RN-Stepp297 – kompakter Schrittmotortreiber

Schrittmotortreiber für Schrittmotoren mit bis zu 2A Phasenstrom

Hier handelt es sich um eine beliebte und weit verbreitete Schaltung zum Ansteuerung von stärkeren Schrittmotoren mit bis zu 2A Phasenstrom. Dabei kann der Phasenstrom durch einen Regler (Spindeltrimmer) fest eingestellt werden. Die Strom-Regelung (Chopper Betrieb) sorgt für optimale Leistung der Motoren und erlaubt den Betrieb mit Motoren unterschiedlichster Nennspannung.
Die Schaltung ist sowohl für Roboter- aber auch für andere Anwendungen wie Eigenbau Fräsen sehr gut geeignet.

Die Schaltung wird ausschließlich über Takt- und Richtungssignale gesteuert. Die Schritte müssen also im Gegensatz zu intelligenten Schrittmotorsteuerungen wie RN-Schrittmotor, durch das Steuerboard/PC als Takt vorgegeben werden. Die Schaltung eignet sich daher vornehmlich für Anwender mit etwas Schrittmotor- und ein wenig Programmiererfahrung. Bis zu 30 Volt Motorspannung und Phasenströme bis maximal 2A sind möglich!

Aufbauhinweise zum Schrittmotor-Treiber

Der Aufbau der Schaltung ist durch eine vorgefertigte Platine erheblich leichter als mit Lochraster. Ein erprobter Platinenentwurf steht in diesem Artikel zum Download bereit. Zahlreiche Leiterplattenhersteller können genutzt werden um daraus eine Platine anzufertigen zu lassen. ! fertigen daraus in die

Die überschaubare Anzahl an Bauelementen erlaubt auch ungeübten Elektronik-Einsteigern einen einfachen Aufbau. Durch den Bestückungsdruck und die Bestückungsliste, etwas weiter hinten in dieser Dokumentation, ist der Aufbau unkritisch. Auf schwierig zu lötende und schwierig reparierbare SMD Teile wurde absichtlich verzichtet. Die Schaltung ist je nach Erfahrung in ca. 30 Minuten aufgebaut.

Dennoch einige Anmerkungen zu kleinen Hürden:

1. Bei den Netzwerkwiderstand RN1 auf die Polung achten. Der kleine Punkt auf dem Bauteil muss auf der Seite liegen wo die kleine 1 auf der Platine aufgedruckt ist.

2. Bei den Kondensatoren (Elkos) die Polung beim Einlöten beachten. Diese ist auf Bauelementen und Platine aufgedruckt.

3. Nicht vergessen das das IC 2 gesockelt wird. Also erst Sockel einlöten und dann IC einsetzen.

4. Beim Betrieb sollte ein Kühlkörper an den L298 angebracht werden. Dieses IC ist so plaziert, das es auch an eine Gehäusewand oder Kühlfläche montiert werden kann. Bei längerer Dauerbelastung sollte der Kühlkörper entsprechend groß sein.

5. Beim Einlöten der Motortreiber IC´s L298 ist eventuell zu bedenken das diese eine genaue Höhe einnehmen müssen, damit diese später bequem an einen Kühlkörper geschraubt werden kann

Das waren eigentlich schon die besonderen Punkte die zu beachten sind. Ansonsten natürlich sauber mit einem 10–25 W Lötkolben alles auf der Unterseite verlöten. Grundkenntnisse beim Löten werden empfohlen.

Nach dem Aufbau sollten Sie noch mal alle Lötpunkte kontrollieren. Wenn Sie dann Spannung anlegen, dann sollten in etwa 50 bis 100 mA Strom fließen. Ist der Strom deutlich höher, dann deutet das auf ein Lötfehler hin.

 

Erläuterung der Anschlüsse, Regler und Kurzschlussbrücken der Schrittmotor Schaltung

Motor

Anschluss den Schrittmotor
Über diese 4 polige Schraubklemme (steckbare Schraubklemme) wird ein Schrittmotor angeschlossen. Dabei ist darauf zu achten das eine Wicklung an die beiden linken und eine Wicklung an die beiden rechten Schraubklemmen angeschlossen wird.

Dreht sich später ein Motor nicht, so muß eine Wicklung umgepolt werden. Dreht der Motor falsch herum, dann Wicklungen umtauschen.

