sterownik silników z portem i2c.pdf

Sterownik silników z interfejsem I 2 C

P R O J E K T Y

Sterownik silników

z interfejsem I 2 C

AVT−860

Na ³amach Elektroniki

Praktycznej opublikowano

ostatnio wiele uk³adÛw

obs³ugiwanych poprzez

magistralÍ I 2 C, ktÛre

w†za³oøeniu maj¹ pomagaÊ

w†budowie z³oøonych

systemÛw mikroprocesorowych.

PragnÍ dodaÊ swoje trzy

grosze do tego tematu

i†zaproponowaÊ Czytelnikom

EP budowÍ modu³u, ktÛry

moøe stanowiÊ interesuj¹ce

ìprze³oøenieî pomiÍdzy

elektronik¹ a†mechanik¹.

ìnaczyÒ krwionoúnychî syste-

mÛw mikroprocesorowych - ma-

gistralÍ I 2 C.

Proponowany uk³ad, sterowany

z†systemu mikroprocesorowego za

poúrednictwem magistrali I 2 C,

umoøliwia:

1. Sterowanie dwoma dwufazowy-

mi silnikami krokowymi z†moø-

liwoúci¹ zmiany kierunku obro-

tÛw, prÍdkoúci obrotowej, a†tak-

øe pracy w†trybie ìco pÛ³ kro-

kuî.

2. Sterowanie dwoma czterofazo-

wymi silnikami krokowymi

z†moøliwoúciami takimi samy-

mi, jak w†przypadku silnikÛw

dwufazowych.

3. Sterowanie czterema silnikami

pr¹du sta³ego úredniej mocy

z†moøliwoúci¹ zmiany kierunku

obrotÛw i†prÍdkoúci obrotowej

(PWM).

Sterownik silnikÛw moøe zna-

leüÊ wiele zastosowaÒ, pocz¹wszy

od uk³adÛw automatyki, a†na za-

bawkach i†modelach skoÒczyw-

szy. Do systemu moøemy do³¹czyÊ

jednoczeúnie aø 8†identycznych

modu³Ûw, chyba øe w†uk³adzie

wykorzystywane s¹ juø konwerte-

ry typu PCF8574A. Istnieje nawet

moøliwoúÊ dwukrotnego zwiÍksze-

nia liczby zastosowanych modu-

Sterowanie silnikami bezpo-

úrednio z†wyprowadzeÒ proceso-

ra (oczywiúcie za poúrednictwem

odpowiednich buforÛw - wzmac-

niaczy pr¹dowych) jest moøliwe,

ale bardzo ìnÛøkoøerneî. Aby

sterowaÊ silnikiem krokowym

bezpoúrednio z†wyprowadzeÒ

procesora, naleøy uøyÊ aø czte-

rech wyprowadzeÒ, niezaleønie

czy bÍdzie to silnik cztero- czy

dwufazowy. W†dwukierunkowym

sterowaniu silnikiem komutato-

rowym pr¹du sta³ego wykorzys-

tuje siÍ jedynie dwa wyprowa-

dzenia, ale w†przypadku bardziej

skomplikowanych urz¹dzeÒ me-

chanicznych z†wieloma silnika-

mi to nawet ta liczba moøe

okazaÊ siÍ zbyt wielka.

Warto wiÍc chyba pomyúleÊ

o†uk³adzie, ktÛry wykorzystuj¹c

tylko dwa wyprowadzenia pro-

cesora bÍdzie umoøliwiaÊ stero-

wanie wiÍksz¹ liczb¹ silnikÛw.

Na szczÍúcie mamy do dyspo-

zycji jedno z†najdoskonalszych

Elektronika Praktyczna 4/2000

Sterownik silników z interfejsem I 2 C

turze uk³adÛw IC4 i†IC5 pe³ni

funkcjÍ pomocnicz¹ i†wspo-

mnimy o†nim za chwilÍ.

Aby zrozumieÊ zasadÍ dzia-

³ania uk³adu, naleøy spojrzeÊ

takøe na rys. 2 , na ktÛrym

pokazano sposÛb do³¹czenia sil-

nikÛw do naszego modu³u. Za-

³Ûømy, øe†mamy do czynienia

z†silnikiem dwufazowym, do³¹-

czonym do z³¹cza CON1B. By

wprawiÊ ten silnik w†ruch, na-

leøy wykonaÊ nastÍpuj¹ce czyn-

noúci:

tywnione dwa drivery:

A†z†uk³adu IC1 i†G†z†kostki IC2.

Jeøeli popatrzymy teraz na ry-

sunek 2, to zauwaøymy, øe

w†tej sytuacji pr¹d pop³ynie

przez pierwsz¹ cewkÍ silnika

krokowego.

2. UstawiÊ stan wysoki na wyjúciu

D2 IC3, a†stany niskie na po-

zosta³ych wyjúciach PCF8574.

