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9.1.4 Die Benutzung des Schrittmotortreibers


Erstellt ab 12.12.2015



Bevor man nun "irgendwelche Kabel" "irgendwo hin" klemmt, sollte man einen Blick auf die Bedienelemente und deren Funktion werfen. Dazu dient diese Grafik als erste Anhaltpunkt. Hier ist die räumliche Anordnung der Bedienelemente zu sehen:


Die Platine ist als "EVA-Modul" aufgebaut. Eva heißt soviel wie Eingabe - Verarbeitung - Ausgabe. Wir sehen also links die Eingabemöglichkeiten und rechts die Ausgabeklemmen. Dazwischen liegt die Platine, die die Signale aufbereitet, auswertet und für den Schrittmotor bereit stellt.

Die Motorspannung kann bis zu 36 Volt betragen und die Steuerspannung muss stets in der Größe von 5 Volt bereit gestellt werden. Obwohl die Masse (also GND = Engl. "ground") intern gebrückt ist, habe ich die zwei mal herausgeführt, damit man mit zwei unterschiedlichen Kabelquerschnitten arbeiten kann und somit die Möglichkeit gegeben ist, ein paar Gramm Kupfer zu sparen.

Weiters sehen wir links diese Signaleingänge, die ebenfall stets mit 5 Volt beaufschlagt werden müssen:

  • H/F ==> "Half / Full" ==> Halbschritt / Vollschritt
  • Clk ==> "Clock" ==> Takt
  • Dir ==> "Direction" ==> Richtung


H/F   Hier kann man den Controller L297 anweisen, entweder Vollschritte zu erzeugen, oder Halbschritte. Es genügt hierbei zunächst einmal, zu wissen, dass der Schrittmotor im Halbschrittbetrieb die doppelte Schrittanzahl pro Umdrehung ausführt. Jeder volle Motorschritt wird also halbiert.  In den Datenblättern ist normalerweise  die Anzahl der Vollschritte angegeben, oder aber der Schrittwinkel. Im Falle des Schrittwinkels muss man sich die möglichen Schritte für eine 360 Grad Bewegung selber ausrechnen. Im normalen Bastelbetrieb setzt man diesen Eingang entweder fest auf logisch 1 (5Volt) oder logisch 0 (Null Volt), indem man den Jumper steckt (logisch 1), oder eine Drahtbrücke nach GND legt (logisch Null). Für besondere technische Herausforderungen kann es aber auch genau so gut nötig werden, diesen eingang sogar von einem angeschlossenen Mikrocontroller während des Betriebes umzuschalten. Das sind dann aber schon "Spitzfindigkeiten" für die Experten unter Euch.

Clk    Dieser Eingang ist von der logischen Funktion her einfacher zu verstehen, als von der elekrischen. Hier wird der Takt für den Motor angeklemmt. Dieser Takt kann von einem 5 Volt-Taktgenerator stammen, oder auch direkt von einem Mikrocontroller, einer SPS oder einem PC. Hierbei verhält sich der Motor so, dass bei einem Wechsel von logisch 0 auf logisch 1 ein Schritt ausgeführt wird. Wenn du also die Bitfolge "01" dort drauf gibst, führt der Motor genau einen Schritt aus. Nachdem dort eine 1 anlag muss die Leitung natürlich hinterher wieder in den Ruhezustand 0 versetzt werden, um danach einen nächsten Schritt auslösen zu können.

Es gilt aber noch eine Besonderheit auf dieser Leitung zu beachten:

Diesee Eingang ist ebenfalls mit einem PullUp Widerstand von 10k Ohm ausgestattet, der mit dem entsprechenden Jumper zu- und abgeschaltet werden kann. Das war nötig geworden, weil viele Kunden mit einem Open-Collector-ausgang arbeiten, der auf diesen Eingang führt. Um dann nämlich definierte logische Zustände zu erhalten, ist ein PullUp Widerstand nötig. Manchmal jedoch stört dieser PullUp und in diesem Fall (und nur in diesem Fall) kann man den Entsprechenden Jumper abziehen um die weitere Funktion zu gewährleisten.

