys/pysäytys, eteenpäin/taaksepäin ja nopeuden säätö.

Moottori on yksinapainen askelmoottori, jossa on 2048 askelta kierrosta kohti täyden askeleen tilassa. Moottorin tietolomake löytyy osoitteesta

Kaksi laitetta voi ostaa yhdessä useilta toimittajilta. Sain omani osoitteesta kjell.com

Bing tai googlettamalla löydät myyjän lähelläsi.

Käyn ensin läpi joitakin vaiheita ja osia, jotka tarvitaan sen käynnistämiseen, ja lisään sitten joitain vaiheita ja osia hallinnan lisäämiseksi.

Sinun tulee varoittaa, että käyttämäni osat ovat niitä, joita satun olemaan aarrearkissani, eivätkä välttämättä osia, jotka sopivat parhaiten tähän tarkoitukseen.

Sinun tulee myös varoittaa, että tämä on ensimmäinen Instructable ja että olen melko uusi elektroniikassa.

Lisää kommentteja, jos luulet, että olen tehnyt jotain, mitä minun ei pitäisi tehdä, tai jos sinulla on parannusehdotuksia tai parempia osia.

Vaihe 1: Osaluettelo

Tässä projektissa käytetyt osat ovat

• Leipälauta
• Askelmoottori 28byj-48
• Darlingtonin transistoriryhmä ULN2003 -kortti (x113647)
• 74HC595 vuororekisteri
• 74HC393 binäärinen aaltolaskuri
• DS1809-100 Dallastat digitaalinen potentiometri
• 74HC241 oktaalipuskuri
• 3 × kosketuspainikkeet
• 3 × 10 kΩ vastukset
• 2 × 0,1 µF keraamiset kondensaattorit
• 1 × 0,01 µF keraaminen kondensaattori
• Liitäntäjohdot
• 5V virtalähde

Vaihe 2: Pääosat

74HC595 -vuororekisteri

Moottoria liikutetaan toistuvasti antamalla UNL2003 -kortin neljä tulonappia seuraavasti:

1100-0110-0011-1001

Tämä ajaa moottoria niin sanotussa täysvaiheisessa tilassa. Kuviota 1100 siirretään toistuvasti oikealle. Tämä viittaa siirtorekisteriin. Tapa, jolla siirtorekisteri toimii, on jokaisessa kellosyklissä rekisterin bitit siirtyvät yhdestä paikasta oikealle ja korvaavat vasemmanpuoleisimman bitin tulonapin arvolla. Siksi sitä tulisi syöttää kahdella kellosyklillä 1 ja sitten kahdella kellosyklillä 0 moottorin sukelluskuvion luomiseksi.

Kellosignaalien tuottamiseksi tarvitaan oskillaattori, joka tuottaa tasaisen pulssisarjan, mieluiten puhtaan neliöaallon. Tämä muodostaa perustan moottorille siirtyvien signaalien siirtymiselle.

"Kahden yhden jakson ja sitten kahden syklin 0" luomiseksi käytetään varvastossuja.

Minulla on 74HC595 -vuororekisteri. Tämä on erittäin suosittu siru, joka on kuvattu lukuisissa Instructables- ja Youtube -videoissa.

Tietolomake löytyy osoitteesta

Mukava Instructable on 74HC595-Shift-Register-Demistified by bweaver6, 74HC595 -siirtorekisteri toimii siten, että jokaisen kellojakson aikana sen 8 -bittisen rekisterin tiedot siirretään oikealle ja tulonapin arvo siirtyy vasemmanpuoleisimpaan kohtaan. Siksi sitä tulisi syöttää kahdella kellosyklillä 1 ja sitten kahdella kellosyklillä 0.

Tiedot siirretään kellopulssin nousevalla reunalla. Henc flip-flopin pitäisi vaihtaa kellon laskevalle reunalle, joten 74HC595: llä on vakaa tiedonsiirto kellon nousevalla reunalla.

74HC595 in voidaan kytkeä seuraavasti:

Nasta 8 (GND) -> GND

Nasta 16 (VCC) -> 5V Nasta 14 (SER) -> Tiedot nastassa 12 (RCLK) -> Kellotulon nasta 11 (SRCLK) -> Kellotulon nasta 13 (OE) -> GND -nasta 10 (SRCRL) -> 5 V: n nastat 15 ja 1-3 antavat mallin moottorin käyttämiseksi.

RCLK: n ja SRCLK: n yhdistäminen varmistaa, että sirutietorekisteri on aina synkronoitu lähtörekisterin kanssa. Kun nasta 13 maadoitetaan, lähtörekisterin sisältö näkyy välittömästi ulostulonappeille (Q0 - Q7).

