Silnik krokowy jest urzadzeniem elektromechanicznym, ktore przeksztalca impulsy elektryczne w dyskretne ruchy mechaniczne. Os silnika krokowego obraca sie o niewielkie przyrosty kata pod wplywem impulsow elektrycznych, podawanych w odpowiedniej kolejnosci. Obroty silnika sa zwiazane bezposrednio z podawanymi impulsami na kilka sposobow. Kierunek obrotow osi jest scisle zwiazany z sekwencja podawanych impulsow, predkosc obrotow zalezy od czestotliwosci tych impulsow, a kat obrotu - od ich ilosci.
Zalety:
1.Kat obrotu silnika jest proporcjonalny do ilosci impulsow wejsciowych.
2.Silnik pracuje z pelnym momentem w stanie spoczynku (o ile uzwojenia sa zasilane).
3.Precyzyjne pozycjonowanie i powtarzalnosc ruchu - dobre silniki krokowe maja dokladnosc ok. 3-5% kroku i blad ten nie kumuluje sie z kroku na krok.
4.Mozliwosc bardzo szybkiego rozbiegu, hamowania i zmiany kierunku.
5.Niezawodne - ze wzgledu na brak szczotek. Zywotnosc silnika zalezy zatem tylko od zywotnosci lozysk.
6.Zaleznosc obrotow silnika od dyskretnych impulsow umozliwia sterowanie w petli otwartej, przez co silnik krokowy jest latwiejszy i tanszy w sterowaniu.
7.Mozliwosc osiagniecia bardzo niskich prekdosci synchronicznych bezposrednio na osi.
8.Szeroki zakres predkosci obrotowych uzyskiwany dzieki temu, ze predkosc jest proporcjonalna do czestotliwosci impulsow wejsciowych.
Wady:
1.Rezonanse mechaniczne pojawiajace sie przy niewlasciwym sterowaniu.
2.Trudnosci przy pracy z bardzo duzymi predkosciami.
1.Silnik o stalej reluktancji.
2.Silnik z magnesem trwalym.
3.Silnik hybrydowy.
Ten typ silnika byl przez dlugi czas bardzo popularny. Jest on chyba najprostszy ze strukturalnego punktu widzenia. Silnik taki sklada sie z rotora o wielu zebach wykonanego z miekkiej stali i uzwojonego stojana. Kiedy uzwojenia stojana sa zasilane pradem stalym, bieguny namagnesowuja sie. Ruch pojawia sie na skutek przyciagania zebow rotora przez zasilane bieguny stojana.
Silnik ten czesto zwany silnikiem kubkowym, jest tani, charakteryzuje sie niska rozdzielczoscia (48-24 krokow na obrot). Jak nazwa wskazuje, silniki z magnesem trwalym maja w swej strukturze magnesy trwale. Inaczej niz w silnikach o zmiennej reluktancji, rotor nie posiada zebow, lecz jest namagnesowany naprzemiennie biegunami N i S tak, iz bieguny te sa uzytuowane w linii prostej, rownoleglej do osi rotora. Namagnesowane bieguny rotora wplywaja na zwiekszenie indukcji magnetycznej, dlatego silniki z magnesem trwalym w porownaniu z silnikami o zmiennej reluktancji maja lepsza charakterystyke momentowa.
Silnik hybrydowy jest bardziej kosztowny niz silnik z magnesem trwalym, ale ma lepsze parametry jesli chodzi o rozdzielczosc, moment i szybkosc. Typowa rozdzielczosc 100-400 krokow na obrot. Silnik hybrydowy laczy w sobie zalety silnika ze zmienna reluktancja i silnika z magnesem trwalym. Rotor ma wiele zebow jak w silnikach VR i posiada osiowo namagnesowane magnesy umieszczone koncentrycznie wokol osi. Zeby rotora zapewniaja lepsza lepsza droge przeplywowi magnetycznemu, co dalej polepsza charakterystyki momentu spoczynkowego i dynamicznego w porownaniu z silnikami VR i PM.
Silnik bipolarny poznaje sie po tym, iz ma 4 przewody wyjsciowe. Cykl sklada sie z 4 krokow po czym sekwencja jest powtarzana. W silnikach bipolarnych nalerzy zwrocic uwage na to, ze wystepuja stany zabronione, np. gdy pracuja T1 i T3, w tym wypadku jest duze prawdopodobienstwo, iz zostanie uszkodzone sterowanie
| Tranzystor | T2 i T3 | T1 i T4 | T6 i T7 | T5 i T8 |
| Krok 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| Krok 2 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| Krok 3 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| Krok 4 | 1 | 0 | 0 | 1 |
Aby silnik obracal sie w jednym kierunku nalezy zastosowac kroki w kolejnosci 1,2,3,4 i nastepnie powtarzac ta kolejnosc, aby silnik obracal sie w strone przeciwna, nalezy podawac kroki w odwrotnej kolejnosci czyli 4,3,2,1.
