Pagmamaneho ng isang Stepper Motor Nang Walang Microcontroller .: 7 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Sa Instructable na ito, magmaneho ako ng isang 28-BYJ-48 step motor, na may UNL2003 darlington array board, na minsang pinangalanan x113647, nang walang isang micro controller.

Magkakaroon ito ng pagsisimula / paghinto, pasulong / paatras, at kontrol sa bilis.

Ang motor ay isang uni-polar step motor na may 2048 mga hakbang bawat rebolusyon sa buong step mode. Ang datasheet para sa motor ay matatagpuan sa

Ang dalawang aparato ay maaaring mabili nang sama-sama mula sa maraming mga vendor. Nakuha ko ang akin mula sa kjell.com

Bing ito o i-google ito upang makahanap ng isang vendor na malapit sa iyo.

Dadaan muna ako sa ilang mga hakbang at bahagi na kinakailangan upang mapatakbo ito, at pagkatapos ay magdagdag ng ilang mga hakbang at bahagi para sa ilang karagdagang kontrol.

Dapat kang babalaan na ang mga bahagi na ginagamit ko, ay ang mga mayroon ako sa aking kayamanan na dibdib, at hindi kinakailangan ang mga bahagi na pinakaangkop para sa hangarin.

Gayundin, dapat kang babalaan, na ito ang aking unang Maituturo, at medyo bago ako sa electronics.

Mangyaring magdagdag ng mga komento kung sa palagay mo nagawa ko ang isang bagay na hindi ko dapat, o kung mayroon kang mga mungkahi para sa mga pagpapabuti, o mga mungkahi para sa mas angkop na mga bahagi.

Hakbang 1: Listahan ng Bahagi

Ang mga piyesa na ginamit para sa proyektong ito ay

• Breadboard
• Stepper motor 28byj-48
• Darlington transistor array ULN2003 board (x113647)
• 74HC595 shift register
• 74HC393 binary ripple counter
• DS1809-100 Dallastat digital potentiometer
• 74HC241 octal buffer
• 3 × mga pindutan ng pandamdam
• 3 × 10kΩ resistors
• 2 × 0.1µF ceramic capacitors
• 1 × 0.01 µF ceramic capacitor
• Mga wire ng koneksyon
• 5V supply ng kuryente

Hakbang 2: Ang Pangunahing Mga Bahagi

Ang rehistro ng shift ng 74HC595

Ang motor ay inililipat sa pamamagitan ng paulit-ulit na pagbibigay ng apat na input pin ng UNL2003 board sa pagkakasunud-sunod na ito:

1100-0110-0011-1001

Dadalhin nito ang motor sa tinatawag na full step mode. Ang pattern na 1100 ay paulit-ulit na inilipat pakanan. Iminumungkahi nito ang isang rehistro sa paglilipat. Ang paraan ng paggana ng rehistro ng paglilipat ay, sa bawat pag-ikot ng orasan, ang mga piraso sa rehistro ay naglilipat ng isang lugar sa kanan, pinapalitan ang kaliwang bahagi ng halaga ng input pin sa oras. Samakatuwid, dapat itong pakainin ng dalawang siklo ng orasan na 1 at pagkatapos ay dalawang cycle ng orasan ng 0 upang makabuo ng pattern para sa pagsisid sa motor.

Upang makabuo ng mga signal ng orasan, kailangan ng oscillator, na bumubuo ng isang matatag na serye ng mga pulso mas mabuti ang isang malinis na square square. Bubuo ito sa base ng paglilipat ng patten ng mga signal sa motor.

Upang makabuo ng "dalawang siklo ng isa at pagkatapos ay dalawang siklo ng 0", ginagamit ang mga flip-flop.

Mayroon akong 74HC595 shift register. Ito ay isang tanyag na maliit na tilad, na inilalarawan sa maraming mga Instructable at mga video sa Youtube.

Ang sheet ng data ay matatagpuan sa

Ang isang magandang Makatuturo ay 74HC595-Shift-Rehistro-Ipinakita ng bweaver6, Gumagana ang rehistro ng 74HC595 shift upang sa bawat pag-ikot ng orasan, ang data sa 8 bit na rehistro ay inilipat kanan, at paglilipat sa halaga ng input pin sa kaliwang posisyon. Samakatuwid, dapat itong pakainin ng dalawang siklo ng orasan na 1 at pagkatapos ay dalawang cycle ng orasan na 0.

Ang data ay inilipat sa tumataas na gilid ng pulso ng orasan. Ang Henc flip-flop ay dapat magpalipat-lipat sa bumabagsak na gilid ng orasan, kaya't ang 74HC595 ay magkakaroon ng matatag na input ng data sa tumataas na gilid ng orasan.

