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Comando de motor passo a passo bipolar

motor-foto

Associado a um microprocessador ou simplesmente ligada à tomada paralelo dum computador, esta montagem permitirá o comando dum motor passo a passo de tipo bipolar. Este circuito pode ser qualificado de universal, no sentido em que lhe poderá ser ligado qualquer motor, que consuma uma corrente desde alguns miliampéres até 2.5A.

Graças ao uso de circuitos integrados especializados, o utilizador não terá de se preocupar com construção de sequências. Com efeito, bastará dispor dos sinais seguintes:

1 - sinal de relógio permitindo o avanço de um passo;

2 - nível lógico determinando o sentido de rotação;

3 - nível lógico fixando a amplitude dos passos: passo inteiro ou meio-passo;

4 - impulso de reposição a zero (reset);

5 - nível lógico validando o circuito de comando.

Uma vez determinados os níveis lógicos, só será necessário enviar impulsos a fim de obter a rotação do eixo do motor.

 

Esquema

motor-cir

Figura 1 - Esquema

 

Figura 2 - Principio do corte

 

Figura 3 - Corte no caso de um nível alto

 

Figura 4 - Função dos diodos

 

O esquema está representado na figura 1. Um amplificador óctuplo de bus, tipo 74LS541 (IC3), serve de tampão para os sinais de configuração do circuito driver. Resistências de ligação ao +5V asseguram níveis francos nas saídas do circuito tampão.

De assinalar as linhas D4 a D7 e a linha de clock que não são exploradas directamente pela montagem. Estes sinais poderão ser utilizados para o comando duma segunda placa. Nesse caso, a linha SYNC deverá ser ligada à entrada SYNC da outra placa.

As linhas de comando chegam ás entradas do circuito driver, um L297 (IC1). É este circuito que constroi as sequências de comando do motor passo a passo. A rede RC constituída pelas resistências R5 e R6 e pelo condensador C2, determina a frequência de funcionamento do oscilador interno.

Esse oscilador actua directamente sobre a alimentação dos motores e em associação com o terminal Mode. Se este t -ninal for posto num nível ~xo, o corte actua nos terminais de saída INHA e INHB, como está representado na figura 2.

Se lhe for aplicado um nível alto, então o corte actuará nas saídas ABCD. Nesse caso, obter-se-á um funcionamento representado pelo diagrama da figura 3. O nível aplicado no terminal Mode será determinado pela posição do comutador SW1. A diferença de funcionamento entre os dois modos é visível na última curva das figuras 2 e 3.

A figura 3 mostra nitidamente que a corrente decresce mais lentamente na bobinagem do motor do que na curva da figura 2, na qual a corrente decresce tão rapidamente como sobe. O interesse dessa possibilidade de escolha entre os dois sistemas reside no facto de existirem diferenças entre os motores.

O modo 1 (terminal Mode ligado ao positivo da alimentação) será escolhido quando o motor utilizado possuir um estator com uma fraca autoindução. Nesse caso, se o modo 2 (terminal Mode ligado à massa) for utilizado, a corrente decresce rapidamente, pelo que a média da corrente aplicada ao motor não será suficiente e ele apresentará um binário fraco.

Se este último modo for utilizável com o motor ligado, obter-se-á uma velocidade e um binário elevados. A ponte divisora constituída pela resistência R3 e pelo ajustável P1 permite fixar a corrente média que atravessa os enrolamentos do motor. Quando a tensão presente nos terminais das resistências R1 e R2 atingir a tensão de referência, a corrente de alimentação do motor será anulada.

O diodo LED ligado na saída do terminal 3 do L297 (Home), assinala a passagem pela posição inicial de partida (ABCD=0101). As saídas 4 e 6 (A e B) e 7 e 9 (C e D), assim como os terminais INHA e INHB, são ligadas às entradas do circuito de potência ao qual é ligado o motor.

Esse circuito é um L298 (IC2), que permite dispor duma corrente máxima de 2.5A sob uma tensão máxima de 46V. A função dos diodos D1 a D8 é explicada na figura 4. A entrada A está no nível alto e B está no nível baixo. Os transístores Q1 e Q4 estão, portanto condutivos, e a corrente circula neles assim como na carga e na resistência RS.

Quando a tensão aos terminais desta resistência ultrapassar a tensão de referência, a saída INHA passa para o nível baixo, bloqueando os quatro transístores.

