Fig 7.30a
Motor stepper merupakan jenis motor
listrik yang bergerak dalam langkah-langkah diskrit, sehingga sangat ideal
untuk aplikasi yang memerlukan posisi dan kecepatan yang presisi seperti
printer, CNC, robotika, dan aktuator digital. Untuk menggerakkan motor stepper
dengan urutan kumparan yang tepat, diperlukan sistem logika yang dapat
menghasilkan sinyal keluaran secara berurutan dan sinkron terhadap sinyal
clock. Salah satu cara yang umum digunakan adalah dengan menggunakan
synchronous counter untuk menghasilkan pola logika biner bertahap yang
kemudian diterjemahkan ke dalam aktivasi kumparan motor.
Pada rangkaian ini, digunakan synchronous binary counter 4-bit yang menghasilkan sinyal keluaran Q0–Q3 untuk mengatur logika input pada driver motor stepper. Output tersebut kemudian digunakan untuk mengaktifkan urutan kumparan motor (A, B, C, D) melalui modul penguat arus, yang pada akhirnya menyebabkan motor stepper berputar sesuai urutan logika yang telah ditentukan.
1. Memenuhi tugas mata kuliah
sistem digital
2. Memahami rangkaian sinkronus
binari counter 4-bit pada kumparan motor
3. Menganalisis pengaruh input arah (D) dan pulsa clock terhadap pergerakan motor.
1. IC 4520 (U2:A) – 4-bit
Synchronous Binary Counter
- Menghasilkan
urutan logika biner dari Q0 hingga Q3 berdasarkan clock input.
- MR
(Master Reset) digunakan untuk mengatur ulang hitungan ke 0.
- Clock berasal dari osilator eksternal yang memberikan pulsa secara berkala.
2. SA580 Driver (U5) – Dual
Full-Bridge Driver
- Menerima
input logika dari counter.
- Mengatur
besar arus ke kumparan motor stepper.
- Memiliki
koneksi ke sensor arus (R SENSE A dan B) untuk kontrol arus keluaran.
3. Motor Stepper (L1–L4) –
Motor dengan empat kumparan
- Kumparan
diberi nama A, B, C, D dan dihubungkan ke empat terminal driver.
- Setiap
kumparan memiliki induktansi (100 mH) untuk menyimulasikan beban motor.
4. Clock Generator (U2:CLK)
- Sumber
pulsa digital periodik yang digunakan sebagai input clock untuk counter.
5. Tabel Urutan Kumparan Motor
- Menampilkan
pola aktivasi Q0–Q3 pada setiap detak clock.
- Pola
biner ini digunakan untuk mengaktifkan kumparan motor satu per satu.
1. Sumber Clock (CLK):
Sinyal clock digunakan sebagai
input ke pin CLK (pin 2) IC CD4520 (U2:A). Setiap denyut clock akan menaikkan
nilai biner dari output counter.
2. Counter CD4520 (U2:A):
IC CD4520 adalah pencacah biner
4-bit sinkron. Output dari pin Q0–Q3 (pin 4, 5, 6, dan 3) menghasilkan urutan
logika biner dari 0000 sampai 1111. Dalam konteks ini, hanya 3 bit (Q0, Q1, Q2)
yang digunakan untuk mengatur urutan pengaktifan kumparan motor.
3. Driver Motor (U1 - SA50):
Output logika dari counter dikirim
ke IC driver SA50 (U1), yang berfungsi sebagai penguat arus. IC ini
mengaktifkan kumparan motor (A, B, C, D) berdasarkan logika input yang
diterimanya, cukup kuat untuk menggerakkan motor stepper.
4. Aktivasi Kumparan Motor:
Output dari SA50 dihubungkan ke
empat lilitan (L1, L2, L3, L4) motor stepper. Lilitan-lilitan ini diaktifkan
satu per satu berdasarkan urutan logika dari counter, sehingga menghasilkan
gerakan motor secara bertahap (step-by-step) sesuai urutan biner.
5. Motor Berputar Sesuai Urutan
Clock:
Saat clock terus berdetak, counter
menghitung naik (up counter), dan kumparan motor bergantian aktif mengikuti
pola logika. Ini menghasilkan rotasi motor stepper searah jarum jam.
Prinsip Kerja:
1. Pembangkit Sinyal (Input CLK)
Pada bagian ujung kiri, terdapat sumber sinyal berlabel "1" yang terhubung ke pin CLK (Clock).
Sinyal input ini berupa gelombang kotak (square wave). Setiap denyut (pulsa) dari sinyal clock ini akan menjadi pemicu untuk satu langkah (step) pergerakan motor. Frekuensi dari sinyal clock ini secara langsung menentukan seberapa cepat motor stepper tersebut berputar.
2. Pencacah Sinkron / Synchronous Counter (U2:A - IC 4520)
IC 4520 adalah sebuah Synchronous Binary Up Counter (Pencacah Biner Naik).
Pin E (Enable) diberi logika tinggi agar IC terus aktif bekerja, sementara pin MR (Master Reset) dijaga pada logika rendah agar IC tidak mereset hitungannya.
Setiap kali menerima pulsa dari sinyal CLK, IC ini akan mencacah dan mengubah kombinasi keluaran digital 4-bit pada pin Q0, Q1, Q2, dan Q3.
Fungsi utama IC ini adalah menerjemahkan satu jalur sinyal clock menjadi pola keluaran paralel yang berurutan (sequential outputs), misalnya 0000, 0001, 0010, 0011, dan seterusnya. Pola logika inilah yang akan menentukan kumparan motor mana yang harus menyala.
3. Penguat Arus / Driver Motor (U1)
Sinyal logika digital dari IC 4520 (Q0-Q3) hanya memiliki tegangan dan arus yang sangat kecil (biasanya dalam rentang miliampere). Arus sekecil ini tidak mampu memicu medan magnet yang cukup kuat pada kumparan motor stepper.
Oleh karena itu, sinyal diteruskan ke pin input IC Driver (U1).
Driver ini berfungsi sebagai penguat arus dan daya (amplifier/buffer). Ia menerima sinyal perintah berdaya rendah dari counter, lalu membuka gerbang aliran arus yang jauh lebih besar dari sumber daya eksternal untuk disalurkan ke output (menuju pin A, B, C, D).
4. Motor Stepper
Motor stepper yang digunakan memiliki 4 fasa atau kumparan stator utama, yaitu A, B, C, dan D.
Sisi luar kumparan terhubung ke output Driver U1, sedangkan sisi lainnya terhubung ke Ground (simbol arde).
Ketika Driver U1 mengalirkan arus ke salah satu kumparan (misalnya kumparan A) berdasarkan urutan logika dari IC counter, kumparan tersebut akan berubah menjadi elektromagnet. Medan magnet ini akan menarik gigi-gigi rotor besi di dalam motor untuk sejajar dengan kumparan yang aktif.
Seiring IC counter terus menghitung dari pulsa clock, aliran arus akan berpindah secara bergantian ke kumparan B, C, dan D. Perubahan medan magnet yang terjadi secara sekuensial (berurutan) ini akan memaksa rotor untuk terus berputar selangkah demi selangkah.
Download File Rangkaian [Download]
Komentar
Posting Komentar