رانندگی استپر موتور بدون میکروکنترلر .: 7 قدم

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

در این دستورالعمل ، من یک موتور 28 مرحله ای 28-BYJ-48 ، با یک برد آرایه UNL2003 دارلینگتون ، که گاهی اوقات x113647 نامیده می شود ، بدون میکرو کنترلر رانندگی می کنم.

شروع/توقف ، جلو/عقب و کنترل سرعت خواهد داشت.

این موتور یک موتور پله تک قطبی با 2048 مرحله در هر دور در حالت تمام مرحله است. برگه داده موتور در https://robocraft.ru/files/datasheet/28BYJ-48.pdf یافت می شود

این دو دستگاه را می توان با هم از چندین فروشنده خریداری کرد. من خودم را از kjell.com گرفتم

آن را بینگ کنید یا در گوگل جستجو کنید تا فروشنده ای در نزدیکی شما پیدا کند.

ابتدا برخی مراحل و قسمت های مورد نیاز برای اجرا را طی می کنم ، و سپس برخی مراحل و قسمت ها را برای کنترل بیشتر اضافه می کنم.

باید به شما هشدار داده شود که قطعاتی که من استفاده می کنم ، قطعاتی هستند که به طور تصادفی در صندوق گنج من وجود دارد و لزوماً قطعاتی نیستند که برای این منظور مناسب هستند.

همچنین ، باید به شما هشدار داده شود که این اولین دستورالعمل آموزشی من است و من در زمینه لوازم الکترونیکی کاملاً جدید هستم.

لطفاً اگر فکر می کنید من کاری را انجام داده ام که نباید انجام دهم ، یا اگر پیشنهادی برای بهبود ، یا پیشنهادی برای قطعات مناسب تر دارید ، لطفاً نظرات را اضافه کنید.

مرحله 1: لیست قسمت ها

قطعات مورد استفاده برای این پروژه عبارتند از

• تخته نان
• موتور پله ای 28byj-48
• برد ULN2003 آرایه ترانزیستور دارلینگتون (x113647)
• رجیستر شیفت 74HC595
• 74HC393 شمارنده موج دار دودویی
• پتانسیومتر دیجیتال DS1809-100 Dallastat
• بافر هشت ضلعی 74HC241
• 3 - دکمه های لمسی
• مقاومت 3 × 10kΩ
• خازنهای سرامیکی 2 × 0.1µF
• 1 × 0.01 µF خازن سرامیکی
• سیم های اتصال
• منبع تغذیه 5 ولت

مرحله 2: قسمتهای اصلی

رجیستر شیفت 74HC595

موتور با دادن مکرر چهار پین ورودی برد UNL2003 به این ترتیب حرکت می کند:

1100-0110-0011-1001

این باعث می شود موتور در چیزی که حالت کامل گام نامیده می شود حرکت کند. الگوی 1100 بارها و بارها به سمت راست جابجا می شود. این نشان می دهد که یک ثبت نام شیفت وجود دارد. نحوه عملکرد یک شیفت رجیستر به این صورت است که در هر چرخه ساعت ، بیت های ثبات یک مکان به راست منتقل می شوند و مقدار پین ورودی در آن زمان را به سمت چپ بیت تغییر می دهند. بنابراین ، باید با دو چرخه ساعت 1 و سپس دو چرخه ساعت 0 تغذیه شود تا الگوی غواصی موتور ایجاد شود.

برای تولید سیگنال های ساعت ، به یک نوسان ساز نیاز است ، که یک سری ثابت از پالس ها را ترجیحاً یک موج مربعی تمیز تولید می کند. این پایه تغییر شکل سیگنال ها به موتور را تشکیل می دهد.

برای تولید "دو چرخه یک و سپس دو چرخه 0" ، از فلیپ فلاپ ها استفاده می شود.

من یک رجیستر شیفت 74HC595 دارم. این یک تراشه بسیار محبوب است که در دستورالعمل های متعدد و ویدیوهای Youtube شرح داده شده است.

