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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Bipolare Schrittmotoren/Ansteuerung


Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Hallo Leute,

ich habe nach bekannten Schaltungsprinzipien eine Schaltung
zusammengesteckt, mit der ich einen bipolaren Schrittmotor mittels
entsprechender Impulse rechtsrum, linksrum, schnell, langsam und
stoppen kann.

Die Impulse schalten in jeweils einem Transistorblock (vier
Transistoren) zwei diagonal liegende Transistoren durch; erst die
einen, dann die anderen. Dadurch entsteht in den Spulen eine
Wechselspannung.

Der eine Transistorblock bekommt die Impulse gegenüber dem anderen
Block verzögert (phasenverschoben). Die Drehrichtung des Motors hängt
davon ab, welcher Block nacheilt/vorauseilt...

Das Tempo der Impulse (1,0-Folgen) bestimmt das Tempo des Motors.

Der Vorwiderstand ist wichtig; er begrenzt den maximalen Strom, der
fließen kann, wenn alle acht Transistoren durchschalten; dies ist der
Fall, wenn die Portpins des MCU-Systems High-Pegel haben (nach dem
Einschalten z.B.); das Programm sollte also die 4 nötigen Portpins
sofort nach dem Start auf Low-Pegel bringen, dann sperren alle acht
Transistoren!

Anschließend werden z.B. P1.0 auf High-, P1.1 auf Low-Pegel gebracht;
diese Pins schalten den ersten Transistorblock.
Etwas später (phasenverschoben) werden P1.2 auf High-, P1.3 auf
Low-Pegel gebracht; diese Pins schalten den zweiten Transistorblock.
Dabei schalten P1.0 bzw. P1.2 die Transistoren T1,T4 bzw. T5,T8 durch.

Nach einiger Zeit werden P1.0 auf Low-, P1.1 auf High-Pegel bzw. -
etwas später - P1.2 und P1.3 auf Low- bzw. Highpegel gebracht usw.

Die vier Portpins sind 4 Transistor-Diagonalen zugeordnet. P1.0 ist
zuständig für T1+T4, P1.1 für T2+T3, P1.2 für T5+T8 sowie P1.3 für
T6+T7.

Das MCU-Programm muß nur in regelmäßigen Abständen den Pegel an den
Pins P1.0/1 bzw. phasenverschoben, d.h. mit z.B. 1/4 der Periode
verzögert, P1.2/3 konvertieren bzw. für die andere Drehrichtung zuerst
P1.2/3 und dann verzögert P1.0/1.

Initialisierung: mov P1,#11110101b oder mov P1,#11111010b

Die zeitliche Verzögerung ist das etwas komplizierte an dem
Treiber-Programm.
Bei mir lief der Motor und erzeugte bei einer Drehzahl, die in etwa dem
Tempo einer 45er-LP entspricht, ein beachtliches Drehmoment!

Klar, man kann auch einen L293, L298, L299 nehmen; aber diese Chips
sind nicht so billig und bringen nicht den Strom, den die
Power-Mos-Fets bringen.

Schrittmotoren wurden in alten 51/4-Floppys, in Fax-Geräten, in ganz
alten Festplatten eingesetzt bzw. sind manchmal als Restposten günstig
zu erwerben; sie werden heute in noch größerer Zahl eingesetzt, als
Servo-Motoren, in Robotern etc.
In meinem Fall handelt es sich um einen weit verbreiteten Motor vom Typ
2Phasen-Gleichpol-Motor (bipolarer Schrittmotor) mit 2 Spulen intern
sowie 2 als Zahnräder ausgeführten Dauermagneten (Anker); die Zähne
(einige Hundert können es schon sein) bilden nur Nordpole bzw. bei dem
anderen Zahnrad Südpole...


Thomas

Autor: Esogul Esek (Gast)
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Ja und?

Autor: Winfried (Gast)
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Ist doch nett, eine Schaltung als Anregung vorzustellen. Man muss ja
nicht immer mit einem Problem hier rein kommen.

Autor: Ratber (Gast)
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yo,stimmt !



