Sterownik silników z interfejsem I2C
P R O J E K T Y
Sterownik silników
z interfejsem I2C
AVT-860
Na Å‚amach Elektroniki
Praktycznej opublikowano
ostatnio wiele ukÅ‚adÛw
obsługiwanych poprzez
magistralÍ I2C, ktÛre
w załołeniu mają pomagaĘ
w budowie złołonych
systemÛw mikroprocesorowych.
PragnÍ dodaĘ swoje trzy
grosze do tego tematu
i zaproponowaĘ Czytelnikom
ìnaczyÒ krwionoÅ›nychî syste-
EP budowÍ moduÅ‚u, ktÛry
mÛw mikroprocesorowych - ma-
mołe stanowiĘ interesujące
gistralÍ I2C.
ìprzeÅ‚oÅ‚enieî pomiÍdzy
Proponowany układ, sterowany
elektronikÄ… a mechanikÄ….
z systemu mikroprocesorowego za
pośrednictwem magistrali I2C,
umołliwia:
Sterowanie silnikami bezpo- 1.Sterowanie dwoma dwufazowy-
Å›rednio z wyprowadzeÒ proceso- mi silnikami krokowymi z moÅ‚-
ra (oczywiście za pośrednictwem liwością zmiany kierunku obro-
odpowiednich buforÛw - wzmac- tÛw, prÍdkoÅ›ci obrotowej, a tak-
niaczy prÄ…dowych) jest moÅ‚liwe, Å‚e pracy w trybie ìco pÛÅ‚ kro-
ale bardzo ìnÛÅ‚koÅ‚erneî. Aby kuî.
sterowaĘ silnikiem krokowym 2.Sterowanie dwoma czterofazo-
bezpoÅ›rednio z wyprowadzeÒ wymi silnikami krokowymi
procesora, naleły ułyĘ ał czte- z mołliwościami takimi samy-
rech wyprowadzeÒ, niezaleÅ‚nie mi, jak w przypadku silnikÛw
czy bÍdzie to silnik cztero- czy dwufazowych.
dwufazowy. W dwukierunkowym 3.Sterowanie czterema silnikami
sterowaniu silnikiem komutato- prądu stałego średniej mocy
rowym prądu stałego wykorzys- z mołliwością zmiany kierunku
tuje siÍ jedynie dwa wyprowa- obrotÛw i prÍdkoÅ›ci obrotowej
dzenia, ale w przypadku bardziej (PWM).
skomplikowanych urzÄ…dzeÒ me- Sterownik silnikÛw moÅ‚e zna-
chanicznych z wieloma silnika- leüĘ wiele zastosowaÒ, poczÄ…wszy
mi to nawet ta liczba moÅ‚e od ukÅ‚adÛw automatyki, a na za-
okazaĘ siÍ zbyt wielka. bawkach i modelach skoÒczyw-
Warto wiÍc chyba pomyÅ›leĘ szy. Do systemu moÅ‚emy doÅ‚Ä…czyĘ
o ukÅ‚adzie, ktÛry wykorzystujÄ…c jednoczeÅ›nie aÅ‚ 8 identycznych
tylko dwa wyprowadzenia pro- moduÅ‚Ûw, chyba Å‚e w ukÅ‚adzie
cesora bÍdzie umoÅ‚liwiaĘ stero- wykorzystywane sÄ… juÅ‚ konwerte-
wanie wiÍkszÄ… liczbÄ… silnikÛw. ry typu PCF8574A. Istnieje nawet
Na szczÍÅ›cie mamy do dyspo- moÅ‚liwośĘ dwukrotnego zwiÍksze-
zycji jedno z najdoskonalszych nia liczby zastosowanych modu-
Elektronika Praktyczna 4/2000
67
Sterownik silników z interfejsem I2C
turze ukÅ‚adÛw IC4 i IC5 peÅ‚ni tywnione dwa drivery:
funkcjÍ pomocniczÄ… i wspo- A z ukÅ‚adu IC1 i G z kostki IC2.
mnimy o nim za chwilÍ. JeÅ‚eli popatrzymy teraz na ry-
Aby zrozumieĘ zasadÍ dzia- sunek 2, to zauwaÅ‚ymy, Å‚e
łania układu, naleły spojrzeĘ w tej sytuacji prąd popłynie
takÅ‚e na rys. 2, na ktÛrym przez pierwszÄ… cewkÍ silnika
pokazano sposÛb doÅ‚Ä…czenia sil- krokowego.
nikÛw do naszego moduÅ‚u. Za- 2.UstawiĘ stan wysoki na wyjÅ›ciu
Å‚ÛÅ‚my, Å‚e mamy do czynienia D2 IC3, a stany niskie na po-
z silnikiem dwufazowym, dołą- zostałych wyjściach PCF8574.
czonym do złącza CON1B. By Zasilona zostanie teraz druga
wprawiĘ ten silnik w ruch, na- cewka silnika, a prÄ…d bÍdzie
leÅ‚y wykonaĘ nastÍpujÄ…ce czyn- pÅ‚ynÄ…Å‚ w tym samym kierunku,
ności: co w pierwszej cewce.
