Uln2003a схема включения arduino

Микросхема ULN2003. Описание, схема подключения, datasheet

Микросхема ULN2003 (ULN2003a) по сути своей является набором мощных составных ключей для применения в цепях индуктивных нагрузок. Может быть применена для управления нагрузкой значительной мощности, включая электромагнитные реле, двигатели постоянного тока, электромагнитные клапаны, в схемах управления различными шаговыми двигателями и другие.

Микросхема ULN2003 — описание

Краткое описание ULN2003a. Микросхема ULN2003a — это транзисторная сборка Дарлингтона с выходными ключами повышенной мощности, имеющая на выходах защитные диоды, которые предназначены для защиты управляющих электрических цепей от обратного выброса напряжения от индуктивной нагрузки.

Каждый канал (пара Дарлингтона) в ULN2003 рассчитан на нагрузку 500 мА и выдерживает максимальный ток до 600 мА. Входы и выходы расположены в корпусе микросхемы друг напротив друга, что значительно облегчает разводку печатной платы.

ULN2003 относится к семейству микросхем ULN200X. Различные версии этой микросхемы предназначены для определенной логики. В частности, микросхема ULN2003 предназначена для работы с TTL логикой (5В) и логических устройств CMOS. Широкое применение ULN2003 нашло в схемах управления широким спектром нагрузок, в качестве релейных драйверов, драйверов дисплея, линейных драйверов и т. д. ULN2003 также используется в драйверах шаговых двигателей.

Структурная схема ULN2003

Принципиальная схема

Характеристики

• Номинальный ток коллектора одного ключа — 0,5А;
• Максимальное напряжение на выходе до 50 В;
• Защитные диоды на выходах;
• Вход адаптирован к всевозможным видам логики;
• Возможность применения для управления реле.

Аналог ULN2003

Ниже приводим список чем можно заменить ULN2003 (ULN2003a):

• Зарубежный аналог ULN2003 — L203, MC1413, SG2003, TD62003.
• Отечественным аналогом ULN2003a — является микросхема К1109КТ22.

Микросхема ULN2003 — схема подключения

Зачастую микросхему ULN2003 используют при управлении шаговым двигателем. Ниже приведена схема включения ULN2003a и шагового двигателя:

ULN2003a — схема подключения

Дополнительное описание на русском языке ULN2003а приведено в datasheet.

Скачать datasheet ULN2003 на русском (167,0 KiB, скачано: 20 409)

ULN2003 драйвер нагрузок на 7 каналов, ULN2803 — на 8 каналов

В 16-выводном корпусе ULN2003 размещены 7 транзисторов Дарлингтона, которые способны управлять нагрузками с током до 500 мА и напряжением до 50 В на канал.

Спектр применений ULN2003 весьма широк:

• логические буферы,
• управление реле и электромагнитными клапанами,
• управление шаговыми двигателями и щеточными двигателями постоянного тока,
• управление светодиодными и газоразрядными индикаторами.

Основные параметры ULN2003А, ULN2004А

• напряжение коллектор-эмиттер выходного ключа — 50 В,
• пиковый ток коллектора — 500 мА,
• суммарный ток всех каналов протекающий через общий вывод — 2,5 А,
• диапазон рабочих температур -60°C..150°C.

На самом деле существует несколько типов похожих транзисторных сборок начнем с самой распространенной 2003 серии.

Схема одного из каналов в микросхемах ULN2003A, ULQ2003A и ULN2003AI.

Каждый из семи каналов содержит по два биполярных транзистора, резистор 2,7 кОм ограничивающий базовый ток, и два резистора на 7,2 кОм и 3 кОм защищающие транзисторы от открывания обратным током коллектора. Кроме того к схеме добавлены три защитных диода: первый защищает вход от отрицательного напряжения, два других защищают выход от отрицательного напряжения и от превышения напряжения на транзисторах выше питающего.