Ajastin 555

Kellopulssin luomiseksi voidaan käyttää ajastinsirua 555. Tämä on myös erittäin suosittu siru, ja sitä kuvataan ja käsitellään jopa enemmän kuin vuororekisteriä. Wikipediassa on mukava artikkeli osoitteessa

Tietolomake on täällä:

Tämä siru voi muun muassa tuottaa neliöaaltopulssin. Ulkoisia vastuksia ja kondensaattoreita käytetään ohjaamaan taajuutta ja käyttöjaksoa (on-fraktio).

Kun 555 -siru on asetettu tuottamaan toistuvasti pulsseja, sen sanotaan olevan epävakaassa tilassa. Tämä tehdään kytkemällä se kuten yllä olevassa kuvassa. (kuva jjbeard [Public domain], Wikimedia Commonsin kautta):

Nasta 1 -> GND

Nasta 2 -> R1 (10 kΩ) -> Nasta 7 Nasta 2 -> Nasta 6 Nasta 3 on lähtö Nasta 4 (nollaus) -> 5 V Nasta 5 -> 0,01 µF -> GND -nasta 6 -> 0,1 µF -> GND -nasta 7 -> R2 (10 kΩ) -> 5 V Nasta 8 -> 5 V

Nastan 3 lähtö kytketään 74HC595 -siirtorekisterin tulokellon nastoihin (nastat 11 ja 12).

Lähtösignaalin taajuus (ja siten askelmoottorin nopeus) määräytyy vastuksen R1 ja R2 arvojen sekä kondensaattorin C arvon perusteella.

Sykliaika T on ln (2) C (R1 + 2 R2) tai noin 0,7 C (R1 + 2 R2). Taajuus on 1/T.

Käyttöjakso, jakson murto -osa, jolloin signaali on korkea, on (R1 + R2) / (R1 + 2R2).

Käytän 10 kΩ sekä R1: lle että R2: lle ja C = 0,1 µF.

Tämä antaa noin 480 Hz: n taajuuden ja on lähellä maksimitaajuutta, jonka havaitsin askelmoottorin kestävän ilman pysähtymistä.

74HC595: n 1100 siirretyn, toistuvan kuvion luomiseksi nasta 14 (SER) on pidettävä korkeana kahden kellosyklin ajan ja sitten matala kahden kellosyklin ajan toistuvasti. Toisin sanoen nastan pitäisi värähtää puolet kellon taajuudesta.

74HC393 -kaksoisbinäärinen aaltolaskuri

74HC393 lasketaan binäärinä, ja se tarkoittaa myös sitä, että sitä voidaan käyttää pulssitaajuuksien jakamiseen kahden teholla, Sen tietolomake on täällä:

74HC393 on dual, siinä on yksi 4 -bittinen laskuri kummallakin puolella.

Kellopulssin laskevalla reunalla ensimmäinen lähtötappi kytkeytyy päälle ja pois. Näin ollen ulostulonappi yksi värähtelee puolet tulokellon taajuudesta. Lähtötapin ensimmäisen putoavan reunan ulostulotappi kaksi kytkee päälle ja pois päältä. Ja niin edelleen kaikille neljälle ulostulonapille. Aina kun nasta n sammuu, nasta n+1 vaihtuu.

Nasta n+1 vaihtuu puolet niin usein kuin nasta n. Tämä on binäärinen laskenta. Laskuri voi laskea 15: een (kaikki neljä bittiä 1), ennen kuin se alkaa jälleen nollasta. Jos laskurin 1 viimeinen ulostulonappi on kytketty kellona laskuriin 2, se saattaa laskea 255: een (8 bittiä).

Jos haluat luoda pulssin, jolla on puolet tulokellon taajuudesta, tarvitaan vain lähtönastappi 1. Eli lasketaan vain nollasta yhteen.

Joten jos laskenta suoritetaan kellopulssilla 555, 74HC393 -laskurin nasta, joka edustaa bittiä 2, värähtelee puolet kellon taajuudesta. Siksi tämä voidaan liittää 74HC595 -siirtorekisterin SER -nastaan, jotta tämä luo halutun kuvion.

74HC393 -binäärilaskurin johdotuksen tulee olla:

Nasta 1 (1CLK) -> 74HC595 Nasta 11, 12 ja 555 Nasta 3

Pin 2 (1CLR) -> GND Pin 4 (1QB) -> 74HC595 Pin 14 Pin 7 (GND) -> GND Pin 14 (VCC) -> 5V Pin 13 (2CLK) -> GND (not used) Pin 12 (2CLR)) -> 5V (ei käytössä)

Vaihe 3: Suorita se

Voimme nyt saada moottorin käymään, jos 74HC595: n nastat 0-3 on kytketty ULN2003-levyn nastoihin 1-4.

