Memandu Motor Stepper Tanpa Pengawal Mikro: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Dalam Instructable ini, saya akan memandu motor step 28-BYJ-48, dengan papan tatasusila darlington UNL2003, kadang-kadang dinamakan x113647, tanpa pengawal mikro.

Ia akan mempunyai kawalan permulaan / berhenti, maju / mundur, dan kelajuan.

Motor adalah motor langkah uni-polar dengan 2048 langkah per revolusi dalam mod langkah penuh. Lembar data untuk motor terdapat di

Kedua-dua peranti boleh dibeli bersama dari beberapa vendor. Saya mendapat milik saya dari kjell.com

Bing atau google untuk mencari vendor berhampiran anda.

Saya akan melalui beberapa langkah dan bahagian yang diperlukan untuk menjalankannya, dan kemudian menambahkan beberapa langkah dan bahagian untuk kawalan yang lebih banyak.

Anda harus diberi amaran bahawa bahagian yang saya gunakan, adalah bahagian yang saya miliki di peti harta karun saya, dan tidak semestinya bahagian yang paling sesuai untuk tujuan tersebut.

Anda juga harus diberi amaran, bahawa ini adalah Instructable pertama saya, dan bahawa saya cukup baru dalam bidang elektronik.

Sila tambahkan komen jika anda fikir saya telah melakukan sesuatu yang tidak sepatutnya, atau jika anda mempunyai cadangan untuk penambahbaikan, atau cadangan untuk bahagian yang lebih sesuai.

Langkah 1: Senarai Bahagian

Bahagian yang digunakan untuk projek ini adalah

• Papan roti
• Motor stepper 28byj-48
• Papan transistor Darlington papan ULN2003 (x113647)
• Daftar shift 74HC595
• Pembilang riak binari 74HC393
• Potensiometer digital DS1809-100 Dallastat
• Penyangga oktal 74HC241
• 3 × butang taktil
• Perintang 3 × 10kΩ
• Kapasitor seramik 2 × 0.1µF
• Kapasitor seramik 1 × 0,01 µF
• Wayar sambungan
• Bekalan kuasa 5V

Langkah 2: Bahagian Utama

Daftar peralihan 74HC595

Motor digerakkan dengan berulang kali memberikan empat pin input dari papan UNL2003 urutan ini:

1100-0110-0011-1001

Ini akan menggerakkan motor dalam apa yang dipanggil mod langkah penuh. Corak 1100 berulang kali beralih ke kanan. Ini menunjukkan daftar shift. Cara kerja shift register adalah, pada setiap pusingan jam, bit dalam register beralih satu tempat ke kanan, menggantikan bit paling kiri dengan nilai pin input pada masa itu. Oleh itu, ia harus diberi dua pusingan jam 1 dan kemudian dua pusingan jam 0 untuk menghasilkan corak menyelam motor.

Untuk menghasilkan isyarat jam, diperlukan pengayun, yang menghasilkan siri denyutan yang stabil sebaiknya gelombang persegi yang bersih. Ini akan membentuk asas peralihan isyarat isyarat ke motor.

Untuk menghasilkan "dua kitaran satu dan kemudian dua kitaran 0", flip-flop digunakan.

Saya mempunyai daftar shift 74HC595. Ini adalah cip yang sangat popular, yang dijelaskan dalam banyak video Instructables dan Youtube.

Lembaran data boleh didapati di

Instructable yang bagus ialah 74HC595-Shift-Register-Demistified by bweaver6, Register shift 74HC595 berfungsi sehingga pada setiap pusingan jam, data dalam register 8 bitnya dialihkan ke kanan, dan beralih pada nilai pin input di posisi paling kiri. Oleh itu, ia harus diberi dua pusingan jam 1 dan kemudian dua pusingan jam 0.

Data dialihkan pada tepi denyut jam yang meningkat. Henc flip-flop harus beralih pada tepi jam yang jatuh, sehingga 74HC595 akan mempunyai input data yang stabil di tepi jam yang meningkat.

