Управление биполярным шаговым двигателем. Часть 2. Схема с контроллером PIC12F629 и драйвером L293D

Поскольку драйвера для шаговиков L293D более популярны у радиолюбителей, чем LB1838, и их гораздо легче достать, то, по просьбам форумчан, я решил написать продолжение статьи про управление биполярными шаговыми двигателями и рассмотреть схему с драйвером L293D.

Про то, как подключать обмотки и в каком порядке на них подавать сигналы, я писать не буду, это было подробно рассмотрено в первой части статьи, вместо этого давайте рассмотрим, чем, с точки зрения управления, драйвер L293D отличается от рассмотренного нами ранее драйвера LB1838 и как нужно переделать схему и программу управления, чтобы получить точно такое же устройство, только на драйвере L293D.

Итак, в чём же отличия? Во-первых, — в обозначениях. У LB1838 выходы обозначены как OUT, а у L293D они обозначены буквой Y, у LB1838 управляющие входные сигналы обозначены как IN, а у L293D они обозначены буквой A. Во-вторых, — в количестве управляющих сигналов. У LD293D для каждого выхода есть свой управляющий входной сигнал, а у LB1838 один входной сигнал управлял сразу двумя выходами. В остальном, никаких принципиальных отличий с точки зрения управления, в этих драйверах нет.

Далее, давайте посмотрим на таблицу истинности драйвера L293D и нарисуем для него диаграммы входных управляющих сигналов для одного полного цикла вращения, когда на выходах последовательно появляются все 4 комбинации подключения обмоток (также, как мы это делали для LB1838):

Таблица истинности для L293D (состояние выходов в зависимости от состояния входов):

Если внимательно посмотреть на диаграмму слева, то можно увидеть, что сигнал 1A можно сделать одинаковым с сигналом 3A, а сигнал 2A — одинаковым с сигналом 4A. В этом случае наша диаграмма упроститься и будет выглядеть так:

На последней диаграмме нарисовано, какие комбинации уровней сигналов должны быть на управляющих входах драйвера (1,2EN, 3,4EN, 1A, 2A, 3A, 4A) для того, что бы получить соответствующие комбинации подключения обмоток двигателя, а также стрелками указан порядок смены этих комбинаций для обеспечения вращения в нужную сторону.

Теперь внимательно смотрим на последнюю диаграмму и сравниваем её с соответствующей диаграммой для драйвера LB1838. Мы видим, что в случае с L293 нам придётся использовать для управления драйвером 4 ноги контроллера вместо трёх, как это было в случае с LB1838, соответственно схему и программу для контроллера придётся переделать.

Начнём со схемы. Схема для L293 будет выглядеть так:

Далее давайте подумаем, что нужно будет изменить в программе микроконтроллера, чтобы наше устройство с L293D работало аналогично девайсу на LB1838 (который мы рассматривали в первой части). А, собственно говоря, практически ничего. Что у нас изменилось? Только количество ног и их подключение (нога GP4 у нас теперь будет использоваться для управления драйвером, а КН2 мы подключим к ноге GP3). Соответственно, в программе мы должны сделать следующие три вещи:

настроить GP4 на выход. Для этого нужно заменить в программе вот эту строчку:

movlw b’00110000′ ; настройка выходов (GP4,GP5 — входы)

movlw b’00101000′ ; настройка выходов (GP3,GP5 — входы)

Драйвер двигателей L293D подключение к Arduino

Опубликовано 23.02.2013 12:35:00

В данной статье мы разберем популярную, широко распространенную миросхему L293D.

Микросхема включает в себя сразу два драйвера для управления слаботочными моторами. Для дальнейшего удобства условно обозначим их как правый борт и левый борт.

Используемые компоненты (купить в Китае):

Начнем наш рассказ с краткого обзора технических характеристик L293D.

Несомненным плюсом данной микросхемы является раздельное питание логической части микросхемы, напряжение питания которой лежит в приделах 4.5-5 вольт (VSS), и силовой части питания двигателей (VS).

Используя данную микросхему мы можем управлять двигателями с довольно широким диапазоном питающего напряжения от 4.5 до 36 вольт, но при этом, L293D может выдать всего лишь 600mА продолжительного тока нагрузки на каждый канал. Пиковый (максимальный) ток может кратковременно подскочить до 1.2A.

Так же из положительных сторон данной микросхемы следует отметить её непривередливость к напряжению входных сигналов подаваемых на выводы INPUT.

Логический «0» распознается микросхемой когда входное напряжение

Итак, разберем по полочкам левый борт. Вывод ENABLE1 это главная фигура в управлении левым каналом, без лога единицы на его выводе (или ШИМ, об этом чуть позже) ничего работать не будет, вне зависимости от того что творится на выводах INPUT1 и INPUT2.

Выводы INPUT1 и INPUT2 задают направление вращения мотора. Их можно сравнить с рулем машины, тем более, что в данном случае сравнение подходит идеально, ведь мы не можем повернуть руль сразу в две стороны, а необходимо выбирать одну из двух. Из вышесказанного следует, что для поворота нам надо подать логическую единицу на вывод INPUT1, а на INPUT2 подать логический ноль. Для смены направления поменять местами INPUT1 «0», INPUT2 «1».

