Conducció d’un motor pas a pas sense microcontrolador: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

En aquesta instrucció, conduiré un motor de pas 28-BYJ-48, amb una placa de matriu UNL2003 darlington, de vegades anomenada x113647, sense microcontrolador.

Tindrà arrencada / parada, avanç / retrocés i control de velocitat.

El motor és un motor de pas unipolar amb 2048 passos per revolució en mode de pas complet. El full de dades del motor es troba a

Els dos dispositius es poden comprar junts a diversos proveïdors. Vaig obtenir la meva de kjell.com

Bing it o google it per trobar un proveïdor a prop teu.

Primer passaré alguns passos i algunes parts necessàries per fer-lo funcionar i, a continuació, afegiré alguns passos i algunes parts per obtenir més control.

Heu d’advertir-vos que les parts que faig servir són aquelles que tinc al meu cofre del tresor, i no necessàriament les parts més adequades a l’efecte.

A més, us ha d’advertir que aquest és el meu primer instructable i que sóc bastant nou en l’electrònica.

Afegiu comentaris si creieu que he fet alguna cosa que no hauria de fer, o si teniu suggeriments de millores o suggeriments de peces més adequades.

Pas 1: llista de parts

Les parts utilitzades per a aquest projecte són

• Taula de pa
• Motor pas a pas 28byj-48
• Taula ULN2003 de matriu de transistors de Darlington (x113647)
• Registre de torns 74HC595
• 74HC393 comptador d'ondulacions binàries
• Potenciòmetre digital DS1809-100 Dallastat
• Tampó octal 74HC241
• 3 × botons tàctils
• Resistències 3 × 10kΩ
• Condensadors ceràmics de 2 × 0,1µF
• Condensador ceràmic 1 × 0,01 µF
• Cable de connexió
• Alimentació de 5V

Pas 2: les parts principals

El registre de torns 74HC595

El motor es mou donant repetidament als quatre pins d'entrada de la placa UNL2003 aquesta seqüència:

1100-0110-0011-1001

Això conduirà el motor en el que s’anomena mode de pas complet. El patró 1100 es desplaça repetidament cap a la dreta. Això suggereix un registre de torns. La forma en què funciona un registre de desplaçament és, a cada cicle de rellotge, que els bits del registre es desplacen d’un lloc a la dreta, substituint el bit més a l’esquerra pel valor del pin d’entrada en aquell moment. Per tant, s’hauria d’alimentar amb dos cicles de rellotge d’1 i després dos cicles de rellotge de 0 per generar el patró de busseig del motor.

Per generar els senyals de rellotge, es necessita un oscil·lador que generi una sèrie estable de polsos, preferiblement una ona quadrada neta. Això constituirà la base del desplaçament dels senyals cap al motor.

Per generar els "dos cicles d'un i després dos cicles de 0", s'utilitzen xancles.

Tinc un registre de torns 74HC595. Es tracta d’un xip molt popular que es descriu en nombrosos vídeos d’instruccions i de Youtube.

El full de dades es pot trobar a

Un bon instructiu és 74HC595-Shift-Register-Demistified per bweaver6, El registre de desplaçament 74HC595 funciona de manera que a cada cicle de rellotge, les dades del registre de 8 bits es desplacen cap a la dreta i es canvia el valor del pin d'entrada a la posició més esquerra. Per tant, s’hauria d’alimentar amb dos cicles de rellotge d’1 i després dos cicles de rellotge de 0.

Les dades es desplacen a la vora ascendent del pols del rellotge. Per tant, el xanclet hauria de canviar a la vora descendent del rellotge, de manera que el 74HC595 tindrà una entrada de dades estable a la vora del rellotge ascendent.

El 74HC595 in es pot connectar així:

Pin 8 (GND) -> GND

Pin 16 (VCC) -> 5V Pin 14 (SER) -> Dades al pin 12 (RCLK) -> Pin entrada 11 (SRCLK) -> Pin entrada 13 (OE) -> Pin GND 10 (SRCRL) -> Els pins 15 de 5V i 1-3 generaran el patró per accionar el motor.