Silnik unipolarny poznaje sie po tym, iz ma 6 przewodow wyjsciowych. Zdarza sie ze silnik unipolarny ma 5 przewodow, spowodowane to jest tym, ze przewody zasilajace sa polaczone. Sterowanie silnikiem unipolarnym jest prostsze niz silnikiem bipolarnym, ale w zamian za to silnik unipolarny ma mniejszy moment obrotowy. Wystepuje sterowanie pol krokowe, co dwukrotnie zwieksza rozdzielczosc silnika, ale zmniejsza moment obrotowy.
| Tranzystor | T1 | T2 | T3 | T4 |
| Krok 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| Krok 2 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| Krok 3 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| Krok 4 | 1 | 0 | 0 | 1 |
Sekwencja sterujaca jest identyczna jak w silniku bipolarnym. Sterowanie jest znacznie prostsze. Dla silnika unipolarnego istnieje sterowanie polkrokowe, ale nie jest ono wykorzystywane w naszym projekcie.
Poziomy mocy silnikow sterowanych przy pomocy ukladow scalonych mieszcza sie zwykle w zakresie od ponizej 1W dla bardzo malych silnikow do 10-20W dla wiekszych. Dane dostarczane przez producentow rzadko zawieraja maksymalny poziom wydzielanej mocy czy charakterystyke cieplna. Mozna je wyznaczyc z zaleznosci P=I*U. Normalna praktyka jest eksploatowanie silnika krokowego przy poziomie wydzielania mocy, przy ktorym temperatura obudowy silnika osiaga 65o C. Jesli zatez silnik moze byc zamontowany na radiatorze, mozna zwiekszyc dopuszczalny poziom wydzielanej mocy. Wazne jest, aby silnik byl zaprojektowany do pracy i pracowal przy maksymalnym wydzielaniu mocy po to, by byl on wydajny z punktu widzenia rozmiaru, mocy wyjsciowej i kosztu.
|
|
|
|
ULN2803A jest to monolityczny wysokonapieciowy, wysokopradowy obwod tranzystorowy w ukladzie DARLINGTONA.
Zawiera on w sobie osiem par Darlingtona npn z wysokonapieciowymi wyjsciami.
Maksymalny prad kolektora, kazdej pary tranzystorow w ukladzie Darlingtona to 500mA.
Aby zwiekszyc wydajnosc pradowa, pary te moga byc ze soba laczone rownolegle.
Aplikacje, w ktorych stosowane sa uklady ULN2803A to: sterowniki diod, zarowek, sterowniki wy�wietlaczy (LED), sterowniki silnikow krokowych, bufory logiczne.
Kazdy uklad ULN2803A posiada zaimplementowany rezystor 2.7kohm na bazie pary Darlingtona (kazdej pary tranzystorow) co umożliwia jego wspolprace z urzadzeniami
TTL lub 5V CMOS.
Zakres temperaturowy pracy ukladu Darlingtona to -20o C - 85 o C.
|
|
|
|
|
Uklad CD74HC00 zawierajacy logiczne bramki NAND wykorzystuje technologie krzemowych bramek CMOS. Pozwala to osiagnac szybkosc dzialania zblizona do LSTTL (Large Speed TTL) ktore charakteryzuja sie malym poborem mocy w odroznieniu od standardowych CMOS.
Zalety ukladu CD74HC00:
� Buforowane wejscia
� Typowe opoznienie wynikajace z czasu propagacji: 7ns przy Vcc=5V, T=25 o C
� Szeroki zakres temperaturowy �-55o C do 125o C
� Znaczace zmniejszenie poboru mocy
� Typ HC
- Zakres zasilania 2V � 6V
- wysoka odpornosc na szumy: 30% Vcc przy Vcc=5V
� Typ HCT
- Zakres zasilania 4.5V � 5.5V
- kompatybilne z LSTTL
|
|
|
|
|
|
Transoptory skladaja sie z nadajnika i detektora swiatla. Przy ich pomocy mozna przekazywac sygnaly miedzy obwodami odizolowanymi galwanicznie. Nadajnikiem transoptora jest zazwyczaj dioda swiecaca, zas odbiornikiem moze byc fotoopornik, fotodioda, fototranzystor albo fototriak. Transoptory w wielu przypadkach zastepuja transformatory impulsowe np. w zasilaczach z przetwarzaniem czestotliwosci. Sa latwe do montazu automatycznego i w odroznieniu od transformatorow nie posiadaja dolnej czestotliwosci granicznej. Istnieja rowniez transoptory liniowe, przeznaczone do przenoszenia sygnalow analogowych.
