Драйвер шагового дигателя (управление шаговыми двигателями с помощью компьютера)

В данной статье описан один из наиболее простых методов подключения нескольких шаговых двигателей к компьютеру через порт LPT, а алгоритм управления двигателями. По сравнению с обычными двигателями постоянного тока, шаговые двигатели требуют значительно более сложных схем управления, которые должны выполнять все коммутации обмоток при работе двигателя.

В зависимости от конфигурации обмоток двигатели делятся на биполярные и униполярные. Для управления биполярным двигателем требуется более сложный драйвер. Драйвер – так называется силовая часть электро схемы управления шаговым двигателем, не путать с программным драйвером.

Я, в своих экспериментах использовал шаговые двигатели от 5,25-дюймов дисководов. В основном в дисководах попадаются двигатели с сопротивлением обмоток 70 ом и напряжением питания 12в. Всю электрическую схему можно разбить на две части: контроллер (буфер) и драйвер см.рис.1.

Разработанный мной контроллер может обслуживать до 16 шаговых двигателей, он собран на трех микросхемах 555TM7. Схема контроллера изображена на рис.2.

Контроллер подключается к LPT. Привожу назначение выводов разъема порта LPT.

выв.	Название	Направление	Описание
1	STROBE	ввод и вывод	устанавливается PC после завершения каждой передачи данных
2/9	DO-D7	вывод	8 линий данных
10	АСК	ввод	устанавливается в "0" внешним устройством после приема байта
11	BUSY	ввод	устройство показывает, что оно занято, путем установки этой линии в «1»
12	Paper out	ввод	для принтеров
13	Select	ввод	устройство показывает, что оно готово, путем установки на этой линии «1 »
14	Autofeed	Ввод и вывод
15	Error	ввод	индицирует об ошибке
16	Initialize	Ввод и вывод
17	Select In	Ввод и вывод
18-25	Ground	GND	общий провод

Я разбил 8 бит данных идущих от LPT на две группы по 4 бит: «данные» (bit 0-3) и «адреса» (bit 4-7)

«Данные» передаются на триггеры ТМ7 выводы 2, 3, 6,7 (D1, D2, D3, D4 см.рис.2), а «адреса» определяют какой из триггеров запишет эти «данные».

Биты LPT								Примечание
7	6	5	4	3	2	1	0
«адрес» № драйвера				«данные»
4	3	2	1	4	3	2	1
0	0	0	1	0	1	0	1	Данные 0101 запишутся в триггер 1 и передадутся в драйвер 1
0	0	1	0	0	1	0	1	Данные 0101 запишутся в триггер 1 и передадутся в драйвер 2
0	1	0	0	0	1	0	1	Данные 0101 запишутся в триггер 1 и передадутся в драйвер 3
0	0	0	0	1	0	1	1	Данные никуда не поступят, т.к. не выбран «адрес»
0	1	1	1	1	0	1	1	Данные 1011 запишутся сразу в три триггера 1,2,3

В моей схеме 7 бит не используется т.к. применено 3 двигателя.

Для подключения к схеме 16 двигателей необходимо на управляющие биты «адреса» установить дешифратор. К выходам ТМ7 подключается драйвер – силовые ключи коммутирующие обмотки шагового двигателя. Драйвер состоит из 4х транзисторов КТ 972 см.рис.3.

Диоды можно использовать любые с допустимым импульсным током 200мА

Также можно использовать серийные микросхемы (stepper motor driver), например ULN 2004 (9 ключей) на 0.6А. или НА13408 (1.5А) см.рис.4

Для питания контроллера и шаговых двигателей понадобится блок питания.

Его мощность зависит от мощности шаговых двигателей. При использовании двигателей от 5" дисководов потребляемый ток будет равен: 3 двигателя, одновременно может запитано по 2 обмотки (полу-шаговый режим) по 0.6А т.е.

А теперь о том как управлять контроллером и шаговыми двигателями с помощью компьютера. Проще всего из Qbasic (под DOS)

Порт принтера LPT имеет адрес 888. процедурой OUT мы в порт помещаем число Х.

После каждой команды необходимо поставить задержку, т.к. шаговый двигатель не успеет повернуться в следующее положение.

Максимальная частота коммутации обмоток шагового двигателя (те которые были у меня) 2000Гц, что соответствует 4 об/сек. При большей частоте двигатель будет пропускать шаги.