La connexió de RCLK i SRCLK garanteix que el registre de dades del xip estigui sempre sincronitzat amb el registre de sortida. Posar el pin 13 a terra fa que el contingut del registre de sortida sigui immediatament visible per als pins de sortida (Q0 - Q7).

El temporitzador 555

Per generar el pols del rellotge, es pot utilitzar el xip temporitzador 555. Aquest també és un xip molt popular, i és encara més descrit i discutit que el registre de desplaçaments. La Viquipèdia té un bon article a

El full de dades es troba aquí:

Aquest xip pot, entre altres coses, generar pols de rellotge d’ona quadrada. Les resistències i condensadors externs s’utilitzen per controlar la freqüència i el cicle de treball (en fracció).

Quan es configura per generar polsos repetidament, es diu que el xip 555 està en mode astable. Això es fa cablejant-lo com a la imatge superior. (imatge de jjbeard [domini públic], a través de Wikimedia Commons):

Pin 1 -> GND

Pin 2 -> R1 (10kΩ) -> Pin 7 Pin 2 -> Pin 6 Pin 3 és el Pin de sortida 4 (restabliment) -> Pin 5V 5 -> 0,01µF -> Pin GND 6 -> 0,1µF -> Pin GND 7 -> R2 (10kΩ) -> 5V Pin 8 -> 5V

La sortida del pin 3 es connectarà als pins de rellotge d’entrada (pin 11 i pin 12) del registre de desplaçament 74HC595.

La freqüència del senyal de sortida (i, per tant, la velocitat del motor pas a pas) està determinada pels valors de la resistència R1 i R2, i el valor del condensador C.

El temps de cicle T serà de ln (2) C (R1 + 2 R2) o aproximadament de 0,7 C (R1 + 2 R2). La freqüència és 1 / T.

El cicle de treball, la fracció del temps de cicle en què el senyal és alt, és (R1 + R2) / (R1 + 2R2). El cicle de treball no és molt important per a aquest projecte.

Faig servir 10kΩ, tant per R1 com per R2, i C = 0,1µF.

Això dóna una freqüència d'aproximadament 480Hz, i és a prop de la freqüència màxima que he trobat que el motor de pas pot manejar sense aturar-se.

Per generar el patró repetit i desplaçat 1100 des del 74HC595, el pin 14 (SER) s'ha de mantenir alt durant dos cicles de rellotge i, a continuació, baix durant dos cicles de rellotge repetidament. És a dir, el pin ha d’oscil·lar amb la meitat de la freqüència del rellotge.

El comptador de ondulació binari dual 74HC393

El 74HC393 compta en binari, i això també significa que es pot utilitzar per dividir les freqüències de pols per potències de dos, El seu full de dades es troba aquí:

El 74HC393 és dual, té un comptador de 4 bits a cada costat.

A la vora descendent del pols del rellotge, el primer pin de sortida s’activa i s’activa. Per tant, el pin de sortida un oscil·larà amb la meitat de la freqüència del rellotge d’entrada. A la vora descendent del pin de sortida un, activeu i desactiveu el pin de sortida dos. I així successivament per als quatre pins de sortida. Sempre que el pin n s'apaga, el pin n + 1 commuta.

El pin n + 1 canvia la meitat de vegades que el pin n. Això és el recompte binari. El comptador pot comptar fins a 15 (els quatre bits 1) abans de tornar a començar a zero. Si l'últim pin de sortida del comptador 1 està connectat com a rellotge al comptador 2, pot estar comptant fins a 255 (8 bits).

Per crear un pols amb la meitat de la freqüència del rellotge d'entrada, només es necessita el pin 1 de sortida. És a dir, només comptant de zero a un.