74HC595 in boleh dikabelkan seperti ini:

Pin 8 (GND) -> GND

Pin 16 (VCC) -> Pin 5V 14 (SER) -> Data dalam Pin 12 (RCLK) -> Pin input jam 11 (SRCLK) -> Pin input jam 13 (OE) -> Pin GND 10 (SRCRL) -> 5V Pin 15, dan 1-3 akan mengeluarkan corak untuk menggerakkan motor.

Menghubungkan RCLK dan SRCLK memastikan bahawa daftar data cip sentiasa selari dengan daftar output. Meletakkan Pin 13 ke tanah membuat kandungan daftar output dapat dilihat langsung ke pin output (Q0 - Q7).

Pemasa 555

Untuk menghasilkan denyutan jam, cip pemasa 555 dapat digunakan. Ini juga merupakan cip yang sangat popular, dan lebih digambarkan dan dibincangkan daripada shift shift. Wikipedia mempunyai artikel yang bagus di

Lembaran data ada di sini:

Cip ini dapat, antara lain, menghasilkan denyut jam gelombang persegi. Perintang dan kapasitor luaran digunakan untuk mengawal frekuensi dan kitaran tugas (on-fraction).

Apabila disiapkan untuk menghasilkan denyutan berulang kali, cip 555 dikatakan dalam mod astable. Ini dilakukan dengan memasang kabel seperti dalam gambar di atas. (gambar oleh jjbeard [Domain awam], melalui Wikimedia Commons):

Pin 1 -> GND

Pin 2 -> R1 (10kΩ) -> Pin 7 Pin 2 -> Pin 6 Pin 3 adalah output Pin 4 (reset) -> 5V Pin 5 -> 0,01µF -> Pin GND 6 -> 0,1µF -> Pin GND 7 -> R2 (10kΩ) -> 5V Pin 8 -> 5V

Output Pin 3 akan disambungkan ke pin jam input (Pin 11 dan Pin 12) dari register shift 74HC595.

Kekerapan isyarat output (dan oleh itu kelajuan motor langkah) ditentukan oleh nilai-nilai perintang R1 dan R2, dan nilai kapasitor C.

Masa kitaran T ialah ln (2) C (R1 + 2 R2) atau lebih kurang 0.7 C (R1 + 2 R2). Kekerapannya adalah 1 / T.

Kitaran tugas, pecahan masa kitaran bahawa isyaratnya tinggi, adalah (R1 + R2) / (R1 + 2R2). Kitaran tugas tidak begitu penting untuk projek ini.

Saya menggunakan 10kΩ, untuk kedua R1 dan R2, dan C = 0.1µF.

Ini memberikan frekuensi sekitar 480Hz, dan hampir dengan frekuensi maksimum saya dapati motor langkah dapat dikendalikan tanpa berhenti.

Untuk menghasilkan 1100 beralih, corak berulang dari 74HC595, pin 14 (SER) harus dijaga tinggi untuk dua pusingan jam, dan kemudian rendah untuk dua putaran jam berulang kali. Maksudnya, pin harus berayun dengan separuh frekuensi jam.

Pembilang riak binari berganda 74HC393

Kiraan 74HC393 dalam binari, dan itu juga bermaksud bahawa ia boleh digunakan untuk membahagi frekuensi nadi dengan kuasa dua, Lembaran datanya ada di sini:

74HC393 adalah dua, ia mempunyai satu kaunter 4 bit di setiap sisi.

Pada pinggir jatuh denyut jam, pin output pertama bertukar dan mati. Oleh itu, pin output satu akan berayun dengan separuh frekuensi jam input. Pada hujung pin output yang jatuh, pin output dua beralih dan hidupkan. Dan seterusnya untuk keempat-empat pin output. Setiap kali pin n dimatikan, pin n + 1 beralih.

Pin n + 1 berubah separuh sekerap pin n. Ini adalah pengiraan binari. Kaunter boleh dihitung hingga 15 (keempat-empat bit 1) sebelum ia bermula pada sifar lagi. Sekiranya pin output terakhir kaunter 1 dihubungkan sebagai jam ke kaunter 2, ia mungkin dihitung hingga 255 (8 bit).

Untuk membuat nadi dengan separuh frekuensi jam input, hanya diperlukan pin output 1. Maksudnya, hanya mengira dari sifar hingga satu.

