na 2024/10/10 306

Przewodnik po użyciu PIC16F877A do projektów silnikowych krokowych

Mikrokontroler PIC16F877A jest szeroko stosowany w wielu projektach elektronicznych, ponieważ oferuje dobrą równowagę funkcji i łatwości użytkowania.W tym przewodniku przyjrzymy się blisko PIC16F877A, pokrywając wszystko, od jego modeli pinout i CAD po jego zastosowanie w kontrolowaniu silników krokowych.Niezależnie od tego, czy budujesz proste urządzenie, czy złożony projekt automatyzacji, zrozumienie, jak łączyć i sterować silnikami za pomocą tego mikrokontrolera, pomoże Ci uzyskać najlepsze wyniki.

Katalog

PIC16F877A Konfiguracja PIN

Modele CAD dla PIC16F877A

PIC16F877A SYMAM Symbol

PIC16F877A STOPRINT PCB

Model 3D

PIC16F877A Struktura wewnętrzna

Szczegółowe specyfikacje techniczne

Typ	Parametr
Czas realizacji fabryki	7 tygodni
Uchwyt	Przez dziurę
Typ montażu	Przez dziurę
Pakiet / obudowa	40-dip (0,600, 15,24 mm)
Liczba szpilek	40
Konwertery danych	A/D 8x10B
Liczba I/OS	33
Timery strażnicze	Tak
Temperatura robocza	-40°C ~ 85°C ta
Opakowanie	Rura
Szereg	Zdjęcie® 16f
Opublikowany	1997
Kod JESD-609	E3
Kod PBFree	Tak
Status części	Aktywny
Poziom wrażliwości na wilgoć (MSL)	1 (nieograniczony)
Liczba terminów	40
Kod ECCN	Ear99
Końcowe wykończenie	Matowa cyna (SN) - wyżarzona
Dodatkowa funkcja	Działa przy minimalnej dostawie 4 V
Pozycja końcowa	PODWÓJNY
Napięcie zasilania	5v
Częstotliwość	20 MHz
Podstawowy numer części	PIC16F877A
Liczba pinów	40
Napięcie zasilania (VSUP)	5.5 V.
Zasilacze	5v
Napięcie zasilania min (VSUP)	4,5 V.
Interfejs	I2C, SPI, SSP, UART, USART
Rozmiar pamięci	14KB
Typ oscylatora	Zewnętrzny
Nominalny prąd zaopatrzenia	1,6 mA
Rozmiar pamięci RAM	368 x 8
Napięcie - zasilanie (VCC/VDD)	4v ~ 5,5 V.
UPS/UCS/peryferyjny typ ICS	Microcontroller, RISC
Podstawowy procesor	Zdjęcie
Peryferyjne	Brązowy wykrycie/reset, POR, PWM, WDT
Typ pamięci programu	BŁYSK
Rozmiar rdzenia	8-bit
Rozmiar pamięci programu	14KB (8k x 14)
Łączność	I2C, SPI, UART/USART
Rozmiar bitu	8
Czas dostępu	20 µS
Ma ADC	Tak
Kanały DMA	NIE
Szerokość magistrali danych	8b
Liczba liczników/liczników	3
Adres szerokość autobusu	8b
Gęstość	112 kb
Rozmiar EEPROM	256 x 8
Rodzina procesora	Zdjęcie
Liczba kanałów ADC	8
Liczba kanałów PWM	2
Liczba kanałów I2C	1
Wysokość	4,06 mm
Długość	52,45 mm
Szerokość	14,22 mm
Dotrzyj do SVHC	Brak SVHC
Hartowanie promieniowania	NIE
Status Rohs	ROHS3 zgodne
Ołów za darmo	Ołów za darmo

Zrozumienie silników krokowych

Silnik krokowy to rodzaj silnika elektrycznego, który porusza się w określonych krokach, a nie w ciągłym ruchu, takim jak tradycyjne silniki.Te ruchy krok po kroku są mierzone w stopniach, które mogą się różnić w zależności od zastosowania.

Silniki krokowe mogą działać w różnych trybach: napęd fali, pełny napęd i pół napędu.Każdy tryb kontroluje, w jaki sposób fazy silnika są energetyzowane, wpływając na jego wydajność i dzięki czemu nadaje się do różnych zastosowań.