Aber warum nen neuen Tread und nicht gleich in den alten der kaum 2
Stunden vor der Eröffnung von diesen hier die letzte Antwort erhalten
hat ?

http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-111531.html

Ich fände es interessanter die Entwicklung seiner Schaltung in
"einem" Tread zu verfolgen anstatt zu springen.


my 2 Cent ;)

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Hallo Leute,

ich habe inzwischen mit einem Programm von 1984 von der Firma Wintek
die Schaltung geroutet, wobei ich 'per Hand' noch einiges abgeändert
habe; anschließend habe ich mit der mühseligen Klebesymbolik-Auftragung
auf eine Epoxyd-Platine das Layout auf Kupfer übertragen und nach dem
Ätzen mit FeCl3aq und Bohren mit 0.8mm bzw. 1mm bzw. 1.5mm die Platine
mit den Bauelementen bestückt.

Diese funktionierte sofort; als Vorwiderstand habe ich einen Kaltleiter
in Form einer 12V-Halogenglühbirne genommen; selbst wenn alle 8
Transistoren durchschalten, begrenzt dieser den Strom.

Das Layout hat offensichtlich noch ein paar Schönheitsfehler, aber eine
Drahtbrücke ist nicht nötig. Die Transistoren sollten mit jeweils einem
Kühlkörper ausgerüstet sein (die Drains sind mit der Kühlfahne
verbunden - daher scheidet ein gemeinsamer Kühlkörper aus bzw. müssen
dann 4 Transistoren mit Glimmerscheiben isoliert werden).

Ich werde in Kürze ein 8051er-Programm zur Ansteuerung des bipolaren
Schrittmotors in die Codesammlung einbringen.

Tom

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Hier noch eine Draufsicht der Platine!

Tom

Autor: Christian (Gast)
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Mach doch direkt einen Wiki-Eintrag draus. Fragen zur Ansteuerung von
(bipolaren) Schrittmotoren tauchen schließlich immer wieder auf...

Autor: ...HanneS... (Gast)
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@Thomas:

Du setzt eine Halogenlampe als "Sicherung" ein, mach ich auch gerne.
Deine beiden H-Brücken sind ansich üblich.

Ich habe über einen anderen Thread eine "verriegelte" H-Brücke
gefunden, die Idee lässt sich mit einigen NPN-Transistoren auch bei
einer MOSFET-Brücke umsetzen. Dabei wird beim Ansteuern eines
Highside-Transistors die Ansteuerung des Lowside-Transistors
kurzgeschlossen, also verhindert.

Schau dir das mal an:

http://www.bobblick.com/techref/projects/hbridge/h...

Es geht dabei nicht um die komplette Schaltung, sondern um die Idee mit
der Verriegelung.

...

Autor: Guido Gandolfo (Gast)
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Moin Moin,

es ist richtig, das man durch die Verwendung von MOSFETs mehr
power bei geringerer Fläche bekommt.
Die vorgstellte Lösung ist allerdings auch längst nicht auf dem
aktuellen Stand der Technik.
Als Anlage ein Foto auf dem man sehen kann, wie man mit weniger Aufwand
als L29x eine moderne Schrittmotor-Endstufe mit 3A aufbauen kann. TMC239
oder TMC249.

Guido Gandolfo

ww.trinamic.com

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Hallo Guido,

ja, ich meine auch, daß die L29x-Typen nicht den modernsten Stand der
Technik darstellen. Es sollte sich inzwischen herumgesprochen haben,
daß es MOS-FETs gibt. Es gibt inzwischen moderne, integrierte
Schrittmotor-Treiber, die eine Menge Ampere liefern. Der Nachteil ist,
daß man sie nicht unbedingt beim Bastelshop um die Ecke bekommt.

Die von mir vorgestellte Schaltung hatte allerdings den Nachteil, daß
sie nicht kurzschlußgesichert ist.
Das habe ich jetzt geändert, indem ich die Schaltung noch um ein paar
NAND-Gatter bereichert habe (1 Standard-Logik Chip zusätzlich, siehe
Schaltplan/Foto).

Ich habe sie erstmal zusammengesteckt und getestet - sie scheint zu
funktionieren. Ein Programm für die Polung der Pins P1.0-P1.3 werde ich
in Kürze veröffentlichen.