Ang 74HC595 sa maaaring mag-wire tulad nito:

Pin 8 (GND) -> GND

Pin 16 (VCC) -> 5V Pin 14 (SER) -> Data sa Pin 12 (RCLK) -> Clock input Pin 11 (SRCLK) -> Clock input Pin 13 (OE) -> GND Pin 10 (SRCRL) -> Ang 5V Pins 15, at 1-3 ay maglalabas ng pattern upang himukin ang motor.

Ang pagkonekta sa RCLK at SRCLK ay nagsisiguro na ang pagrehistro ng data ng chip ay palaging naka-sync sa output register. Ang paglalagay ng Pin 13 sa lupa ay ginagawang nakikita ng nilalaman ng output register ang mga output pin (Q0 - Q7).

Ang 555 timer

Upang makabuo ng pulso ng orasan, maaaring magamit ang 555 timer chip. Ito rin ay isang tanyag na maliit na tilad, at higit na inilalarawan at tinalakay kaysa sa rehistro ng shift. Ang Wikipedia ay may magandang artikulo sa

Narito ang sheet ng data:

Ang maliit na tilad na ito ay maaaring, bukod sa iba pang mga bagay, maaaring makabuo ng square alon na pulso ng orasan. Ginagamit ang mga panlabas na resistor at capacitor upang makontrol ang dalas at cycle ng tungkulin (on-maliit na bahagi).

Kapag na-set up upang paulit-ulit na makabuo ng mga pulso, ang 555 chip ay sinasabing nasa mode na astable. Ginagawa ito sa pamamagitan ng pag-kable nito tulad ng larawan sa itaas. (larawan ni jbebeard [Public domain], sa pamamagitan ng Wikimedia Commons):

Pin 1 -> GND

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

Ang output ng Pin 3 ay konektado sa mga input ng orasan na pin (Pin 11 at Pin 12) ng rehistro ng shift na 74HC595.

Ang dalas ng output signal (at samakatuwid ang bilis ng step motor) ay natutukoy ng mga halaga ng risistor R1 at R2, at ang halaga ng capacitor C.

Ang oras ng pag-ikot ng T ay ln (2) C (R1 + 2 R2) o humigit-kumulang na 0.7 C (R1 + 2 R2). Ang dalas ay 1 / T.

Ang cycle ng tungkulin, ang maliit na bahagi ng oras ng pag-ikot na ang signal ay mataas, ay (R1 + R2) / (R1 + 2R2). Ang cycle ng tungkulin ay hindi masyadong mahalaga para sa proyektong ito.

Gumagamit ako ng 10kΩ, para sa parehong R1 at R2, at C = 0.1µF.

Nagbibigay ito ng dalas ng halos 480Hz, at malapit sa maximum na dalas na nalaman ko na ang hakbang na motor ay maaaring hawakan nang hindi tumitigil.

Upang mabuo ang 1100 na shifted, paulit-ulit na pattern mula sa 74HC595, pin 14 (SER) ay dapat panatilihing mataas para sa dalawang mga cycle ng orasan, at pagkatapos ay mababa para sa dalawang mga pag-ikot ng orasan nang paulit-ulit. Iyon ay, ang pin ay dapat na mag-oscillate na may kalahating dalas ng orasan.

Ang 74HC393 dual binary ripple counter

Ang bilang ng 74HC393 sa binary, at nangangahulugan din ito na maaari itong magamit upang hatiin ang mga frequency ng pulso ng mga kapangyarihan ng dalawa, Narito ang sheet ng data:

Ang 74HC393 ay dalawahan, mayroon itong isang 4 bit na counter sa bawat panig.

Sa pagbagsak ng gilid ng pulso ng orasan, ang unang output pin ay nagpapalipat-lipat sa at patayin. Samakatuwid, ang output pin isa ay mag-oscillate na may kalahati ng dalas ng input na orasan. Sa bumabagsak na gilid ng output pin isa, output pin ng dalawang toggle on at off. At iba pa para sa lahat ng apat na output pin. Kailan man patayin ang pin n, i-pin n + 1 ang mga toggle.

Ang pin n + 1 ay nagbabago ng kalahati nang madalas tulad ng pin n. Ito ay pagbilang ng binary. Ang counter ay maaaring bilangin sa 15 (lahat ng apat na piraso 1) bago ito magsimula sa zero muli. Kung ang huling output pin ng counter 1 ay konektado bilang isang orasan sa counter 2, maaari itong bilangin sa 255 (8 bits).

Upang lumikha ng isang pulso na may kalahati ng dalas ng input na orasan, ang output pin 1 lamang ang kinakailangan. Iyon ay, nagbibilang lamang mula zero hanggang isa.

Kaya, kung ang pagbibilang ay ginagawa ng pulso ng orasan mula sa 555, ang pin sa counter ng 74HC393 na kumakatawan sa bit 2, ay makikilos na may kalahati ng dalas ng orasan. Samakatuwid ito ay maaaring konektado sa SER pin ng 74HC595 shift register, upang mabuo ito ng nais na pattern.