Die Motoren werden bipolar angesteuert. Das bedeutet das eine eventuelle Mittelanzapfung an der Motorwicklung nicht benötigt wird.
Es können Motoren von Nennspannungen ab 1V bis zur Motorspannung (max. 30V) angeschlossen werden.

Power

Motorspannung
Über diese Schraubklemme wird die Motorspannung angelegt. Es reicht eine unstabilisierte Gleichspannung von ca. 7 bis maximal 30V aus Damit das Board den Strom optimal regeln kann, sollte diese Spannung immer höher sein als die Nennspannung des Motors.

Plus + und Minus – sind auf der Platine markiert, von hinten gesehen ist Plus links!

MOTCTRL

Ansteuerung
Diese TTL kompatible Buchse nach Roboternetz-Definition dient zum Ansteuern des Schrittmotors und zur Versorgung des Boardes mit 5V Logikspannung.
Die Belegung entspricht den üblichen Datenportsteckern wie z.B. bei RN-Control etc.)
Pinbelegung

Pin 1 Clock/Takt (bei GND Flanke bewegt sich Motor einen Schritt)
Pin 2 CW/CCW (Drehrichtung, Pullup vorhanden)
Pin 3 RESET (Pullup vorhanden)
Pin 4 CNTL
Pin 5 H/F (Halb- oder Vollschritt, Pullup vorhanden)
Pin 6 Enable (Motor wird durch GND ausgeschaltet, Pullup vorhanden)
Pin 7 SYNC
Pin 8 HOME
Pin 9 GND / Masse
Pin10 Logikspannung +5V (dient zur Versorgung der Schaltung)

Oft werden nur einige Leitungen zur Ansteuerung benötigt, die anderen können unbelegt bleiben. Die wichtigsten Leitungen sind fett markiert.

JP1

Ansteuerung
Alternativ zur oberen Buchse MOTCTRL kann auch diese fünfpolige Stiftleiste zur Ansteuerung des Boards dienen, die wichtigsten Leitungen sind ebenfalls hier heraufgeführt.

Pinbelegung

Pin 1 Logikspannung +5V (dient zur Versorgung der Schaltung)
Pin 2 GND / Masse
Pin 3 Enable (Motor wird durch GND ausgeschaltet, Pullup vorhanden)
Pin 4 CW/CCW (Drehrichtung, Pullup vorhanden)
Pin 5 Clock/Takt (bei GND Flanke bewegt sich Motor einen Schritt)

Spindeltrimmer R1

Motorstrom festlegen
Über diesen Spindeltrimmer wird eine Referenzspannung eingestellt, die man an der nachfolgenden zweipoligen Stiftleiste UREF mit einem Multimeter messen kann.

Die Höhe der Referenzspannung legt den maximalen Motorstrom fest.
Die notwendige Referenzspannung berechnet sich aus folgender Formel:

Vref=Motorstrom * 0,51

Beispiel:
Für 1 Ampere müsste somit 0,51 Volt eingestellt werden (1*0,51=0,51V).

UREF

Referenzspannung messen
An dieser zweipoligen Stiftleiste sollte man ein Multimeter (Spannungsmessgerät) anschließen wenn man die Referenzspannung zur Wahl des Motorstroms einstellt.

 

 

Schaltplan zum Schrittmotor-Treiber

 

Schaltplan Schrittmotortreiber für Schrittmotoren mit bis zu 2A Phasenstrom

Schaltplan des Schrittmotor Boards

Bestückungsplan zum Schrittmotor-Treiber

Bestückungsplan Schrittmotortreiber für Schrittmotoren mit bis zu 2A Phasenstrom

Bestückungsplan Schrittmotortreiber RN-Stepp297

Schrittmotor Ansteuerung mit einem Controllerboard

Das nachfolgende Programm demonstriert wie man den Schrittmotortreiber  RN-Stepp297 an ein Controllerboard anschließt und wie man den Motor per Software zum drehen bringt. Zur Demonstration verwenden wir das universelle Controllerboard RN-Control, es könnte natürlich auch jedes andere Board z.B. ein Arduino verwendet werden. Um möglichst wenig Ports zu belegen verwenden wir die fünfpoligen Stiftleiste zum Ansteuern. Neben +5V und GND müssen wir hier nur noch 3 Ports PA0 bis PA2 opfern. Auf dem Bild kann man leicht die Verkabelung erkennen.