Korvaa toistaiseksi 0,1 µF: n kondensaattori 555 -ajastimen nastassa 6 10 µF: lla. Tämä tekee kellosyklin satoja kertoja pidemmäksi ja voi nähdä, mitä tapahtuu.

Tähän voidaan käyttää ULN2003 -levyjen LED -valoja. Irrota moottori ULN2003 -kortista. Liitä kortin nastat 1-4 74HC595: n QA-QD-ulostuloon (nastat 7, 9, 10 ja 11). Liitä ULN2003 -kortin - ja + maadoitukseen ja 5 V: n jännitteeseen. Jos virta on kytketty, LED -valojen pitäisi nähdä haluttu kuvio.

Jos haluat nähdä, mitä 74HC393-binäärilaskurissa tapahtuu, muodosta yhteys sen nastoihin 3-6.

Jos kuvio näyttää oikealta, katkaise virta, vaihda kondensaattori uudelleen 0,1 µF: iin, liitä ULN2003 -kortin tulonastat 1 - 4 74HC595: n lähtötappeihin QA - QD ja kytke moottori uudelleen.

Kun virta on päällä, moottorin pitäisi nyt käydä.

Vaihe 4: Nopeuden säätö

Askelmoottorin nopeutta säätelee 555 -ajastimen lähtötaajuus. Tätä taas ohjaavat vastuksen R1 ja R2 sekä siihen kytketyn kondensaattorin C1 arvot. Kun 100 kΩ: n potentiometri kytketään sarjaan R2: n kanssa, taajuus voi olla 480 Hz - 63 Hz. Vaiheet pr. moottorin toinen, on puolet 555 ajastimen taajuudesta.

Käytin digitaalista potentiometriä DS1809-100, joka on tarkoitettu painikkeiden käyttöön. Painikkeilla, jotka yhdistävät nastan 2 (UC) ja nastan 7 (DC) 5 V: iin, vastus kasvaa/vähenee RH (nasta 1) - tai RL (nasta 4) -liittimien ja pyyhkimen nastan 6 (RW) välillä. Jos pidät painiketta painettuna yli sekunnin ajan, painike toistuu automaattisesti.

Tietolomake löytyy täältä:

Johdotus on seuraavanlainen:

Tappi 1 (RH) käyttämätön

Nasta 2 (UC) -> kosketuspainike 1 Nasta 3 (STR) -> GND -nasta 4 (RL) -> 555 Nasta 2 Nasta 5 -> GND -nasta 6 (RW) -> 10 kΩ -> 555 nastainen 7 nastainen 7 (DC)) -> kosketuspainike 2 Nasta 8 -> 5V

Kosketuspainikkeen 1 johdotus:

Nasta 1/2 -> DS1809 Nasta 2

Nasta 3/4 -> 5V

Kosketuspainikkeen 2 johdotus:

Nasta 1/2 -> DS1809 Nasta 7

Nasta 3/4 -> 5V

Nyt nopeutta voidaan säätää.

Vaihe 5: Käynnistä / Pysäytä

Askelmoottorin käynnistämiseksi ja pysäyttämiseksi voidaan käyttää 555 -ajastimen nasta 4 (nollausnasta). Jos tämä vedetään alas, nasta 3 ei anna lähtöpulsseja.

Kosketuspainiketta käytetään käynnistyksen ja pysäytyksen vaihtamiseen. Kun painiketta painetaan kerran, moottori käynnistyy, ja sen painaminen uudelleen pysäyttää sen. Tämän käyttäytymisen saamiseksi tarvitaan flip-flop. Mutta 74HC393, joka on jo olemassa, voidaan myös käyttää. 74HC393: ssa on kaksi osaa, ja vain toista puolta käytetään kellopulssin taajuusjakajana.

Koska binäärilaskuri on itse asiassa vain sarja vuorottelevia flip-floppeja sarjassa, voidaan käyttää toisen osan ensimmäistä flip-floppia. Kytkemällä kosketuspainikkeen niin, että nasta 13 (2CLK) on alhainen, kun painiketta painetaan, ja korkea, jos sitä ei paineta, nasta 12 vaihtaa jokaisen alhaisen. Liittämällä nasta 12 555: n nastaan 4, käynnistyy ja pysähtyy sen lähtö ja siten moottori.

Kosketuspainikkeet ovat hieman hankalia, koska ne ovat mekaanisia. Ne voivat "pomppia", eli ne voivat lähettää useita signaaleja jokaisesta painalluksesta. 0,1 µF kondensaattorin kytkeminen painikkeen päälle auttaa välttämään tämän.

