Lái động cơ bước mà không cần vi điều khiển.: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Trong phần Có thể hướng dẫn này, tôi sẽ lái động cơ 28-BYJ-48 bước, với bảng mạch mảng darlington UNL2003, đôi khi được đặt tên là x113647, không có bộ điều khiển vi mô.

Nó sẽ có khởi động / dừng, tiến / lùi và kiểm soát tốc độ.

Động cơ là động cơ bước đơn cực với 2048 bước mỗi vòng quay ở chế độ bước đầy đủ. Bảng dữ liệu cho động cơ được tìm thấy tại

Hai thiết bị có thể được mua cùng nhau từ một số nhà cung cấp. Tôi nhận được của tôi từ kjell.com

Bing nó hoặc google nó để tìm một nhà cung cấp gần bạn.

Đầu tiên tôi sẽ đi qua một số bước và các phần cần thiết để nó chạy, sau đó thêm một số bước và bộ phận để kiểm soát nhiều hơn.

Bạn nên được cảnh báo rằng các bộ phận mà tôi sử dụng, là những bộ phận mà tôi tình cờ có được trong rương kho báu của mình, và không nhất thiết phải là những bộ phận phù hợp nhất với mục đích.

Ngoài ra, bạn nên được cảnh báo, rằng đây là sản phẩm có thể hướng dẫn đầu tiên của tôi và tôi còn khá mới đối với thiết bị điện tử.

Vui lòng thêm nhận xét nếu bạn nghĩ rằng tôi đã làm điều gì đó mà tôi không nên làm hoặc nếu bạn có đề xuất cải tiến, hoặc đề xuất cho các bộ phận phù hợp hơn.

Bước 1: Danh sách bộ phận

Các bộ phận được sử dụng cho dự án này là

• Breadboard
• Động cơ bước 28byj-48
• Bo mạch mảng bán dẫn Darlington ULN2003 (x113647)
• Thanh ghi ca 74HC595
• Bộ đếm gợn sóng nhị phân 74HC393
• Chiết áp kỹ thuật số Dallastat DS1809-100
• Bộ đệm bát phân 74HC241
• 3 nút xúc giác
• Điện trở 3 × 10kΩ
• Tụ gốm 2 × 0,1µF
• Tụ gốm 1 × 0,01 µF
• Dây kết nối
• Nguồn điện 5V

Bước 2: Các bộ phận chính

Thanh ghi ca 74HC595

Động cơ được di chuyển bằng cách liên tục đưa ra bốn chân đầu vào của bảng UNL2003 theo trình tự sau:

1100-0110-0011-1001

Điều này sẽ điều khiển động cơ ở chế độ được gọi là chế độ đầy đủ. Mẫu 1100 được dịch chuyển nhiều lần sang phải. Điều này gợi ý một thanh ghi thay đổi. Cách thức hoạt động của thanh ghi shift là, tại mỗi chu kỳ xung nhịp, các bit trong thanh ghi dịch chuyển sang phải một chỗ, thay thế bit ngoài cùng bên trái bằng giá trị của chân đầu vào tại thời điểm đó. Do đó, nó sẽ được cung cấp với hai chu kỳ đồng hồ là 1 và sau đó là hai chu kỳ đồng hồ là 0 để tạo ra mô hình lặn cho động cơ.

Để tạo ra các tín hiệu đồng hồ, một bộ dao động là cần thiết, tạo ra một chuỗi xung ổn định, tốt nhất là một sóng vuông sạch. Điều này sẽ tạo thành cơ sở của tín hiệu chuyển dịch đến động cơ.

Để tạo ra "hai chu kỳ của một và sau đó là hai chu kỳ của 0", flip-flops được sử dụng.

Tôi có sổ đăng ký ca 74HC595. Đây là một con chip rất phổ biến, được mô tả trong nhiều Video hướng dẫn và Youtube.

Có thể tìm thấy bảng dữ liệu tại

Một tính năng có thể hướng dẫn tốt là 74HC595-Shift-Register-Demistified bởi bweaver6, Thanh ghi dịch chuyển 74HC595 hoạt động để tại mỗi chu kỳ xung nhịp, dữ liệu trong thanh ghi 8 bit của nó được dịch chuyển sang phải và dịch chuyển giá trị của chân đầu vào ở vị trí ngoài cùng bên trái. Do đó, nó sẽ được cung cấp với hai chu kỳ đồng hồ là 1 và sau đó là hai chu kỳ đồng hồ là 0.

Dữ liệu được dịch chuyển ở cạnh lên của xung đồng hồ. Henc flip-flop nên chuyển đổi ở cạnh xuống của đồng hồ, vì vậy 74HC595 sẽ có đầu vào dữ liệu ổn định ở cạnh đồng hồ tăng.