3.KolejnÄ… czynnoÅ›ciÄ… bÍdzie wy-
muszenie stanu wysokiego na
wyjściu D1 IC3. Teraz zasilona
zostanie ponownie pierwsza
cewka, ale prÄ…d bÍdzie przez
nią płynął w przeciwnym kie-
runku, co uprzednio.
4.Ostatnim zabiegiem w podsta-
wowym cyklu pracy silnika bÍ-
dzie ustawienie stanu wysokie-
go na wyjściu D3 IC3. Tym
razem prąd popłynie przez dru-
gÄ… cewkÍ, takÅ‚e w odwrotnym
kierunku, co na poczÄ…tku cyklu.
Zaistnienie opisanej sekwencji
wymuszeÒ spowoduje obrÛt waÅ‚u
silnika o dwa kroki, a ich cyklicz-
ne powtarzanie zaowocuje stałym
obracaniem siÍ silnika w zadanym
- kolejnością włączania cewek -
kierunku.
Znacznie prostsze jest sterowa-
nie silnikiem krokowym czterofa-
zowym, przy ktÛrym nie sto-
sujemy układu drivera IC2. Aby
wprawiĘ silnik w ruch, wystarczy
po prostu włączaĘ prąd w kolej-
nych jego cewkach. Od kolejności
włączania cewek zaleły kierunek
Rys. 1. Schemat elektryczny sterownika.
obrotu wału silnika.
Å‚Ûw: osiem z nich naleÅ‚y jedynie 1.UstawiĘ stan 1 na wyjÅ›ciu D0 Silniki komutatorowe prÄ…du
wyposałyĘ w układy typu IC3, a stany niskie na pozosta- stałego traktujemy po prostu tak,
PCF8574P, zastÍpujÄ…c nimi kostki Å‚ych wyjÅ›ciach tego ukÅ‚adu. jakby byÅ‚y cewkami silnika kro-
PCF8574A. W tym momencie zostanÄ… uak- kowego dwufazowego i w zwiÄ…zku
Opis działania
List. 1.
Schemat elektryczny modułu
Config Sda = P3.0  konfiguracja magistrali I2C
sterownika silnikÛw zostaÅ‚ po-
Config Scl = P3.1  konfiguracja magistrali I2C
Declare Sub Delay deklaracja pętli opóz
nienia
kazany na rys. 1. GÅ‚Ûwny blok
I2Csend 112 , 0  wyzerowanie układu
układu zrealizowany został
Do  początek pętli programowej
z wykorzystaniem popularnego
I2Csend 112 , 8  ustawienie  1 na pinie D3 IC3
Gosub Delay opóz
nienie konieczne do prawidłowej pracy silnika
konwertera I2C - ośmiobitowej
I2Csend 112 , 2  ustawienie  1 na pinie D3 IC3
szyny danych (PCF8574)
Gosub Delay ustawienie  1 na pinie D3 IC3
i dwÛch driverÛw mocy: I2Csend 112 , 4  ustawienie  1 na pinie D3 IC3
Gosub Delay ustawienie  1 na pinie D3 IC3
ULN2803 zasilajÄ…cego obwody
I2Csend 112 , 1  ustawienie  1 na pinie D3 IC3
silnikÛw od strony minusa
Gosub Delay ustawienie  1 na pinie D3 IC3
i TD62786 dostarczającego prą- Loop 'zamknięcie pętli programowej
du do cewek silnikÛw od strony
Delay:
plusa zasilania. Fragment układu
Waitms 250  opóz
nienie 1/4 sekundy
End Sub
z bramkami zawartymi w struk-
Elektronika Praktyczna 4/2000
68
Sterownik silników z interfejsem I2C
CON1A CON1A
WYKAZ ELEMENTÓW
5
5 5
4
4 4
3
Kondensatory
3 3
2
2 2
1
C1: 470µF/25V
1 1
C3: 100µF/16V
CON1B CON1B
C2, C4: 100nF
1
1 1
2
Półprzewodniki
2 2
3
3 3
4
IC1: ULN2803
4 4
5
5 5
IC2: TD62786
Dołączenie do układu dwóch IC3: PCF8574A
silników krokowych czterofazowych
IC4: 4011
CON1A
IC5: 4012
1
5
2
T1: BUZ10
4
3
3
4
Różne
2
1
CON1A, CON1B: goldpin 10
Dołączenie do układu czterech
pinów
CON1B
silników prądu stałego małej mocy
CON2: ARK2 (3,5 mm)
1
1
2
2 CON4: goldpin 4 piny
3
3
4
4 JP1, JP2, JP3: 2xgoldpin + jumper
5
Dołączenie do układu dwóch
na. Warto natomiast wspomnieĘ
silników krokowych dwufazowych
o narzÍdziach programistycznych,
Rys. 2. Sposób dołączenia silników do sterownika.
