Si è parlato più volte di sequenza di eccitazione delle bobine senza mai andare a specificare quale (o meglio quali) fossero queste sequenze.La sequenza varia a seconda che si debba pilotare un motore unipolare o bipolare e cambia anche a seconda che si piloti il motore a passo intero oppure a mezzo passo.Chiaramente le varie bobine andranno collegate ad un apposito circuito che provvederà a effettuare il collegamento a massa o a Vcc (positivo dell’alimentazione).Per comprendere le sequenze di eccitazione ci si può rifare allo schema semplificato con solo quattro bobine visto che, come si è più volte detto, anche nel caso di più bobine le sequenze non cambiano.Si consideri,quindi,il primo schema trattato nel paragrafo "Teoria di funzionamento" (relativo al funzionamento ad una fase per volta):da questo si può ricavare la sequenza di eccitazione per il funzionamento a passo intero.Si nota infatti che il terminale A andrà collegato al positivo e B al negativo per il primo passo;successivamente si collegherà C al positivo e D al negativo per il secondo passo;per il terzo passo B al positivo e A al negativo;per il quarto D al positivo e C al negativo.
Circuito pratico di utilizzo
Il seguente circuito permette di pilotare idoneamente un motore bipolare,utilizzando l'integrato di potenza L298.Nel caso di utilizzo di un motore unipolare (come nel mio caso),collegare i 4 fili che presentano la massima resistenza,lasciando scollegato il filo centrale (o i fili centrali).I vari pin di controllo sono lasciati liberi in quanto le possibili applicazioni sono molteplici e quindi anche i settaggi sono diversi:basta fare riferimento alla sezione PinOut dell'integrato L297.
L'integrato L297 presenta sulle sue uscite 4-5-6-7-8-9 tutte le combinazioni richieste per pilotare le coppie di bobine A-A e B-B.Queste uscite controllano il pilotaggio ed il senso di rotazione del motore passo-passo,mentre i piedini 14-13 vengono utilizzati per controllare la corrente massima che devono assorbire gli avvolgimenti del motore.Il trimmer R2,collegato sul piedino 15 dell'integrato L297,serve per variare la corrente di pilotaggio del motore da un minimo di 1 mA ad un massimo di 2 A:questo circuito,quindi,potrà essere collegato a qualsiasi tipo di motore,dal più piccolo al più grande.Nello specifico,se la corrente assorbita dalle bobine supera il valore che abbiamo impostato con il trimmer R2,l'integrato L297 limita la corrente di uscita dell'integrato L298 per evitare che questo possa danneggiarsi ed in questo modo vengono protetti anche gli avvolgimenti del motore.I diodi Schottky (DS2-DS3-DS4-DS5-DS6-DS7-DS8-DS9) servono per proteggere l'integrato L298 da pericolose extratensioni.Per la modalità di rotazione,enable e clock,il motore accetta in ingresso un livello logico basso (0 volt) oppure un livello logico alto (5 volt) ai piedini 10,17,18,19 (consultare la sezione PinOut dell'integrato L297).Più specificatamente,per quanto riguarda il clock (piedino 18),bisogna utilizzare in ingresso un'onda quadra la cui frequenza determina la velocità di rotazione del perno:il clock deve essere compreso circa tra 1 Hz e 1 KHz.Le resitenze R9-R10-R11-R12 da 1 ohm collegate sui piedini 13-14 dell'integrato L297 servono per controllare la corrente che scorre nelle bobine del motore.L'integrato L298 costituisce il vero driver del motore perchè riceve dall'integrato L297 tutte le sequenze logiche per pilotare gli 8 transistor di potenza collegati a ponte presenti al suo interno che provvedono a riportare queste sequenze sui fili d'uscita A-A,B-B per poter alimentare le bobine (con una corrente massima di 2 A).Prima di poter utilizzare il circuito,però,dobbiamo ricordarci di fissare la tensione di riferimento del TP1 (tester point 1):per poter effettuare questa operazione è necessario controllare sulla targhetta del motorino la corrente massima assorbita e,in base a questa,regolare il valore sul TP1 come dalla tabella seguente:
Amper Motore
Tensione su TP1
0,1 A
0,05 V
0,2 A
0,10 V
0,4 A
0,20 V
0,5 A
0,25 V
0,6 A
0,30 V
0,8 A
0,40 V
1,0 A
0,50 V
1,1 A