Ang mga kable ng 74HC393 binary counter ay dapat na:

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

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

Hakbang 3: Patakbuhin Ito

Maaari na nating patakbuhin ang motor, Kung ang Pins 0-3 ng 74HC595 ay konektado sa Pins 1-4 ng ULN2003 board ayon sa pagkakabanggit.

Sa ngayon, palitan ang 0.1µF capacitor sa Pin 6 ng 555 timer na may 10µF. Gagawin nito ang ikot ng orasan na daang beses na mas mahaba, at makikita ng isa kung ano ang nangyayari.

Ang mga LED sa mga board na ULN2003 ay maaaring gamitin para dito. I-unplug ang motor mula sa board ng ULN2003. Ikonekta ang Pins 1 hanggang 4 ng board sa output QA-QD (mga pin 7, 9, 10 at 11) ng 74HC595. Ikonekta ang - at + ng board ng ULN2003 sa lupa at 5V. Kung ang kapangyarihan ay nakabukas, dapat mong makita ang nais na pattern sa mga LED.

Kung nais mong makita kung ano ang nangyayari sa 74HC393 binary counter, kumonekta sa mga pin na 3-6 ng isa sa halip.

Kung ang pattern ay mukhang tama, i-power down, palitan ang capacitor ng 0.1µF muli, ikonekta ang mga input pin na 1 - 4 ng ULN2003 board sa mga output pin na QA - QD ng 74HC595, at isaksak muli ang motor.

Sa pag-on ng kuryente, dapat na tumakbo ang motor.

Hakbang 4: Pagkontrol sa Bilis

Ang bilis ng step motor ay pinamamahalaan ng dalas ng output ng 555 timer. Muli, ito ay pinamamahalaan ng mga halaga ng mga resistors R1 at R2 at ang capacitor C1 ay konektado dito. Sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang 100kΩ potentiometer sa serye na may R2, ang dalas ay maaaring nasa pagitan ng 480Hz at 63Hz. Ang mga hakbang pr. pangalawa ng motor, magiging kalahati ng 555 na dalas ng timer.

Gumamit ako ng isang DS1809-100 digital potentiometer, na ginawa para sa paggamit ng push button. Ang mga pindutan ng push na kumokonekta sa pin 2 (UC) at Pin 7 (DC) sa 5V ay gumagawa ng pagtaas / pagbaba ng paglaban sa pagitan ng mga RH (Pin 1) o RL (Pin 4) na mga terminal, at ang wiper Pin 6 (RW). Ang paghawak ng isang pindutan nang higit sa isang segundo, ginagawang awtomatikong ulitin ang pindutan.

Ang datasheet ay matatagpuan dito:

Ang mga kable ay ganito:

Hindi nagamit ang Pin 1 (RH)

Pin 2 (UC) -> tactile button 1 Pin 3 (STR) -> GND Pin 4 (RL) -> 555 Pin 2 Pin 5 -> GND Pin 6 (RW) -> 10kΩ -> 555 pin 7 Pin 7 (DC) -> pindutan ng pandamdam 2 Pin 8 -> 5V

Ang mga kable para sa tactile button 1:

Pin 1/2 -> DS1809 Pin 2

I-pin ang 3/4 -> 5V

Ang mga kable para sa tactile button 2:

Pin 1/2 -> DS1809 Pin 7

I-pin ang 3/4 -> 5V

Ngayon, ang bilis ay maaaring makontrol.

Hakbang 5: Magsimula / Huminto

Upang simulan at ihinto ang stepper motor, ang Pin 4 (ang Reset pin) ng 555 timer ay maaaring magamit. Kung ito ay hinila pababa, walang output pulses mula sa Pin 3.

Gagamitin ang isang pindutan ng pandamdam upang i-toggle ang pagsisimula at pagtigil. Ang pagpindot sa pindutan nang isang beses, dapat simulan ang motor, snd pindutin muli ito, dapat ihinto ito. Upang makuha ang pag-uugaling ito, kinakailangan ng isang flip-flop. Ngunit ang 74HC393 na mayroon na, maaari ring magamit. Ang 74HC393 ay may dalawang bahagi, at isang kalahati lamang ang ginamit bilang isang divider ng dalas para sa pulso ng orasan.

Dahil ang binary counter ay talagang isang set lamang ng toggling flip-flop sa serye, ang unang flip-flop ng iba pang bahagi ay maaaring magamit. Sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang pindutan ng pandamdam tulad ng Pin 13 (2CLK) ay mababa kapag pinindot ang pindutan, at mataas kung hindi, ang 12 ay magpalipat-lipat sa bawat mababa. Ang pagkonekta sa Pin 12 hanggang Pin 4 ng 555, ay magsisimula at ititigil ang output nito, at samakatuwid ang motor.