Schrittmotortreiber RN-Stepp297 am AVR Board RN-Control

Schrittmotortreiber RN-Stepp297 am AVR Board RN-Control

Als Motor verwenden wir in unserem Beispiel den Sanyo Denki Schrittmotor Typ 103-770-1640, natürlich kann auch jeder andere Schrittmotor genutzt werden.  In unserem Fall müsste der Stecker wie folgt an das Kabel geschraubt werden:

Von links nach rechts (von hinten gesehen): blau , blau/weiss , rot, rot/weiss

Dieser verwendete Motor hat einen maximalen Phasenstrom von 1,4A pro Wicklung. Wir müssen somit die Referenzspannung wie folgt berechnen: Vref=1,4 * 0,51

Das ergibt 0,71 Volt. Wir müssen somit das Board unter Spannung setzen (vor allem Logikspannung) und ein Spannungsmesser an UREF anschließen. Nun drehen wir an de roberen Schraube solange bis 0,71 Volt angezeigt wird, das war´s. Natürlich reicht es für den Test auch aus wenn wir einen viel niedrigeren Strom nutzen, wenn der Motor nicht so stark belastet werden soll nehmen nimmt man nur die Hälfte oder ein Drittel, dadurch erwärmt sich der Motor im Stand auch nicht so stark.

Das Basic-Programm demonstriert wie man Motor ein- und ausschaltet und wie man auf einfache Weise Taktimpulse erzeugt die den Motor genau 1 Umdrehung machen lassen. Der Quellcode ist selbsterklärend.

  • Taste 1: Schaltet Motorstrom ein (Stellung wird gehalten)
  • Taste 2: Bewegt Motor genau 400 Halbschritte (1 Umdrehung bei den meisten Motoren)
  • Taste 3: Bewegt Motor schneller genau 400 Halbschritte
  • Taste 4: Ändert die Drehrichtung
  • ‚Taste 5: Schaltet Motor aus

Bascom-Programm für Schrittmotor Ansteuerung

'###################################################

'Schrittmotoransteuerung mit RN-Control und
'Ansteuerungsboard RN-Stepp297
'RN-Stepp297 ist die bekannt Standardschaltung
'mit L297 und L298 
'rn_stepp297_beispiel
'
'
' RN-Stepp97 wird wie folgt angeschlossen
' Enable auf PA0 / Richtung auf PA1 / Takt auf PA2
'
'Aufgabe:
' Dieses Testprogramm zeigt wie man RN-Stepp297
' über Takt- und Richtungsleitung ansteuert
' Den verschiedenen Tasten sind bestimmte Funktionen zugeordnet
' Taste 1: Schaltet Motorstrom ein (Stellung wird gehalten)
' Taste 2: Bewegt Motor genau 400 Halbschritte (1 Umdrehung bei den meisten Motoren)
' Taste 3: Bewegt Motor schneller genau 400 Halbschritte
' Taste 4: Ändert die Drehrichtung
''Taste 5: Schaltet Motor aus
'
'Autor: Frank
'Weitere Beispiele und Beschreibung der Hardware
'unter http://www.mikrocontroller-elektronik.de/
'und http://www.roboternetz.de/
'##############################################################


$programmer = 12 'MCS USB (Zeile weglassen wenn anderer Programmer)

' -------------- RN-Control übliche _____________________

Declare Function Tastenabfrage() As Byte
$regfile = "m32def.dat"
$framesize = 32
$swstack = 32
$hwstack = 64

$crystal = 16000000 'Quarzfrequenz
$baud = 9600
Config Scl = Portc.0 'Ports fuer IIC-Bus
Config Sda = Portc.1

Config Adc = Single , Prescaler = Auto 'Für Tastenabfrage und Spannungsmessung
Config Pina.7 = Input 'Für Tastenabfrage
Porta.7 = 1 'Pullup Widerstand ein
Dim Taste As Byte
Dim Ton As Integer

I2cinit
Start Adc
Sound Portd.7 , 400 , 450 'BEEP
Sound Portd.7 , 400 , 250 'BEEP
Sound Portd.7 , 400 , 450 'BEEP
Print
Print "**** RN-CONTROL V1.4 *****"
Print "Demoprogramm um Zusatzboard RN-Stepp297 zu testen/demonstrieren"
Print