W trybie napędu fali tylko jedna faza silnika jest napędzana jednocześnie.Ten prosty tryb sterowania jest przydatny w sytuacjach, w których wydajność energetyczna jest priorytetowo traktowana przez moment obrotowy, na przykład w podstawowych zadaniach automatyzacji, w których potrzebny jest minimalny prąd rozruchowy.

Tryb pełnego napędu zasila dwie fazy jednocześnie.Powoduje to wyższy wynik momentu obrotowego, ponieważ dwie cewki współpracują ze sobą, co czyni ją idealną do zastosowań, w których potrzebna jest precyzja i wytrzymałość, na przykład w robotyce i maszynach CNC.

Tryb połowy napędu łączy cechy fali i pełnego napędu poprzez naprzemiennie energetyzując jedną fazę i dwie fazy.Takie podejście zapewnia mniejsze wielkości kroków, skutecznie podwajając rozdzielczość silnika.Pół Drive najlepiej nadaje się do aplikacji takich jak drukowanie 3D i drobne oprzyrządowanie, w których niezbędne są płynne ruch i precyzyjne pozycjonowanie.

Wybierając silnik krokowy do określonego zastosowania, rozważ środowisko operacyjne.W przypadku zadań precyzyjnych zaleca się, aby tryb połowy napędu w celu zapewnienia płynnych przejść i zmniejszonych wibracji.W przypadku projektów koncentrujących się na oszczędnościach energii tryb napędu WAVE może być bardziej odpowiedni.

Wybór odpowiedniego trybu wymaga równoważenia, takich jak moment obrotowy, prędkość i złożoność systemu.Wybór właściwego trybu może znacząco wpłynąć na wydajność silnika i ogólną wydajność systemu.

Łączenie silnika krokowego z PIC16F877A

Aby podłączyć silnik krokowy z PIC16F877A Microcontroller, możesz użyć tablicy tranzystorowej ULN2003.Ten zintegrowany obwód, zaprojektowany dla silników o wysokiej zgrynie, zawiera siedem par Darlington.Dolne bity portu mikrokontrolera są połączone z pinami wejściowymi (1B, 2B, 3B, 4B) ULN2003, a jego piny wyjściowe (1C, 2C, 3C, 4C) łączą się z pinami silnika Stepper.Wspólne szpilki silnika i COM PIN ULN2003 są podłączone do zasilania 12V.

Silniki krokowe są powszechnie używane do zastosowań, które wymagają precyzyjnej kontroli ruchu.Konwertują cyfrowe impulsy na rotację mechaniczną, dzięki czemu są idealne do urządzeń takich jak maszyny CNC i drukarki 3D, w których pozycja i prędkość muszą być starannie regulowane.

ULN2003 odgrywa kluczową rolę w kontrolowaniu silników krokowych ze względu na jego zdolność do obsługi wysokiego prądu i łatwe interfejsy z mikrokontrolerami.Po podłączeniu do PIC16F877A dolne bity portu służą do sterowania silnikiem krokowym.Ta konfiguracja zapewnia precyzyjną kontrolę kroku, zapewniając dokładny ruch i pozycjonowanie.

Korzystanie z ULN2003 w konfiguracjach sterowania silnikiem jest wysoce niezawodne w aplikacjach w świecie rzeczywistym.Pomaga zminimalizować problemy, takie jak pominięte kroki lub nieprawidłowe pozycjonowanie, poprawiając ogólną wydajność.Regularna konserwacja i kalibracja na podstawie danych użytkowania może dodatkowo zoptymalizować funkcję motoryczną, zapewniając długoterminową stabilność i precyzyjne działanie.

Regulacja prędkości silnika krokowego

Prędkość silnika krokowego można dokładnie zmodyfikować przy użyciu oprogramowania do symulacji Proteus.Uzyskując dostęp do ustawień silnika poprzez „Edytuj właściwości”, można dokonać regulacji parametrów, takich jak liczba kroków i kąt kroku.Na przykład 200-etapowy silnik dzieli pełny obrót (360 °) na 200 kroków, co czyni każdy krok 1,8 °.Zmiana tych ustawień w proteusie będzie dynamicznie odzwierciedlać podczas symulacji.

