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Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Schrittmotors.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung
eines Schrittmotors, bei der dem Schrittmotor Steuerimpulse veränderbaren zeitlichen
Abstands zugeführt werden.
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Ansteuerschaltungen für Schrlttmotoren sind weithin bekannt. Ein Nachteil
dieser Ansteuerschaltungen besteht aber darin, daß sie oft kompliziert und aufwendig
aufgebaut sind.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung
zur Ansteuerung eines Schrittmotors anzugeben, die universelieinsetzbar ist und
damit eine große Xnderungsfreundlichkeit hat und deren Herstellkosten sehr niedrig
ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erste Zählschaltung, an deren Ausgang
ein den Steuerimpuls veranlassender Ausgangsimpuls abgegeben wird, wenn die Zählschaltung
eine voreinstellbare Anzahl von Zählschritten (Voreinstellwerte) ausgeführt hat,
durch einen ersten Speicher, der mit dem Voreinstelleingang der ersten Zählschaltung
verbunden ist und in dem die Voreinstellwerte für die erste Zählschaltung gespeichert
sind, durch eine Adressiereinheit, durch die die Voreinstellwerte enthaltenden Speicherstellen
im ersten Speicher angesteuert werden und durch eine Anordnung, durch die die Laufrichtung
des Schrittmotors festgelegt wird.
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Es ist zweckmäßig, die Adressiereinheit aus einer zweiten Zählschaltung
aufzubauen.
Die zweite Zählschaltung kann dann mit dem Ausgang der ersten Zählschaltung verbunden
sein, so daß der Ausgangsimpuls der ersten Zählschaltung als Fortschaltimpuls der
zweiten Zählschaltung verwendbar ist.
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Die Anordnung zur Festlegung der Laufrichtung des Schrittmotors kann
zweckmäßigerweise aus einem zweiten Speicher bestehen, in dem die Richtung der Bewegung
des Schrittmotors codiert gespeichert ist. Der zweite Speicher kann ebenfalls mit
der Adressiereinheit verbunden sein, so daß die Ansteuerung von Speicherstellen
im ersten und zweiten Speicher gleichzeitig erfolgen kann. Die Zufuhr des Ausgangsimpulses
der ersten Zählschaltung zur zweiten Zänischaltung kann mit Hilfe eines UND-Gliedes
unterbundeuwerden.
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Dazu kann das UND-Glied zusätzlich mit dem Ausgang eines Flip-Flops
verbunden sein, das an den zweiten Speicher angeschlossen ist. Das Flip-Flop wird
gesetzt und damit das UND-Glied gesperrt, wenn in dem zweiten Speicher eine entsprechende
Information steht. Zwischen der ersten Zählschaltung und dem Schrittmotor kann eine
Impulsformerstufe vorgesehen werden, die die Steuerimpulse erzeugt.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bietet folgende Vorteile:
Es kann auf regelungstechnische Maßnahmen verzichtet werden. Die Realisierung der
Schaltung kann mit Hilfe von TTL-Technik durchgeführt werden. Durch Änderung des
Inhalts des ersten Speichers und des zweiten Speichers kann der Drehverlauf des
Schrittmotors geändert werden.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt
ist, wird die Erfindung weiter erläutert. Es zeigen: Fig.1 ein Schaltbild der Schaltungsanordnung,
Fig.2 ein Ablaufdiagramm in Abhängigkeit der in dem ersten Speicher stehenden Information.
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Die Schaltungsanordnung enthält gemäß Figur 1 zunächst eine erste
Zählschaltung ZAl, die von einem vorgegebenen Wert in Abhängigkeit von Zähltakten,
die am Eingang E zugeführt werden, auf Null heruntergezählt wird. Der vorgegebene
Wert wird im folgenden Voreinstellwert genannt. Wenn die erste Zählschaltung ZAl
auf Null heruntergezählt worden ist, gibt sie an ihrem Ausgang A einen Ausgangsimpuls
ab. Dieser Ausgangsimpuls wird der ersten Zählschaltung ZAl am Eingang El wieder
zugeführt, wodurch das Laden eines neuen Voreinstellwertes veranlaßt wird.
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Die Voreinstellwerte für die Zählschaltung ZAl sind in einem Speicher
SP1 abgespeichert. Immer wenn der Ausgangsimpuls am Ausgang A der ersten Zählschaltung
ZAl erscheint, wird der gerade adressierte Voreinstellwert im Speicher SP1 in die
Zählschaltung ZAl übertragen.