0,55 V
1,2 A
0,60 V
1,3 A
0,65 V
1,4 A
0,70 V
1,5 A
0,75 V
1,6 A
0,80 V
1,8 A
0,90 V
I cambi di velocità
Uno dei problemi relativi al pilotaggio del motorino risulta essere il cambio di velocità (costituito quindi dalla variazione dell'impulso di clock) a causa della sua struttura che lo fa assomigliare ad un motore sincrono:infatti tutti i dispositivi meccanici,a causa dell’inerzia,non possono subire accelerazioni troppo brusche.Il motore,quindi,reagisce alla richiesta di improvviso aumento di velocità con un momentaneo aumento dell’assorbimento di corrente ed un graduale (e relativamente lento) aumento di velocità.Nel momento in cui improvvisamente cambia la
frequenza del clock in ingresso,il motore tenta di adeguarsi (quasi)
istantaneamente alla nuova velocità:se la coppia disponibile è sufficiente vi è una brusca accelerazione,praticamente istantanea;se invece la coppia non basta a vincere l’inerzia e gli attriti,semplicemente il motore si ferma (o esegue movimenti inaspettati) e,senza un intervento esterno,non è più in grado di ripartire:si dice che il motore "ha perso il passo".Questo deriva
dal fatto che la velocità del motore è rigidamente controllata dall’elettronica e che la corrente è fissa ed indipendente
dalla coppia meccanica resistente.Un motore in tensione continua semplicemente rallenta di poco per adeguarsi alla nuova situazione,il motore passo-passo,invece,non può rallentare:se la coppia resistente è relativamente piccola la velocità non cambia,se la coppia è troppo
grande il motore perde il passo e si ferma senza possibilità di ripartite autonomamente.Questo comportamento è descritto dal grafico sottostante con il legame tra coppia e velocità:la curva indica quale è la massima coppia resistente che può essere applicata al motore in rotazione ad una data velocità costante senza causare il blocco (curva di pull-out),l’altra curva identifica il confine della zona entro cui il motore può subire cambi repentini di velocità (curva di pull-in) e inversioni di marcia,senza precauzioni particolari.La zona compresa tra
queste due curve può essere attraversata solo a condizione di evitare bruschi cambiamenti di velocità (slew-range):
Il grafico rappresentato dipende non solo dal motore,ma anche dai dispositivi meccanici ad esso
collegati (un aumento del momento di inerzia causa un restringimento dell’area di pull-in) e dal tipo di pilotaggio (una migliore gestione delle correnti aumenta entrambe le curve,soprattutto a velocità più elevate).Il grafico,però,rappresenta la situazione ideale,in realtà tale curva è molto frastagliata:in particolare possono essere presenti alcuni punti in cui la coppia subisce una brusca diminuzione,arrivando anche al punto che,per determinate velocità di rotazione,il motore si fermi spontaneamente:in genere queste velocità vengono chiamate frequenze di risonanza e,in genere,si trovano nella zone delle velocità medio-basse.Purtroppo tali punti non sono
facilmente prevedibili in quanto dipendono sia dal motore che dal carico;inoltre si presentano in modo del tutto imprevisto:è per esempio possibile avere motori che funzionano perfettamente per qualunque velocità da 0 a 60 e da 62 a 200 giri al minuto ma che a 61 giri al minuto si bloccano.In genere un sintomo dell’avvicinarsi della
risonanza è il rumore forte ed irregolare che il motore emette,diverso dal fischio continuo che emette in condizioni di normale funzionamento.Per evitare questo rischio è possibile:
usare il pilotaggio a mezzo passo in quanto,pur avendo la coppia più irregolare,è praticamente impossibile trovare velocità a cui la coppia è zero.
usare un carico con elevato momento di inerzia in quanto ciò,spesso,esclude rischi di stallo anche se rende più piccola la curva di pull-in.E' possibile,in effetti,avere il blocco spontaneo del motore a causa della risonanza in motori senza carico:collegando un dispositivo meccanico l’effetto si riduce ed in genere scompare.
evitare di passare per le velocità in cui si ha risonanza.Trattandosi di punti decisamente isolati,in genere ciò non crea difficoltà particolari.