ktÛre bÍdziemy mogli wykorzystaĘ
z tym do naszego układu mołemy du PCF8574A. Jełeli w systemie do sterowania silnikami. Jak juł
doÅ‚Ä…czyĘ aÅ‚ cztery takie silniki. bÍdzie pracowaÅ‚o kilka moduÅ‚Ûw Czytelnicy z pewnoÅ›ciÄ… zauwaÅ‚y-
Warto jeszcze wspomnieĘ o ro- sterownikÛw silnikÛw, to kaÅ‚dy li, jestem zagorzaÅ‚ym fanem rewe-
li, jaką pełnią w naszym układzie z nich musi posiadaĘ własny, nie- lacyjnego pakietu BASCOM 8051
bramki IC4 i IC5. Zadaniem tych powtarzalny adres, nie pokrywa- słułącego programowaniu proce-
elementÛw jest zabezpieczenie na- jÄ…cy siÍ takÅ‚e z adresem jakiego- sorÛw rodziny '51. Dlatego teÅ‚ na
szego układu przed całkowitym kolwiek innego układu (np. list. 1 pokazano przykładowy pro-
zniszczeniem! Wyobraümy sobie PCF8574) pracujÄ…cego w innych gram obsÅ‚ugujÄ…cy silnik krokowy
bowiem, co by siÍ staÅ‚o, gdyby czÍÅ›ciach systemu. czterofazowy, napisany wÅ‚aÅ›nie
stan wysoki pojawiÅ‚ siÍ jedno- w jÍzyku MCS BASIC dla kompi-
cześnie np. na wyjściach D0 i D1 Montał i uruchomienie latora BASCOM. Ten prosty pro-
IC3? ByÅ‚aby to ìwspaniaÅ‚a kata- Na rys. 3 pokazano rozmiesz- gram nie wymaga chyba komen-
strofaî, bo z wyjśĘ OH i OG (IC2) czenie elementÛw na pÅ‚ytce ob- tarza i moÅ‚e posÅ‚uÅ‚yĘ jako
wpÅ‚ywaÅ‚by prÄ…d zwarcia do wyjśĘ wodu drukowanego. Ze wzglÍdu przykÅ‚ad przy pisaniu bardziej
OA i OB (IC1), co mogÅ‚oby na znacznÄ… komplikacjÍ poÅ‚Ä…czeÒ rozbudowanego oprogramowania.
spowodowaĘ uszkodzenie drive- w układzie, płytka ta wykonana Zbigniew Raabe, AVT
rÛw. Wprawdzie przy poprawnie zostaÅ‚a na laminacie dwustron- [e-mail]
napisanym programie wspomnia- nym z metalizacjÄ….
na sytuacja jest nie do pomyśle- Montał układu wykonujemy ty- Wzory płytek drukowanych w for-
nia, ale... nie wszystkie programy powo, rozpoczynajÄ…c od wlutowa- macie PDF sÄ… dostÍpne w Internecie
sÄ… od razu napisane poprawnie, nia w pÅ‚ytkÍ podstawek pod ukÅ‚a- pod adresem: http://www.ep.com.pl/
no i zawsze moÅ‚e dojśĘ do zawie- dy scalone, a koÒczÄ…c na konden- pcb.html oraz na pÅ‚ycie CD-EP04/
szenia pracy procesora lub zbyt satorach elektrolitycznych, złą- 2000 w katalogu PCB.
długotrwałego jego zerowania. czach i tranzystorze T1. Jako
Zadaniem bramek NAND za- złącze CON1 wykorzystamy szereg
wartych w strukturze ukÅ‚adu IC4 10 goldpinÛw. RozwiÄ…zanie takie
jest wykrywanie zakazanych sta- jest szczegÛlnie dogodne w przy-
nÛw i sygnalizowanie ich wymu- padku sterowania silnikami kro-
szeniem stanu niskiego na jednym kowymi pochodzÄ…cymi z demon-
lub kilku wejÅ›ciach bramki IC5B. taÅ‚u zÅ‚omowego sprzÍtu kompu-
Stan wysoki powstający na terowego. Silniki te (zwłaszcza
wyjściu tej bramki zostaje zane- pochodzące ze starych stacji dys-
gowany przez bramkÍ - inwerter kÛw 5,25î) niejednokrotnie za-
IC5A powoduje natychmiastowe opatrzone sÄ… fabrycznie we wtyki
wyłączenie tranzystora T1, pasujące do tak wykonanego złą-
a w konsekwencji odciÍcie dopÅ‚y- cza CON1.
wu prÄ…du do driverÛw. Wzmianka, Å‚e ukÅ‚ad wykonany
Za pomocÄ… jumperÛw JP1..JP3 ze sprawdzonych elementÛw nie
mołemy ustawiĘ jeden z ośmiu wymaga ani regulacji, ani urucha-
Rys. 3. Rozmieszczenie elementów
adresÛw dopuszczalnych dla ukÅ‚a- miania jest chyba caÅ‚kowicie zbÍd-
na płytce drukowanej.
Elektronika Praktyczna 4/2000
69