Die Schaltung ist relativ einfach und enthält sicher keine genialen
Schaltungstricks - das können andere sicher besser.
Sie soll mehr als Anregung dienen.

Thomas

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Hallo Leute,

ich habe den Schaltplan nochmal durchgecheckt und ein paar
Schönheitsfehler entdeckt - vor allem natürlich die 2 dunklen Vierecke
unten. Deswegen stelle ich den schöneren Schaltplan nochmal ins Forum
mit Angabe des eingesetzten Schrittmotors.

Außerdem sende ich ein für 8051er geschriebenes Programm zu diesem
Schaltplan. Ein Programm, daß dank Erläuterungen zu den Befehlen auch
ohne Probleme auf Atmels oder PICs oder ST6er oder Z8er umgeschrieben
werden kann. Das Programm tut nichts als den Motor ein wenig in
Bewegung zu setzen.

Der von mir entwickelte Schaltplan bipola3.jpg kann bipolare
Schrittmotoren im Vollschritt-Betrieb laufen lassen. Will man außerdem
1/2-, 1/4-, 1/8- oder Mikroschritt-Betrieb, muß man auf handelsübliche
ICs zurückgreifen.

Das kann eine relativ einfache Schaltung wie die von mir vorgestellte
nicht leisten. Aber sie ist gut für Demonstrationszwecke und für
einfache Anwendungen und entspricht den schon lange bekannten Schaltung
mit bipolaren Transistoren, nur daß eben CMOS-Technologie und MOSFETs
eingesetzt werden. Die MOSFETs können auch von anderem Typ sein - dann
müssen die Vorwiderstände(im Gate-Kreis) ausprobiert werden.
Z.b. sind für den leistungsstarken Typ IRF3205 wesentlich kleinere
Vorwiderstände erforderlich (10...20k). Es kann sein, daß man die
Vorwiderstände auch ganz weg lassen kann. Ich habe aber mit dem
Verwenden von Gate-Vorwiderständen gute Erfahrung gemacht!

Tom

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Anbei noch das DEMO-Programm, um den Motor auch in Bewegung setzen zu
können. Die Portpins sind an die gekennzeichneten Eingänge des
Pegel-Wandlers 40109 anzuschließen.
Tom

Autor: AxelR. (Gast)
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@Guido
..Die vorgstellte Lösung ist allerdings auch längst nicht auf dem
aktuellen Stand der Technik.
...

klar, haben wir ja alle in der grabbelkiste. Wenn man den ganzen Tag
damit arbeitet, kann auch Klug Rede schwingen. Wo bekommt man davon mal
eben 10-20 Stk.? Reichelt hat den jedenfalls nicht. Farnell und
RS-Components fallen ja wohl für die meisten hier eh aus.
Du hättest aber schon auf die Strom-Choppering-Methode hinweisen
können(statt der HalogenLampe), wenn Du offensichtlich so eng mit der
Materie betraut bist.
Nicht realisierbare Vorschläge kannst Du Dir in Zukunft klemmen, denke
ich! Nett wären hilfreiche Tipps, die nicht NUR mit Trinamic zu tun
haben.
Sorry, aber ich mag das nicht...
@Thomas
möchtest Du die Halogenlampe ersetzen?
Mit hilfe eines einfachen 555er und eines Strommesswiderstndes lässt
sich hier einiges an Drehmoment hreausholen. Aber: ist nicht zeitgemäß!


MfG
AxelR.

Autor: ...HanneS... (Gast)
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Axel, sei doch nicht so ungerecht. Wir Hobbybastler können doch
Fertigmodule von Trinamic kaufen, dann sind wir auf dem aktuellen Stand
der Technik.
Und Guidos Werbepostings haben sich dann auch gelohnt.

Aber die unmoderne Stromchopperschaltung mit dem "B555" würde mich
auch interessieren...

Gruß...
...HanneS...

8-))

Autor: Thomas K. (Gast)
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Hi Axel....,

das ging dann wohl doch etwas nach hinten los.
Google doch erst mal nach dem richtigen Typ TMC249,
und nicht TCM249.