|
|
|
|
|
|
Podstawowym zadaniem zasilacza jest zamiana napiecia elektrycznego dostepnego w gniazdku na napiecie, ktore jest odpowiednie dla ukladow elektronicznych. Zasilacz typowego komputera PC (taki jak nasz) zamienia napiecie zmienne o wartosci 230V i czestotliwosci 50Hz na napiecie, ktore moze byc wykorzystane przez komputer (i przez nasz uklad), czyli +5V, +12V, oraz +3,3V (to ostatnie nie bedzie potrzebne w naszym przypadku). W zasilaczu ATX wprowadzono po raz pierwszy dwa dodatkowe sygnaly. Sa to sygnaly POWER_ON i 5V_STANDBY, lub tez poprostu SOFT_POWER.
POWER_ON jest sygnalem plyty glownej,
ktory moze byc wykorzystany do programowego wylaczenia zasilacza.
Sygnal 5V_STANDBY pozostaje zawsze aktywny, dostarczajac plycie glownej minimalnego napiecia nawet wowczas, kiedy komputer jest wylaczony.
|
|
|
|
|
Diody swiecace, LED (Light Emitting Diode) emituja promieniowanie widzialne (fotony) pod wplywem przeplywu przez nie pradu w kierunku przewodzenia, tj. od warstwy P do N. Promieniowanie to ma dokladnie okreslone widmo czestotliwosciowe jako wynik rekombinacji nosników ladunkow w obszarze zlacza P-N. W sklad materialow polprzewodnikowych wchodza tu przewaznie pierwiastki z III i V, jak równiez z II i IV grupy ukladu okresowego. Dlatego nazywane sa one materialami III-V lub II-IV grupy.
Diode LED zasila sie napieciem w kierunku przewodzenia, dlatego musi byc zastosowany rezystor szeregowy dla ograniczenia pradu. Wyprowadzenie katody w diodach LED do montazu przewlekanego jest zwykle krotsze niz anody, natomiast w diodach do montazu powierzchniowego katoda jest specjalnie oznakowana. Diody swiecace wystepuja jako samodzielne elementy, jak rowniez w postaci modulow segmentowych (wyswietlaczy), a takze jako klawisze przyciskowe z wbudowanym podswietleniem. Diody dwubarwne uzyskuje sie
proprzez rownolegle, lecz przeciwsobne polaczenie dwoch diod o roznych barwach. Mozna je uzywac jako samodzielnych wskaznikow lampkowych, albo jako elementow kolorowych wyswietlaczy lub przyciskow.
Na plytce drukowanej wyslepuje czerwona dioda LED (12V), ktora sygnalizuje czy caly uklad jest zasilany.
|
|
|
|
|
Rezystory sa najczesciej spotykanymi elementami w ukladach elektronicznych. Rezystor jest to dwukoncowkowy element elektryczny bierny, ktorego zadaniem w obwodzie elektrycznym jest przede wszystkim ustalenie wartosci pradu. Skladaja sie zwykle z korpusu izolacyjnego z wyprowadzeniami oraz z czesci oporowej, wyprodukowanej z materialu o znanej opornosci wlasciwej.
|
|
|
|
|
Port rownolegly posiada osiem linii do jednoczesnego przesylania wszystkich bitow skladajacych sie na bajt, dzieki temu przesylanie danych odbywa sie szybciej niz w przypadku interfejsu szeregowego. Jest to szybki interfejs wykorzystywany tradycyjnie do podlaczania drukarek.
Z kazdym portem rownoleglym stowarzyszone sa trzy specjalne rejestry:
-rejestr danych,
-rejestr stanu,
-rejestr sterujacy.
Trojki rejestrow ulokowane sa w spojnych obszarach przestrzeni adresowej wejscia-wyjscia, ktorych poczatki wyznaczaja tzw. adresy bazowe. Dla kazdego z obecnych portow LPTx stowarzyszony z nim rejestr danych lezy pod adresem
bazowym, o krok dalej jest rejestr stanu (adres bazowy +1), a na koncu rejestr sterujacy (adres bazowy +2).
Rejestr danych umozliwia dostep do magistrali danych D0-D7. Zlokalizowany jest pod adresem bazowym przyjetym dla danego zlacza. Umieszczenie bajtu danych w tym rejestrze powoduje odwzorowanie sygnatury bitowej na stosownych liniach magistrali danych, zatem ustawienie dowolnego bitu tego rejestru powoduje pojawienie sie napiecia +5V na stowarzyszonej z nim koncowce. Oznacza to, ze zadna z pozycji nie ulega zanegowaniu, co ma miejsce w przypadku niektorych bitow kolejnych rejestrow SPP.