Per tant, si el recompte es fa mitjançant el pols del rellotge des del 555, el pin del comptador 74HC393 que representa el bit 2 oscil·larà amb la meitat de la freqüència del rellotge. Per tant, es pot connectar al pin SER del registre de desplaçament 74HC595, perquè això generi el patró desitjat.

El cablejat del comptador binari 74HC393 hauria de ser:

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

Pin 2 (1CLR) -> Pin GND 4 (1QB) -> 74HC595 Pin 14 Pin 7 (GND) -> Pin GND 14 (VCC) -> 5V Pin 13 (2CLK) -> GND (no s'utilitza) Pin 12 (2CLR)) -> 5V (no s'utilitza)

Pas 3: feu que funcioni

Ara podem fer funcionar el motor, si els pins 0-3 del 74HC595 estan connectats als pins 1-4 de la placa ULN2003 respectivament.

Per ara, substituïu el condensador de 0,1µF al pin 6 del temporitzador 555 per un 10µF. Això farà que el rellotge cicle cent vegades més llarg i es pugui veure què passa.

Per a això es poden utilitzar els LED de les plaques ULN2003. Desconnecteu el motor de la placa ULN2003. Connecteu els pins 1 a 4 de la placa a la sortida QA-QD (pins 7, 9, 10 i 11) del 74HC595. Connecteu el - i + de la placa ULN2003 a terra i a 5 V. Si s’encén l’alimentació, hauríeu de veure el patró desitjat als LED.

Si voleu veure què passa al comptador binari 74HC393, connecteu-vos als pins 3-6 d’aquest.

Si el patró sembla correcte, apagueu-lo, torneu a substituir el condensador per 0,1µF, connecteu els pins d'entrada 1 - 4 de la placa ULN2003 als pins de sortida QA - QD del 74HC595 i torneu a connectar el motor.

Amb l’encès, el motor ara hauria de funcionar.

Pas 4: control de velocitat

La velocitat del motor de pas es regeix per la freqüència de sortida del temporitzador 555. Això, de nou, es regeix pels valors de les resistències R1 i R2 i del condensador C1 que hi està connectat. En connectar un potenciòmetre de 100kΩ en sèrie amb R2, la freqüència pot estar entre els 480Hz i els 63Hz. Els passos pr. segon del motor, serà la meitat de la freqüència del temporitzador 555.

He utilitzat un potenciòmetre digital DS1809-100, que es fa per fer servir el botó de pressió. Els botons polsadors que connecten el pin 2 (UC) i el pin 7 (DC) a 5V fan que la resistència augmenti / disminueixi entre els terminals RH (Pin 1) o RL (Pin 4) i el Pinx netejador 6 (RW). Si manteniu premut un botó durant més d’un segon, el botó es repetirà automàticament.

El full de dades es pot trobar aquí:

El cablejat és així:

Pin 1 (RH) no utilitzat

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

El cablejat del botó tàctil 1:

Pin 1/2 -> DS1809 Pin 2

Pin 3/4 -> 5V

El cablejat del botó tàctil 2:

Pin 1/2 -> DS1809 Pin 7

Pin 3/4 -> 5V

Ara es pot regular la velocitat.

Pas 5: Iniciar / Aturar

Per engegar i aturar el motor pas a pas, es pot utilitzar el pin 4 (el pin de reinici) del temporitzador 555. Si es baixa, no hi haurà impulsos de sortida del pin 3.

S’utilitzarà un botó tàctil per commutar l’inici i l’aturada. Si premeu el botó una vegada, hauríeu d’engegar el motor i, si el torneu a prémer, hauríeu d’aturar-lo. Per obtenir aquest comportament, cal un xanclet. Però també es pot utilitzar el 74HC393 que ja hi és. El 74HC393 té dues parts, i només la meitat s’utilitza com a divisor de freqüència per al pols del rellotge.