Наличие защитных выходных диодов актуально при работе на индуктивную нагрузку: диод для шунтирования обмотки реле или обмотки шагового двигателя уже встроен в микросхему и не нужно устанавливать внешний диод. А при использовании 7 каналов – 7 внешних диодов.

Управление ULN2003

Входная часть сборок ULN2003A, ULN2003AI, ULQ2003A спроектирована так чтобы работать совместно с ТТЛ и 3,3 В и 5 В К-МОП логикой.

ULN2002A создана для p-МОП логики.
Во входных цепях ULN2002A добавлен стабилитрон на 7 В и увеличено сопротивление базового резистора до 10,5 кОм, благодаря этому сборка может работать с входными напряжениями от 14 до 25 В.

Сборка ULN2004A, ULQ2004A предназначена для К-МОП логики с уровнем напряжений от 6 до 15В.
По сравнению с ULN2003, у ULN2004 просто увеличено сопротивление базового резистора до 10,5 кОм.

Как можно видеть на структурной схеме, входы и выходы расположены напротив друг друга, что весьма удобно при разводке печатной платы.

ULN2003 выпускается как для объемного монтажа: PDIP, так и для поверхностного: SOIC, SOP и TSSOP.

Схема включения ULN2003.

Одной ULN2003 можно управлять сразу 7 нагрузками, но когда нету такого количества нагрузок, то для увеличения надежности можно объединять каналы. Например 1,2 каналы использовать для первой обмотки; 3,4 для второй обмотки, а 5,6,7 для третьей.

Аналоги ULN2003

Разные зарубежные производители выпускают свои аналоги ULN2003: L203, MC1413, SG2003, TD62003. Так же есть и отечественный аналог: К1109КТ22.

8-ми канальный драйвер нагрузки ULN2803A, ULN2804A

Для работы с микроконтроллерами может быть более удобнымы 8-ми канальные драйверы. И у семиканальных ULN2003, ULN2004 есть их восьмиканальные братья ULN2803, ULN2804.

Точно также как и ULN2003 — ULN2803 рассчитан на управление от ТТЛ-логики и низковольной К-МОП, а ULN2804 от К-МОП питающейся в диапазоне 6 .. 15 В. Отличия ULN280X от ULN200X только в дополнительном канале и 18-выводном корпусе.
У ULN2803А есть отечественный аналог: К1109КТ63.

Драйверы нагрузки ULN2023A, ULN2024A

Третья двойка в названии сборки вместо нуля означает, что выходное напряжение может достигать 95 В, в остальном параметры и схемотехника этих сборок повторяют своих собратьев.

Навигация по записям

14 thoughts on “ ULN2003 драйвер нагрузок на 7 каналов, ULN2803 — на 8 каналов ”

ULN2003A не только как драйвер микроконтроллера хороша (предполагаю, что в 1976 году её точно с микроконтроллерами никто не использовал ), но и например как драйвер для 74HC595. С помощью 3-х выводов микроконтроллера управляем 74HC595, и получаем масштабируемое решение по управлению реле, шаговыми двигателями, светодиодами т.е. там где не нужны большие частоты.

Ну, не знаю… я ее в первый раз увидел в конце 90_х ковыряя термоконтроллер изготовленный в Великобритании в конце 70_х годов прошлого века. Устройство было на микроконтроллере, а ULN2003A работали в нем драйверами семисегментного светодиодного индикатора. Децимальная точка там не отображалась, и для индикации нужной информации достаточно было семи ключей. Думаю, семь ключей в этой микросхеме только из-за ограничений выбранного для нее корпуса.

Назрел вопрос — что-то подобное в более многоногих корпусах существует? Так то я всегда пользовался логикой с открытым коллектором или транзисторными ключами, но чисто на перспективу хотелось бы знать. И еще немного не в тему — не выпускались ли импортные аналоги К155ИД1? Довольно актуально сейчас в любительской практике, когда вернулась мода на газоразрядные индикаторы.