Den TMC249 gibt es überall , auch bei Reichelt, und
wie du weißt hab selbst ich ihn in der Grabbelkiste ;)

Uns warum sollte man nicht auch als Nebenbei-Bastler auf dem
Stand der Technik bleiben, und sich damit das Leben erleichtern.
Realisierbar ist der Vorschlag auf jeden Fall....

...ich schätze du bist am Montag mit Kaffee dran :)

Grüße....
Thomas

Autor: AxelR. (Gast)
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ACH DU SCH..., da hab' ich ja wieder was angestellt.

Naja, wär ja nichts neues. Sonst rutscht mir ja auch alles aus der Hand
oder fällt runter oder ist einfach weg (wie meine Kaffeetasse).
Warum solls mir HIER nicht auch mal passieren.

@Guido
Ich hoffe, ich kann das irgentwann wieder gut machen...

AxelR.

Autor: AxelR. (Gast)
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Autor: AxelR. (Gast)
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Da ist ja wirklich alles drinn! bis zu 4Ampere Phasenstrom mit allem
schnickeldööö..
erstaunt

@Thomas K.
Jetzt entsinne ich mich auch, sowas schonmal fertig aufgebaut gesehen
zu haben. ;-))
Kaffe (incl. Zuschlagstoffen) geht klar!

Axel

Autor: Thomas K. (Gast)
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@AxelR.

na bitte...., jetzt is er wieder wach :)

Thomas

Autor: Michael (Gast)
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"" Da ist ja wirklich alles drinn! bis zu 4Ampere Phasenstrom mit
allem schnickeldööö..

Na dann aber auch die Feinheiten beachten: externe FETs sind dennoch
notwendig (leider).

Autor: ...HanneS... (Gast)
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Für Profianwendungen am High-End (z.B. CNC) sehr empfehlenswert.

Für einfache Bastelei mit Steppern aus alter Rechner-Peripherie einfach
mal zu teuer.

...

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Hallo Leute,

ich habe mit einem Layout-Programm (Smartwork der Firma Wintek, Version
1.0 von 1984)ein Kupfer-Layout erstellt. Hier ist das Resultat. Ich habe
es später wenig professionell mit ätzfesten Symbolen nachgeklebt und die
Platine aufgebaut - sie funktioniert.

Thomas

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Hallo,

hier ist die geätzte Platine zu sehen - Lötaugen-Kleben ist auf die
Dauer nicht die Lösung für die Platinen-Herstellung; höchstens gut für
einfache Schaltungen und Muster.

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Hallo Leute,

last and least die fertig aufgebaute Platine; hätte ich micht 100% an
das PCB-Layout gehalten, wäre für die Lötstützpunkte mehr Platz
gewesen.

Thomas Strauß

Autor: Thomas S. (Gast)
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Hi alle,

ich sehe bei der Schaltung aber das Problem, daß alles mit n-Kanal-fet
aufgebaut ist.Wenn die oberen (high-Side) Switches durchschalten.
floatet deren Sourcepotential hoch.Dann wird aber das nötige
Gatepotential nicht mehr ausreichen um das Teil ordentlich
aufzusteuern.
Laß' mal ordentlich Strom fließen, und Du wirst sehen, daß die oberen
viel wärmer(heißer) als die unteren werden.

guude

ts

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Hallo Leute,

Tatsächlich schalten die oberen FETs nur zu ca. 2/3 durch; das liegt
sicher an dem nicht ausreichenden Gate-Potential, worauf der Kollege
hinwies!

Ich habe die Schaltung bzw. das Platinenlayout(siehe Foto) etwas
abgeändert. Die Verbindung zwischen der positiven Versorgungsspannung
für die ICs und der Betriebsspannung der Endstufe wurde aufgelöst.

Nach Messungen mit einem Digitalmultimeter habe ich festgestellt, daß
bei einer Betriebsspannung von +8V für die Transistor-Brücken und einer
Versorgungsspannung von +12V für die ICs das Gate-Potential auch für die
oberen Transistoren ausreicht, um diese voll durchzuschalten (zu sehen
an der Spannung zwischen Source und Drain).
Wenn der Motor 12V braucht, wird es etwas eng mit der
IC-Versorgungsspannung (max. Grenzwert ist +18V).