Com que el comptador binari és en realitat només un conjunt de xancles alternatives en sèrie, es pot utilitzar el primer xanclet de l’altra part. En connectar un botó tàctil de manera que el pin 13 (2CLK) estigui baix quan es prem el botó i elevat si no ho és, el pin 12 canviarà per cada mínim. Connectant el pin 12 al pin 4 del 555, s’iniciarà i s’aturarà la seva sortida i, per tant, el motor.

Els botons tàctils són una mica complicats, perquè són mecànics. Poden "rebotar", és a dir, poden enviar diversos senyals a cada pulsació. Connectar un condensador de 0,1 µF sobre el botó ajuda a evitar-ho.

Per tant, es fa un botó tàctil (s’afegeix el botó 3 i es canvia la connexió al pin 4 del 555.

El cablejat del botó:

Pin 1/2 -> 10kΩ -> 5V

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

Es fan els canvis següents al 555:

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

El botó 3 hauria de funcionar ara com a commutador d’inici / atura.

Tingueu en compte que un motor aturat d’aquesta manera, encara consumirà energia.

Pas 6: control de direcció

Per controlar la direcció del motor, cal un altre polsador i després un altre xanclet. Tot i això, enganyaré fent servir el següent xanclet del 74HC393, després del xanclet d’encès / apagat i el botó d’encès / apagat.

Quan el passador de direcció (pin 2QA) baixa, el següent pin (pin 2QB) es commuta. Per tant, en prémer repetidament el botó es produirà OFF - ON FORWARDS - OFF - ON BACKWARDS - OFF - ON FORWARDS, etc.

Per fer funcionar el motor cap enrere, s'hauria d'invertir el patró alimentat a l'ULN2003. Això es podria fer amb un registre de desplaçament bidireccional, però no en tinc. El 74HC595 no és bidireccional.

Tot i això, vaig trobar que podia utilitzar el meu buffer octal 74HC241. Aquest buffer té dues parts de 4 bits, amb pins OE (sortida habilitats) separats. El primer pin OE controla els quatre primers pins de sortida i el segon els quatre últims pins de sortida. Quan l'OE està als pins de sortida tenen el mateix valor que els pins d'entrada corresponents i, quan està apagat, els pins de sortida estaran en estat d'alta impedància, com si no estiguessin connectats. A més, un dels pins OE està actiu baix i l’altre actiu alt, de manera que, quan els connecteu, només la meitat de la memòria intermèdia estarà activa al mateix temps.

Per tant, per a la mateixa entrada, la meitat de la memòria intermèdia pot conduir el motor cap endavant i l’altra meitat cap enrere. La meitat que estigui activa depèn del valor dels pins OE.

El full de dades del 74HC241 es troba a

El cablejat podria ser així:

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) -> Pin de terra 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

Ara, el cablejat s’hauria de completar només mitjançant l’encesa de 5 V. Assegureu-vos que la font d’alimentació pugui proporcionar prou corrent per accionar tant el motor com els circuits.

Pas 7: Conclusions

El motor pas es pot controlar sense microcontrolador.

Les CI que s’utilitzaven aquí eren algunes de les que tenia abans. La majoria d’ells no són òptims per a això i es poden utilitzar diverses alternatives.

• Per generar els polsos, el xip de temporitzador 555 és un bon chice, però existeixen diverses alternatives, per exemple, la descrita en aquest manual.
• Per al control de velocitat, es podria utilitzar qualsevol potenciòmetre, no només un digital. Si teniu un potenciòmetre de 10 kΩ, en lloc de 100 kΩ, les resistències de 10 kΩ es podrien substituir per 1 KΩ i el condensador de 0,1 µF per un condensador d’1 µF (dividiu totes les resistències i multipliqueu el condensador amb el mateix nombre per mantenir el temps).
• Utilitzant un registre de desplaçament bidireccional, per exemple el 74HC194 facilitaria el control de direcció.
• Per al control de botons, el 74HC393 es podria substituir per un xanclet, p. 74HC73. El 555 també es pot connectar per fer de palanca.