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Implementación del controlador del motor de reloj analógico con GreenPAK ™ – Calendae

Hola, ¿qué tal colega?. En el teclado Jordi Oriol y en esta ocasión te voy a hablar sobre Implementación del controlador del motor de reloj analógico con GreenPAK ™ – Calendae

Introducción

Incluso en un mundo digital, los relojes analógicos clásicos tienen un estilo atemporal. Esta tecnología simple pero universal se presenta en el artículo. El diseño implementado utiliza una guía dual GreenPAK ™ SLG46121 que puede realizar todas las funciones electrónicas activas necesarias en un reloj analógico, incluido el controlador del motor y el oscilador de cristal. Además, los circuitos integrados GreenPAK son dispositivos pequeños y de bajo costo que se adaptan perfectamente a los relojes inteligentes. Como demostración fácil de construir,

Antecedentes: motores paso a paso tipo lavet

Un reloj analógico típico utiliza un motor paso a paso tipo Lavet para hacer girar el piñón del mecanismo del reloj. Es un motor monofásico que consta de un estator plano (parte fija del motor) con una bobina inductiva enrollada alrededor de un brazo. Entre los brazos del estator se encuentra el rotor (parte móvil del motor) que consiste en un imán permanente circular con un piñón fijado en la parte superior. El piñón acoplado a otros engranajes mueve las manecillas del reloj. El motor funciona alternando la polaridad de la corriente en la bobina del estator con una pausa entre los cambios de polaridad. Durante los pulsos de corriente, el magnetismo inducido empuja al motor para alinear los polos del rotor y el estator. Mientras la energía está apagada, el motor es empujado a una de las otras dos posiciones por una fuerza reacia. Estas posiciones de reposo de reticencia están diseñadas por el diseño de faltas de uniformidad (muescas) en la carcasa metálica del motor para que el motor gire en una dirección (consulte la Figura 1).

Figura 1: Modelo de rotación de motor paso a paso tipo Lavet (Fuente: en.wikipedia.org, consultado en 2018)

Controlador de motor

El dibujo adjunto usa un archivo SLG46121V para producir las formas de onda de corriente requeridas a través de la bobina del estator. Dos salidas push-pull separadas en el IC (etiquetadas como M1 y M2) se conectan a cada extremo de la bobina e impulsan los pulsos alternos. Se deben usar salidas push-pull para que este dispositivo funcione correctamente.

La forma de onda consta de un pulso de 10 ms por segundo, alternando entre M1 y M2 con cada pulso. Los impulsos se crean con unos bloques guiados por un simple 32,768 kHz circuito oscilador de cristal. El bloque OSC tiene divisores integrados convenientemente para ayudar a dividir el reloj de 32,768 kHz. CNT1 emite un pulso de reloj cada segundo. Este pulso activa un circuito único de 10 ms. Dos LUT (etiquetados como 1 y 2) demultiplican el pulso de 10 ms a los pines de salida. Los pulsos se pasan a M1 cuando la salida DFF5 es alta, M2 cuando es baja.

Figura 2: diagrama de cableado de las conexiones internas

Oscilador de cristal

El oscilador de cristal de 32,768 kHz utiliza solo dos bloques de pines en el chip. PIN12 (OSC_IN) está configurado como una entrada digital de bajo voltaje (LVDI), que tiene una corriente de conmutación relativamente baja. La señal del PIN12 ingresa al OE del PIN10 (FEEDBACK_OUT). El PIN10 está configurado como una salida de 3 estados con una entrada conectada a tierra, lo que hace que actúe como una salida NMOS de drenaje abierto. Esta ruta de señal se invierte de forma natural, por lo que no se necesitan otros bloques. Externamente, la salida del PIN 10 se lleva a VDD2 (PIN11) mediante una resistencia de 1 MΩ (R4). Tanto el PIN10 como el PIN12 son alimentados por el riel VDD2, que a su vez es una resistencia de corriente limitada de 1 MΩ a VDD. R1 es una resistencia de retroalimentación para polarizar el circuito inversor y R2 limita la unidad de salida. La adición del cristal y los capacitores completa el circuito del oscilador Pierce como se muestra en la Figura 3.

Figura 3: diagrama de cableado de las conexiones externas

Resultados

El VDD funcionaba con una batería de tipo botón de litio CR2032 que normalmente suministra 3,0 V (3,3 V cuando está fría). La forma de onda de salida consta de pulsos alternos de 10 ms como se muestra a continuación en la Figura 4. En promedio durante un minuto, el consumo de corriente medido fue de aproximadamente 97 µA, incluido el motor. Sin el motor, el consumo de corriente fue de 2,25 μA.

Figura 4: Forma de onda de salida del controlador del motor, 10 ms encendido, 990 ms apagado

Conclusión

Este artículo demuestra el uso de un circuito integrado GreenPAK para crear una solución completa para impulsar un motor paso a paso de reloj analógico. Este ejemplo puede ser la base para otras soluciones más especializadas. Esta solución utiliza solo una parte de los recursos del GreenPAK IC, lo que deja el circuito abierto a funciones adicionales limitadas solo a la imaginación del diseñador.

El archivo de diseño completo en formato .gp pudo ser encontrado aquí. El diseño fue desarrollado en software libre – Diseñador GreenPAK y fue creado usando el Kit de desarrollo GreenPAK.

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