74HC595 in có thể được kết nối như thế này:

Chân 8 (GND) -> GND

Chân 16 (VCC) -> Chân 5V 14 (SER) -> Dữ liệu ở Chân 12 (RCLK) -> Chân đầu vào đồng hồ 11 (SRCLK) -> Chân đầu vào đồng hồ 13 (OE) -> Chân GND 10 (SRCRL) -> Chân 5V 15 và 1-3 sẽ xuất ra mẫu để điều khiển động cơ.

Kết nối RCLK và SRCLK đảm bảo rằng thanh ghi dữ liệu chip luôn đồng bộ với thanh ghi đầu ra. Đặt chân 13 xuống đất làm cho nội dung của thanh ghi đầu ra hiển thị ngay lập tức đối với các chân đầu ra (Q0 - Q7).

Bộ đếm thời gian 555

Để tạo xung nhịp, có thể sử dụng chip hẹn giờ 555. Đây cũng là một chip rất phổ biến, và thậm chí còn được mô tả và thảo luận nhiều hơn cả thanh ghi dịch chuyển. Wikipedia có một bài viết hay tại

Bảng dữ liệu ở đây:

Con chip này, trong số những thứ khác, có thể tạo ra xung đồng hồ sóng vuông. Điện trở và tụ điện bên ngoài được sử dụng để điều khiển tần số và chu kỳ làm việc (phần trên).

Khi được thiết lập để tạo xung liên tục, chip 555 được cho là ở chế độ ổn định. Điều này được thực hiện bằng cách đấu dây như trong hình trên. (ảnh của jjbeard [Miền công cộng], qua Wikimedia Commons):

Ghim 1 -> GND

Chân 2 -> R1 (10kΩ) -> Chân 7 Chân 2 -> Chân 6 Chân 3 là ngõ ra Chân 4 (reset) -> Chân 5V 5 -> 0,01µF -> Chân GND 6 -> 0,1µF -> Chân GND 7 -> R2 (10kΩ) -> 5V Chân 8 -> 5V

Đầu ra của Chân 3 sẽ được kết nối với các chân xung nhịp đầu vào (Chân 11 và Chân 12) của thanh ghi dịch chuyển 74HC595.

Tần số của tín hiệu đầu ra (và do đó là tốc độ của động cơ bước) được xác định bởi các giá trị của điện trở R1 và R2 và giá trị của tụ điện C.

Thời gian chu kỳ T sẽ là ln (2) C (R1 + 2 R2) hoặc xấp xỉ 0,7 C (R1 + 2 R2). Tần số là 1 / T.

Chu kỳ nhiệm vụ, phần thời gian chu kỳ mà tín hiệu cao, là (R1 + R2) / (R1 + 2R2). Chu kỳ nhiệm vụ không quan trọng lắm đối với dự án này.

Tôi sử dụng 10kΩ, cho cả R1 và R2, và C = 0,1µF.

Điều này cho tần số khoảng 480Hz và gần với tần số tối đa mà tôi thấy rằng động cơ bước có thể xử lý mà không bị dừng.

Để tạo ra mẫu 1100 được dịch chuyển, lặp lại từ 74HC595, chân 14 (SER) phải được giữ ở mức cao trong hai chu kỳ đồng hồ và sau đó ở mức thấp trong hai chu kỳ đồng hồ lặp lại. Tức là, chân phải dao động với một nửa tần số của đồng hồ.

Bộ đếm gợn sóng nhị phân kép 74HC393

Số đếm 74HC393 ở dạng nhị phân và điều đó cũng có nghĩa là nó có thể được sử dụng để chia tần số xung theo lũy thừa của hai, Bảng dữ liệu của nó ở đây:

74HC393 là dual, nó có một bộ đếm 4 bit ở mỗi bên.

Tại cạnh giảm của xung đồng hồ, chân đầu ra đầu tiên bật và tắt. Do đó, chân đầu ra một sẽ dao động với một nửa tần số của xung nhịp đầu vào. Tại cạnh rơi của chân đầu ra một, chân đầu ra hai bật và tắt. Và tiếp tục như vậy đối với tất cả bốn chân đầu ra. Bất cứ khi nào ghim n tắt, ghim n + 1 chuyển đổi.

Pin n + 1 thay đổi một nửa thường xuyên như pin n. Đây là đếm nhị phân. Bộ đếm có thể đếm đến 15 (tất cả bốn bit 1) trước khi nó bắt đầu lại bằng 0. Nếu chân đầu ra cuối cùng của bộ đếm 1 được kết nối làm đồng hồ cho bộ đếm 2, nó có thể được đếm đến 255 (8 bit).

Để tạo xung bằng một nửa tần số của xung nhịp đầu vào, chỉ cần chân đầu ra 1. Tức là chỉ đếm từ 0 đến 1.