Rejestr ten dostarcza informacji o poziomie sygnalow Bsy, Ack, Pap, Sel i Err. Rejestr stanu przeznaczony jest wylacznie do odczytu, a wszelkie zapisywane do niego dane beda ignorowane. Wystepuje tutaj sprzetowa negacja sygnalu na linii Busy.
Rejestr sterujacy w specyfikacji SPP przeznaczony jest wylacznie do zapisu. Pozwala on na wymuszanie okreslonych poziomow napiecia na liniach Dsl, Ini, Alf i Str. Lacze rownolegle moze byc zrodlem przerwania sprzetowego, jezeli sygnal na linii ack zmieni stan z wysokiego na niski. Bit 4 stanowi przelacznik umozliwiajacy blokade mechanizmu wyzwalania przerwania. Bit 5 aktywuje mechanizm pracy dwukierunkowej dla rejestru danych. Wystepuje sprzetowa negacja bitow 0, 1, 3.
| Numer pinu | Opis | Kierunek sygnalu |
| 1 | Str | Wyjsciowy |
| 2 | Data bit 0 | Wyjsciowy |
| 3 | Data bit 1 | Wyjsciowy |
| 4 | Data bit 2 | Wyjsciowy |
| 5 | Data bit 3 | Wyjsciowy |
| 6 | Data bit 4 | Wyjsciowy |
| 7 | Data bit 5 | Wyjsciowy |
| 8 | Data bit 6 | Wyjsciowy |
| 9 | Data bit 7 | Wyjsciowy |
| 10 | Ack | Wejsciowy |
| 11 | Bsy | Wejsciowy |
| 12 | Pap | Wejsciowy |
| 13 | Sel | Wejsciowy |
| 14 | Alf | Wyjsciowy |
| 15 | Err | Wejsciowy |
| 16 | Ini | Wyjsciowy |
| 17 | Dsl | Wyjsciowy |
| 18 | Gnd | Wejsciowy |
| 19 | Gnd | Wejsciowy |
| 20 | Gnd | Wejsciowy |
| 21 | Gnd | Wejsciowy |
| 22 | Gnd | Wejsciowy |
| 23 | Gnd | Wejsciowy |
| 24 | Gnd | Wejsciowy |
| 25 | Gnd | Wejsciowy |
|
Kazda z linii ma swoj odpowiednik na stosownej pozycji bitowej odpowiedniego rejestru. Ta przejrzysta i latwa do oprogramowania struktura stwarza, iz port rownolegly jest najchetniej wykorzystywany jako interfejs do prostych ukladow automatycznych.
W oryginale IBM-PC port danych jest jednokierunkowy. Zawartosc rejestru wypisywana jest na odpowiednie koncowki zlacza DB-25 w niezmienionej formie (brak negacji). W pozniejszych wykonaniach kontrolerow pojawila sie mozliwosc pracy dwukierunkowej uruchamiana poprzez bit 5 rejestru sterujacego. Aktywacja tej funkcji komplikuje obsluge portu.
Rejestr sterujacy przeznaczony jest w zasadzie wylacznie do zapisu ale dzieki istnieniu wbudowanych funkcji sprzezenia zwrotnego moze byc uzyty jako dwukierunkowy w swej mniej znaczacej polowie (bity 0-3). W przypadku bitu 4 obowiazuje tylko jeden kierunek (zapis).
W naszym projekcie wykorzystujemy linie C0 (negowana) do wlaczania zasilania z programu sterujacego, D0-D7 do sterowania silnikami oraz linii S3-S7 (S7 negowana) do odczytu wartosci pochodzacych z krancowek.
|
|
|
|
|
Tranzystor przeznaczony jest do pracy jako wzmacniacz sterowany pradowo lub napieciowo. Ma on najczesciej trzy wyprowadzenia. W tranzystorach bipolarnych sa to emiter, baza i kolektor, natomiast w tranzystorach polowych: dren, bramka i zrodlo. Tranzystor mozna sobie wyobrazic jako przenoszacy ladunki rezystor o zmiennej rezystancji. Tranzystor bipolarny pracuje jako wzmacniacz pradowy. Maly prad wplywajacy do bazy otwiera droge dla przeplywu wiekszego pradu pomiedzy kolektorem i emiterem. W tranzystorze polowym odpowiednikiem bazy jest bramka, a roznica polega na tym, ze czynnikiem regulujacym przeplyw pradu pomiedzy zrodlem i drenem jest napiecie bramki zamiast pradu bazy.
|
|
|
|
|