برگه اطلاعات را می توانید در https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc595.pdf پیدا کنید

یک دستورالعمل خوب 74HC595-Shift-Register-Demistified by bweaver6 است ،

تغییر ثبت کننده 74HC595 به گونه ای عمل می کند که در هر چرخه ساعت ، داده ها در ثبات 8 بیتی آن به راست منتقل شده و در مقدار پین ورودی در سمت چپ موقعیت تغییر می کند. بنابراین ، باید با دو چرخه ساعت 1 و سپس دو چرخه ساعت 0 تغذیه شود.

داده ها در لبه بالایی پالس ساعت جابجا می شوند. Hip فلیپ فلاپ باید در لبه در حال سقوط ساعت بچرخد ، بنابراین 74HC595 دارای ورودی داده پایدار در لبه ساعت در حال افزایش است.

74HC595 را می توان به صورت زیر سیم کشی کرد:

پین 8 (GND) -> GND

پین 16 (VCC) -> 5V پین 14 (SER) -> داده ها در پین 12 (RCLK) -> پین ورودی ساعت 11 (SRCLK) -> پین ورودی ساعت 13 (OE) -> پین GND 10 (SRCRL) -> پین های 5 ولت 15 و 1-3 الگوی خروجی موتور را تولید می کند.

اتصال RCLK و SRCLK تضمین می کند که ثبت داده تراشه همیشه با ثبات خروجی همگام باشد. قرار دادن پین 13 روی زمین باعث می شود محتوای ثبت خروجی بلافاصله برای پین های خروجی (Q0 - Q7) قابل مشاهده باشد.

تایمر 555

برای تولید پالس ساعت می توان از تراشه تایمر 555 استفاده کرد. این تراشه نیز بسیار محبوب است و حتی بیشتر از شیفت رجیستر توصیف و بحث می شود. ویکی پدیا مقاله زیبایی در https://fa.wikipedia.org/wiki/555_timer_IC دارد.

برگه اطلاعات در اینجا است:

این تراشه می تواند ، در میان چیزهای دیگر ، پالس ساعت موج مربعی ایجاد کند. مقاومتها و خازنهای خارجی برای کنترل فرکانس و چرخه کار (در کسر) استفاده می شود.

گفته می شود که تراشه 555 وقتی به طور مکرر پالس تولید می کند ، در حالت ایستا قرار دارد. این کار با سیم کشی مانند تصویر بالا انجام می شود. (تصویر jjbeard [حوزه عمومی] ، از طریق ویکی مدیا):

پین 1 -> GND

پین 2 -> R1 (10kΩ) -> پین 7 پین 2 -> پین 6 پین 3 پین 4 خروجی است (تنظیم مجدد) -> پین 5 ولت 5 -> 0.01µF -> پین GND 6 -> 0.1µF -> پین GND 7 -> R2 (10kΩ) -> 5V پین 8 -> 5V

خروجی پین 3 به پین های ساعت ورودی (پین 11 و پین 12) رجیستر شیفت 74HC595 متصل می شود.

فرکانس سیگنال خروجی (و در نتیجه سرعت موتور گام) با مقادیر مقاومت R1 و R2 و مقدار خازن C تعیین می شود.

زمان چرخه T ln (2) C (R1 + 2 R2) یا تقریبا 0.7 C (R1 + 2 R2) خواهد بود. فرکانس 1/T است.

چرخه وظیفه ، کسری از زمان چرخه که سیگنال زیاد است ، (R1 + R2) / (R1 + 2R2) است. چرخه وظیفه برای این پروژه بسیار مهم نیست.

من از 10kΩ برای R1 و R2 و C = 0.1µF استفاده می کنم.

این فرکانس حدود 480 هرتز را ارائه می دهد و نزدیک به حداکثر فرکانسی است که متوجه شدم موتور گام می تواند بدون توقف کار کند.

برای ایجاد الگوی 1100 جابجا شده و تکرار شده از 74HC595 ، پین 14 (SER) باید برای دو چرخه ساعت بالا نگه داشته شود و سپس برای دو سیکل ساعت به طور مکرر کم باشد. یعنی پین باید با نصف فرکانس ساعت نوسان کند.