W praktyce silniki krokowe są często stosowane w branżach, w których precyzyjna kontrola ruchu ma kluczowe znaczenie, na przykład w maszynach i robotyce CNC.Dostosowanie kąta kroku i liczby kroków dopracowuje silnik, aby osiągnąć dokładny ruch wymagany dla określonych zadań.

Zmiana parametrów silnika krokowego wpływa na charakterystykę wydajności, takie jak moment obrotowy i rozdzielczość.Na przykład zwiększenie liczby kroków ogólnie zwiększa rozdzielczość, ale może wpływać na moment obrotowy i reakcję.Zrozumienie tych kompromisów poprzez symulację pomaga w podejmowaniu świadomych decyzji.

Niuansowa perspektywa ujawnia, że ​​korekty iteracyjne, a następnie praktyczne próby, prowadzą do bardziej solidnego projektu silnika.Krytyczne jest zapewnienie, że cyfrowe symulacje odzwierciedlają rzeczywiste wyniki.Nuansje konfigurowania silnika krokowego rzeczywiście leżą równowaga między teoretyczną precyzją a praktyczną wykonalności.

Programowanie silnika krokowego z PIC16F877A

W tej sekcji obejmuje sposób zaprogramowania silnika krokowego za pomocą mikrokontrolera PIC16F877A, wyjaśniając różne tryby jazdy i zapewniając praktyczne wskazówki dotyczące skutecznego wdrażania.

Oto podstawowy przykładowy kod do zademonstrowania sterowania silnikiem krokowym za pomocą trybu pełnego napędu:

void main ()

{

Trisd = 0B00000000;// Ustaw Portd jako wyjście

Portd = 0b11111111;// Zainicjuj Portd

Do

{

Portd = 0b00000011;// Energia dwie fazy jednocześnie

Delay_ms (500);// 0,5-sekundowe opóźnienie

Portd = 0b00000110;

Delay_ms (500);

Portd = 0b00001100;

Delay_ms (500);

Portd = 0b00001001;

Delay_ms (500);

} while (1);// pętla na czas nieokreślony

}

W tym kodzie portd PIC16F877A jest skonfigurowany jako port wyjściowy do sterowania silnikiem krokowym przez sterownik ULN2003.Sekwencja poleceń energetyzuje dwie fazy silnika krokowego jednocześnie, co jest charakterystyczne dla trybu pełnego napędu.Ten tryb utrzymuje wirnik w ustalonej pozycji z maksymalnym momentem obrotowym, ale zazwyczaj zużywa większą moc.

Tryb pełnego napędu nie jest jedynym sposobem kontrolowania silników krokowych.Tryby Wave Drive i Half Drive zapewniają alternatywy w oparciu o określone wymagania.Napęd fali energetyzuje tylko jedną fazę na raz, co zmniejsza zużycie energii, ale powoduje niższy moment obrotowy.Połowa jazdy naprzemiennie między jedną i dwiema fazami, oferując wyższą rozdzielczość i gładszy ruch.

Podczas programowania silników krokowych wybierz tryb jazdy, który najlepiej odpowiada Twoim potrzebom, niezależnie od tego, czy jest to precyzyjne pozycjonowanie, wydajność energetyczną czy maksymalny moment obrotowy.

Praktyczne zastosowania silników krokowych

Silniki krokowe są szeroko stosowane w wielu branżach ze względu na ich zdolność do zapewnienia precyzyjnej kontroli i niezawodnej wydajności.Ich wszechstronność sprawia, że ​​nadają się do wszystkiego, od samochodów i urządzeń gospodarstwa domowego po maszyny przemysłowe i urządzenia medyczne.

W świecie motoryzacyjnym silniki Stepper odgrywają kluczową rolę w kontrolowaniu systemów, takich jak przepustnica, reflektory i klimatyzacja.Pomagają dostroić te komponenty, upewniając się, że pojazdy działają płynnie i wydajnie.Tymczasem w urządzeniach biurowych, takich jak drukarki i kserokopie, silniki stepowe obsługują zadania, takie jak karmienie papieru i umieszczanie atramentu.Ta precyzja zapewnia stałą jakość drukowania i płynne działanie w czasie.