' -------------- Ende RN-Control übliche _____________________

Config Pina.0 = Output
Stepper_enable Alias Porta.0
Config Pina.1 = Output
Stepper_richtung Alias Porta.1
Config Pina.2 = Output
Stepper_takt Alias Porta.2

Dim I As Integer

Stepper_enable = 0 ' Erst mal aus
Do
 Taste = Tastenabfrage()
 If Taste <> 0 Then
 Select Case Taste
 Case 1 'Schaltet Motorstrom ein
 Stepper_enable = 1
 Case 2 'Bewegt Motor genau 400 Halbschritte (1 Umdrehung bei den meisten Motoren)
 For I = 1 To 400
 Stepper_takt = 0 : Waitus 1 : Stepper_takt = 1
 Waitms 30
 Next

 Case 3
 For I = 1 To 400
 Stepper_takt = 0 : Waitus 1 : Stepper_takt = 1
 Waitms 5
 Next

 Case 4
 Toggle Stepper_richtung
 Case 5 'Schaltet Motor aus
 Stepper_enable = 0
 End Select

 Sound Portd.7 , 400 , 500 'BEEP

 End If
 Waitms 100
Loop
End


' Diese Unterfunktion fragt die Tastatur am analogen Port ab
' Sollte beim betätigen einer Taste kein Quittungston kommen, dann
' muss die die Tastenabfrage (Select Case Anweisung in Funktion )
' an ihr Board angepaßt werden. Widerstandstoleranzen sorgen in
' Einzelfällen manchmal dafür das die Werte etwas anders ausfallen
' Am besten dann den WS wert mit Print für jede Taste ausgeben lassen

Function Tastenabfrage() As Byte
Local Ws As Word

 Tastenabfrage = 0
 Ton = 600
 Ws = Getadc(7)
' Print "ws= " ; Ws
 If Ws < 1010 Then

 Select Case Ws
 Case 400 To 455
 Tastenabfrage = 1
 Ton = 550

 Case 335 To 380
 Tastenabfrage = 2
 Ton = 500

 Case 250 To 305
 Tastenabfrage = 3
 Ton = 450

 Case 180 To 220
 Tastenabfrage = 4
 Ton = 400

 Case 100 To 130
 Tastenabfrage = 5
 Ton = 350

 End Select

 Sound Portd.7 , 400 , Ton 'BEEP
 End If
End Function

 

Bauteile Bestückungsliste / Bestellliste

Platinenbezeichnung    Beschreibung                         Bestellnummer/Bezugsquelle

C1                     Keramik Kondensator 100n             Bezugsquelle Reichelt*
C2                     Elko 2200uF 35V                      Bezugsquelle Reichelt*
C3                     Elko 470uF 6,3V                      Bezugsquelle Reichelt*
C4                     Keramik Kondensator 3,3n             Bezugsquelle Reichelt*
C5                     Keramik Kondensator 100n             Bezugsquelle Reichelt*
D1                     Diode BYV 27/200                     Bezugsquelle Reichelt*
D2                     Diode BYV 27/200                     Bezugsquelle Reichelt*
D3                     Diode BYV 27/200                     Bezugsquelle Reichelt*
D4                     Diode BYV 27/200                     Bezugsquelle Reichelt* 
D5                     Diode BYV 27/200                     Bezugsquelle Reichelt*
D6                     Diode BYV 27/200                     Bezugsquelle Reichelt*
D7                     Diode BYV 27/200                     Bezugsquelle Reichelt*
D8                     Diode BYV 27/200                     Bezugsquelle Reichelt*
IC1                    Motortreiber L298 L 298              Bezugsquelle Reichelt*
IC2                    Steppertreiber L297                  Bezugsquelle Reichelt*
JP1                    Stiftleiste 5polig                   Bezugsquelle Reichelt*
MOTCTRL                Wannenbuchse 10pol                   Bezugsquelle Reichelt*
MOTOR                  Wannenbuchse 4 pol gewinkelt         Bezugsquelle Reichelt*
POWER                  Wannenbuchse 2 pol gewinkelt         Bezugsquelle Reichelt* 
R1                     Spindeltrimmer stehend               Bezugsquelle Reichelt*
R2                     Widerstand 22K                       Bezugsquelle Reichelt*
R3                     Drahtwiderstand 0,51 Ohm 5W          Bezugsquelle Reichelt*
R4                     Drahtwiderstand 0,51 Ohm 5W          Bezugsquelle Reichelt*
R5                     Widerstand 2,7K                      Bezugsquelle Reichelt*
RN1                    Netzwerkwiderstand 5x1k              Bezugsquelle Reichelt*
UREF                   Stiftleiste 2 polig                  Bezugsquelle Conrad*