Vì vậy, nếu việc đếm được thực hiện bởi xung clock từ 555, chân trên bộ đếm 74HC393 đại diện cho bit 2, sẽ dao động với một nửa tần số của xung clock. Do đó, điều này có thể được kết nối với chân SER của thanh ghi dịch chuyển 74HC595, để làm cho điều này tạo ra mẫu mong muốn.

Hệ thống dây của bộ đếm nhị phân 74HC393 phải là:

Pin 1 (1CLK) -> 74HC595 Pin 11, 12 và 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 (không sử dụng) Pin 12 (2CLR) -> 5V (không được sử dụng)

Bước 3: Làm cho nó chạy

Bây giờ chúng ta có thể làm cho động cơ chạy, nếu các Chân 0-3 của 74HC595 được kết nối tương ứng với các Chân 1-4 của bo mạch ULN2003.

Hiện tại, hãy thay tụ điện 0,1µF ở chân 6 của bộ định thời 555 bằng tụ điện 10µF. Điều này sẽ làm cho chu kỳ đồng hồ dài hơn hàng trăm lần, và người ta sẽ có thể nhìn thấy những gì đang xảy ra.

Đèn LED trên bảng ULN2003 có thể được sử dụng cho việc này. Rút phích cắm động cơ khỏi bo mạch ULN2003. Kết nối Chân 1 đến 4 của bo mạch với đầu ra QA-QD (chân 7, 9, 10 và 11) của 74HC595. Kết nối - và + của bo mạch ULN2003 với mặt đất và 5V. Nếu nguồn được bật, bạn sẽ thấy kiểu mong muốn trên đèn LED.

Nếu bạn muốn xem điều gì đang xảy ra trong bộ đếm nhị phân 74HC393, hãy kết nối thay thế với các chân 3-6 của chân đó.

Nếu mẫu có vẻ đúng, hãy tắt nguồn, thay lại tụ điện với 0,1µF, kết nối chân đầu vào 1 - 4 của bảng ULN2003 với chân đầu ra QA - QD của 74HC595 và cắm lại động cơ.

Khi bật nguồn, động cơ sẽ chạy ngay bây giờ.

Bước 4: Kiểm soát tốc độ

Tốc độ của động cơ bước được điều chỉnh bởi tần số của đầu ra của bộ định thời 555. Điều này một lần nữa, được điều chỉnh bởi các giá trị của điện trở R1 và R2 và tụ điện C1 được kết nối với nó. Bằng cách kết nối một chiết áp 100kΩ nối tiếp với R2, tần số có thể nằm trong khoảng từ 480Hz đến 63Hz. Các bước pr. thứ hai của động cơ, sẽ là một nửa của tần số bộ định thời 555.

Tôi đã sử dụng chiết áp kỹ thuật số DS1809-100, được sản xuất để sử dụng nút nhấn. Nhấn nút kết nối chân 2 (UC) và chân 7 (DC) đến 5V làm tăng / giảm điện trở giữa các đầu nối RH (Chân 1) hoặc RL (Chân 4) và Chân gạt nước 6 (RW). Giữ một nút trong hơn một giây, nút này sẽ tự động lặp lại.

Bạn có thể tìm thấy biểu dữ liệu tại đây:

Hệ thống dây điện như thế này:

Pin 1 (RH) không được sử dụng

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

Hệ thống dây cho nút xúc giác 1:

Pin 1/2 -> DS1809 Pin 2

Chân 3/4 -> 5V

Hệ thống dây cho nút xúc giác 2:

Pin 1/2 -> DS1809 Pin 7

Chân 3/4 -> 5V

Bây giờ, tốc độ có thể được điều chỉnh.

Bước 5: Bắt đầu / Dừng

Để khởi động và dừng động cơ bước, có thể sử dụng Chân 4 (chân Đặt lại) của bộ định thời 555. Nếu điều này được kéo xuống mức thấp, sẽ không có xung đầu ra từ Chân 3.

Một nút xúc giác sẽ được sử dụng để chuyển đổi bắt đầu và dừng. Nhấn nút một lần, sẽ khởi động động cơ, sau khi nhấn lại, sẽ dừng lại. Để có được hành vi này, cần phải có một flip-flop. Nhưng 74HC393 đã có ở đó, cũng có thể được sử dụng. 74HC393 có hai phần, và chỉ một nửa được dùng làm bộ phân tần cho xung đồng hồ.

Vì bộ đếm nhị phân thực chất chỉ là một tập hợp các flip-flop chuyển đổi nối tiếp nhau, nên flip-flop đầu tiên của phần khác có thể được sử dụng. Bằng cách kết nối nút xúc giác sao cho Pin 13 (2CLK) ở mức thấp khi nút được nhấn và cao nếu không, Pin 12 sẽ bật tắt ở mỗi mức thấp. Kết nối Pin 12 với Pin 4 của 555, sẽ bắt đầu và dừng đầu ra của nó, và do đó động cơ.

