Ovladač motoru s analogovými hodinami: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

I v digitálním světě mají klasické analogové hodiny nadčasový styl, který zde zůstane. Můžeme použít dual-rail GreenPAK ™ CMIC k implementaci všech aktivních elektronických funkcí potřebných pro analogové hodiny, včetně ovladače motoru a krystalového oscilátoru. GreenPAK jsou levné malé zařízení, které se hodí přímo k chytrým hodinkám. Jako snadno sestavitelnou ukázku jsem získal levné nástěnné hodiny, odstranil stávající desku a nahradil veškerou aktivní elektroniku jedním zařízením GreenPAK.

Můžete projít všemi kroky, abyste pochopili, jak byl čip GreenPAK naprogramován k ovládání ovladače analogového hodinového motoru. Pokud si však přejete jednoduše vytvořit ovladač analogového hodinového motoru, aniž byste museli procházet všechny vnitřní obvody, stáhněte si software GreenPAK a zobrazte již dokončený soubor návrhu motoru analogového hodinového motoru GreenPAK. Připojte vývojovou sadu GreenPAK k počítači a stisknutím „programu“vytvořte vlastní integrovaný obvod pro ovládání ovladače motoru s analogovými hodinami. Další krok bude diskutovat logiku, která je uvnitř souboru návrhu ovladače analogového hodinového motoru GreenPAK pro ty, kteří mají zájem porozumět fungování obvodu.

Krok 1: Pozadí: Krokové motory typu Lavet

Typické analogové hodiny používají krokový motor typu Lavet k otáčení pastorku hodinového mechanismu. Jedná se o jednofázový motor, který se skládá z plochého statoru (stacionární část motoru) s indukční cívkou omotanou kolem ramene. Mezi rameny statoru leží rotor (pohyblivá část motoru), který se skládá z kruhového permanentního magnetu s pastorkovým ozubením připevněným k jeho horní části. Pastorek spojený s dalšími ozubenými koly pohybuje hodinovými ručičkami. Motor pracuje tak, že střídá polaritu proudu ve statorové cívce s přestávkou mezi změnami polarity. Během proudových impulsů indukovaný magnetismus táhne motor, aby vyrovnal póly rotoru a statoru. Když je proud vypnutý, motor je stažen do jedné ze dvou dalších poloh neochotnou silou. Tyto klidové polohy neochoty jsou navrženy návrhem nerovnoměrností (zářezů) v kovovém pouzdru motoru tak, aby se motor otáčel v jednom směru (viz obrázek 1).

Krok 2: Ovladač motoru

Připojený design používá SLG46121V k produkci požadovaných průběhů proudu přes cívku statoru. Oddělené 2x výstupy push-pull na IC (označené M1 a M2) se připojují na každý konec cívky a řídí střídavé impulsy. Aby toto zařízení fungovalo správně, je nutné použít výstupy typu push-pull. Tvar vlny se skládá z 10 ms pulsu každou sekundu, střídavě mezi M1 a M2 s každým pulsem. Impulzy jsou vytvářeny pouze několika bloky poháněnými jednoduchým obvodem krystalového oscilátoru 32 768 kHz. Blok OSC má vestavěné děliče, které pomáhají rozdělit hodiny 32,768 kHz. CNT1 vydává hodinový impuls každou sekundu. Tento impuls spustí 10 ms jednorázový obvod. Dvě LUT (označené 1 a 2) demultiplexují 10 ms impuls na výstupní kolíky. Impulsy jsou předávány do M1, když je výstup DFF5 vysoký, M2 když je nízký.

Krok 3: Krystalový oscilátor

Krystalový oscilátor 32,768 kHz používá na čipu pouze dva bloky pinů. PIN12 (OSC_IN) je nastaven jako nízkonapěťový digitální vstup (LVDI), který má relativně nízký spínací proud. Signál z PIN12 se přivádí do OE PIN10 (FEEDBACK_OUT). PIN10 je konfigurován jako 3-stavový výstup se vstupem připojeným k zemi, takže funguje jako výstup NMOS s otevřeným odtokem. Tato signálová cesta se přirozeně invertuje, takže není potřeba žádný další blok. Externě je výstup PIN 10 vytažen až na VDD2 (PIN11) odporem 1MΩ (R4). PIN10 i PIN12 jsou napájeny kolejnicí VDD2, která je zase proudově omezeným odporem 1 MΩ vůči VDD. R1 je odpor zpětné vazby, který ovlivňuje invertující obvod, a R2 omezuje výstupní pohon. Přidáním krystalu a kondenzátorů se dokončí obvod oscilátoru Pierce, jak je znázorněno na obrázku 3.

Krok 4: Výsledky

VDD byl napájen lithiovou knoflíkovou baterií CR2032, která obvykle poskytuje 3,0 V (3,3 V v čerstvém stavu). Výstupní průběh vlny se skládá ze střídajících se 10 ms impulsů, jak je znázorněno níže na obrázku 4. V průměru za minutu byl naměřený odběr proudu zhruba 97 uA včetně pohonu motoru. Bez motoru byl odběr proudu 2,25 µA.

Závěr

Tato aplikační poznámka poskytuje ukázku kompletního řešení pro řízení krokového motoru s analogovými hodinami GreenPAK a může být základem pro další specializovanější řešení. Toto řešení využívá pouze část zdrojů GreenPAK, což ponechává IC otevřený dalším funkcím ponechaným pouze na vaší představivosti.