怎样在没有微控制器的情况下驱动步进电机

步骤1：零件列表

该项目使用的零件是

面包板

步进电机28byj-48

达灵顿晶体管阵列ULN2003板（x113647）

74HC595移位寄存器

74HC393二进制纹波计数器

DS1809-100 Dallastat数字电位计

74HC241 o tal缓冲区

3个触觉按钮

3×10kΩ电阻

2×0.1µF陶瓷电容器

1×0.01µF陶瓷电容器

连接线

5V电源

步骤2：主要部件

74HC595移位寄存器

通过重复给UNL2003板的四个输入引脚以下顺序来移动电动机：

1100- 0110-0011-1001

这将以全步模式驱动电动机。图案1100反复右移。这建议使用移位寄存器。移位寄存器的工作方式是，在每个时钟周期，寄存器中的位向右移动一位，用当时输入引脚的值替换最左边的位。因此，它应该先馈入两个时钟周期1，然后馈入两个时钟周期0，以生成用于电机潜水的模式。

要生成时钟信号，需要一个振荡器，该振荡器产生一个稳定的序列脉冲最好是干净的方波。这将构成信号到电机的移动模式的基础。

为生成“两个周期为1，然后两个周期为0”，使用了触发器。

我有一个74HC595移位寄存器。这是一种非常流行的芯片，在许多Instructables和Youtube视频中都有介绍。

数据表可以在http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc595.pdf上找到。

一个很好的指令是由bweaver6删除的74HC595-Shift-Register-。

74HC595移位寄存器的工作原理是，在每个时钟周期，其8位寄存器中的数据都会右移。 ，然后将输入引脚的值移到最左侧。因此，应该给它提供两个时钟周期1，然后再给两个时钟周期0。

数据在时钟脉冲的上升沿移动。 Henc触发器应在时钟的下降沿触发，因此74HC595在时钟的上升沿将具有稳定的数据输入。

74HC595 in可以这样接线：

Pin 8 （GND） -》 GND

Pin 16 （VCC） -》 5V

Pin 14 （SER） -》 Data in

Pin 12 （RCLK） -》 Clock input

Pin 11 （SRCLK） -》 Clock input

Pin 13 （OE） -》 GND

Pin 10 （SRCRL） -》 5V

Pins 15， and 1-3 will output the pattern to drive the motor.

连接RCLK和SRCLK可确保芯片数据寄存器始终与输出寄存器同步。将引脚13接地将使输出寄存器（Q0-Q7）的内容立即可见。

555计时器

要生成时钟脉冲，555计时器芯片可以使用。这也是一种非常流行的芯片，比移位寄存器有更多的描述和讨论。 Wikipedia在https://en.wikipedia.org/wiki/555_timer_IC上有一篇不错的文章。

数据表在这里：http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne555 .pdf

除其他事项外，该芯片还可以产生方波时钟脉冲。外部电阻器和电容器用于控制频率和占空比（接通时）。

当设置为重复生成脉冲时，555芯片被称为处于不稳定模式。可以通过如上图所示进行接线来完成。 （图片由jjbeard ［公共领域］，通过Wikimedia Commons）：

Pin 1 -》 GND

Pin 2 -》 R1 （10kΩ） -》 Pin 7

Pin 2 -》 Pin 6

Pin 3 is the output

Pin 4 （reset） -》 5V

Pin 5 -》 0.01µF -》 GND

Pin 6 -》 0.1µF -》 GND

Pin 7 -》 R2 （10kΩ） -》 5V

Pin 8 -》 5V

引脚3的输出将连接到74HC595移位的输入时钟引脚（引脚11和12）

输出信号的频率（以及步进电机的速度）由电阻器R1和R2的值以及电容器C的值确定。

循环时间T将为ln（2）C（R1 + 2 R2）或大约0.7 C（R1 + 2 R2）。

频率为1/T。

占空比，即信号为高的周期时间的一部分，是

（R1 + R2）/（R1 + 2R2）。

占空比对于

对于R1和R2，我都使用10kΩ，C = 0.1µF。

这给出了大约480Hz的频率，并且接近最大频率，我发现

要从74HC595产生1100移位的重复模式，应将引脚14（SER）保持高电平两个时钟周期，然后保持低电平两个周期。也就是说，引脚应以时钟频率的一半振荡。

74HC393双二进制纹波计数器

74HC393以二进制计数，这也意味着它可用于将脉冲频率除以2的幂，

其数据表在此处：http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc393.pdf

74HC393是双通道的，每侧都有一个4位计数器。

在时钟脉冲的下降沿，第一个输出引脚打开和关闭。因此，输出引脚一将以输入时钟频率的一半振荡。在输出引脚1的下降沿，输出引脚2开启和关闭。对于所有四个输出引脚，依此类推。每当引脚n关闭时，引脚n + 1就会切换。