Oleh itu, jika pengiraan dilakukan dengan denyutan jam dari 555, pin pada pembilang 74HC393 yang mewakili bit 2, akan berayun dengan separuh frekuensi jam. Oleh itu ini boleh dihubungkan ke pin SER dari daftar shift 74HC595, untuk menjadikan ini menghasilkan corak yang dikehendaki.

Pendawaian kaunter binari 74HC393 mestilah:

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

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

Langkah 3: Jalankan

Kita sekarang boleh menjadikan motor berjalan, Jika Pin 0-3 dari 74HC595 masing-masing disambungkan ke Pin 1-4 papan ULN2003.

Buat masa ini, ganti kapasitor 0.1µF pada Pin 6 pemasa 555 dengan 10µF. Ini akan menjadikan kitaran jam seratus kali lebih lama, dan seseorang akan dapat melihat apa yang sedang berlaku.

LED di papan ULN2003 boleh digunakan untuk ini. Cabut palam motor dari papan ULN2003. Sambungkan Pin 1 hingga 4 papan ke output QA-QD (pin 7, 9, 10 dan 11) 74HC595. Sambungkan - dan + papan ULN2003 ke tanah dan 5V. Sekiranya kuasa dihidupkan, anda mesti melihat corak yang dikehendaki pada LED.

Sekiranya anda ingin melihat apa yang berlaku di kaunter binari 74HC393, sambungkan ke pin 3-6 yang satu itu secara berterusan.

Sekiranya corak kelihatan betul, matikan, ganti kapasitor dengan 0.1µF sekali lagi, sambungkan pin input 1 - 4 papan ULN2003 ke pin output QA - QD dari 74HC595, dan pasangkan semula motor.

Dengan kuasa dihidupkan, motor kini boleh berjalan.

Langkah 4: Kawalan Kelajuan

Kelajuan motor langkah ditentukan oleh frekuensi output pemasa 555. Ini sekali lagi, diatur oleh nilai-nilai perintang R1 dan R2 dan kapasitor C1 yang dihubungkan dengannya. Dengan menghubungkan potensiometer 100kΩ secara bersiri dengan R2, frekuensi mungkin antara 480Hz dan 63Hz. Langkah pr. kedua motor, akan menjadi separuh daripada frekuensi pemasa 555.

Saya menggunakan potensiometer digital DS1809-100, yang dibuat untuk penggunaan butang tekan. Tombol tekan yang menghubungkan pin 2 (UC) dan Pin 7 (DC) ke 5V menjadikan rintangan meningkat / menurun antara terminal RH (Pin 1) atau RL (Pin 4), dan pin pengelap Pin 6 (RW). Memegang butang lebih dari satu saat, menjadikan butang itu berulang secara automatik.

Lembar data boleh didapati di sini:

Pendawaian seperti ini:

Pin 1 (RH) tidak digunakan

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

Pendawaian untuk butang taktil 1:

Pin 1/2 -> DS1809 Pin 2

Pin 3/4 -> 5V

Pendawaian untuk butang taktil 2:

Pin 1/2 -> Pin1809 7

Pin 3/4 -> 5V

Sekarang, kelajuan dapat diatur.

Langkah 5: Mula / Berhenti

Untuk memulakan dan menghentikan motor stepper, Pin 4 (pin Reset) pemasa 555 dapat digunakan. Sekiranya ini ditarik rendah, tidak akan ada denyutan output dari Pin 3.

Butang taktil akan digunakan untuk menukar permulaan dan berhenti. Menekan butang sekali, harus menghidupkan motor, dan menekannya lagi, harus menghentikannya. Untuk mendapatkan tingkah laku ini, flip-flop diperlukan. Tetapi 74HC393 yang sudah ada, juga boleh digunakan. 74HC393 mempunyai dua bahagian, dan hanya satu separuh digunakan sebagai pembahagi frekuensi untuk denyutan jam.

Oleh kerana pembilang binari sebenarnya hanyalah satu set flip-flop togel secara seri, flip-flop pertama dari bahagian lain dapat digunakan. Dengan menyambungkan butang taktil sehingga Pin 13 (2CLK) rendah ketika butang ditekan, dan tinggi jika tidak, Pin 12 akan beralih pada setiap rendah. Menyambungkan Pin 12 ke Pin 4 dari 555, akan memulakan dan menghentikan outputnya, dan dengan itu motor.