Ang mga pindutan ng madaling galaw ay medyo nakakalito, dahil ang mga ito ay mekanikal. Maaari silang 'bounce', iyon ay maaari silang magpadala ng maraming signal sa bawat push. Ang pagkonekta ng isang 0.1 µF capacitor sa ibabaw ng pindutan, tumutulong na maiwasan ito.

Kaya't isang pindutan ng pandamdam (idinagdag ang pindutan 3, at ang koneksyon sa Pin 4 ng 555 ay binago.

Ang mga kable ng pindutan:

Pin 1/2 -> 10kΩ -> 5V

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

Ang mga sumusunod na pagbabago ay ginawa sa 555:

Pin 4 (I-reset) -> 74HC393 Pin 11 (2QA)

Ang pindutan ng 3 ay dapat na gumana ngayon bilang isang pagsisimula / paghinto ng toggle.

Tandaan na ang isang motor ay tumigil sa ganitong paraan, gugugol pa rin ng kuryente.

Hakbang 6: Pagkontrol sa Direksyon

Upang makontrol ang direksyon ng motor, kailangan ng isa pang pindutan ng push, at pagkatapos ay isa pang flip-flop. Gayunpaman, manloloko ako, sa pamamagitan ng paggamit ng susunod na flip-flop ng 74HC393, pagkatapos ng on / off flip-flop, at ang on / off button.

Kapag ang direksyon ng pin (Pin 2QA) ay bumaba, ang susunod na pin (Pin 2QB) ay na-toggle. Samakatuwid paulit-ulit na pagtulak ang pindutan ng push ay magreresulta sa OFF - ON FORWARDS - OFF - ON BACKWARDS - OFF - ON FORWARDS atbp.

Upang patakbuhin ang motor, ang pattern na pinakain sa ULN2003 ay dapat na baligtarin. Maaaring gawin iyon sa isang bi-directional shift register, ngunit wala ako. Ang 74HC595 ay hindi bi-directional.

Gayunpaman, natagpuan ko na maaari kong gamitin ang aking 74HC241 octal buffer. Ang buffer na ito ay may dalawang bahagi ng 4 na bit, na may magkakahiwalay na OE (output paganahin) mga pin. Kinokontrol ng unang OE pin ang apat na unang output pin, at ang pangalawa sa huling apat na output pin. Kapag ang OE ay nasa mga output pin ay may parehong halaga tulad ng kaukulang mga input pin, at kapag ito ay naka-off, ang mga output pin ay nasa mataas na estado ng impedance, na parang hindi sila konektado. Dagdag dito, ang isa sa mga pin ng OE ay aktibo na mababa, at ang iba pa ay aktibo na mataas, kaya't kapag nagkokonekta sa kanila, kalahati lamang ng buffer ang magiging aktibo sa oras na iyon.

Kaya, para sa parehong input, ang isang kalahati ng buffer ay maaaring magmaneho ng motor pasulong, at ang isa paatras paatras. Aling kalahati ang nagiging aktibo, nakasalalay sa halaga ng mga pin ng OE.

Ang sheet ng data para sa 74HC241 ay matatagpuan sa

Ang mga kable ay maaaring maging ganito:

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) -> 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

Ngayon, ang mga kable ay dapat na nakumpleto sa pamamagitan lamang ng pag-power up ng 5V. Siguraduhin na ang supply ng kuryente ay maaaring makapaghatid ng sapat na kasalukuyang upang himukin ang parehong motor at mga circuit.

Hakbang 7: Mga Konklusyon

Ang hakbang na motor ay maaaring makontrol nang walang microcontroller.

Ang mga IC na ginamit dito, ay ang ilan na mayroon ako mula dati. Karamihan sa kanila ay hindi pinakamainam para dito, at maraming mga kahalili ang maaaring magamit.

• Upang makabuo ng mga pulso, ang 555 timer chip ay isang magandang chice, ngunit maraming mga kahalili ang mayroon, hal. Ang inilarawan sa Instructable na ito.
• Para sa control ng bilis, maaaring magamit ang anumang potentiometer, hindi lamang isang digital. Kung mayroon kang isang 10kΩ potentiometer, sa halip na isang 100kΩ, ang 10kΩ resistors ay maaaring mapalitan ng 1KΩ, at ang 0.1 µF capacitor na may 1µF capacitor (hatiin ang lahat ng resistors at i-multiply ang capacitor na may parehong numero upang mapanatili ang tiyempo).
• Gumagamit ng isang bidirectional shift register, hal. ang 74HC194 ay gagawing mas madali ang kontrol sa direksyon.
• Para sa control button, ang 74HC393 ay maaaring mapalitan ng isang flip-flop, hal. 74HC73. Ang 555 ay maaari ring wired upang kumilos bilang isang toggle.