W domu urządzenia takie jak pralki i zmywarki do naczyń opierają się na silnikach krokowych w celu kontrolowania przepływu wody i obrotu bębna, zapewniając bezproblemowo wszystko.W ustawieniach przemysłowych silniki krokowe mają kluczowe znaczenie dla obsługi maszyn CNC i ramion robotycznych, gdzie zapewniają dokładne ruchy potrzebne do produkcji bardzo precyzyjnych.

Systemy bezpieczeństwa korzystają również z niezawodnego ruchu silników krokowych.W urządzeniach takich jak kamery monitorujące i zautomatyzowane zamki, silniki krokowe umożliwiają gładkie i dokładne pozycjonowanie, co jest niezbędne do skutecznego monitorowania i bezpieczeństwa.W opiece zdrowotnej silniki krokowe są stosowane w urządzeniach medycznych, takich jak pompy infuzyjne i sprzęt do obrazowania, gdzie oferują precyzyjną kontrolę niezbędną do bezpiecznego i dokładnego działania.

W miarę ewolucji technologii, silniki krokowe powinny znaleźć jeszcze więcej zastosowań w pojawiających się dziedzinach, takich jak robotyka i pojazdy autonomiczne.Ich ciągły rozwój prawdopodobnie doprowadzi do jeszcze większej precyzji i wydajności, zwiększając ich rolę w różnych branżach.

Porównywalne części mikrokontrolera

Numer części	PIC16F877A-I/P.	PIC16F77-I/P.	PIC16F74-I/P.	PIC16F777-I/P.
Producent	Technologia mikroczipów	Technologia mikroczipów	Technologia mikroczipów	Technologia mikroczipów
Pakiet / obudowa	40-dip (0,600, 15,24 mm)	40-dip (0,600, 15,24 mm)	40-dip (0,600, 15,24 mm)	40-dip (0,600, 15,24 mm)
Liczba szpilek	40	40	40	40
Szerokość magistrali danych	8 b	8 b	8 b	8 b
Liczba we/wy	33	33	33	36
Interfejs	I2C, SPI, SSP, UART, USART	I2C, SPI, SSP, UART, USART	I2C, SPI, SSP, UART, USART	I2C, SPI, UART, USART
Rozmiar pamięci	14 kb	7 kb	14 kb	14 kb
Napięcie zasilania	5 v	5 v	5 v	5 v
Peryferyjne	Brązowy wykrycie/reset, POR, PWM, WDT	Brązowy wykrycie/reset, POR, PWM, WDT	Brązowy wykrycie/reset, POR, PWM, WDT	Brązowy wykrycie/reset, POR, PWM, WDT
Zobacz porównaj	PIC16F877A-I/P. Vs. PIC16F77-I/P.	PIC16F877A-I/P. Vs. PIC16F77-I/P.	PIC16F877A-I/P. Vs. PIC16F74-I/P.	PIC16F877A-I/P. Vs. PIC16F777-I/P.

Często zadawane pytania [FAQ]

1. Co wykorzystuje silnik stepowy do generowania ruchu mechanicznego?

Silnik krokowy generuje ruch mechaniczny za pomocą impulsów elektrycznych.

2. Co robi silnik stepowy?

Silnik krokowy porusza się w dyskretnych krokach.

3. Jak mierzone są silniki krokowe?

Silniki krokowe są mierzone w stopniach.

4. Ile kroków robi silnik stepowy?

Silnik krokowy porusza się po kroku.

5. Ile trybów wzbudzenia ma silnik krokowy?

Silnik krokowy ma trzy tryby wzbudzenia.

6. Jaki jest najprostszy sposób na podłączenie silnika krokowego?

Najprostszym sposobem jest podłączenie go do mikrokontrolera PIC16F877A.

7. Ile pinów wejściowych ULN2003 jest podłączonych do najniższych znaczących kawałków portu mikrokontrolera?

Cztery piny wejściowe są podłączone do najniższych znaczących bitów portu mikrokontrolera