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Die Adressierung des ersten Speichers SP1 erfolgt mit Hilfe einer
Adressiereinheit AD, die ebenfalls als Zählschaltung aufgebaut sein kann. Die Adressiereinheit
AD wird von einem Anfangswert immer dann um eine Einheit verändert, wenn am Ausgang
der ersten Zählschaltung ZAl der Ausgangsimpuls erscheint. Aus diesem Grunde ist
der Ausgang A der ersten Zählschaltung ZA1 mit der Adressiereinheit AD verbunden.
Der Ausgang der Adressiereinheit AD führt zum ersten Speicher SP1.
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Der Ausgangsimpuls der ersten Zählschaltung wird weiterhin einer Impulsformerstufe
FT zugeführt, die z.B. eine monostabile Kippschaltung sein kann, und an deren Ausgang
der Steuerimpuis für den Schrittmotor SM erscheint.
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Die Drehrichtung des Schrittmotors SM wird mit Hilfe einer Information
festgelegt, die in einem zweiten Speicher SP2 gespeichert ist. Das entsprechende
Signal wird am Ausgang LR des Speichers SP2
abgenommen und dem Schrittmotor
SM zugeführt. In dem zweiten Speicher SP2 können noch weitere Informationen zum
Betrieb des Schrittmotors enthalten sein. Zum Beispiel kann in ihm gespeichert sein,
wann die Ausgangsimpulse der ersten Zählschaltung ZAl dem Schrittmotor SM zugeführt
werden sollen. Dazu wird ein Taktfreigabesignal am Ausgang TK der Impulsformerstufe
FT zugeführt. Schließlich kann durch eine Information in dem Speicher SP2 die Verbindung
zwischen der ersten Zählschaltung ZAl und der Adressiereinheit AD unterbrochen werden.
Dazu ist ein Flip-Flop FF vorgesehen, das mit einem UND-Glied UD verbunden ist.
Soll das UND-Glied UD für die Ausgangsimpulse gesperrt werden, dann wird das Flip-Flop
FF durch eine Information aus dem Speicher SP2 gesetzt und damit das UND-Glied UD
in den Sperrzustand überführt.
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Mit VR sind zwei Inverter bezeichnet.
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Der Speicher SP2 wird ebenfall von der Adressiereinheit AD angesteuert.
Damit können gleichzeitig einander zugeordnete Informationen in den beiden Speichern
adressiert werden.
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Im Zusammenhang mit Figur 2 wird nun die Funktion der Schaltung nach
Figur 1 beschrieben. In Figur 2 ist ein Diagramm angegeben, das ein Beispiel eines
Laufes des Schrittmotors SM aufgezeichnet über die Zeit t zeigt. An der Ordinate
sind Adressen angegeben, die durch die Adressiereinheit AD erzeugt werden. Über
dem Diagramm ist eine Geschwindigkeitskurve gezeigt, die sich aus den Taktimpulsen
ergibt, die dem Schrittmotor SM zugeführt werden. Die Geschwindigkeit schwankt dabei
zwischen einer Geschwindigkeit von Null und VE bzw. -VE. Rechts von dem Diagramm
ist der Inhalt des zweiten Speichers SP2 angegeben. Die Information besteht aus
einem Halbbyte (4 Bits ). In der Figur 2 ist das erste Bit mit 1, das zweite Bit
mit 2, das dritte Bit mit 3,das vierte Bit mit 4 angegeben. Durch das erste Bit
wird festgelegt, ob die Impulsformerstufe FT freigegeben wird oder nicht (Signal
am Ausgang TK). Durch das zweite Bit wird die Laufrichtung des Schrittmotors SM
festgelegt.
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(Ausgang LR). Dabei kann z.B. eine "O" an dieser Bitstelle bedeuten,
daß der Schrittmotor SM in Vorwärtsrichtung laufen soll.
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Das dritte Bit gibt an, ob der Ausgangsimpuls der ersten Zählschaltung
ZAl der Adressiereinheit AD zugeführt werden darf oder nicht. Entsprechend erscheint
ein Signal am Ausgang OP des zweiten Speichers SP2. Das vierte Bit gibt schließlich
an, ob die Adressiereinheit AD in ihren Ausgangszustand zurückgesetzt werden soll.
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Es sei angenommen, daß die Adressiereinheit AD in ihren Ausgangszustand
zurückgesetzt ist. Sie enthält dann z.B. die Adresse Null.