Импортный аналог К155ИД1 — SN74141N от TI, можно взять на алиэкспрессе от полутора долларов за штучку. Я считаю что это дорого.

Если нужно управлять ровно байтом (например семисегментный индикатор и точка) то подойдет аналог ULN2003A в 18 выводном корпусе — ULN2803A. С большим числом каналов драйверы не попадались.

Спасибо за подсказку. Но да, цены совершенно негуманные. Дешевле 1,1 доллара за штуку не нашел, плюс пересылка. На ебее еще страшнее, от 150 руб за штуку. И главное, все в dip корпусах, а я рассчитывал найти импортный аналог в soic… В таком случае возьму наши ИД1, их от 25 руб продают с рук.

Упс! А я только что нашел способ нестандартного использования ULN2003 как драйвера клавиатуры на 7 кнопок. Уровни с кнопок на входы, защитные диоды в качестве шифратора с 7 на 1, а сигнал высокого уровня с вывода 9 будет сигналом разрешения или прерывания, по которому МК будет выполнять процедуру прерывания с опросом состояния клавиатуры. Конечно, 8 линий занятые клавиатурой не есть хорошо. Но при необходимости отправлять контроллер в спячку и быстрого опроса кнопок по прерыванию, да при наличии большого количества свободных выводов, думаю, идея может найти хотя бы ограниченное применение.

Получается, что ULN2003 используется как диодная сборка из 7 диодов с общим катодом, мне кажется что дешевле будет взять две диодных сборки BAV70S — в каждой по две пары диодов с общим катодом, итого получаем 8 входов в более компактных корпусах, да и дешевле выйдет.

Вот вот, насчет низких частот. Этот недостаток ULN2003 обусловлен включением транзисторов по схеме Дарлингтона. Он ее еще до 76-го запатентовал, в 53-м, если память не изменяет. Так, с тех пор, и тянутся за токовыми ключами такого включения все их недостатки: и малая частота, и низкое КПД, и искажения сигнала… А вот используют до сих пор. Мощность при простоте — решают все, по крайней мере для пром автоматики. Клапана, шаговики, реле, подача. Все мощное, грубое и медленное.

Медленное… Как сказать. Типовое время включения 0,1мкс,выключения 0,2мкс.В пору импульсным стабилизатором управлять.

Два защитных диода и на общий провод и на плюс, можно подключать к индуктивной нагрузки без проблем. Удобно контроллер всегда чем то управляет тут легко подключил эту микросхему, которая выдерживает достаточно большой ток. Плохо,что только семь каналов в контролере часто требуется задействовать порт целиком,а это 8 каналов. И добавил бы производитель еще один канал.

В те времена о байтной привязке особо не думали, делали, как в корпус ляжет. В 16-ножечный, минус питание — как раз семь элементов И-НЕ помещалось. Для других целей, можно и другие ключевики найти, их много разных, для разных целей.

В те времена были популярны 14 выводные корпуса DIP14. Два вывода на питание, остается 12: в повторителях и инверторах типа 155ЛН1 — 155ЛН3 по 6 элементов.

Эххх! Не попалась мне эта микросхема раньше. Сделал внуку игрушку — панели с выключателями , шпингалетами, разетками, рекуляторами, моторчиками и «лампочками».Управления сделал на дискретных элементах. Ничего — переделаю. А цена , нас радиолюбителей, не пугает.Работоспособность и удобство — вот главное.

Ничего, что цена не пугает. Особенно, если учесть цену кабеля от пульта управления к игрушке… если я правильно представил себе устройство управления. ЭТО — микросхема управления! А как вы будете ей, или чему другому передавать данное управление: последовательно или параллельно, аналоговым или цифровым методом — вот от чего зависит себестоимость и удобство изделия. А на чем собрана оконечная дискретика, на транзисторных ключах, их сборках или, даже, на банальных релюхах — дело десятое.

