Sterownik silnika zegara analogowego: 4 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Nawet w cyfrowym świecie klasyczne zegary analogowe mają ponadczasowy styl, który pozostanie. Możemy użyć dwutorowej GreenPAK™ CMIC, aby zaimplementować wszystkie aktywne funkcje elektroniczne potrzebne w zegarze analogowym, w tym sterownik silnika i oscylator kwarcowy. GreenPAK to tanie, małe urządzenia, które idealnie pasują do inteligentnych zegarków. W ramach demonstracji łatwej do zbudowania zdobyłem tani zegar ścienny, usunąłem istniejącą płytkę i wymieniłem całą aktywną elektronikę na jedno urządzenie GreenPAK.

Możesz przejść przez wszystkie kroki, aby zrozumieć, w jaki sposób chip GreenPAK został zaprogramowany do sterowania sterownikiem silnika zegara analogowego. Jeśli jednak chcesz po prostu łatwo utworzyć sterownik silnika zegara analogowego bez konieczności przechodzenia przez wszystkie wewnętrzne obwody, pobierz oprogramowanie GreenPAK, aby wyświetlić już ukończony plik projektowy sterownika silnika zegara analogowego GreenPAK. Podłącz zestaw rozwojowy GreenPAK do komputera i naciśnij „program”, aby utworzyć niestandardowy układ scalony do sterowania sterownikiem silnika zegara analogowego. Następnym krokiem będzie omówienie logiki znajdującej się w pliku projektowym GreenPAK Analog Clock Motor Driver dla tych, którzy są zainteresowani zrozumieniem działania obwodu.

Krok 1: Tło: silniki krokowe typu Lavet

Typowy zegar analogowy wykorzystuje silnik krokowy typu Lavet do obracania zębnika mechanizmu zegara. Jest to silnik jednofazowy składający się z płaskiego stojana (stacjonarnej części silnika) z cewką indukcyjną owiniętą wokół ramienia. Pomiędzy ramionami stojana znajduje się wirnik (ruchoma część silnika), który składa się z okrągłego magnesu trwałego z przymocowanym do niego zębnikiem. Koło zębate sprzężone z innymi kołami zębatymi poruszają wskazówki zegara. Silnik pracuje na zasadzie zmiany biegunowości prądu w cewce stojana z przerwą pomiędzy zmianami biegunowości. Podczas impulsów prądowych indukowany magnetyzm ciągnie silnik w celu wyrównania biegunów wirnika i stojana. Gdy prąd jest wyłączony, silnik jest przyciągany do jednej z dwóch innych pozycji przez niechętną siłę. Te pozycje spoczynkowe reluktancji są zaprojektowane przez konstrukcję niejednorodności (karbów) w metalowej obudowie silnika, tak aby silnik obracał się w jednym kierunku (patrz rysunek 1).

Krok 2: Sterownik silnika

Dołączona konstrukcja wykorzystuje SLG46121V do wytwarzania wymaganych przebiegów prądu przez cewkę stojana. Oddzielne 2 wyjścia push-pull na IC (oznaczone jako M1 i M2) łączą się z każdym końcem cewki i sterują naprzemiennymi impulsami. Do prawidłowego działania tego urządzenia konieczne jest zastosowanie wyjść push-pull. Przebieg składa się z impulsu 10 ms na sekundę, naprzemiennie z M1 i M2 z każdym impulsem. Impulsy są tworzone za pomocą zaledwie kilku bloków sterowanych prostym obwodem oscylatora kwarcowego 32,768 kHz. Blok OSC dogodnie ma wbudowane dzielniki, które pomagają podzielić zegar 32,768 kHz. CNT1 wysyła impuls zegarowy co sekundę. Impuls ten wyzwala jednorazowy obwód 10 ms. Dwa LUT (oznaczone 1 i 2) demultipleksują impuls 10 ms do pinów wyjściowych. Impulsy są przekazywane do M1, gdy wyjście DFF5 jest wysokie, M2 gdy jest niskie.

Krok 3: Oscylator kryształowy

Oscylator kwarcowy 32.768 kHz wykorzystuje tylko dwa bloki pinów na chipie. PIN12 (OSC_IN) jest ustawiony jako niskonapięciowe wejście cyfrowe (LVDI), które ma stosunkowo niski prąd przełączania. Sygnał z PIN12 podawany jest do OE PIN10 (FEEDBACK_OUT). PIN10 jest skonfigurowany jako wyjście 3-stanowe z wejściem podłączonym do masy, dzięki czemu działa jak otwarte wyjście NMOS. Ta ścieżka sygnału naturalnie się odwraca, więc nie jest potrzebny żaden inny blok. Zewnętrznie wyjście PIN 10 jest podciągane do VDD2 (PIN11) przez rezystor 1MΩ (R4). Zarówno PIN10, jak i PIN12 są zasilane z szyny VDD2, która z kolei jest ograniczona prądowo rezystorem 1 MΩ do VDD. R1 to rezystor sprzężenia zwrotnego polaryzujący obwód odwracający, a R2 ogranicza wysterowanie wyjścia. Dodanie kryształu i kondensatorów uzupełnia obwód oscylatora Pierce, jak pokazano na rysunku 3.

Krok 4: Wyniki

VDD był zasilany litową baterią pastylkową CR2032, która zwykle zapewnia 3,0 V (3,3 V w stanie świeżym). Kształt fali wyjściowej składa się z naprzemiennych impulsów o długości 10 ms, jak pokazano poniżej na rysunku 4. Średni pobór prądu w ciągu minuty wynosił około 97 μA, łącznie z napędem silnikowym. Bez silnika pobór prądu wynosił 2,25 µA.

Wniosek

Ta nota aplikacyjna stanowi demonstrację GreenPAK kompletnego rozwiązania do sterowania silnikiem krokowym z zegarem analogowym i może stanowić podstawę dla innych, bardziej specjalistycznych rozwiązań. To rozwiązanie wykorzystuje tylko część zasobów GreenPAK, co pozostawia IC otwarte na dodatkowe funkcje pozostawione tylko Twojej wyobraźni.