引脚n + 1的变化频率是引脚n的一半。这是二进制计数。在再次从零开始之前，计数器可以计数到15（所有四个位为1）。如果将计数器1的最后一个输出引脚作为时钟连接到计数器2，则它的计数可能为255（8位）。

要创建频率为输入时钟频率一半的脉冲，只能输出需要引脚1。也就是说，仅从零开始计数。

因此，如果通过555的时钟脉冲进行计数，则代表位2的74HC393计数器上的引脚将以频率的一半振荡。时钟。因此，可以将其连接到74HC595移位寄存器的SER引脚，以生成所需的模式。

74HC393二进制计数器的接线应为：

Pin 1 （1CLK） -》 74HC595 Pin 11， 12 and 555 Pin 3

Pin 2 （1CLR） -》 GND

Pin 4 （1QB） -》 74HC595 Pin 14

Pin 7 （GND） -》 GND

Pin 14 （VCC） -》 5V

Pin 13 （2CLK） -》 GND （not used）

Pin 12 （2CLR） -》 5V （not used）

第3步：运行

如果74HC595的引脚0-3，我们现在可以使电动机运行分别连接到ULN2003板的1-4引脚。

现在，将555定时器的引脚6上的0.1µF电容器替换为10µF。这将使时钟周期延长一百倍，并且人们将能够看到正在发生的事情。

ULN2003板上的LED可用于此目的。从ULN2003板上拔下电机插头。将电路板的引脚1至4连接到74HC595的输出QA-QD（引脚7、9、10和11）。将ULN2003板的-和+连接到地面和5V。如果打开电源，则应该在LED上看到所需的图案。

如果要查看74HC393二进制计数器中发生了什么，请改为连接到该计数器的3-6引脚。

如果图案正确，请关闭电源，再次用0.1µF的电容更换电容器，将ULN2003板的输入引脚1-4连接至74HC595的输出引脚QA-QD，然后将其插入

再次打开电动机。

第4步：速度控制

步进电机的速度由555定时器的输出频率控制。这又由电阻器R1和R2以及与其连接的电容器C1的值决定。通过将一个100kΩ的电位计与R2串联连接，频率可以在480Hz至63Hz之间。步骤pr。电机的第二个频率将是555定时器频率的一半。

我使用了DS1809-100数字电位器，该数字电位器用于按钮。将引脚2（UC）和引脚7（DC）连接到5V的按钮使RH（引脚1）或RL（引脚4）端子与抽头引脚6（RW）之间的电阻增大/减小。按住按钮一秒钟以上，按钮会自动重复。

数据表可以在这里找到：https://datasheets.maximintegrated.com/zh/ds/DS180.。.

布线如下：

Pin 1 （RH） unused

Pin 2 （UC） -》 tactile button 1

Pin 3 （STR） -》 GND

Pin 4 （RL） -》 555 Pin 2

Pin 5 -》 GND

Pin 6 （RW） -》 10kΩ -》 555 pin 7

Pin 7 （DC） -》 tactile button 2

Pin 8 -》 5V

触觉按钮1的布线》 Pin 1/2 -》 DS1809 Pin 2

Pin 3/4 -》 5V

触觉按钮2的布线：

Pin 1/2 -》 DS1809 Pin 7

Pin 3/4 -》 5V

现在，可以调节速度了。

步骤5：启动/停止

要启动和停止步进电机，可以使用555定时器的引脚4（复位引脚）。如果将其拉低，则引脚3将没有输出脉冲。

将使用触觉按钮来切换启动和停止。按下按钮一次，应启动电动机，再次按下按钮，应使其停止。为了获得这种行为，需要一个触发器。但是也可以使用已经存在的74HC393。 74HC393由两部分组成，只有一半用作时钟脉冲的分频器。