Для реле удобно использовать tpic6c595 (tpic6b595) — это 75HC595+ULN2803 выполненное в одном корпусе

Arduino, шаговый двигатель 28-BYJ48 и драйвер ULN2003

Шаговый двигатель — это мотор, который управляется несколькими электромагнитными катушками.

На центральном валу — роторе — расположены магниты. В зависимости от от того, есть ток на катушках, которые находятся вокруг вала, или нет, создаются магнитные поля, которые притягивают или отталкивают магниты на роторе. В результате вал шагового двигателя вращается.

Подобная конструкция позволяет реализовать очень точное управление углом поворота ротора шагового двигателя относительно катушек — статора. Можно выделить два основных типа шаговых моторов: униполярные и биполярные шаговые двигатели.

В данной статье мы рассмотрим работу униполярного шагового двигателя 28-BYJ48 с драйвером ULN2003.

Униполярные шаговые двигатели имеют пять или шесть контактов для подключения и четыре электромагнитные катушки в корпусе (если быть более точными, то две катушки, разделенные на четыре). Центральные контакты катушек соединены вместе и используются для подачи питания на двигатель. Эти шаговые моторы называются униполярными, потому-что питание всегда подается на один из этих полюсов.

Спецификация и драйвер шагового двигателя

Существуют разные модели драйверов (контроллеров) шаговых двигателей. Среди них можно выделить самые популярные в DIY разработках на базе Arduino: L293, ULN2003, A3967SLB.

Как правило, шаговый двигатель 28-BYJ48 используют в паре с драйвером ULN2003.

Спецификацию шагового двигателя 28-BYJ48 на английском языке вы можете скачать здесь. Краткие выдержки основных технических характеристик приведены ниже:

• Напряжение питания: 5 В (постоянный ток);
• Количество фаз: 4;
• Количество шагов: 64;
• Угол поврота на один шаг: 5.625 градуса
• Частота: 100 Герц;
• Частота холостого хода по часовой стрелке: > 600 Герц;
• Частота холостого хода против часовой стрелки: > 1000 Герц;
• Крутящий момент > 34.3 миллиньютон на метр;
• Сопротивление вращению: 600-1200 грамм на сантиметр;
• Класс элетробезопасности: A;

Внешний вид и схемы подключения ULN2003 приведены на изображениях ниже

Примечание. Если вы захотите использовать плату L293 вместо ULN2003, красный контакт подключать не надо.

Необходимые компоненты

1. Микроконтроллер Arduino.
2. Шаговый двигатель BYJ48 5В.
3. Драйвер шагового двигателя ULN2003.
4. Коннекторы.
5. Источник питания 5v — необязательно.

Скетч для Arduino

В Arduino IDE есть встроенная библиотека для управления шаговыми двигателями. После подключения шагового двигателя, ULN2003 и Arduino, вы можете загрузить скетч из категории Examples и .

На этом этапе возникают определенные нюансы:

У этого двигателя передаточное отношение 1:64, а угол поворота 5.625, то есть у него 4096 шагов.

Шаг = Количество шагов на один поворот * передаточное отношение.

Шаги= (360/5.625)*64″Передаточное отношение» = 64 * 64 =4096. Это значение надо учесть в скетче Arduino.

А вот угол поворота для шаговых двигателей от adafruit равен 7.5 градусов, а передаточное отношение 1:16, так что количество шагов за 1 полный оборот вала равно:

Шаги за один оборот = 360 / 7.5 = 48.

Шаги = 48 * 16 = 768

То есть, это значение меняется в зависимости от двигателя, который вы используете. Поэтому проверяйте даташит для калибровки и корректной работы вашего шагового двигателя.

Модуль драйвера шагового двигателя ULN2003 подключается к Arduino контактами IN1 — IN4 к D8 — D11 соответственно.

Для подачи питания на ваш мотор, рекомендуется использовать внешний источник питания 5V с силой тока 500mA минимум. Не питайте двигатель непосредственно от контакта 5V на плате Arduino.