Zasilona zostanie teraz druga

cewka silnika, a†pr¹d bÍdzie

p³yn¹³ w†tym samym kierunku,

co w†pierwszej cewce.

3. Kolejn¹ czynnoúci¹ bÍdzie wy-

muszenie stanu wysokiego na

wyjúciu D1 IC3. Teraz zasilona

zostanie ponownie pierwsza

cewka, ale pr¹d bÍdzie przez

ni¹ p³yn¹³ w†przeciwnym kie-

runku, co uprzednio.

4. Ostatnim zabiegiem w†podsta-

wowym cyklu pracy silnika bÍ-

dzie ustawienie stanu wysokie-

go na wyjúciu D3 IC3. Tym

razem pr¹d pop³ynie przez dru-

g¹ cewkÍ, takøe w†odwrotnym

kierunku, co na pocz¹tku cyklu.

Zaistnienie opisanej sekwencji

wymuszeÒ spowoduje obrÛt wa³u

silnika o†dwa kroki, a†ich cyklicz-

ne powtarzanie zaowocuje sta³ym

obracaniem siÍ silnika w†zadanym

- kolejnoúci¹ w³¹czania cewek -

kierunku.

Znacznie prostsze jest sterowa-

nie silnikiem krokowym czterofa-

zowym, przy ktÛrym nie sto-

sujemy uk³adu drivera IC2. Aby

wprawiÊ silnik w†ruch, wystarczy

po prostu w³¹czaÊ pr¹d w†kolej-

nych jego cewkach. Od kolejnoúci

w³¹czania cewek zaleøy kierunek

obrotu wa³u silnika.

Silniki komutatorowe pr¹du

sta³ego traktujemy po prostu tak,

jakby by³y cewkami silnika kro-

kowego dwufazowego i†w†zwi¹zku

Rys. 1. Schemat elektryczny sterownika.

³Ûw: osiem z†nich naleøy jedynie

wyposaøyÊ w†uk³ady typu

PCF8574P, zastÍpuj¹c nimi kostki

PCF8574A.

1. UstawiÊ stan 1†na wyjúciu D0

IC3, a†stany niskie na pozosta-

³ych wyjúciach tego uk³adu.

W†tym momencie zostan¹ uak-

Opis dzia³ania

Schemat elektryczny modu³u

sterownika silnikÛw zosta³ po-

kazany na rys. 1 . G³Ûwny blok

uk³adu zrealizowany zosta³

z†wykorzystaniem popularnego

konwertera I 2 C - oúmiobitowej

szyny danych (PCF8574)

i†dwÛch driverÛw mocy:

ULN2803 zasilaj¹cego obwody

silnikÛw od strony minusa

i†TD62786 dostarczaj¹cego pr¹-

du do cewek silnikÛw od strony

plusa zasilania. Fragment uk³adu

z†bramkami zawartymi w†struk-

List. 1.

Config Sda = P3.0

‘konfiguracja magistrali I 2 C

Config Scl = P3.1

‘konfiguracja magistrali I 2 C

Declare Sub Delay

‘deklaracja pętli opóźnienia

I2Csend 112 , 0

’wyzerowanie układu

‘początek pętli programowej

I2Csend 112 , 8

’ustawienie “1” na pinie D3 IC3

Gosub Delay

‘opóźnienie konieczne do prawidłowej pracy silnika

I2Csend 112 , 2

’ustawienie “1” na pinie D3 IC3

Gosub Delay

‘ustawienie “1” na pinie D3 IC3

I2Csend 112 , 4

’ustawienie “1” na pinie D3 IC3

Gosub Delay

‘ustawienie “1” na pinie D3 IC3

I2Csend 112 , 1

’ustawienie “1” na pinie D3 IC3

Gosub Delay

‘ustawienie “1” na pinie D3 IC3

Loop

'zamknięcie pętli programowej

Delay:

Waitms 250

‘opóźnienie 1/4 sekundy

End Sub

Elektronika Praktyczna 4/2000

Sterownik silników z interfejsem I 2 C

CON1A

WYKAZ ELEMENTÓW

Kondensatory

C1: 470

F/25V

F/16V

C2, C4: 100nF

Półprzewodniki

IC1: ULN2803

IC2: TD62786

IC3: PCF8574A

IC4: 4011

IC5: 4012

T1: BUZ10

Różne

CON1A, CON1B: goldpin 10

pinów

CON2: ARK2 (3,5 mm)