Các nút xúc giác là một chút khó khăn, bởi vì chúng là cơ khí. Họ có thể 'trả lại', tức là họ có thể gửi nhiều tín hiệu trên mỗi lần đẩy. Kết nối một tụ điện 0,1 µF qua nút, giúp tránh điều này.

Vì vậy, một nút xúc giác (nút 3 được thêm vào và kết nối với Pin 4 của 555 được thay đổi.

Hệ thống dây của nút:

Chân 1/2 -> 10kΩ -> 5V

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

Những thay đổi sau được thực hiện đối với 555:

Chân 4 (Đặt lại) -> 74HC393 Chân 11 (2QA)

Nút 3 bây giờ sẽ hoạt động như một nút chuyển đổi bắt đầu / dừng.

Lưu ý rằng một động cơ dừng theo cách này, vẫn sẽ tiêu thụ điện năng.

Bước 6: Kiểm soát hướng

Để điều khiển hướng của động cơ, cần có một nút ấn khác và sau đó là một nút lật khác. Tuy nhiên, tôi sẽ gian lận, bằng cách sử dụng nắp lật tiếp theo của 74HC393, sau nắp bật / tắt và nút bật / tắt.

Khi chân định hướng (Chân 2QA) ở mức thấp, chân tiếp theo (Chân 2QB) sẽ được bật / tắt. Do đó, nhấn nút nhấn liên tục sẽ dẫn đến TẮT - BẬT PHẦN THƯỞNG - TẮT - BẬT PHẦN LẠI - TẮT - BẬT PHẦN THƯỞNG, v.v.

Để làm cho động cơ chạy ngược, mẫu được cấp cho ULN2003 phải được đảo ngược. Điều đó có thể được thực hiện với một thanh ghi dịch chuyển hai chiều, nhưng tôi không có. 74HC595 không phải là hai hướng.

Tuy nhiên, tôi thấy mình có thể sử dụng bộ đệm bát phân 74HC241 của mình. Bộ đệm này có hai phần 4 bit, với các chân OE (cho phép đầu ra) riêng biệt. Chân OE đầu tiên điều khiển bốn chân đầu ra đầu tiên và chân thứ hai là bốn chân đầu ra cuối cùng. Khi OE ở trên các chân đầu ra có cùng giá trị với các chân đầu vào tương ứng và khi nó tắt, các chân đầu ra sẽ ở trạng thái trở kháng cao, như thể chúng không được kết nối. Hơn nữa, một trong các chân OE hoạt động ở mức thấp và chân kia hoạt động ở mức cao, vì vậy khi kết nối chúng với nhau, chỉ một nửa bộ đệm sẽ hoạt động tại thời điểm đó.

Vì vậy, đối với cùng một đầu vào, một nửa bộ đệm có thể điều khiển động cơ tiến lên và nửa còn lại quay ngược lại. Nửa nào đang được kích hoạt, phụ thuộc vào giá trị của các chân OE.

Bảng dữ liệu cho 74HC241 được tìm thấy tại

Hệ thống dây điện có thể như thế này:

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 nối đất 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

Bây giờ, việc đấu dây sẽ được hoàn thành chỉ bằng cách cấp nguồn 5V. Hãy đảm bảo rằng nguồn điện có thể cung cấp đủ dòng điện để điều khiển cả động cơ và các mạch.

Bước 7: Kết luận

Động cơ bước có thể được điều khiển mà không cần vi điều khiển.

Các vi mạch được sử dụng ở đây, là một số mà tôi đã có từ trước đó. Hầu hết chúng đều không tối ưu cho việc này và có thể sử dụng một số lựa chọn thay thế.

• Để tạo ra các xung, chip hẹn giờ 555 là một con chip tốt, nhưng vẫn tồn tại một số lựa chọn thay thế, ví dụ: loại được mô tả trong Có thể hướng dẫn này.
• Đối với việc điều khiển tốc độ, có thể sử dụng bất kỳ chiết áp nào, không chỉ là loại kỹ thuật số. Nếu bạn có chiết áp 10kΩ, thay vì 100kΩ, thì các điện trở 10kΩ có thể được thay thế bằng 1KΩ và tụ điện 0,1 µF bằng tụ điện 1µF (chia tất cả các điện trở và nhân tụ điện với cùng một số để giữ đúng thời gian).
• Sử dụng thanh ghi dịch chuyển hai chiều, ví dụ: 74HC194 sẽ giúp kiểm soát hướng dễ dàng hơn.
• Đối với điều khiển bằng nút bấm, 74HC393 có thể được thay thế bằng một nắp gập, ví dụ: 74HC73. 555 cũng có thể được nối dây để hoạt động như một bộ chuyển đổi.