Проблема направления вращения в библиотеке и как ее исправить

Когда вы загрузите скетч на Arduino, шаговый двигатель будет вращаться в одном направлении с помощью функции:

То есть, вам надо указать в параметрах количество шагов для поворота ротора вала.

По идее, указав положительное или отрицательное значение, вы можете управлять направлением вращения. Если ваш шаговый двигать так и работает, то можете не читать дальше.

Но если шаговый двигатель вращается в том же направлении вне зависимости от знака, то надо внести изменения в библиотеку Arduino. В следующем разделе приведен код, используя который вы можете управлять направлением вращения.

Измененный код для Arduino

Окончательная версия скетча для шагового двигателя:

/* Скетч для шагового двигателя BYJ48

Схема подключения: IN1 >> D8 IN2 >> D9 IN3 >> D10 IN4 >> D11 VCC . 5V.

Лучше использовать внешний источник питания Gnd

Автор кода: Mohannad Rawashdeh

Детали на русском языке: /arduino-shagovii-motor-28-BYJ48-draiver-ULN2003

Англоязычный вариант: /instructables.com/member/Mohannad+Rawashdeh/ 28/9/2013 */

boolean Direction = true;

unsigned long last_time;

unsigned long currentMillis ;

void stepper(int xw)<

StepperMotor::StepperMotor(int In1, int In2, int In3, int In4)<

// Записываем номера пинов в массив inputPins

// Проходим в цикле по массиву inputPins, устанавливая каждый из них в режим Output

for (int inputCount = 0; inputCount inputPins[inputCount], OUTPUT);

void StepperMotor::setStepDuration(int duration)<

void StepperMotor::step(int noOfSteps)<

* в данном 2D массиве хранится последовательность, которая

* используется для поворота. В строках хранится шаг,

* а в столбцах — текущий input пин

int factor = abs(noOfSteps) / noOfSteps; // Если noOfSteps со знаком +, factor = 1. Если noOfSteps со знаком -, factor = -1

noOfSteps = abs(noOfSteps); // Если noOfSteps был отрицательным, делаем его позитивным для дальнейших операций

* В цикле ниже обрабатываем массив sequence

* указанное количество раз

for(int sequenceNum = 0; sequenceNum inputPins[inputCount], sequence[(int)(3.5-(3.5*factor)+(factor*position))][inputCount]);

Давайте посмотрим на конструктор на строчке 4. Мы начинаем с того, что добавляем выбранные пользователем пины в массив inputinputPins в строчках 6-9. В результате мы получаем простой и интуитивно понятный доступ к номерам пинов в дальнейшем коде.

В 12 строке мы пробегаемся по массиву inputinputPins и устанавливаем для каждого режим OUTPUT.

В 15 строке мы устанавливаем длительность шага по-умолчанию равной 15 мс.

В 18 строчке у нас функция-сеттер для установки длительности шага.

Теперь давайте рассмотрим метод step. Этот метод дает возможность шаговому двигателю делать переданное методу количество шагов.

В 28 строчке мы объявляем частоту вращения с использованием 2-х мерного массива. Строки представляют шаг, столбцы — выходящие пины.

В 37 строчке рассчитывается значение переменной factor, которое равно +1 или -1 в зависимости от знака, который мы передали при указании шагов. Это значение используется для определения направления перебора массива, то есть, в результате, для изменения направления вращения.

В 38 строчке мы присваем noOfSteps переменной позитивное значение.

В 44 строке мы запускаем цикл, который будет отрабатывать для каждой последовательности оборотов, то есть в начале каждого 8-го щага.

В 45 строке мы запускаем второй цикл, который пробегается по строкам в нашем массиве.

В 46 строчке мы устанавливаем задержку в соответствии со спецификацией.

В 47 строке мы пробегаемся по номерам пинов.

В 48 строке мы передаем цифровой сигнал на текущий номер пина.

Если переменная factor отрицательная, в 48-й строчке кода строки массива обрабатываются в противоположном порядке, то есть с низу вверх.