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Unter dieser Adresse Null steht im ersten Speicher SP1 der Voreinstellwert
Null. Soll nun mit dem Betrieb des Schrittmotors SM begonnen werden, wird der Adressiereinheit
AD ein Startimpuls am Eingang ST zugeführt. Damit wird in die Adressiereinheit AD
die Adresse 1 geladen. Die Adressiereinheit AD steuert nun den ersten Speicher SP1
und den zweiten Speicher SP2 gleichzeitig an. Im ersten Speicher SP1 steht unter
der Adresse 1 z.B. der Voreinstellwert 4095, dezimal ausgedrückt. Dieser Voreinstellwert
wird der Zählschaltung ZAl zugeführt. Die Zählschaltung ZAl wird abhängig von den
Zähltakten am Eingang E heruntergezählt bis sie den Wert Null hat. Dann gibt die
erste Zählschaltung ZA1 am Ausgang A den Ausgangsimpuls ab. Wie Figur 2 zeigt, steht
im Speicher SP2 unter der Adresse 1 ein Wort aus lauter Nullen. Damit ist die Impulsformerstufe
FT für den Ausgangsimpuls gesperrt. Das heißt der Schrittmotor SM bleibt im Stillstand.
Gleichzeitig ist das UND-Glied UD in Durchlaßrichtung, so daß der Ausgangsimpuls
der ersten Zählschaltung ZAl zur Adressiereinheit AD gelangt. Damit wird die Adresse
um 1 erhöht. Der eben beschriebene Vorgang wiederholt sich dann. Dies geschieht
bis die die Adressiereinheit AD die Adresse 11 erreicht hat. Von der Adresse 1 zur
Adresse 11 kann somit der Zählschaltung ZAl immer der gleiche Voreinstellwert zugeführt
werden, gleichzeitig ist aber die Impulsformerstufe
gesperrt, der
Schrittmotor bleibt im Stillstand SM. Dieser Bereich ist in dem Diagramm in Figur
2 mit I bezeichnet.
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Mit der Adresse 11 wird nun aus dem zweiten Speicher SP2 eine Information
ausgelesen, deren Bit 1 binär 1 ist. Damit erscheint am Ausgang TK das Taktfreigabesignal
durch das die Impulsformerstufe FT freigegeben wird. Unter der Adresse 11 steht
in dem ersten Speicher SPl der entsprechende Voreinstellwert für die erste Zählschaltung
ZAl. Dieser wird mit Hilfe des Ladesignales am Eingang El in die Zählschaltung ZA1
übertragen und dort heruntergezählt.
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Erscheint der Ausgangsimpuls am Ausgang A, dann wird die Impulsformerstufe
FT gestartet, die an ihrem Ausgang einen ersten Steuerimpuls erzeugt, der dem Schrittmotor
SM zugeführt wird. Der Schrittmotor SM beginnt zu laufen. Der Ausgangsimpuls wird
gleichzeitig wieder der Adressiereinheit AD zugeführt, die die enthaltene Adresse
um eine Einheit erhöht. Dieser Vorgang wiederholt sich bis zur Adresse 171. Die
Voreinstellwerte für die Zählschaltung ZAl, die unter den Adressen 11 bis 171 im
ersten Speicher SP1 gespeichert sind, nehmen in ihrem Wert ständig ab, bis sie einen
Endwert von z.B.
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127 dezimal erreicht haben. Auf diese Weise kann die Frequenz der
Steuerimpulse am Ausgang der Impulsformerstufe FT beeinflußt werden. Das heißt,
die Steuerimpulse erscheinen in immer kürzerem Impulsabstand. Der Schrittmotor SM
wird beschleunigt. Dies ist in Figur 2 im Bereich II dargestellt.
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Mit der Adresse 171 hat der Schrittmotor SM seine Endgeschwindigkeit
erreicht. Er soll nun mit konstanter Geschwindigkeit weiterlaufen. Um dies zu erreichen,
wird das UND-Glied UD gesperrt, der Ausgangs impuls der Zählschaltung ZAl kann nicht
mehr zur Adressiereinheit AD gelangen. Damit bleibt die Adressiereinheit AD auf
der gleichen Adresse stehen und der Zählschaltung ZAl wird immer derselbe Einstellwert
aus dem Speicher SP1 zugeführt. Damit erscheinen die Steuerimpulse am Ausgang der
Impulsformerstufe FT mit gleicher Frequenz. Die Sperrung des UND-Gliedes UD wird
durch
den zweiten Speicher SP2 veranlaßt. Unter der Adresse 171
wird hier nämlich das dritte Bit auf "1" gesetzt, damit erscheint am Ausgang OP
ein Signal, durch das das Flip-Flop FF gesetzt wird und das UND-Glied UD gesperrt
wird. Der konstante Lauf des Schrittmotors SM ist im Bereich III der Figur 2 gezeigt.