Zusätzlich notwendig:
        
1 Stück                IC-Fassung/Sockel 20 polig           Bezugsquelle Reichelt*
4 Stück                Befestigungsbolzen                   Bezugsquelle Reichelt*
1 Stück                Stecker für Motorspannung            Bezugsquelle Reichelt*
1 Stück                Stecker für Motor                    Bezugsquelle Reichelt*
1 Stück                Kühlkörper                           Bezugsquelle Reichelt*
2 Stück                Flachkabel Stecker                   Bezugsquelle Reichelt*
1 Stück                Flachkabel                           Bezugsquelle Reichelt*


Alle Angaben ohne Gewähr

Platine Schrittmotortreiber für Schrittmotoren mit bis zu 2A Phasenstrom

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Weitere Hinweise

Vor dem Aufbau bitte nachfolgende Hinweise lesen:

Das Projekt unterliegt einer CC-Lizenz - Lizenzhinweis (zum Aufklappen anklicken)

Um ihnen weitgehende Möglichkeiten zum Nutzen der Schaltung einzuräumen, wurde dieses Projekt jetzt unter die CC-Lizenz gestellt. Sie haben So die Möglichkeit die Schaltung beliebig zu verändern oder weiterzugeben. Lediglich die kommerzielle Weitergaben ist nur mit Genehmigung möglich! Genauere Hinweise finden Sie im Lizenztext.

Bei einer Veröffentlichung oder Weitergabe ist nachfolgender Text sichtbar zu übernehmen:


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Projekt (Schaltung & Projektdateien) von Frank ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz.
Über diese Lizenz hinausgehende Erlaubnisse können Sie unter http://www.mikrocontroller-elektronik.de/ erhalten.

Lizenziert wurde das Projekt von: 
www.Roboternetz.de & www.Mikrocontroller-Elektronik.de  -  Autor/User Frank

Dieser Name und diese Webseiten sind bei der Weitergabe stets deutlich sichtbar zu nennen!



Achtung: Es kann keinerlei Garantie für die Fehlerfreiheit der Schaltung oder anderer Projektdateien übernommen werden! Der Nachbau und Betrieb geschieht auf eigene Gefahr! Jegliche Haftung für Schäden oder Verletzungen wird ausgeschlossen! Schadensersatzansprüche, gleich aus welchem Rechtsgrund, sind ausgeschlossen.

Sicherheitshinweise und Haftungsausschluss (zum Aufklappen anklicken)

Dieses Projekt dient vornehmlich für Lehrzwecke und zum Experimentieren. Für den Aufbau sollten ausreichend Elektronik Grundkenntnisse und Kenntnisse bezüglich der Sicherheit (Experimentieren mit Strom und Handhabung gängiger Werkzeuge wie Lötkolben etc.) vorhanden sein. Unter dem Menüpunkt Buchvorstellungen als auch auf der Seite RN-Wissen.de empfehle ich diesbezüglich noch interessante Literatur mit der man sich dies erarbeiten kann. Für Fragen bezüglich Elektronik und Mikrocontroller empfehle ich das Forum: Roboternetz.de

Sicherheitshinweise und Haftungsausschluss
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2 Gedanken zu “RN-Stepp297 – kompakter Schrittmotortreiber

  1. Tonio

    Kann man das RN-Stepp297-Modul als Komplettbausatz oder Fertigmodul irgendwo erwerben? Zwar fand ich in manchen Foren einige Posts, die darauf hinwiesen, aber nirgendwo einen Shop oder dergleichen.
    Vielen Dank im Voraus!

    Antworten
    • Frank Autor des Beitrags

      Die Schaltung gab es als Bausatz, leider jetzt nicht mehr da es den Shop nicht mehr gibt. Aber du kannst dir leicht selbst Bausatz zusammenstellen, die Bezugsquellen aller Teile sind in dem Beitrag angegeben.

      Antworten

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