由于二进制计数器实际上只是串联的一组触发器，因此可以使用另一部分的第一个触发器。通过连接触觉按钮，使得按下按钮时引脚13（2CLK）为低电平，否则为高电平，引脚12将在每个低电平上切换。将针脚12连接到555的针脚4，将启动和停止其输出，并因此停止电动机。

触觉按钮有些棘手，因为它们是机械按钮。它们可能会“反弹”，也就是说，它们可能在每次按下时发送多个信号。在按钮上方连接一个0.1 µF电容器有助于避免这种情况。

因此，增加了一个触觉按钮（添加了按钮3，并且更改了与555引脚4的连接。

按钮的接线：

Pin 1/2 -》 10kΩ -》 5V

Pin 1/2 -》 0.1µF -》 Pin 3/4

Pin 3/4 -》 74HC393 Pin 13 （2CLK）

对555进行了以下更改：

Pin 4 （Reset） -》 74HC393 Pin 11 （2QA）

按钮3现在应该用作启动/停止开关。

请注意，以这种方式停止的电动机仍会消耗功率。

步骤6：方向控制

要控制电动机的方向，需要另一个按钮，然后是另一个触发器，但是，我将通过使用74HC393的下一个触发器，在开/关触发器之后作弊，然后

方向针（Pin 2QA）变为低电平时，下一个引脚（Pin 2QB）被切换，因此反复按下按钮将导致

OFF-ON FORWARDS -OFF-向后打开-OFF-向后打开等

要使电动机向后运行，应反转送入ULN2003的图形，这可以双向执行。我移位寄存器，但我没有。 74HC595不是双向的。

但是，我发现我可以使用74HC241八进制缓冲区。该缓冲器有两个4位部分，带有独立的OE（输出使能）引脚。第一个OE引脚控制前四个输出引脚，第二个OE控制最后四个输出引脚。当OE接通时，输出引脚与相应的输入引脚具有相同的值，而当OE断开时，输出引脚将处于高阻抗状态，就像未连接时一样。此外，OE引脚之一为低电平有效，另一引脚为高电平有效，因此，将它们连接在一起时，此时只有一半的缓冲器将处于活动状态。

因此，对于相同的输入，缓冲器的一半可以向前驱动电动机，而另一半可以向后驱动电动机。哪一半处于活动状态，取决于OE引脚的值。

有关74HC241的数据表，请访问http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54hc241.pdf。

接线可能是这样的：

Pin 1 （1OE） -》 74HC293 Pin 10 （2QB）

Pin 2 （1A1） -》 74HC595 Pin 15

Pin 3 （1Y4） -》 ULN2003 Pin 1

Pin 4 （1A2） -》 74HC595 Pin 1

Pin 5 （1Y3） -》 ULN2003 Pin 2

Pin 6 （1A3） -》 74HC595 Pin 2

Pin 7 （1Y2） -》 ULN2003 Pin 3

Pin 8 （1A4） -》 74HC595 Pin 3

Pin 9 （1Y1） -》 ULN2003 Pin 4

Pin 10 （GND） -》 Ground

Pin 11 （2A1） -》 Pin 2 （1A1）

Pin 12 （1Y4） -》 Pin 9 （2Y1）

Pin 13 （2A2） -》 Pin 4 （1A2）

Pin 14 （1Y3） -》 Pin 7 （2Y2）

Pin 15 （2A3） -》 Pin 6 （1A3）

Pin 16 （1Y2） -》 Pin 5 （2Y3）

Pin 17 （2A3） -》 Pin 8 （1A4）

Pin 18 （1Y2） -》 Pin 3 （2Y4）

Pin 19 （2OE） -》 Pin 1 （1OE）

Pin 20 （VCC） -》 5V

现在，只需用5V上电即可完成接线。

请确保电源可以提供足够的电流来驱动电动机和电路。

步骤7：结论

可以控制步进电动机没有微控制器。

这里使用的IC是我以前购买的。

为生成脉冲，555定时器芯片是很好的选择，但是存在几种替代方法，例如，

对于速度控制，可以使用任何电位计，而不仅仅是数字电位计。如果您使用的是10kΩ的电位计，而不是100kΩ，则可以用1KΩ替换10kΩ的电阻，而将0.1 µF的电容替换为1µF的电容（将所有电阻相除并乘以相同的电容以保持时序）。

使用双向移位寄存器，例如

对于按钮控制，可以将74HC393替换为触发器，例如74HC73。 555也可以连接为拨动开关。