При подаче одинаковых логов мотор вращаться не будет, следовательно вращение можно остановить либо подачей логического нуля на вывод ENABLE1, при любой конфигурации IN1 и IN2, либо одинаковыми логами на IN1 и IN2, не изменяя конфигурации вывода EN1 (данный вариант мы и рассмотрим ниже).

Контакты GND соединяются с отрицательным полюсом источника питания (земля).

Оставшиеся выводы OUTPUT1 и OUTPUT2 служат непосредственно для подключения мотора.

Правый канал работает абсолютно идентично.

Рассмотрим самый простой вариант подключения L293D. Скорость вращения при таком варианте двигателя нерегулируемая, вывод EN1 подключен напрямую к +5V. Питание мотора также берется от стабилизатора установленного на Arduino. Питать таким образом от USB можно только очень слабые нагрузки (в данном случае потребляемый ток моторчика 100mA, и нет никаких внешних воздействий способных повысить потребляемый ток), и то такое подключение крайне не желательно.

Заставим моторчик вращаться «вправо» 4 секунды, остановиться на 0.5 секунды, вращаться «влево» 4 секунды, остановка 5 секунд и снова цикл повторяется.

ДРАЙВЕР ДВИГАТЕЛЕЙ L293D

Для управления двигателями робота необходимо устройство, которое бы преобразовывало управляющие сигналы малой мощности в токи, достаточные для управления моторами. Такое устройство называют драйвером двигателей.

Существует достаточно много самых различных схем для управления электродвигателями. Они различаются как мощностью, так и элементной базой, на основе которой они выполнены.

Мы остановимся на самом простом драйвере управления двигателями, выполненном в виде полностью готовой к работе микросхемы. Эта микросхема называется L293D и является одной из самых распространенных микросхем, предназначенных для этой цели.

L293D содержит сразу два драйвера для управления электродвигателями небольшой мощности (четыре независимых канала, объединенных в две пары). Имеет две пары входов для управляющих сигналов и две пары выходов для подключения электромоторов. Кроме того, у L293D есть два входа для включения каждого из драйверов. Эти входы используются для управления скоростью вращения электромоторов с помощью широтно модулированного сигнала (ШИМ).

L293D обеспечивает разделение электропитания для микросхемы и для управляемых ею двигателей, что позволяет подключить электродвигатели с большим напряжением питания, чем у микросхемы. Разделение электропитания микросхем и электродвигателей может быть также необходимо для уменьшения помех, вызванных бросками напряжения, связанными с работой моторов.

Принцип работы каждого из драйверов, входящих в состав микросхемы, идентичен, поэтому рассмотрим принцип работы одного из них.

К выходам OUTPUT1 и OUTPUT2 подключим электромотор MOTOR1.
На вход ENABLE1, включающий драйвер, подадим сигнал (соединим с положительным полюсом источника питания +5V). Если при этом на входы INPUT1 и INPUT2 не подаются сигналы, то мотор вращаться не будет.

Если вход INPUT1 соединить с положительным полюсом источника питания, а вход INPUT2 — с отрицательным, то мотор начнет вращаться.

Теперь попробуем соединить вход INPUT1 с отрицательным полюсом источника питания, а вход INPUT2 — с положительным. Мотор начнет вращаться в другую сторону.

Попробуем подать сигналы одного уровня сразу на оба управляющих входа INPUT1 и INPUT2 (соединить оба входа с положительным полюсом источника питания или с отрицательным) — мотор вращаться не будет.

Если мы уберем сигнал с входа ENABLE1, то при любых вариантах наличия сигналов на входах INPUT1 и INPUT2 мотор вращаться не будет.

Представить лучше принцип работы драйвера двигателя можно, рассмотрев следующую таблицу:

ENABLE1	INPUT1	INPUT2	OUTPUT1	OUTPUT2
1
1	1		1
1		1		1
1	1	1	1	1

Теперь рассмотрим назначение выводов микросхемы L293D.

• Входы ENABLE1 и ENABLE2 отвечают за включение каждого из драйверов, входящих в состав микросхемы.
• Входы INPUT1 и INPUT2 управляют двигателем, подключенным к выходам OUTPUT1 и OUTPUT2.
• Входы INPUT3 и INPUT4 управляют двигателем, подключенным к выходам OUTPUT3 и OUTPUT4.
• Контакт Vs соединяют с положительным полюсом источника электропитания двигателей или просто с положительным полюсом питания, если питание схемы и двигателей единое. Проще говоря, этот контакт отвечает за питание электродвигателей.
• Контакт Vss соединяют с положительным полюсом источника питания. Этот контакт обеспечивает питание самой микросхемы.
• Четыре контакта GND соединяют с «землей» (общим проводом или отрицательным полюсом источника питания). Кроме того, с помощью этих контактов обычно обеспечивают теплоотвод от микросхемы, поэтому их лучше всего распаивать на достаточно широкую контактную площадку.

Характеристики микросхемы L293D

• напряжение питания двигателей (Vs) — 4,5. 36V
• напряжение питания микросхемы (Vss) — 5V
• допустимый ток нагрузки — 600mA (на каждый канал)
• пиковый (максимальный) ток на выходе — 1,2A (на каждый канал)
• логический «0» входного напряжения — до 1,5V
• логическая «1» входного напряжения — 2,3. 7V
• скорость переключений до 5 kHz.
• защита от перегрева

Примечание:
Об особенностях L293DNE — аналога микросхемы L293D — см. врезку в статье «Как сделать простейшего робота».