CON4: goldpin 4 piny

JP1, JP2, JP3: 2xgoldpin + jumper

CON1B

Do³¹czenie do uk³adu dwóch

silników krokowych czterofazowych

CON1A

CON1B

Do³¹czenie do uk³adu czterech

silników pr¹du sta³ego ma³ej mocy

Do³¹czenie do uk³adu dwóch

silników krokowych dwufazowych

na. Warto natomiast wspomnieÊ

o†narzÍdziach programistycznych,

ktÛre bÍdziemy mogli wykorzystaÊ

do sterowania silnikami. Jak juø

Czytelnicy z†pewnoúci¹ zauwaøy-

li, jestem zagorza³ym fanem rewe-

lacyjnego pakietu BASCOM 8051

s³uø¹cego programowaniu proce-

sorÛw rodziny '51. Dlatego teø na

list. 1 pokazano przyk³adowy pro-

gram obs³uguj¹cy silnik krokowy

czterofazowy, napisany w³aúnie

w†jÍzyku MCS BASIC dla kompi-

latora BASCOM. Ten prosty pro-

gram nie wymaga chyba komen-

tarza i†moøe pos³uøyÊ jako

przyk³ad przy pisaniu bardziej

rozbudowanego oprogramowania.

Zbigniew Raabe, AVT

zbigniew.raabe@ep.com.pl

Rys. 2. Sposób dołączenia silników do sterownika.

z†tym do naszego uk³adu moøemy

do³¹czyÊ aø cztery takie silniki.

Warto jeszcze wspomnieÊ o†ro-

li, jak¹ pe³ni¹ w†naszym uk³adzie

bramki IC4 i†IC5. Zadaniem tych

elementÛw jest zabezpieczenie na-

szego uk³adu przed ca³kowitym

zniszczeniem! Wyobraümy sobie

bowiem, co by siÍ sta³o, gdyby

stan wysoki pojawi³ siÍ jedno-

czeúnie np. na wyjúciach D0 i†D1

IC3? By³aby to ìwspania³a kata-

strofaî, bo z wyjúÊ OH i OG (IC2)

wp³ywa³by pr¹d zwarcia do wyjúÊ

OA i OB (IC1), co mog³oby

spowodowaÊ uszkodzenie drive-

rÛw. Wprawdzie przy poprawnie

napisanym programie wspomnia-

na sytuacja jest nie do pomyúle-

nia, ale... nie wszystkie programy

s¹ od razu napisane poprawnie,

no i†zawsze moøe dojúÊ do zawie-

szenia pracy procesora lub zbyt

d³ugotrwa³ego jego zerowania.

Zadaniem bramek NAND za-

wartych w†strukturze uk³adu IC4

jest wykrywanie zakazanych sta-

nÛw i†sygnalizowanie ich wymu-

szeniem stanu niskiego na jednym

lub kilku wejúciach bramki IC5B.

Stan wysoki powstaj¹cy na

wyjúciu tej bramki zostaje zane-

gowany przez bramkÍ - inwerter

IC5A powoduje natychmiastowe

wy³¹czenie tranzystora T1,

a†w†konsekwencji odciÍcie dop³y-

wu pr¹du do driverÛw.

Za pomoc¹ jumperÛw JP1..JP3

moøemy ustawiÊ jeden z†oúmiu

adresÛw dopuszczalnych dla uk³a-

du PCF8574A. Jeøeli w†systemie

bÍdzie pracowa³o kilka modu³Ûw

sterownikÛw silnikÛw, to kaødy

z†nich musi posiadaÊ w³asny, nie-

powtarzalny adres, nie pokrywa-

j¹cy siÍ takøe z†adresem jakiego-

kolwiek innego uk³adu (np.

PCF8574) pracuj¹cego w†innych

czÍúciach systemu.

Montaø i†uruchomienie

Na rys. 3 pokazano rozmiesz-

czenie elementÛw na p³ytce ob-

wodu drukowanego. Ze wzglÍdu

na znaczn¹ komplikacjÍ po³¹czeÒ

w†uk³adzie, p³ytka ta wykonana

zosta³a na laminacie dwustron-

nym z†metalizacj¹.

Montaø uk³adu wykonujemy ty-

powo, rozpoczynaj¹c od wlutowa-

nia w†p³ytkÍ podstawek pod uk³a-

dy scalone, a†koÒcz¹c na konden-

satorach elektrolitycznych, z³¹-

czach i†tranzystorze T1. Jako

z³¹cze CON1 wykorzystamy szereg

10 goldpinÛw. Rozwi¹zanie takie

jest szczegÛlnie dogodne w†przy-

padku sterowania silnikami kro-

kowymi pochodz¹cymi z†demon-

taøu z³omowego sprzÍtu kompu-

terowego. Silniki te (zw³aszcza

pochodz¹ce ze starych stacji dys-

kÛw 5,25î) niejednokrotnie za-

opatrzone s¹ fabrycznie we wtyki

pasuj¹ce do tak wykonanego z³¹-

cza CON1.

Wzmianka, øe uk³ad wykonany

ze sprawdzonych elementÛw nie

wymaga ani regulacji, ani urucha-

miania jest chyba ca³kowicie zbÍd-

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

pcb.html oraz na p³ycie CD-EP04/

2000 w katalogu PCB .

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej.

Elektronika Praktyczna 4/2000

C3: 100

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: