Pilote de moteur d'horloge analogique : 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Même dans un monde numérique, les horloges analogiques classiques ont un style intemporel qui est là pour rester. Nous pouvons utiliser un CMIC GreenPAK™ à double rail pour mettre en œuvre toutes les fonctions électroniques actives nécessaires dans une horloge analogique, y compris le pilote de moteur et l'oscillateur à cristal. Les GreenPAK sont de petits appareils peu coûteux qui s'intègrent parfaitement aux montres intelligentes. Comme démonstration facile à construire, j'ai obtenu une horloge murale bon marché, retiré la carte existante et remplacé toute l'électronique active par un seul appareil GreenPAK.

Vous pouvez suivre toutes les étapes pour comprendre comment la puce GreenPAK a été programmée pour contrôler le pilote de moteur d'horloge analogique. Cependant, si vous souhaitez simplement créer facilement le pilote de moteur d'horloge analogique sans avoir à parcourir tous les circuits internes, téléchargez le logiciel GreenPAK pour afficher le fichier de conception GreenPAK du pilote de moteur d'horloge analogique déjà terminé. Branchez le kit de développement GreenPAK à votre ordinateur et appuyez sur « programmer » pour créer le circuit intégré personnalisé pour contrôler votre pilote de moteur d'horloge analogique. La prochaine étape abordera la logique contenue dans le fichier de conception GreenPAK du pilote de moteur d'horloge analogique pour ceux qui souhaitent comprendre le fonctionnement du circuit.

Étape 1: Contexte: Moteurs pas à pas de type Lavet

Une horloge analogique typique utilise un moteur pas à pas de type Lavet pour faire tourner le pignon du mécanisme d'horloge. C'est un moteur monophasé qui se compose d'un stator plat (partie fixe du moteur) avec une bobine inductive enroulée autour d'un bras. Entre les bras du stator se trouve le rotor (partie mobile du moteur) qui se compose d'un aimant permanent circulaire avec un pignon fixé au sommet de celui-ci. Le pignon couplé à d'autres engrenages déplace les aiguilles de l'horloge. Le moteur fonctionne en alternant la polarité du courant dans la bobine du stator avec une pause entre les changements de polarité. Pendant les impulsions de courant, le magnétisme induit tire le moteur pour aligner les pôles du rotor et du stator. Pendant que le courant est coupé, le moteur est tiré vers l'une des deux autres positions par une force réticente. Ces positions de repos de réluctance sont conçues par la conception de non-uniformités (encoches) dans le boîtier métallique du moteur de sorte que le moteur tourne dans un sens (voir Figure 1).

Étape 2: Pilote de moteur

La conception ci-jointe utilise un SLG46121V pour produire les formes d'onde de courant requises à travers la bobine du stator. 2x sorties push-pull séparées sur le circuit intégré (étiquetées M1 et M2) se connectent à chaque extrémité de la bobine et entraînent les impulsions alternées. Il est nécessaire d'utiliser des sorties push-pull pour que cet appareil fonctionne correctement. La forme d'onde consiste en une impulsion de 10 ms chaque seconde, alternant entre M1 et M2 à chaque impulsion. Les impulsions sont créées avec seulement quelques blocs pilotés à partir d'un simple circuit d'oscillateur à cristal de 32,768 kHz. Le bloc OSC a commodément des diviseurs intégrés pour aider à diviser l'horloge de 32,768 kHz. CNT1 émet une impulsion d'horloge toutes les secondes. Cette impulsion déclenche un circuit monocoup de 10 ms. Deux LUT (étiquetées 1 et 2) démultiplexent l'impulsion de 10 ms vers les broches de sortie. Les impulsions sont transmises à M1 lorsque la sortie DFF5 est élevée, M2 lorsqu'elle est faible.

Étape 3: Oscillateur à cristal

L'oscillateur à cristal de 32,768 kHz n'utilise que deux blocs de broches sur la puce. PIN12 (OSC_IN) est défini comme une entrée numérique basse tension (LVDI), qui a un courant de commutation relativement faible. Le signal de PIN12 alimente l'OE de PIN10 (FEEDBACK_OUT). PIN10 est configuré comme une sortie à 3 états avec une entrée câblée à la terre, ce qui la fait agir comme une sortie NMOS à drain ouvert. Ce chemin de signal s'inverse naturellement, donc aucun autre bloc n'est nécessaire. Extérieurement, la sortie PIN 10 est tirée jusqu'à VDD2 (PIN11) par une résistance de 1MΩ (R4). Les broches 10 et 12 sont alimentées par le rail VDD2, qui à son tour est une résistance de 1 MΩ limitée en courant à VDD. R1 est une résistance de rétroaction pour polariser le circuit inverseur et R2 limite la commande de sortie. L'ajout du cristal et des condensateurs complète le circuit de l'oscillateur Pierce, comme illustré à la figure 3.

Étape 4: Résultats

Le VDD était alimenté par une pile bouton au lithium CR2032 qui fournit généralement 3,0 V (3,3 V lorsqu'elle est neuve). La forme d'onde de sortie consiste en une alternance d'impulsions de 10 ms, comme illustré ci-dessous à la figure 4. En moyenne sur une minute, la consommation de courant mesurée était d'environ 97 uA, y compris l'entraînement du moteur. Sans le moteur, la consommation de courant était de 2,25 µA.

Conclusion

Cette note d'application fournit une démonstration GreenPAK d'une solution complète pour piloter un moteur pas à pas à horloge analogique et peut servir de base à d'autres solutions plus spécialisées. Cette solution n'utilise qu'une partie des ressources GreenPAK, ce qui laisse le circuit intégré ouvert à des fonctions supplémentaires laissées uniquement à votre imagination.