Ovládač motora s analógovými hodinami: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Aj v digitálnom svete majú klasické analógové hodiny nadčasový štýl, ktorý tu zostane. Na implementáciu všetkých aktívnych elektronických funkcií potrebných v analógových hodinách, vrátane budiča motora a kryštálového oscilátora, môžeme použiť dual-rail GreenPAK ™ CMIC. GreenPAK sú lacné malé zariadenia, ktoré sa hodia priamo k inteligentným hodinkám. Ako ľahko zostaviteľnú ukážku som získal lacné nástenné hodiny, odstránil som existujúcu dosku a vymenil všetku aktívnu elektroniku za jedno zariadenie GreenPAK.

Môžete prejsť všetkými krokmi, aby ste pochopili, ako bol čip GreenPAK naprogramovaný na ovládanie ovládača analógového hodinového motora. Ak však chcete jednoducho vytvoriť ovládač analógového hodinového motora bez toho, aby ste museli prechádzať všetkými vnútornými obvodmi, stiahnite si softvér GreenPAK a zobrazte už dokončený súbor s návrhom analógového hodinového motora GreenPAK. Pripojte vývojovú súpravu GreenPAK k počítaču a kliknutím na „program“vytvorte vlastný integrovaný obvod na ovládanie ovládača analógového hodinového motora. V nasledujúcom kroku sa bude diskutovať o logike, ktorá je súčasťou súboru s návrhom ovládača motora analógových hodinových signálov GreenPAK, pre tých, ktorých zaujíma porozumenie fungovaniu obvodu.

Krok 1: Pozadie: krokové motory s lavetovým typom

Typické analógové hodiny používajú krokový motor Lavet na otáčanie pastorka hodinového mechanizmu. Jedná sa o jednofázový motor, ktorý sa skladá z plochého statora (stacionárna časť motora) s indukčnou cievkou omotanou okolo ramena. Medzi ramenami statora leží rotor (pohyblivá časť motora), ktorý pozostáva z kruhového permanentného magnetu s pastorkom pripevneným na jeho vrchol. Pastorok spojený s inými ozubenými kolesami pohybuje hodinovými ručičkami. Motor pracuje tak, že strieda polaritu prúdu v cievke statora s prestávkou medzi zmenami polarity. Počas prúdových impulzov indukovaný magnetizmus ťahá motor, aby zarovnal póly rotora a statora. Kým je prúd vypnutý, motor je váhavou silou vytiahnutý do jednej z dvoch ďalších polôh. Tieto kľudové polohy neochoty sú navrhnuté tak, že sú v kovovom kryte motora navrhnuté nerovnomernosti (zárezy) tak, aby sa motor otáčal v jednom smere (pozri obrázok 1).

Krok 2: Ovládač motora

Pripojený dizajn používa SLG46121V na vytváranie požadovaných priebehov prúdu pomocou cievky statora. Na každý koniec cievky sa pripájajú samostatné 2 výstupy push-pull na IO (označené M1 a M2) a poháňajú striedavé impulzy. Na správnu funkciu tohto zariadenia je potrebné použiť výstupy typu push-pull. Priebeh vlny pozostáva z 10 ms impulzu každú sekundu, pričom pri každom impulze sa striedajú M1 a M2. Impulzy sú vytvárané iba niekoľkými blokmi poháňanými jednoduchým obvodom kryštálového oscilátora 32 768 kHz. Blok OSC má vstavané rozdeľovače, ktoré pomáhajú rozdeliť hodiny 32,768 kHz. CNT1 vysiela hodinový impulz každú sekundu. Tento impulz spustí jednorazový obvod 10 ms. Dve LUT (označené 1 a 2) demultiplexujú 10 ms impulz na výstupné piny. Pulzy sa prenášajú do M1, keď je výstup DFF5 vysoký, M2 keď je nízky.

Krok 3: Kryštálový oscilátor

Kryštálový oscilátor s 32 768 kHz používa na čipe iba dva kolíkové bloky. PIN12 (OSC_IN) je nastavený ako nízkonapäťový digitálny vstup (LVDI), ktorý má relatívne nízky spínací prúd. Signál z PIN12 sa privádza do OE PIN10 (FEEDBACK_OUT). PIN10 je nakonfigurovaný ako 3-stavový výstup so vstupom prepojeným so zemou, takže funguje ako výstup NMOS s otvoreným odtokom. Táto signálna cesta sa prirodzene invertuje, takže nie je potrebný žiadny ďalší blok. Externe je výstup PIN 10 potiahnutý až na VDD2 (PIN11) odporom 1 MΩ (R4). PIN10 aj PIN12 sú napájané koľajnicou VDD2, ktorá je zase prúdovo obmedzeným odporom 1 MΩ voči VDD. R1 je odpor so spätnou väzbou na predpätie invertujúceho obvodu a R2 obmedzuje výstupný pohon. Pridaním kryštálu a kondenzátorov sa dokončí obvod oscilátora Pierce, ako je znázornené na obrázku 3.

Krok 4: Výsledky

VDD bol napájaný lítiovou gombíkovou batériou CR2032, ktorá zvyčajne poskytuje napätie 3,0 V (3,3 V, keď je čerstvá). Výstupný priebeh vlny pozostáva zo striedania 10 ms impulzov, ako je uvedené nižšie na obrázku 4. V priemere za minútu bol nameraný odber prúdu zhruba 97 uA vrátane pohonu motora. Bez motora bol odber prúdu 2,25 µA.

Záver

Táto poznámka k aplikácii predstavuje ukážku kompletného riešenia na riadenie analógového hodinového krokového motora GreenPAK a môže byť základom pre ďalšie špecializovanejšie riešenia. Toto riešenie používa iba časť zdrojov GreenPAK, vďaka čomu je IC otvorený ďalším funkciám, ktoré zostanú len na vašej predstavivosti.