Der Aufbau mit komplementären MOS-Fets hätte den Vorteil, daß man nur
eine Versorgunsspannung braucht und daß die Schaltung (quasi als
Leistungs-Inverter wie in CMOS-Schaltkreisen) in sich schon
kurzschlußfest ist.

Der Nachteil ist die Beschaffbarkeit der Bauelemente. Es gibt zwar
P-Kanal-MOSFETs zu kaufen, aber wie ist es mit Komplementärpaaren? Denn
diese sollte man denn schon verwenden, wenn die Schaltung professionell
sein soll. Ich schau noch mal bei Google nach Angeboten. Bei Conrad und
Kessler-Elektronik gibt es nicht viel Auswahl an P-Kanal-MOSFETs.
Komplementär-Paare sehe ich da überhaupt nicht.

Thomas Strauß

Autor: Guido Gandolfo (Gast)
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Moin,

wir verwenden oft P- & N-Kanal MOSFET-Pärchen zusammen in einem
Gehäuse z.B.:

Siliconix SI7501DN, SI4539ADY, SI5504
International Rectifier IRF 9952, 7509, 5851
Fairchild FDS 8333C

Alledings alle im SMD-Gehäuse und fragt mich bitte nicht wo es die
gibt...

Gruss, Guido

Autor: ...HanneS... (Gast)
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Wobei (zumindest bei IRF) die Daten der Highside und Lowside nicht
unbedingt identisch sind...

Autor: Christian Kreuzer (Gast)
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Hallo,

Ihr macht es euch ja nicht gerade leicht einen Schrittmotor zum laufen
zu bringen. ;-)
Ich verwende seit einiger Zeit diese
(http://www.nanotec.de/page_steuerungen_imt901_de.html) in meiner
Eigenbau CNC Fräse und kann von keinem einzigen Problem berichten.
Tackt, Richtung, Spannung, Strombegrenzungswiederstände und FERTIG- das
Ding läuft.

Viele Grüße,
Christian

Autor: hanes (Gast)
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und wo bekomm ich den?

Autor: Erich (Gast)
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Hi Hanes,

frag mal bei nanotec nach (siehe oben), die sollten die haben.

At Christian; kannst du da mal ein Bild von einstellen?

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Hallo Leute,

ich habe mal eine Schaltung mit "komplementären" Power-MOS-Fets
aufgebaut; mit N-Kanal IRF540N bzw P-Kanal IRF5305 (>30A, <0.06Ohm
ON-Widerstand); ich habe 1Ohm/5W - Vorwiderstände eingesetzt; diese
sollen im Falle eines Motor-Kurzschlusses die Transistoren am Leben
erhalten bzw. als Gleichstromgegenkopplung wirken.

Meine Messungen der zusammengesteckten (Kunststoff-Rasterplatte mit
Bronze-Kontakten (Conrad-Elektronik, SLY electronik etc.)Schaltung
ergaben bei 12V Betriebsspannung einen Spannungsverlust von ca. 0.01V
an den durchgeschalteten Fets sowie 0.24V an jedem 1Ohm-Widerstand. Die
Betriebsspannung war ca. +11.7V (Computer-Netzteil).


Der Schrittmotor hat einen Wicklungswiderstand von 37.5Ohm.
Im Dauerbetrieb wurde nur der Motor warm.

Funktion: Die 4 nichtinvertierenden Pegelwandler des CMOS 40109 heben
die Pegel des Mikrocontrollers (in meinem Fall 80C552)an, so daß die
Fets schalten können. Die Transistor-Kaskaden werden innerhalb eines
Blocks gegenphasig angesteuert. Außerdem besteht ein Phasenunterschied
zwischen den beiden Blöcken.

Th. Strauß

Autor: holm (Gast)
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Der IMT901 ist die Apotheken(teuer) Version des TA8435H, der in D z.B.
von Glyn vertrieben wird.