A corrente circula então da massa, através de D2, do motor e de D3, para a alimentação positiva. A corrente decresce então rapidamente. É o que explica a necessidade de utilizar diodos rápidos e que possam drenar uma corrente elevada. Como já foi referido, é possível ligar uma placa idêntica à nossa montagem. Nesse caso, o oscilador será utilizado pelo segundo circuito com o auxílio do terminal SYNC e a entrada de oscilador do segundo L297 será ligada à massa.

 

Realização prática

 

motor-pci

Figura 5 - Traçado do circuito impresso

 

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Figura 6 - Implantação dos componentes (atenção ao modo de montar os diodos D1 a D8)

 

O traçado do circuito impresso está representado na figura 5 e a implantação dos componentes consta da figura 6. Começa-se por montar os shunts e as duas resistências de potência. Depois soldam-se as outras duas resistências assim como os condensadores de pequena capacidade. Os circuitos IC1 e IC3 serão colocados nos suportes. o comutador SW1 será simplesmente constituído por uma barra de três alvéolos, do tipo tulipa, na qual se aplicará um "cavaleiro" idêntico aos usados nos equipamentos informáticos. Utiliza-se o mesmo tipo de barra para a entrada dos sinais na placa. O motor poderá ser ligado com o auxílio de caixas de junção de dois terminais, assim como as tensões de alimentação. Em último lugar solda-se o condensador electrolítico e o circuito IC2 que será, obrigatoriamente, fixado a um dissipador. Termina-se a cablagem por uma verificação minuciosa das soldaduras e da continuidade das pistas depois de ter retirado o excedente de resina com o auxílio de acetona.

 

Regulagem e ensaios

O motor será ligado às caixas de junção. O comutador SW1 será posicionado para a massa. Os motores passo a passo bipolares possuem quatro fios de saída. Com o ohmímetro determinam-se as cores que formam os pares. Uma vez alimentada a placa com +5V e +15V, por exemplo (+46V máximo para +Vcc do motor), aplica-se um sinal rectangular, com uma frequência de 500Hz, à entrada de clock.

O motor deve começar a rodar num sentido. Se ele fizer um ruído bastante forte sem que o seu eixo entre em rotação, tal significa que um dos enrolamentos está ligado incorrectamente. Bastará inverter dois dos fios coloridos. A resistência ajustável P1 serve para regular a corrente de alimentação do motor.

Posicionando o cursor à massa, o motor deverá parar. Quanto mais elevada for a tensão no cursor, mais elevada será a corrente. A frequência de corte será ajustada pela resistência R5, e esse ajuste fixará, portanto, a velocidade máxima do motor.

Se a rotação do motor começar a apresentar irregularidades, isso significará que atingiu a sua velocidade máxima. Com velocidades de passo muito fracas, poderá constatar-se a cintilação do LED, o que indicará a passagem do motor pela sua posição de partida inicial. Por acção sobre as outras entradas, obter-se-á a inversão do sentido de rotação, a passagem para o modo de meio-passo (o que permite obter uma precisão maior) e a reposição a zero do L297.

É inútil utilizar uma tensão regulada para a alimentação do motor. Para concluir, há a assinalar a possibilidade de ligar um motor passo a passo unipolar na saída do circuito. Nesse caso, os dois fios correspondentes ao comum das duas fases serão ligados ao +Vcc do motor e as extremidades dos enrolamentos serão ligadas às saídas da montagem, como no caso dum motor passo a passo bipolar.

Nota: os diodos D1 a D8 estão muito próximos uns dos outros, pelo que é necessário munir cada superfície metálica com um isolante de mica. Um parafuso mantê-lo-á no lugar.

 

Lista de material

Resistências 1/4W ±5%

  • R1, R2 = 0,5 ou 0,47Ω 5W
  • R3 = 22KΩ
  • R4 = 330Ω
  • R5 = resistência ajustável horizontal de 220KΩ
  • R6 = 10KΩ
  • R7 a R11 = rede de resistências de 10 a 33KΩ

 

Condensadores

  • C1 = 1μF
  • C2 = 10nF
  • C3 = 470 a 1000μF 25V
  • C4 = 100nF

 

Semicondutores

  • DEL1 = diodo LED vermelho
  • D1 a D8 = BYW29 ou equivalente
  • IC1 = L297
  • IC2 = L298
  • IC3 = 74LS541

 

Diversos

  • Dissipador
  • 2 suportes para circuito integrado de 20 terminais