Joten kosketuspainike (painike 3 lisätään ja yhteys 555: n nastaan 4 muutetaan.

Painikkeen johdotus:

Nasta 1/2 -> 10kΩ -> 5V

Nasta 1/2 -> 0,1 µF -> Nasta Tappi 3/4 -> 74HC393 Nasta 13 (2CLK)

555: een tehdään seuraavat muutokset:

Nasta 4 (nollaus) -> 74HC393 Nasta 11 (2QA)

Painikkeen 3 pitäisi nyt toimia käynnistys-/pysäytyskytkimenä.

Huomaa, että moottori pysähtyi tällä tavalla, mutta silti kuluttaa virtaa.

Vaihe 6: Suunnan ohjaus

Moottorin suunnan ohjaamiseen tarvitaan toinen painike ja sitten toinen kiikari. Aion kuitenkin huijata käyttämällä 74HC393: n seuraavaa flip-floppia päälle/pois-flip-flopin jälkeen ja päälle/pois-painiketta.

Kun suuntatappi (nasta 2QA) laskee, seuraava tappi (nasta 2QB) vaihtuu. Näin ollen painikkeen painaminen toistuvasti johtaa OFF - ON FORWARDS - OFF - ON BACKWARDS - OFF - ON FORWARDS jne.

Jotta moottori pyörii taaksepäin, ULN2003: een syötetty kuvio on käännettävä. Se voidaan tehdä kaksisuuntaisen siirtorekisterin avulla, mutta minulla ei ole sitä. 74HC595 ei ole kaksisuuntainen.

Huomasin kuitenkin, että voisin käyttää oktaalipuskuria 74HC241. Tässä puskurissa on kaksi 4 -bittistä osaa, joissa on erilliset OE (lähdön käyttöönotto) -tapit. Ensimmäinen OE -tappi ohjaa neljää ensimmäistä lähtötappia ja toinen neljää viimeistä lähtötappia. Kun OE on ulostulonapeilla, on sama arvo kuin vastaavilla sisääntulonappeilla, ja kun se on pois päältä, lähtönastat ovat korkean impedanssin tilassa, ikään kuin niitä ei olisi kytketty. Lisäksi yksi OE -nastasta on aktiivinen alhaalla ja toinen on aktiivinen korkealla, joten kun ne liitetään yhteen, vain puolet puskurista on aktiivinen kerrallaan.

Joten samaa tuloa varten puolet puskurista voi ajaa moottoria eteenpäin ja toinen puoli taaksepäin. Kumpi puolisko on aktiivinen, riippuu OE -nastojen arvosta.

74HC241: n tietolomake on osoitteessa

Johdotus voisi olla tällainen:

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

Nasta 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) -> Ground Pin 11 (2A1) -> Pin 2 (1A1) Nasta 12 (1Y4) -> Nasta 9 (2Y1) Nasta 13 (2A2) -> Nasta 4 (1A2) Nasta 14 (1Y3) -> Nasta 7 (2Y2) Nasta 15 (2A3) -> Nasta 6 (1A3) Nasta 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

Nyt johdotus on saatettava loppuun vain kytkemällä virta 5 V: n tarkkuuteen. Varmista, että virtalähde voi tuottaa tarpeeksi virtaa sekä moottorin että piirien käyttämiseen.

Vaihe 7: Johtopäätökset

Askelmoottoria voidaan ohjata ilman mikro -ohjainta.

Täällä käytetyt IC: t olivat joitain aiemmin. Useimmat niistä eivät ole optimaalisia tähän, ja useita vaihtoehtoja voitaisiin käyttää.

• Pulssien tuottamiseksi 555 -ajastinsiru on hyvä vaihtoehto, mutta on olemassa useita vaihtoehtoja, esimerkiksi tässä ohjeessa kuvattu.
• Nopeuden säätöön voidaan käyttää mitä tahansa potentiometriä, ei vain digitaalista. Jos sinulla on 10 kΩ: n potentiometri 100 kΩ: n sijasta, 10 kΩ: n vastukset voidaan korvata 1 KΩ: lla ja 0,1 µF: n kondensaattori 1 µF: n kondensaattorilla (jaa kaikki vastukset ja kerro kondensaattori samalla numerolla ajoituksen säilyttämiseksi).
• Käyttämällä kaksisuuntaista siirtorekisteriä, esim. 74HC194 helpottaisi suunnan hallintaa.
• Painikkeiden ohjausta varten 74HC393 voidaan korvata flip-flopilla, esim. 74HC73. 555 voidaan myös kytkeä toimimaan kytkimenä.