Gruß,

Holm

Autor: BKD (Gast)
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Hallo Leute,

schaut euch mal den EMT241 an, bekommt man bei ELRA

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Hallo Leute,

ich habe jetzt mal mit einem modernerem Programm als mit Smartwork V1.0
von 1984 eine Platine für die Schaltung zum Antreiben von bipolaren
Schrittmotoren - nur Vollschrittbetrieb - hergestellt.
Den Schaltplan und das Kupferlayout im TIF-Format maile ich im
Anschluß.

Th. Strauß

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Das ist der zugrunde liegende Schaltplan zur Platine.

Autor: Thomas Strauß (Gast)
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Und das Kupferlayout im jpg-Format. Nicht im Maßstab 1:1, aber in hoher
Auflösung.

Autor: Stephan (Gast)
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Mit einem Wort: Wow. Stehe sprachlos vor dem ganzen Threat und Thomas'
Ansporn.

Stephan.

Autor: tester (Gast)
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Hm, nur: wenn der Motor langsam dreht, heizt der Vorwiderstand, und
wegen der niedrigen Spannung kann er gar nicht schnell drehen (oder
zumindest bei hoher Drehzahl kein Drehmoment erzeugen, denn die
Induktivität läßt den Strom nur langsam ansteigen, und Drehmoment ~~
Strom).
Beides unter einen Hut zu bringen geht nur mit Choppen einer hohen
Spannung.
Schaut Euch mal von RTA Italien die GMD02 (55V 1,6..6A) bis GMD06 (180V
1,6..12A) und HGD01 .. HGD06 Fertigmodule an. Bin sehr zufrieden damit.
http://www.rta-deutschland.de/sites/products_d.html

Habe auch von IMS (Intelligent Motion Systems) die IB104, IB106, IB1010
in Verwendung, sind aber teurer und von der Störstrahlung schlechter.
Außerdem weiß man nie genau, ob sie im Full-Step- oder im Wave-Mode
sind (sie haben einen L297 drin, aber weder RESET noch HOME sind
herausgeführt). Mechanisch sind sie recht praktisch.

Autor: tingel-tangel bob (Gast)
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Muhaha....
versteh ich nich.

Autor: Labberer (Gast)
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>Der Vorwiderstand ist wichtig; er begrenzt den maximalen Strom, der
>fließen kann, wenn alle acht Transistoren durchschalten; dies ist der
>Fall, wenn die Portpins des MCU-Systems High-Pegel haben (nach dem
>Einschalten z.B.); das Programm sollte also die 4 nötigen Portpins
>sofort nach dem Start auf Low-Pegel bringen, dann sperren alle acht
>Transistoren!

Das ist murks. Bedenkend, dass es auch noch eine Zeit gibt, wo der 
Controller nicht programmiert ist, waeren pulldowns die bessere Loesung.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Und wieder einer, der aus nichtigen Gründen einen uralten Thread wieder 
rauskramt... Leute, habt Ihr nix besseres zu tun?

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Johannes M. wrote:
> Und wieder einer, der aus nichtigen Gründen einen uralten Thread wieder
> rauskramt... Leute, habt Ihr nix besseres zu tun?

Sommer-Loch??

;-)

...

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Hannes Lux wrote:
> Johannes M. wrote:
>> Und wieder einer, der aus nichtigen Gründen einen uralten Thread wieder
>> rauskramt... Leute, habt Ihr nix besseres zu tun?
>
> Sommer-Loch??
>
> ;-)
>
> ...
Sommer? Welcher Sommer? Hast Du den etwa irgendwo gesehen? Oder ist der 
in sein eigenes Loch gefallen?

regnerische Grüße

johnny.m

Autor: Johannes L, (megatron)
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Hi Thomas,

ich bin grade dabei eine Ansteuerung aufzubauen und würde mich sehr 
freuen wenn du einen Blick auf die Schaltung wirfst und mir deine 
Meinung sagst. Ich habe deine Schaltung als Basis verwendet.

siehe Beitrag:

Beitrag "Re: Schrittmotor Ansteuerung"

Ich hoffe du kannst mir weiterhelfen.

Danke im voraus

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