Драйвер униполярного шагового двигателя на ATtiny261

В данной статье представлен несложный драйвер шагового двигателя, который может найти множество применений при создании систем автоматизации или игрушек. Помимо простого дизайна, система оснащена полезными функциональными возможностями.

Основные параметры:

• Униполярное управление шаговым двигателем (5 или 6 проводов);
• Шаговая или полушаговая работа;
• Два диапазона регулировки скорости;
• Потенциометр для плавной регулировки скорости вращения;
• Возможность выбора режима остановки: статический или динамический;
• Возможность выбора метода управления - импульсный или логический;
• Электропитание: 7...24В постоянного тока;
• Нагрузочная способность: до 1 А/канал (катушка).

Принципиальная схема контроллера мотора представлена на рисунке 1. На него подается постоянное напряжение в диапазоне 7...24 В, подключенное к разъему Х1. Диод D1 является защитой от подключения входного напряжения неправильной полярности. Напряжение питания поступает на стабилизатор IC1 (78L05), который подает +5 В на микроконтроллер.

Рисунок 1. Принципиальная схема драйвера шагового двигателя

Работой устройства управляет микроконтроллер IC2 ATtiny261, тактируемый внутренним тактовым сигналом. Силовой узел был построен с использованием драйвера ULN2803, в котором два каскада были подключены параллельно для увеличения выхода по току. Потенциометр PR1 используется для регулировки скорости вращения. Диод LED1 показывает рабочее состояние системы.

Перемычки CONFIG используются для настройки работы контроллера:

• Перемычка «1/½» используется для выбора режима работы двигателя. Перемычка отсутствует - пошаговый режим, перемычка установлена - полушаговый режим.

Шаговый режим - простейший способ управления шаговым двигателем, полушаговый режим - добавление промежуточных состояний в последовательность управления, на практике он обеспечивает более плавную работу двигателя, но увеличивает потребляемый ток примерно на 50...60 %.

• Перемычка HI/LO используется для выбора диапазона регулирования скорости вращения. Перемычка установлена – нижний диапазон регулировки. Перемычка отсутствует — верхний диапазон регулировки.
• Перемычка CNF используется для выбора метода управления. Перемычка отсутствует - импульсное управление. Перемычка установлена - логическое управление; при логическом управлении короткое замыкание или обрыв цепи управления изменяет направление вращения или останавливает двигатель. С другой стороны, импульсное управление меняет направление вращения при каждом коротком замыкании разъема DIRECT и останавливает или запускает двигатель при каждом коротком замыкании клемм STOP/START, тогда мы можем управлять системой с помощью микропереключателей, прикрепленных к этим разъемам.
• Перемычка ST/DY используется для выбора метода остановки двигателя. Перемычка отсутствует - статическая остановка. Перемычка установлена - динамическая остановка. При остановке двигателя сигналом на разъеме STOP/START, с настройкой на динамическую, выход контроллера сохраняет состояние с момента остановки, т.е. включаются соответствующие катушки двигателя, на практике это приводит к тому, что ось двигателя блокируется в одной точке, но вызывает потребление значительного тока и нагрев обмоток. Статическая остановка приводит к отключению двигателя в остановленном состоянии, на практике это вызывает почти свободное движение оси двигателя, и система потребляет лишь небольшой ток покоя.

Рисунок 2. Схема сборки драйвера шагового двигателя

Контроллер мотора должен быть собран на плате, схема сборки которой показана на рисунке 2. Сборка типовая и не должна вызвать затруднений. После сборки контроллер сразу готов к работе. Все изменения в конфигурации контроллера, сделанные с помощью перемычек CONFIG, будут активны только после выключения и повторного включения питания.

Рисунок 3. Способ соединения контроллера с двигателем

Способ подключения системы к типовому двигателю показан на рисунке 3.

Фото готового устройства