Схема драйвера шагового двигателя с использованием IC 555

В этом проекте мы узнаем, как сделать простую схему драйвера униполярного шагового двигателя с использованием микросхемы таймера 555. Помимо таймера 555 нам также понадобится микросхема CD 4017, которая представляет собой микросхему декадного счетчика.

Анкит Неги

Любой униполярный двигатель может быть подключен к этой цепи для выполнения конкретной задачи, хотя сначала вам нужно сделать некоторые небольшие изменения.

Скорость шагового двигателя можно контролировать с помощью потенциометра, подключенного между разрядом и порогом. вывод 555 таймера .

Основы шагового двигателя

Шаговые двигатели используются в областях, где требуется определенная величина вращения, недостижимая при использовании обычных двигателей постоянного тока. Типичное применение шагового двигателя - 3D ПРИНТЕР. Вы найдете два типа популярных шаговых двигателей: УНИПОЛЯРНЫЙ и БИПОЛЯРНЫЙ.

Как следует из названия, униполярный шаговый двигатель содержит обмотки с общим проводом, которые можно легко запитать по одной.

В то время как биполярный шаговый двигатель не имеет общего вывода между катушками, из-за чего его нельзя запустить просто по предложенной схеме. Для управления биполярным шаговым двигателем нам понадобится h-мостовая схема.

СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ:

1. 555 ТАЙМЕР IC

два. CD 4017 IC

3. РЕЗИСТОРЫ 4.7K, 1K

4. ПОТЕНЦИОМЕТР 220К

5. КОНДЕНСАТОР 1 мкФ

6. 4 ДИОДА 1N4007

7. 4 ТРАНЗИСТОРА 2N2222

8. УНИПОЛЯРНЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

9. ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

НАЗНАЧЕНИЕ ТАЙМЕРА 555:

Здесь требуется таймер 555 для генерации тактовых импульсов определенной частоты (можно изменять с помощью потенциометра 220k), который определяет скорость шагового двигателя.

Распиновка IC 555

НАЗНАЧЕНИЕ CD4017:

Как уже упоминалось выше, это микросхема декадного счетчика, то есть она может считать до 10 тактовых импульсов. Особенность этой ИС заключается в том, что в нее встроен собственный декодер. Благодаря этому вам не нужно добавлять дополнительную ИС для декодирования двоичных чисел.

4017 считает до 10 тактовых импульсов от 555 часов и дает высокий выходной сигнал, соответствующий каждому тактовому импульсу один за другим на своих 10 выходных контактах. Одновременно высокий только один контакт.

НАЗНАЧЕНИЕ ТРАНЗИСТОРОВ:

Здесь транзистор имеет два назначения:

1. Транзисторы действуют здесь как переключатели, запитывая одну катушку за раз.

2. Транзисторы позволяют пропускать большой ток через них, а затем через двигатель, тем самым полностью исключая таймер 555, поскольку он может подавать очень небольшое количество тока.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА:

Выполните соединения, как показано на рисунке.

1. Подключите контакт 3 или выходной контакт таймера 555 к контакту 14 (тактовый контакт) IC 4017.
2. Подключите разрешающий штифт или 13-й штырь 4017 к земле.
3. Подключите контакты 3,2,4,7 один за другим к транзисторам 1,2,3,4 соответственно.
4. Подключите 10-й и 15-й контакт к земле через резистор 1 кОм.
5. Подключите общий провод шагового двигателя к плюсу питания.
6. Подключите другие провода шагового двигателя таким образом, чтобы катушки были под напряжением одна за другой, чтобы совершить один полный оборот должным образом. (Вы можете посмотреть техническое описание двигателя, предоставленное производителем)

ПОЧЕМУ ВЫХОДНОЙ КОНТАКТ 10 IC 4017 ПОДКЛЮЧЕН К ЕГО КОНТАКТУ 15 (ПИН-код сброса)?

Как уже упоминалось выше, 4017 считает тактовые импульсы один за другим до 10-го тактового импульса и соответственно выдает высокий выходной сигнал на выходных контактах, каждый выходной контакт становится высоким.

Это вызывает некоторую задержку вращения двигателя, в которой нет необходимости. Поскольку нам требуются только первые четыре контакта для одного полного оборота двигателя или первые четыре десятичных отсчета от 0 до 3, контакт № 10 подключен к выводу 15, так что после 4-го отсчета ИС сбрасывается, и отсчет начинается заново. Это гарантирует отсутствие прерывания вращения двигателя.

РАБОТАЮЩИЙ:

После правильного выполнения соединений, если вы включите контурный двигатель, он начнет пошагово вращаться. Таймер 555 производит тактовые импульсы в зависимости от номиналов резистора, потенциометра и конденсатора.

Если вы измените значение любой из этих трех составляющих, частота тактового импульса изменится.

Эти тактовые импульсы подаются на микросхему IC CD 4017, которая затем считает тактовые импульсы один за другим и выдает 1 в качестве выходного сигнала на вывод 3,2,4,7 соответственно и непрерывно повторяет этот процесс.

Поскольку транзистор Q1 подключен к контакту 3, он сначала включается, затем транзистор Q2, а затем Q3 и Q4. Но когда один транзистор включен, все остальные остаются выключенными.

Когда Q1 включен, он действует как замкнутый переключатель, и ток течет через общий провод к проводу 1, а затем на землю через транзистор Q1.

Это возбуждает катушку 1, и двигатель вращается под некоторым углом, который зависит от тактовой частоты. То же самое происходит с Q2, который питает катушку 2, затем катушку 3 и катушку 4. Таким образом, получается один полный оборот.

Когда потенциометр вращается:

Предположим, что изначально положение потенциометра таково, что между разрядом и пороговым штифтом есть максимальное сопротивление (220 кОм). Формула для частоты выходного тактового импульса:

F = 1,44 / (R1 + 2R2) C1

Из формулы видно, что частота тактовых импульсов уменьшается с увеличением значения R2. Таким образом, когда R2 или значение потенциометра максимальное, частота минимальна, из-за чего IC 4017 считает медленнее и дает более задержанный выходной сигнал.

По мере уменьшения значения сопротивления R2 частота увеличивается, что вызывает минимальную задержку между выходами IC 4017. Следовательно, шаговый двигатель вращается быстрее.

Таким образом, значение потенциометра определяет скорость шагового двигателя.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВИДЕО:

Здесь вы можете ясно увидеть, как скорость двигателя изменяется в зависимости от сопротивления R2. Его значение сначала уменьшается, а затем увеличивается, что, в свою очередь, сначала увеличивает, а затем снижает скорость шагового двигателя.