Dieser Zeitbereich wird dann beendet, wenn dem Flip-Flop FF ein Signal am Eingang
S1 zugeführt wird. Damit wird das UND-Glied UD wieder freigegeben.
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Der nächste Ausgangs impuls der Zählschaltung ZAl zählt die Adressiereinheit
AD um eine Einheit weiter und zwar zur Adresse 172.
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Unter dieser Adresse steht im Speicher SP2 eine Information,dessen
drittes Bit wieder binär "O" ist. Die Voreinstellwerte im ersten Speicher SP1 bleiben
dagegen gleich, um einen Nachlauf des Schrittmotors SM einen bestimmten Zeitbereich
zu erreichen. Dieser Bereich ist in Figur 2 mit IV bezeichnet. Er geht bis zur Adresse
200. Selbstverständlich kann dieser Bereich auch weggelassen werden.
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Von der Adresse 201 ab wird nun der Voreinstellwert im Speicher SP1
wieder langsam erhöht. Damit ändert sich auch die Frequenz der Steuerimpulse für
den Schrittmotor SM, der Impulsabstand wird wieder erhöht. Die Folge ist, daß der
Schrittmotor SM langsamer wird, also abgebremst wird. Dieser Bereich ist in Figur
2 mit V benannt.
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Bei der Adresse 361 hat der Schrittmotor SM seinen Stillstand erreicht.
Dazu wird das erste Bit des Wortes im zweiten Speicher SP2 auf binär 0" gesetzt.
Am Ausgang TK des zweiten Speichers SP2 erscheint dann nicht mehr das Taktfreigabesignal
für die Impulsformerstufe FT. Ausgangsimpulse der Zählschaltung ZA1 können nicht
mehr zum Schrittmotor SM gelangen. In Figur 2 ist die Stillstandszeit des Schrittmotors
SM mit VI angegeben.
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Anschließend beginnt die Beschleunigung des Schrittmotors SM in umgekehrter
Richtung. Mit der nächsten Adresse 364 wird dazu am Ausgang LR des Speichers SP2
bei der zweiten Bitstelle des
Wortes binär eine "1" abgegeben,
ebenso wird die erste Bitstelle "1" gesetzt. Die Ausgangsimpulse der ersten Zählschaltung
ZAl werden jetzt wieder durch die Impulsformerstufe FT in Steuerimpulse umgesetzt,
die dem Schrittmotor SM zugeführt werden. Wiederum werden die Voreinstellwerte im
Speicher SP1 langsam in ihrem Wert erniedrigt, um die Frequenz der Steuerimpulse
zu erhöhen. Der Schrittmotor SM wird also beschleunigt, jetzt in Rückwärtsrichtung.
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Dies ist in Figur 2 im Bereich VII gezeigt.
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Bei der Adresse 524 ist wieder die Endgeschwindigkeit des Schrittmotors
SM erreicht, der bis zur Adresse 531 andauert. In diesem Bereich sind die Voreinstellwerte
im 1.Speicher SP1 immer gleich.
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Anschließend wird der Schrittmotor SM wider abgebremst (Bereich IX).
Dies wird wiederum dadurch erreicht, daß die Voreinstellwerte im ersten Speicher
SP1 wieder erhöht werden. Entsprechend wird die Frequenz der Steuerimpulse gesenkt.
Zum Zeitpunkt tn hat der Schrittmotor SM wieder seinen Stillstand erreicht. Dies
ist bei der Adresse 690. Bei der nächsten Adresse 691 wird das vierte Bit des Informationswortes
im zweiten Speicher SP2 binär 1, n S damit erscheint am Ausgang RS des Speichers
SP2 ein Signal, durch das die Adressiereinheit AD auf ihren Ausgangszustand zurückgesetzt
wird. Der ganze Vorgang kann nun wieder von vorne beginnen.
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Durch die Änderung der Voreinstellwerte im ersten Speicher SP1 und
der Informationsworte im zweiten Speicher SP2 kann die Bewegung des Schrittmotors
SM auf einfache Weise beeinflußt werden.
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Die Speicher können bekannte Speicherbausteine sein. Die Speicher
können z.B. programmierbare Speicherbausteine sein (PROM). Die Adressiereinheit
AD und die Zählschaltung ZAl kann in gleicher Weise ausgeführt sein. Es können dafür
ebenfalls bekannte Bausteine verwendet werden. Der Schrittmotor SM kann ein Motor
bekannten Aufbaus sein.
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8 Patentansprüche 2 Figuren