شمارنده موج دار دوتایی 74HC393

74HC393 به صورت باینری شمارش می شود و این بدان معناست که می توان از آن برای تقسیم فرکانس های پالس بر توان دو استفاده کرد ،

برگه اطلاعات آن در اینجا است:

74HC393 دوگانه است ، دارای یک شمارنده 4 بیتی در هر طرف است.

در لبه در حال سقوط پالس ساعت ، اولین پین خروجی روشن و خاموش می شود. بنابراین ، پین خروجی یک با نصف فرکانس ساعت ورودی نوسان می کند. در لبه پایین پین خروجی یک ، پین خروجی دو روشن و خاموش می شود. و به همین ترتیب برای هر چهار پین خروجی. هرگاه پین n خاموش شد ، پین n+1 تغییر حالت می دهد.

پین n+1 نصف پین n تغییر می کند. این شمارش دودویی است. پیش از شروع مجدد صفر ، شمارنده می تواند تا 15 (هر چهار بیت 1) بشمارد. اگر آخرین پین خروجی شمارنده 1 به عنوان ساعت به شمارنده 2 متصل شود ، ممکن است تا 255 (8 بیت) در حال شمارش باشد.

برای ایجاد یک پالس با نصف فرکانس ساعت ورودی ، فقط پین خروجی 1 مورد نیاز است. یعنی فقط از صفر تا یک بشمارید.

بنابراین ، اگر شمارش توسط پالس ساعت از 555 انجام شود ، پین روی شمارنده 74HC393 که بیت 2 را نشان می دهد ، با نصف فرکانس ساعت نوسان می کند. از این رو می توان آن را به پین SER ثبت نام شیفت 74HC595 متصل کرد تا این الگوی مورد نظر را ایجاد کند.

سیم کشی شمارنده باینری 74HC393 باید به شرح زیر باشد:

پین 1 (1CLK) -> 74HC595 پین 11 ، 12 و 555 پین 3

پین 2 (1CLR) -> پین GND 4 (1QB) -> 74HC595 پین 14 پین 7 (GND) -> پین GND 14 (VCC) -> پین 5 ولت 13 (2CLK) -> GND (استفاده نمی شود) پین 12 (2CLR) -> 5V (استفاده نمی شود)

مرحله 3: آن را اجرا کنید

اگر پینهای 0-3 شماره 74HC595 به ترتیب به پینهای 1-4 برد ULN2003 متصل شوند ، می توانیم موتور را فعال کنیم.

در حال حاضر ، خازن 0.1μF را در پین 6 تایمر 555 با 10μF جایگزین کنید. این باعث می شود چرخه ساعت صد برابر طولانی تر شود و فرد بتواند ببیند چه اتفاقی می افتد.

برای این کار می توان از LED های روی بردهای ULN2003 استفاده کرد. موتور را از برد ULN2003 جدا کنید. پین های 1 تا 4 برد را به QA-QD خروجی (پایه های 7 ، 9 ، 10 و 11) 74HC595 وصل کنید. - و + برد برد ULN2003 را به زمین و 5 ولت وصل کنید. اگر برق روشن است ، باید الگوی مورد نظر را روی LED ها ببینید.

اگر می خواهید ببینید که در شمارنده دوتایی 74HC393 چه می گذرد ، به جای آن به پین های 3-6 آن اتصال دهید.

اگر الگو درست به نظر می رسد ، خاموش کنید ، دوباره خازن را با 0.1µF جایگزین کنید ، پین های ورودی 1 - 4 برد ULN2003 را به پین های خروجی QA - QD 74HC595 وصل کرده و دوباره موتور را وصل کنید.

با روشن بودن موتور ، موتور باید کار کند.

مرحله 4: کنترل سرعت

سرعت موتور گام بر اساس فرکانس خروجی تایمر 555 تنظیم می شود. این امر دوباره توسط مقادیر مقاومت R1 و R2 و خازن C1 متصل به آن تنظیم می شود. با اتصال پتانسیومتر 100kΩ به صورت سری با R2 ، فرکانس ممکن است بین 480Hz تا 63Hz باشد. مراحل روابط عمومی دوم موتور ، نصف فرکانس تایمر 555 خواهد بود.

