Как управлять шаговым двигателем без микроконтроллера

Детали, используемые в этом проекте,

Хлебная доска

Шаговый мотор 28byj-48

Плата ULN2003 массива транзисторов Дарлингтона (x113647)

74HC595 регистр сдвига

74hc393 двоичный счетчик пульсации

Ds1809-100 далластат цифровой потенциометр

Буфер 74hc241 o tal

3 тактильные кнопки

Соединительная линия

Блок питания 5V

Шаг 2: основные компоненты

74HC595 регистр сдвига

Переместите двигатель, повторив следующую последовательность для четырех входных контактов платы unl2003.:

1100- 0110-0011-1001

Это приведет двигатель в полношаговый режим. Шаблон 1100 многократно перемещается вправо. Это рекомендует использовать сдвиговые регистры. Режим работы сдвигового регистра заключается в том, что в каждом такте бит в регистре перемещается на один бит вправо, а самый левый бит заменяется значением входного вывода в это время. Следовательно, он должен сначала подать два такта 1, а затем два такта 0, чтобы сгенерировать режим для моторного погружения.

Чтобы сгенерировать тактовый сигнал, вам нужен осциллятор, который генерирует стабильную последовательность импульсов, предпочтительно чистую прямоугольную волну. Это ляжет в основу режима движения сигнала к двигателю.

Триггер используется для генерации двух циклов 1, а затем двух циклов 0.

У меня сдвиговый регистр 74HC595. Это очень популярный чип, который представлен во многих инструкциях и видео на Youtube.

Спецификации можно найти по адресу http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc595.pdf.

Хорошая инструкция - сдвиговый регистр 74HC595 - удален bweaver6.

Принцип работы регистра сдвига 74HC595 заключается в том, что в каждом тактовом цикле данные в его 8-битном регистре будут сдвигаться вправо, а затем перемещать значение входного вывода в крайнее левое положение. Следовательно, ему следует обеспечить два такта 1, а затем два такта 0.

Данные перемещаются по переднему фронту тактового импульса. Триггер henc должен срабатывать по заднему фронту тактового сигнала, поэтому 74HC595 будет иметь стабильный ввод данных по переднему фронту тактового сигнала.

74HC595 можно подключить следующим образом:

Контакты 15 и 1-3 будут выводить шаблон для управления двигателем.

Подключение rCLK и srclk обеспечивает постоянную синхронизацию регистра данных чипа с выходным регистром. Контакт заземления 13 сделает содержимое выходного регистра (q0-q7) немедленно видимым.

555 Таймер

Для генерации тактовых импульсов может использоваться микросхема таймера 555. Это также очень популярная микросхема, которая больше описана и обсуждается, чем сдвиговый регистр. Википедия в https://en.wikipedia.org/wiki/555_timer_ Там есть хорошая статья по IC.

Спецификация находится здесь: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne555.pdf

Помимо прочего, чип также может генерировать прямоугольные тактовые импульсы. Внешние резисторы и конденсаторы используются для управления частотой и рабочим циклом (во включенном состоянии).

Когда установлено повторное генерирование импульсов, говорят, что микросхема 555 находится в нестабильном режиме. Это может быть завершено проводкой, как показано на рисунке выше. (изображение jjbeard [общественное достояние], Wikimedia Commons):

Pin 3-это выход

Выход контакта 3 будет подключен к сдвинутым входным контактам синхронизации 74HC595 (контакты 11 и 12).

Частота выходного сигнала (и скорость шагового двигателя) определяется номиналами резисторов R1 и R2 и номиналом конденсатора С.

Время цикла t будет равно ln (2) C (R1 2 R2) или приблизительно 0,7 C (R1 2 R2).

Частота 1 / T.

Рабочий цикл, то есть сигнал является частью высокого времени цикла, составляет

Рабочий цикл для

Как для R1, так и для R2 я использую 10K, C = 0,1 F.

Это дает частоту около 480 Гц и близка к максимальной частоте, я считаю

Чтобы сгенерировать режим повторения со смещением 1100 от 74HC595, вывод 14 (SER) должен быть высоким в течение двух тактов, а затем низким в течение двух циклов. То есть штифт должен колебаться с половиной тактовой частоты.

74hc393 Двойной двоичный счетчик пульсаций

74hc393 считает в двоичном формате, что также означает, что его можно использовать для деления частоты импульсов на степень 2,

Его техпаспорт находится здесь: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc393.pdf

74hc393 является двухканальным и имеет 4-битный счетчик на каждой стороне.

По заднему фронту тактового импульса первый выходной контакт включается и выключается. Следовательно, выходной контакт 1 будет колебаться с половиной входной тактовой частоты. По заднему фронту выходного контакта 1 выходной контакт 2 включается и выключается. Для всех четырех выходных контактов и так далее. Всякий раз, когда контакт n замкнут, контакт n 1 переключается.

Частота изменения вывода n 1 вдвое меньше частоты вывода n. Это двоичный подсчет. Прежде чем снова начать с нуля, счетчик может досчитать до 15 (все четыре бита равны 1). Если последний выходной контакт счетчика 1 подключен к счетчику 2 как часы, его счет может быть 255 (8 бит).

Для создания импульса с частотой, равной половине входной тактовой частоты, на выходе требуется только пин 1. То есть считать только от нуля.

Следовательно, если отсчитывается тактовый импульс 555, вывод на счетчике 74hc393, представляющий бит 2, будет колебаться с половинной частотой. Часы. Следовательно, его можно подключить к выводу ser сдвигового регистра 74HC595 для генерации требуемого режима.