Es gilt hierbei einfach die Prämisse: "Probieren geht überstudieren", denn mit den 10k Ohm des PullUps kann man nichts beschädigen, egal, ob der nun angeschlossen ist, oder nicht. Es geht dabei lediglich um die saubere Funktion der Platine.

Dir   Dieser Eingang ist ganz einfach zu verstehen:
Je nach dem hier anliegenden Signal 0 oder 1 führt der Motor entweder einen Schritt vorwärts oder rückwärts aus, wenn am Takteigang eine 01 Bitfolge auftritt. Auch hier ist ein PullUp Wirderstand 10k Ohm mit Jumper verbaut und es gilt das Gleiche für dessen Benutzung wie beim Clk-Eingang. Für gleichförmige Bewegungen in ein und dieselbe Richtung könnte man auch diesen Eingang statisch auf 1 oder auf 0 legen, um ein Bit zu sparen.
 

Schauen wir also noch einmal auf die Mitte der Grafik.

Dort befinden sich:

  • Rote LED
  • Blaues Poti
  • 4 Messpunkte


Rote LED    Das ist schnell erklärt: Diese rote low-current-LED signalisiert das Vorhandesein der 5 Volt Betriebsspannung für die Logik der beiden Bausteine L297 und L298. Die Motorspannung kann hier nicht so einfach visualisiert werden, weil die Höhe dieser Spannung von der jeweiligen Nutzung abhängig ist.

Blaues Poti  Dieses Poti ist ein 10-Gang-Poti. Das heißt, man muss es 10 mal herum drehen um einmal komplett über den gesamten Einstellbereich zu kommen. An diesem Poti wird der Chopper eingestellt. Linksdrehung verringert den Motorstrom, Rechtsdrehung vergrößert ihn. Die Platine ist so aufgebaut, dass nie ein größerer Strom als etwa 1,9 Ampere pro Motorwicklung fließen kann, um die Schaltung nicht zu beschädigen.

Messpunkte   An diese "Pins" kann man ein Multimeter oder auch gern ein Oszilloskop anschließen, natürlich auch ein Zeigerinstrument. Die Leistungswiderstände zwischen den Messpunkten haben einen Widerstand von 1 Ohm leisten 2 Watt. Das bedeutet, dass man den gemessenen Spannungsabfall in Volt direkt als Ampere betrachten kann, wenn man sich einmal das ohm'sche Gesetz vor Augen hält.

Eine Stromeinstellung geschieht so:

  1. Die Platine anschließen und den Motor anschließen.
  2. Die Motorspannung anschließen
  3. Die Steuerspannung anschließen
  4. KEINEN Takt drauf geben !!! Der Motor muss für die Messung stehen.
  5. Die Spannung am Messpunkt "TP 2" oder "TP4" gegen GND (TP1 oder TP3) messen
  6. Gleichzeitig am blauen Poti den gewünschten Motorstrom einstellen und das Voltmeter dabei beobachten 

Und wir holen uns die Grafik noch ein drittes mal vor die Nase:



Wir sehen jetzt rechts noch die vier Motorklemmen. An die ersten beiden wird die erste Motorspule drangeklemmt und an die anderen beiden die zweite Motorspule. Hier muss dann aber auch stets beachtet werden, dass die Motorspannung vor Umbaumaßnahmen  immer ausgeschaltet wird. Es kann sonst zu hohen Induktionsspannungsspitzen kommen, die den L298 zerstören könnten.

Wenn der Motor nicht in die richtige Richtung drehen sollte, sondern genau entgegengesetzt, als es vom Bitmuster her vorgesehen war, so genügt es, eine der beiden Motorspulen an den Klemmen umzupolen. Sollte der Motor nur "zittern", wenn ein stetig laufendes Taktsignal auf die Platine gegeben wird, so sind die Motorspulen nicht richtig angeklemmt. Hier hilft es, den Motor vor dem Anklemmen einmal genau durchzupiepsen und sich die Aderfarben und deren Zuordnung zu den Spulen aufzuschreiben. 




So, ich hoffe, einen guten ersten Einblick in die Platine 9.1.2 gegeben zu haben

und wünsche viel Erfolg bei Deinem Projekt,

viele Grüße,






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