Die bestuur van 'n stapmotor sonder 'n mikrobeheerder: 7 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

In hierdie instruksies sal ek 'n 28-BYJ-48-stapmotor bestuur, met 'n UNL2003 darlington array-bord, soms x113647 genoem, sonder 'n mikrobeheerder.

Dit sal begin/stop, vorentoe/agtertoe en spoedbeheer hê.

Die motor is 'n unipolêre stapmotor met 2048 treë per omwenteling in volstapmodus. Die datablad vir die motor kan gevind word op

Die twee toestelle kan saam by verskeie verskaffers gekoop word. Ek het myne van kjell.com gekry

Bing dit of google dit om 'n verskaffer naby u te vind.

Ek gaan eers deur die stappe en dele wat nodig is om dit aan die gang te kry, en voeg dan 'n paar stappe en dele by vir meer beheer.

U moet gewaarsku word dat die onderdele wat ek gebruik, die items is wat ek toevallig in my skatkis het, en nie noodwendig die dele wat die beste by die doel pas nie.

U moet ook gewaarsku word dat dit my eerste instruksie is, en dat ek nogal nuut is in elektronika.

Voeg kommentaar by as u dink dat ek iets gedoen het wat ek nie moes doen nie, of as u voorstelle het vir verbeterings of voorstelle vir onderdele wat beter pas.

Stap 1: Deellys

Die onderdele wat vir hierdie projek gebruik word, is

• Broodbord
• Stapmotor 28byj-48
• Darlington transistor array ULN2003 -bord (x113647)
• 74HC595 skofregister
• 74HC393 binêre rimpel toonbank
• DS1809-100 Dallastat digitale potentiometer
• 74HC241 oktale buffer
• 3 × tasbare knoppies
• 3 × 10kΩ weerstande
• 2 × 0.1µF keramiek kapasitors
• 1 × 0,01 µF keramiek kondensator
• Verbindingsdrade
• 5V kragtoevoer

Stap 2: Die belangrikste dele

Die 74HC595 skofregister

Die motor word beweeg deur die vier invoerpenne van die UNL2003 -bord herhaaldelik hierdie volgorde te gee:

1100-0110-0011-1001

Dit sal die motor in die sogenaamde volstapmodus dryf. Die patroon 1100 word herhaaldelik na regs verskuif. Dit dui op 'n skofregister. Die manier waarop 'n skofregister werk, is dat by elke kloksiklus die stukkies in die register een plek na regs skuif, en die bit wat die linkerkantste vervang word deur die waarde van die invoerpen destyds. Daarom moet dit met twee kloksiklusse van 1 en dan twee kloksiklusse van 0 gevoer word om die patroon vir die duik van die motor te genereer.

Om die klokseine te genereer, is 'n ossillator nodig wat 'n bestendige reeks pulse genereer, verkieslik 'n skoon vierkantgolf. Dit vorm die basis van die verskuiwing van die seine na die motor.

Om die "twee siklusse van een en dan twee siklusse van 0" te genereer, word flip-flops gebruik.

Ek het 'n 74HC595 skofregister. Dit is 'n baie gewilde chip, wat beskryf word in talle instruksies en Youtube -video's.

Die gegewensblad kan gevind word by

'N Goeie Instructable is 74HC595-Shift-Register-Demistified deur bweaver6, Die 74HC595 -skofregister werk so dat die data in sy 8 -bis -register by elke kloksiklus na regs verskuif word en die waarde van die invoerpen in die linkerkantste posisie verskuif word. Daarom moet dit gevoer word met twee kloksiklusse van 1 en dan twee kloksiklusse van 0.

Die data word verskuif na die stygende rand van die klokpuls. Die flip-flop moet aan die onderkant van die horlosie wissel, sodat die 74HC595 stabiele data-invoer sal hê by die stygende klokrand.

Die 74HC595 in kan so bedraad word:

Speld 8 (GND) -> GND

Pin 16 (VCC) -> 5V Pin 14 (SER) -> Data in Pin 12 (RCLK) -> Klokinvoerpen 11 (SRCLK) -> Klokinvoerpen 13 (OE) -> GND Pin 10 (SRCRL) -> 5V-penne 15 en 1-3 gee die patroon om die motor aan te dryf.