من از پتانسیومتر دیجیتالی DS1809-100 استفاده کردم که برای استفاده از دکمه ها ساخته شده است. فشردن دکمه های اتصال پین 2 (UC) و پین 7 (DC) به 5V باعث افزایش/کاهش مقاومت بین پایانه های RH (پین 1) یا RL (پین 4) و پین برف پاک کن 6 (RW) می شود. نگه داشتن یک دکمه برای بیش از یک ثانیه باعث می شود دکمه به صورت خودکار تکرار شود.

برگه داده را می توانید در اینجا پیدا کنید:

سیم کشی به شرح زیر است:

پین 1 (RH) استفاده نشده است

پین 2 (UC) -> دکمه لمسی 1 پین 3 (STR) -> GND پین 4 (RL) -> 555 پین 2 پین 5 -> GND پین 6 (RW) -> 10kΩ -> 555 پین 7 پین 7 (DC) -> دکمه لمسی 2 پین 8 -> 5 ولت

سیم کشی دکمه لمسی 1:

پین 1/2 -> DS1809 پین 2

پین 3/4 -> 5V

سیم کشی دکمه لمسی 2:

پین 1/2 -> DS1809 پین 7

پین 3/4 -> 5V

اکنون می توان سرعت را تنظیم کرد.

مرحله 5: شروع / توقف

برای راه اندازی و توقف موتور پله ای ، می توان از پین 4 (پین بازنشانی) تایمر 555 استفاده کرد. اگر این مقدار پایین کشیده شود ، هیچ پالس خروجی از پین 3 وجود نخواهد داشت.

یک دکمه لمسی برای جابجایی شروع و توقف استفاده می شود. دکمه را یکبار فشار دهید ، باید موتور را روشن کنید ، دوباره فشار دهید و آن را متوقف کنید. برای به دست آوردن این رفتار ، یک فلیپ فلاپ مورد نیاز است. اما 74HC393 موجود در آن نیز قابل استفاده است. 74HC393 دارای دو قسمت است و تنها از یک نیمه آن به عنوان تقسیم فرکانس برای پالس ساعت استفاده می شود.

از آنجا که شمارنده دودویی در واقع فقط مجموعه ای از فلیپ فلاپ های در حال تغییر است ، می توان از اولین فلیپ فلاپ قسمت دیگر استفاده کرد. با اتصال یک دکمه لمسی به گونه ای که پین 13 (2CLK) در زمان فشار دادن دکمه کم است و اگر اینطور نباشد ، پین 12 در هر قسمت پایین تغییر حالت می دهد. اتصال پین 12 به پین 4 555 ، خروجی آن را شروع و متوقف می کند ، و بنابراین موتور.

دکمه های لمسی کمی پیچیده هستند ، زیرا مکانیکی هستند. آنها ممکن است "پرش" کنند ، یعنی ممکن است در هر فشار سیگنال های متعددی ارسال کنند. اتصال یک خازن 0.1 µF بر روی دکمه ، از این امر جلوگیری می کند.

بنابراین یک دکمه لمسی (دکمه 3 اضافه می شود و اتصال به پین 4 555 تغییر می کند.

سیم کشی دکمه:

پین 1/2 -> 10kΩ -> 5V

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

تغییرات زیر در 555 اعمال می شود:

پین 4 (بازنشانی) -> 74HC393 پین 11 (2QA)

دکمه 3 اکنون باید به عنوان ضامن شروع/توقف کار کند.

توجه داشته باشید که موتور با این روش متوقف می شود ، اما همچنان برق مصرف می کند.

مرحله 6: کنترل جهت

برای کنترل جهت موتور ، یک دکمه دیگر و سپس یک فلیپ فلاپ دیگر لازم است. با این حال ، من با استفاده از فلیپ فلاپ بعدی 74HC393 ، پس از فلیپ فلاپ روشن/خاموش و دکمه روشن/خاموش تقلب می کنم.

هنگامی که پین جهت (پین 2QA) پایین می رود ، پین بعدی (پین 2QB) ضامن می شود. بنابراین فشار مکرر دکمه فشاری منجر به خاموش - ON FORWARDS - OFF - ON BACKWARDS - OFF - ON FORWARDS و غیره می شود.