Butang taktil agak rumit, kerana ia mekanikal. Mereka mungkin 'melantun', iaitu mereka mungkin mengirim banyak isyarat pada setiap tolakan. Menyambungkan kapasitor 0.1 µF melalui butang, membantu mengelakkan ini.

Jadi butang taktil (butang 3 ditambahkan, dan sambungan ke Pin 4 dari 555 diubah.

Pendawaian butang:

Pin 1/2 -> 10kΩ -> 5V

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

Perubahan berikut dibuat pada 555:

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

Butang 3 kini harus berfungsi sebagai togol permulaan / berhenti.

Perhatikan bahawa motor berhenti dengan cara ini, masih akan menggunakan kuasa.

Langkah 6: Kawalan Arah

Untuk mengawal arah motor, butang tekan lain diperlukan, dan kemudian satu lagi flip-flop. Namun, saya akan menipu, dengan menggunakan flip-flop seterusnya 74HC393, setelah flip-flop on / off, dan butang on / off.

Apabila pin arah (Pin 2QA) rendah, pin seterusnya (Pin 2QB) ditukar. Oleh itu, menekan butang tekan berulang kali akan mengakibatkan OFF - ON FORWARDS - OFF - ON BACKWARDS - OFF - ON FORWARDS dll.

Untuk menjadikan motor bergerak ke belakang, corak yang dimasukkan ke ULN2003 harus dibalikkan. Itu mungkin dilakukan dengan daftar pergeseran dua arah, tetapi saya tidak memilikinya. 74HC595 tidak dua arah.

Walau bagaimanapun, saya dapati saya menggunakan buffer oktal 74HC241 saya. Penyangga ini mempunyai dua bahagian 4 bit, dengan pin OE (output membolehkan) yang berasingan. Pin OE pertama mengawal empat pin output pertama, dan kedua pin pin output terakhir. Apabila OE berada pada pin output mempunyai nilai yang sama dengan pin input yang sesuai, dan ketika mati, pin output akan berada dalam keadaan impedansi tinggi, seolah-olah tidak disambungkan. Selanjutnya, salah satu pin OE aktif rendah, dan yang lain aktif aktif, jadi ketika menyambungkannya bersama, hanya separuh penyangga yang akan aktif pada masa itu.

Oleh itu, untuk input yang sama, separuh daripada penyangga dapat menggerakkan motor ke hadapan, dan separuh lagi ke belakang. Separuh mana yang sedang aktif, bergantung pada nilai pin OE.

Lembar data untuk 74HC241 terdapat di

Pendawaian boleh seperti ini:

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

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

Sekarang, pendawaian harus diselesaikan hanya dengan menghidupkan dengan 5V. Pastikan bekalan kuasa dapat memberikan arus yang mencukupi untuk menggerakkan motor dan litar.

Langkah 7: Kesimpulan

Motor langkah mungkin dikawal tanpa mikrokontroler.

IC yang digunakan di sini, adalah beberapa yang saya ada sebelumnya. Sebilangan besar dari mereka tidak optimum untuk ini, dan beberapa alternatif dapat digunakan.

• Untuk menghasilkan denyutan, pemasa 555 timer adalah chice yang baik, tetapi ada beberapa alternatif, seperti yang dijelaskan dalam Instructable ini.
• Untuk kawalan kelajuan, potensiometer dapat digunakan, bukan hanya digital. Sekiranya anda mempunyai potensiometer 10kΩ, dan bukannya 100kΩ, perintang 10kΩ boleh digantikan oleh 1KΩ, dan kapasitor 0.1 µF dengan kapasitor 1µF (bahagikan semua perintang dan kalikan kapasitor dengan nombor yang sama untuk mengekalkan masa).
• Menggunakan daftar peralihan dua arah, mis. 74HC194 akan menjadikan kawalan arah lebih mudah.
• Untuk kawalan butang, 74HC393 boleh diganti dengan flip-flop, mis. 74HC73. 555 juga boleh dikabelkan untuk bertindak sebagai togol.