Deur RCLK en SRCLK aan te sluit, verseker dat die chipdataregister altyd in ooreenstemming is met die uitsetregister. Deur pen 13 op die grond te sit, word die inhoud van die uitvoerregister onmiddellik sigbaar vir die uitvoerpenne (Q0 - Q7).

Die 555 timer

Om die klokpuls te genereer, kan die 555 timer -chip gebruik word. Dit is ook 'n baie gewilde chip, en word selfs meer beskryf en bespreek as die skofregister. Wikipedia het 'n goeie artikel op

Die gegewensblad is hier:

Hierdie chip kan onder meer 'n vierkantsgolfklokpuls genereer. Eksterne weerstande en kapasitors word gebruik om die frekwensie en werksiklus (on-fraksie) te beheer.

As dit ingestel is om herhaaldelik pulse te genereer, word gesê dat die 555 -chip in 'n verstelbare modus is. Dit word gedoen deur dit te bedraad, soos op die foto hierbo. (foto deur jjbeard [Public domain], via Wikimedia Commons):

Speld 1 -> GND

Pin 2 -> R1 (10kΩ) -> Pin 7 Pin 2 -> Pin 6 Pin 3 is die output Pin 4 (reset) -> 5V Pin 5 -> 0.01µF -> GND Pin 6 -> 0.1µF -> GND Pin 7 -> R2 (10kΩ) -> 5V Pin 8 -> 5V

Die uitset van pen 3 sal aan die ingangsklokpenne (pen 11 en pen 12) van die 74HC595 -skofregister gekoppel word.

Die frekwensie van die uitsetsein (en dus die snelheid van die stapmotor) word bepaal deur die waardes van die weerstand R1 en R2, en die waarde van die kapasitor C.

Die siklustyd T sal ln (2) C (R1 + 2 R2) of ongeveer 0,7 C (R1 + 2 R2) wees. Die frekwensie is 1/T.

Die dienssiklus, die breukdeel van die siklustyd wat die sein hoog is, is (R1 + R2) / (R1 + 2R2). Die dienssiklus is nie baie belangrik vir hierdie projek nie.

Ek gebruik 10kΩ, vir beide R1 en R2, en C = 0.1µF.

Dit gee 'n frekwensie van ongeveer 480Hz en is naby die maksimum frekwensie wat ek gevind het dat die stapmotor kan hanteer sonder om te stop.

Om die 1100 verskuifde, herhaalde patroon van die 74HC595 te genereer, moet pen 14 (SER) vir twee kloksiklusse hoog gehou word, en dan herhaaldelik vir twee horlosiesiklusse laag wees. Dit wil sê, die pen moet ossilleer met die helfte van die frekwensie van die klok.

Die 74HC393 dubbele binêre rimpel toonbank

Die 74HC393 tel in binêre, en dit beteken ook dat dit gebruik kan word om polsfrekwensies te deel deur twee magte, Die gegewensblad is hier:

Die 74HC393 is dubbel, dit het 'n 4 -bits toonbank aan elke kant.

Aan die valpunt van die klokpuls skakel die eerste uitsetpen aan en af. Die uitsetpen een sal dus ossilleer met die helfte van die frekwensie van die ingangsklok. Aan die onderkant van die uitvoerpen een, skakel die uitvoerpen twee aan en uit. En so aan vir al die vier uitvoerpenne. As pin n afskakel, skakel pin n+1 om.

Speld n+1 verander die helfte so gereeld as speld n. Dit is binêre telling. Die teller kan tot 15 (al vier bisse 1) tel voordat dit weer op nul begin. As die laaste uitsetpen van teller 1 as 'n horlosie aan teller 2 gekoppel is, kan dit tot 255 (8 bisse) tel.

Om 'n pols met die helfte van die frekwensie van die ingangsklok te skep, is slegs uitsetpen 1 nodig. Dit wil sê, tel slegs van nul tot een.

As die tel deur die klokpuls vanaf die 555 gedoen word, sal die pen op die 74HC393 -toonbank wat bit 2 voorstel, met die helfte van die frekwensie van die klok ossilleer. Dit kan dus gekoppel word aan die SER -pen van die 74HC595 -skofregister, sodat dit die gewenste patroon kan genereer.