Проводка двоичного счетчика 74hc393 должна быть:

Шаг 3: запустить

Если 74HC595 контакты 0-3, теперь мы можем запустить двигатель и подключиться к контактам 1-4 платы ULN2003 соответственно.

Теперь замените конденсатор 0,1 ф на выводе 6 таймера 555 на 10 ф. Это продлит тактовый цикл в сто раз, и люди смогут увидеть, что происходит.

Для этой цели можно использовать светодиод на плате ULN2003. Отсоедините разъем двигателя от платы ULN2003. Подключите контакты 1–4 печатной платы к выходу qa-qd микросхемы 74HC595 (контакты 7, 9, 10 и 11). Подключите - и платы ULN2003 к земле и 5В. Если питание включено, вы должны увидеть желаемый рисунок на светодиоде.

Если вы хотите посмотреть, что происходит в двоичном счетчике 74hc393, вместо этого подключитесь к контактам 3-6 счетчика.

Если схема правильная, отключите питание, снова замените конденсатор на конденсатор 0,1 ф, соедините входные контакты 1-4 платы ULN2003 с выходными контактами qa-qd платы 74HC595, а затем вставьте его.

Снова включите мотор.

Шаг 4: контроль скорости

Скорость шагового двигателя регулируется выходной частотой таймера 555. Это, в свою очередь, определяется номиналами резисторов R1 и R2 и подключенного к ним конденсатора С1. При подключении потенциометра 100k последовательно с R2 частота может быть между 480 Гц и 63 Гц. Шаг pr. Вторая частота двигателя будет вдвое меньше частоты таймера 555.

Я использовал цифровой потенциометр ds1809-100, который используется для кнопок. Кнопка, соединяющая контакт 2 (UC) и контакт 7 (DC) с напряжением 5 В, увеличивает/уменьшает сопротивление между клеммой Rh (контакт 1) или Rl (контакт 4) и контактом 6 отвода (RW). Нажмите и удерживайте кнопку более одной секунды, и кнопка будет повторяться автоматически.

Технический паспорт можно найти здесь: https://datasheets.maximintegrated.com/zh/ds/DS180. .

Проводка выглядит следующим образом:

Разводка тактильной кнопки 1 пин 1/2 - ds1809 пин 2

Проводка тактильной кнопки 2:

Теперь вы можете отрегулировать скорость.

Шаг 5: start / stop

Для запуска и остановки шагового двигателя можно использовать контакт 4 (контакт сброса) таймера 555. Если на нем низкий уровень, контакт 3 не будет выдавать импульсы.

Тактильные кнопки будут использоваться для переключения между запуском и остановкой. Нажмите кнопку один раз, чтобы запустить двигатель, и нажмите кнопку еще раз, чтобы остановить его. Чтобы получить такое поведение, вам нужен триггер. Однако можно использовать и существующий 74hc393. 74hc393 состоит из двух частей, только половина из которых используется как делитель частоты для тактовых импульсов.

Поскольку двоичный счетчик на самом деле представляет собой просто набор последовательно соединенных триггеров, вы можете использовать первый триггер другой части. При подключении тактильной кнопки контакт 13 (2clk) имеет низкий уровень при нажатии кнопки, в противном случае он высокий, и контакт 12 будет переключаться на каждый низкий уровень. Подключение контакта 12 к контакту 4 555 будет запускать и останавливать его выход и, следовательно, останавливать двигатель.

Тактильные кнопки сложны, потому что они механические. Они могут «отскакивать», то есть посылать несколько сигналов при каждом нажатии. Избежать этого помогает подключение конденсатора 0,1 ф над кнопкой.

Поэтому была добавлена ​​тактильная кнопка (кнопка 3) и изменено подключение к 555 контакту 4.

Кнопка проводки:

Внесены следующие изменения в 555:

Кнопку 3 теперь следует использовать в качестве переключателя пуска/останова.

Обратите внимание, что двигатели, остановленные таким образом, продолжают потреблять энергию.

Шаг 6: контроль направления

Для управления направлением мотора мне нужна еще одна кнопка, а затем еще один триггер, но я буду обманывать после триггера включения/выключения, используя следующий триггер 74hc393, а затем

Когда контакт направления (вывод 2qa) становится низким, переключается следующий вывод (вывод 2qb). Таким образом, повторное нажатие кнопки приведет к

Выкл-вкл вперед-выкл-открыть назад-выкл-открыть назад и т.д.

Чтобы двигатель работал в обратном направлении, измените шаблон, отправленный в ULN2003, который может выполняться в обоих направлениях. Я сдвигаю регистр, но не меняю. 74HC595 не является двунаправленным.

Однако я обнаружил, что могу использовать восьмеричный буфер 74hc241. Буфер состоит из двух 4-битных частей с независимым контактом OE (разрешение выхода). Первый контакт OE управляет первыми четырьмя выходными контактами, а второй OE управляет последними четырьмя выходными контактами. Когда OE включен, выходной контакт имеет то же значение, что и соответствующий входной контакт, а когда OE выключен, выходной контакт будет находиться в состоянии с высоким импедансом, как если бы он не был подключен. Кроме того, один из выводов OE активен при низком уровне, а другой вывод активен при высоком уровне, поэтому, когда они соединены вместе, будет активна только половина буферов.

Следовательно, для одного и того же входа половина буфера может двигать двигатель вперед, а другая половина — назад. Какая половина активна, зависит от значения вывода OE.

Лист технических данных 74hc241 см. на странице http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54hc241.pdf.

Проводка может быть следующей: