Драйвер двигателя аналоговых часов: 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Даже в цифровом мире классические аналоговые часы обладают вневременным стилем, который никуда не денется. Мы можем использовать двухканальный CMIC GreenPAK ™ для реализации всех активных электронных функций, необходимых в аналоговых часах, включая драйвер двигателя и кварцевый генератор. GreenPAK - это недорогие крошечные устройства, которые идеально подходят для умных часов. В качестве простой в сборке демонстрации я получил дешевые настенные часы, удалил существующую плату и заменил всю активную электронику одним устройством GreenPAK.

Вы можете пройти через все шаги, чтобы понять, как микросхема GreenPAK была запрограммирована для управления драйвером двигателя аналоговых часов. Тем не менее, если вы просто хотите легко создать драйвер двигателя аналоговых часов без необходимости проходить через все внутренние схемы, загрузите программное обеспечение GreenPAK, чтобы просмотреть уже готовый файл дизайна GreenPAK для драйвера двигателя аналоговых часов. Подключите GreenPAK Development Kit к компьютеру и нажмите «программа», чтобы создать индивидуальную ИС для управления драйвером двигателя аналоговых часов. На следующем шаге будет обсуждаться логика, которая находится внутри файла проекта драйвера двигателя аналоговых часов GreenPAK для тех, кто заинтересован в понимании того, как работает схема.

Шаг 1: Предпосылки: шаговые двигатели типа Лаве

Типичные аналоговые часы используют шаговый двигатель типа Лаве для поворота шестерни часового механизма. Это однофазный двигатель, который состоит из плоского статора (неподвижной части двигателя) с индукционной катушкой, намотанной вокруг плеча. Между плечами статора находится ротор (подвижная часть двигателя), который состоит из круглого постоянного магнита с прикрепленной к нему шестерней. Ведущая шестерня вместе с другими шестернями перемещает стрелки часов. Двигатель работает за счет чередования полярности тока в обмотке статора с паузой между сменами полярности. Во время импульсов тока индуцированный магнетизм заставляет двигатель выравнивать полюса ротора и статора. Когда ток отключен, двигатель под действием противодействующей силы переводится в одно из двух других положений. Эти положения покоя реактивного сопротивления спроектированы конструкцией неоднородностей (выемок) в металлическом корпусе двигателя, так что двигатель вращается в одном направлении (см. Рисунок 1).

Шаг 2: Драйвер мотора

В прилагаемой конструкции используется SLG46121V для создания сигналов тока требуемой формы через обмотку статора. Отдельные 2 двухтактных выхода на ИС (обозначенные M1 и M2) подключаются к каждому концу катушки и выдают чередующиеся импульсы. Для правильной работы этого устройства необходимо использовать двухтактные выходы. Форма волны состоит из импульса длительностью 10 мс каждую секунду, чередующегося между M1 и M2 с каждым импульсом. Импульсы создаются всего несколькими блоками, управляемыми простой схемой кварцевого генератора 32,768 кГц. Блок OSC имеет встроенные делители, которые помогают разделить тактовую частоту 32,768 кГц. CNT1 выдает тактовый импульс каждую секунду. Этот импульс запускает одноразовую схему длительностью 10 мс. Два LUT (обозначенные 1 и 2) демультиплексируют импульс длительностью 10 мс на выходные контакты. Импульсы передаются на M1, когда на выходе DFF5 высокий уровень, на M2 - когда низкий.

Шаг 3: Кристальный осциллятор

Кварцевый генератор 32,768 кГц использует всего два блока контактов на кристалле. PIN12 (OSC_IN) установлен как цифровой вход низкого напряжения (LVDI), который имеет относительно низкий ток переключения. Сигнал от PIN12 поступает в OE PIN10 (FEEDBACK_OUT). PIN10 сконфигурирован как выход с 3 состояниями, вход которого заземлен, поэтому он действует как выход NMOS с открытым стоком. Этот путь сигнала естественно инвертируется, поэтому никакой другой блок не требуется. Внешне выход PIN 10 подтягивается до VDD2 (PIN11) резистором 1 МОм (R4). И PIN10, и PIN12 питаются от шины VDD2, которая, в свою очередь, является ограниченным по току резистором 1 МОм относительно VDD. R1 - резистор обратной связи для смещения цепи инвертирования, а R2 ограничивает выходную мощность. Добавление кристалла и конденсаторов завершает схему генератора Пирса, как показано на рисунке 3.

Шаг 4: результаты

VDD питался от литиевой батарейки CR2032, которая обычно обеспечивает 3,0 В (3,3 В в свежем виде). Форма выходного сигнала состоит из чередующихся импульсов длительностью 10 мс, как показано ниже на рисунке 4. В среднем за минуту измеренный потребляемый ток составил примерно 97 мкА, включая привод двигателя. Без двигателя потребляемый ток составлял 2,25 мкА.

Заключение

Эта информация по применению представляет собой демонстрацию GreenPAK полного решения для управления шаговым двигателем с аналоговыми часами и может служить основой для других более специализированных решений. Это решение использует только часть ресурсов GreenPAK, что оставляет ИС открытой для дополнительных функций, оставленных только вашему воображению.