Die bedrading van die 74HC393 binêre teller moet wees:

Speld 1 (1CLK) -> 74HC595 Speld 11, 12 en 555 Speld 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 (nie gebruik nie)

Stap 3: Laat dit loop

Ons kan nou die motor laat loop, as penne 0-3 van die 74HC595 onderskeidelik aan die penne 1-4 van die ULN2003-bord gekoppel is.

Vervang vir eers die 0.1µF kondensator by pen 6 van die 555 timer met 'n 10µF. Dit sal die horlosie honderd keer langer maak, en u kan sien wat aangaan.

Die LED's op die ULN2003 -borde kan hiervoor gebruik word. Ontkoppel die motor van die ULN2003 -bord. Koppel pen 1 tot 4 van die bord aan op die QA-QD-uitvoer (penne 7, 9, 10 en 11) van die 74HC595. Koppel die - en + van die ULN2003 -bord aan die grond en 5V. As die krag aangeskakel is, moet u die gewenste patroon op die LED's sien.

As u wil sien wat in die 74HC393 binêre teller aangaan, moet u die penne 3-6 van die een in plaas daarvan aansluit.

As die patroon reg lyk, skakel die kondensator weer uit met die 0.1µF, koppel invoerpenne 1 - 4 van die ULN2003 -bord aan op die uitsetpenne QA - QD van die 74HC595 en steek die motor weer in.

As die krag aan is, behoort die motor nou te werk.

Stap 4: Spoedbeheer

Die snelheid van die stapmotor word bepaal deur die frekwensie van die uitset van die 555 -timer. Dit word weer bepaal deur die waardes van die weerstande R1 en R2 en die kapasitor C1 wat daaraan gekoppel is. Deur 'n 100kΩ potensiometer in serie met R2 aan te sluit, kan die frekwensie tussen die 480Hz en 63Hz wees. Die stappe pr. tweede van die motor, sal die helfte van die 555 -timerfrekwensie wees.

Ek gebruik 'n DS1809-100 digitale potensiometer, wat gemaak is vir die gebruik van drukknoppies. Drukknoppies wat pen 2 (UC) en pen 7 (DC) met 5V verbind, laat die weerstand toeneem/afneem tussen die RH (pen 1) of RL (pen 4) terminale en die wisserpen 6 (RW). Deur die knoppie langer as 'n sekonde te hou, word die knoppie outomaties herhaal.

Die datablad kan hier gevind word:

Die bedrading is soos volg:

Speld 1 (RH) ongebruik

Pin 2 (UC) -> tasbare knoppie 1 Pin 3 (STR) -> GND Pin 4 (RL) -> 555 Pin 2 Pin 5 -> GND Pin 6 (RW) -> 10kΩ -> 555 pen 7 Pin 7 (DC) -> tasbare knoppie 2 Pin 8 -> 5V

Die bedrading vir tasbare knoppie 1:

Speld 1/2 -> DS1809 Speld 2

Speld 3/4 -> 5V

Die bedrading vir tasbare knoppie 2:

Speld 1/2 -> DS1809 Speld 7

Speld 3/4 -> 5V

Nou kan die snelheid gereguleer word.

Stap 5: Begin / stop

Om die stapmotor te begin en te stop, kan pin 4 (die resetpen) van die 555 -timer gebruik word. As dit laag trek, is daar geen uitsetpulse vanaf pen 3 nie.

'N Aanraakknoppie word gebruik om tussen begin en stop te skakel. Deur een keer op die knoppie te druk, moet die motor begin word, en weer ingedruk word, moet dit stop. Om hierdie gedrag te kry, is 'n flip-flop nodig. Maar die 74HC393 wat reeds daar is, kan ook gebruik word. Die 74HC393 het twee dele, en slegs die helfte word gebruik as 'n frekwensiedeler vir die klokpuls.

Aangesien die binêre teller eintlik net 'n stel wisselende flip-flops in serie is, kan die eerste flip-flop van die ander deel gebruik word. Deur 'n tasbare knoppie aan te sluit sodat pen 13 (2CLK) laag is as die knoppie ingedruk word, en hoog as dit nie die geval is nie, sal pen 12 op elke laagte skakel. Deur pen 12 aan pen 4 van die 555 te koppel, begin en stop die uitset daarvan, en dus die motor.