برای اینکه موتور به عقب حرکت کند ، الگوی تغذیه شده با ULN2003 باید معکوس شود. این ممکن است با یک ثبت تغییر جهت دو طرفه انجام شود ، اما من آن را ندارم. 74HC595 دو جهته نیست.

با این حال ، متوجه شدم که می توانم از بافر هشت ضلعی 74HC241 خود استفاده کنم. این بافر دارای دو قسمت 4 بیتی است که دارای پین های جداگانه OE (خروجی فعال) می باشد. اولین پین OE چهار پین خروجی اول و دومین چهار پین خروجی آخر را کنترل می کند. هنگامی که OE روی پین های خروجی قرار دارد ، دارای ارزش یکسانی با پین های ورودی مربوطه است و هنگامی که خاموش است ، پین های خروجی در حالت امپدانس بالا قرار می گیرند ، گویی که وصل نشده باشند. علاوه بر این ، یکی از پین های OE کم و دیگری فعال است ، بنابراین هنگام اتصال آنها به یکدیگر ، فقط نیمی از بافر در آن زمان فعال خواهد بود.

بنابراین ، برای ورودی یکسان ، نیمی از بافر می تواند موتور را به جلو و نیمی دیگر را به عقب حرکت دهد. بستگی به مقدار پین های OE دارد که کدام نیمه فعال است.

برگه اطلاعات 74HC241 در https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54hc241.pdf موجود است.

سیم کشی می تواند به این شکل باشد:

پین 1 (1OE) -> 74HC293 پین 10 (2QB)

پین 2 (1A1) -> 74HC595 پین 15 پین 3 (1Y4) -> ULN2003 پین 1 پین 4 (1A2) -> 74HC595 پین 1 پین 5 (1Y3) -> ULN2003 پین 2 پین 6 (1A3) -> 74HC595 پین 2 پین 7 (1Y2) -> ULN2003 پین 3 پین 8 (1A4) -> 74HC595 پین 3 پین 9 (1Y1) -> ULN2003 پین 4 پین 10 (GND) -> پین زمین 11 (2A1) -> پین 2 (1A1) پین 12 (1Y4) -> پین 9 (2Y1) پین 13 (2A2) -> پین 4 (1A2) پین 14 (1Y3) -> پین 7 (2Y2) پین 15 (2A3) -> پین 6 (1A3) پین 16 (1Y2) -> پین 5 (2Y3) پین 17 (2A3) -> پین 8 (1A4) پین 18 (1Y2) -> پین 3 (2Y4) پین 19 (2OE) -> پین 1 (1OE) پین 20 (VCC) -> 5 ولت

اکنون ، سیم کشی باید فقط با تغذیه 5 ولت تکمیل شود. مطمئن شوید که منبع تغذیه می تواند جریان کافی را برای حرکت موتور و مدارها ارائه دهد.

مرحله 7: نتیجه گیری

موتور گام ممکن است بدون میکروکنترلر کنترل شود.

IC های مورد استفاده در اینجا ، برخی از مواردی بودند که قبلاً داشتم. اکثر آنها برای این کار مطلوب نیستند و می توان از چندین جایگزین استفاده کرد.

• برای تولید پالس ، تراشه تایمر 555 یک تکه خوب است ، اما چندین جایگزین وجود دارد ، به عنوان مثال آنچه در این دستورالعمل توضیح داده شده است.
• برای کنترل سرعت می توان از هر پتانسیومتری استفاده کرد ، نه تنها از دستگاه دیجیتال. اگر پتانسیومتر 10kΩ دارید و نه 100kΩ ، مقاومتهای 10kΩ را می توانید با 1KΩ و خازن 0.1μF را با خازن 1µF جایگزین کنید (همه مقاومت ها را تقسیم کرده و برای حفظ زمان ، خازن را با یک عدد ضرب کنید).
• با استفاده از یک شیفت ثبت دو طرفه ، به عنوان مثال 74HC194 کنترل جهت را آسان تر می کند.
• برای کنترل دکمه ، 74HC393 را می توان با یک فلیپ فلاپ جایگزین کرد ، به عنوان مثال. 74HC73. 555 همچنین ممکن است به صورت ضامن دار سیم کشی شود.