Taktiele knoppies is 'n bietjie lastig, want dit is meganies. Hulle kan 'wip', dit wil sê dat hulle verskeie seine kan stuur by elke druk. Deur 'n 0,1 µF -kondensator oor die knoppie te koppel, word dit vermy.

So 'n tasbare knoppie (knoppie 3 word bygevoeg en die verbinding met pen 4 van die 555 word verander.

Die bedrading van die knoppie:

Speld 1/2 -> 10kΩ -> 5V

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

Die volgende veranderinge word aan die 555 aangebring:

Speld 4 (terugstel) -> 74HC393 pen 11 (2KV)

Knoppie 3 moet nou werk as 'n begin/stop -skakelaar.

Let daarop dat 'n motor op hierdie manier stilgehou het, maar steeds krag verbruik.

Stap 6: Rigtingbeheer

Om die rigting van die motor te beheer, is nog 'n drukknop nodig, en dan nog 'n flip-flop. Ek sal egter bedrieg deur die volgende flip-flop van die 74HC393 te gebruik, na die aan/uit-flip-flop en die aan/uit-knoppie.

As die rigtingpen (pen 2QA) laag word, word die volgende pen (pen 2QB) aangeskakel. As u herhaaldelik op die drukknop druk, sal dit lei tot UIT - AAN VOORUIT - UIT - AAN TERUG - AF - AAN VOORUIT, ens.

Om die motor agteruit te laat loop, moet die patroon wat aan die ULN2003 gevoer word, omgekeer word. Dit kan gedoen word met 'n tweerigtingskuifregister, maar ek het nie een nie. Die 74HC595 is nie in twee rigtings nie.

Ek het egter gevind dat ek my 74HC241 oktale buffer kan gebruik. Hierdie buffer het twee 4 bis dele, met aparte OE (output enable) penne. Die eerste OE -pen beheer die vier eerste uitsetpenne, en die tweede die laaste vier uitvoerpenne. As die OE op die uitsetpenne is, het die waarde dieselfde as die ooreenstemmende invoerpenne, en as dit af is, sal die uitsetpenne in 'n hoë impedansietoestand wees, asof dit nie gekoppel is nie. Verder is die een van die OE -pen laag aktief, en die ander aktief hoog, dus as u dit aanmekaar koppel, is slegs die helfte van die buffer op daardie tydstip aktief.

Dus, vir dieselfde insette, kan die een helfte van die buffer die motor vorentoe dryf, en die ander helfte agteruit. Watter helfte aktief is, hang af van die waarde van die OE -penne.

Die gegewensblad vir die 74HC241 word gevind op

Die bedrading kan soos volg wees:

Speld 1 (1OE) -> 74HC293 Speld 10 (2KB)

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) -> Ground 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

Nou moet die bedrading voltooi word deur net 5V aan te pas. Maak seker dat die kragtoevoer genoeg stroom kan lewer om die motor en die stroombane aan te dryf.

Stap 7: Gevolgtrekkings

Die stapmotor kan sonder 'n mikrobeheerder beheer word.

Die IC's wat ek hier gebruik het, was 'n paar wat ek vantevore gehad het. Die meeste hiervan is nie optimaal hiervoor nie, en verskeie alternatiewe kan gebruik word.

• Om die pulse te genereer, is die 555 -timer -chip 'n goeie opsie, maar daar bestaan verskeie alternatiewe, byvoorbeeld die een wat in hierdie instruksies beskryf word.
• Vir die snelheidsbeheer kan enige potensiometer gebruik word, nie net 'n digitale een nie. As u 'n 10kΩ potensiometer het, eerder as 'n 100kΩ, kan die 10kΩ weerstande vervang word deur 1KΩ, en die 0.1 µF kapasitor met 'n 1µF kondensator (verdeel alle weerstande en vermenigvuldig die kapasitor met dieselfde getal om die tydsberekening te behou).
• Die gebruik van 'n tweerigtingskofregister, bv. die 74HC194 sou rigtingbeheer makliker maak.
• Vir knoppiebeheer kan die 74HC393 vervang word deur 'n flip-flop, bv. 74HC73. Die 555 kan ook bedraad wees om as 'n skakelaar op te tree.