Доступ к библиотеке для шагового двигателя из Arduino IDE

Нам осталось добавить созданные файлы в папку библиотек Arduino IDE и мы сможем импортировать ее в любой наш проект.

Перейдите в папку:

C:Program Files (x86)Arduinolibraries

И создайте папку под названием StepperMotor.

Переместите созданные файлы .h и .cpp в созданную папку.

Теперь вы можете импортировать библиотеку в IDE (sketch > import library. > StepperMotor) с помощью директивы

Подключение шагового двигателя к Ардуино

Шаговый двигатель Arduino ► предназначен для перемещения объекта на заданное количество шагов вала. Рассмотрим устройство и схему подключения шагового двигателя.

Шаговый двигатель (stepper motor) предназначен для точного позиционирования или перемещения объекта на заданное количество шагов вала. Плата Arduino может управлять шаговым двигателем с помощью драйвера и библиотеки stepper.h или accelstepper.h. Рассмотрим принцип работы и схему подключения шагового двигателя к Arduino Uno / Nano, а также разберем скетч для управления шаговым мотором.

Принцип работы шагового двигателя

В зависимости от конструкции, сегодня применяются три вида шаговых двигателей: с постоянным магнитом, с переменным магнитным сопротивлением и гибридные двигатели. У двигателей с постоянным магнитом число шагов на один оборот вала доходит до 48, то есть один шаг соответствует повороту вала на 7,5°. Гибридные двигатели обеспечивают не меньше 400 шагов на один оборот (угол шага 0,9°).

Фото. Устройство шагового мотора в разрезе

Подсчитав количество сделанных шагов, можно определить точный угол поворота ротора. Таким образом, шаговый двигатель является сегодня идеальным приводом в 3D принтерах, станках с ЧПУ и в другом промышленном оборудовании. Это лишь краткий обзор устройства и принципа работы stepper motor, нас больше интересует, как осуществляется управление шаговым двигателем с помощью Ардуино.

Драйвер шагового двигателя Ардуино

Шаговый двигатель — это бесколлекторный синхронный двигатель, как и все двигатели, он преобразует электрическую энергию в механическую. В отличие от двигателя постоянного тока в которых происходит вращение вала, вал шаговых двигателей совершает дискретные перемещения, то есть вращается не постоянно, а шагами. Каждый шаг вала (ротора) представляет собой часть полного оборота.

Фото. Виды драйверов для управления шаговым двигателем

Вращение вала двигателя осуществляется с помощью сигнала, который управляет магнитным полем катушек в статоре драйвера. Сигнал генерирует драйвер шагового двигателя. Магнитное поле, возникающее при прохождении электрического тока в обмотках статора, заставляет вращаться вал, на котором установлены магниты. Количество шагов задаются в программе с помощью библиотеки Arduino IDE.

Схема подключения шагового двигателя 28BYJ-48 к Arduino Uno через драйвер ULN2003 изображена на рисунке ниже. Основные характеристики мотора 28BYJ-48: питание от 5 или 12 Вольт, 4-х фазный двигатель, угол шага 5,625°. Порты драйвера IN1 — IN4 подключаются к любым цифровым выводам платы Arduino Mega или Nano. Светодиоды на модуле служат для индикации включения катушек двигателя.

Как подключить шаговый двигатель к Ардуино

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• драйвер шагового двигателя ULN2003;
• шаговый двигатель 28BYJ-48;
• провода «папа-мама».

Схема подключения шагового двигателя к Arduino UNO

Управление шаговым двигателем через Ардуино производится путем подачи импульсов на обмотки мотора в определенной последовательности. Для облегчения управления шаговым мотором созданы специальные библиотеки stepper.h и accelstepper.h, но можно вращать вал мотора без стандартных библиотек. Подключите шаговый мотор к микроконтроллеру, как на схеме выше и загрузите следующий скетч.

Скетч для управления шаговым двигателем

Пояснения к коду:

1. вместо портов 8,9,10,11 можно использовать любые цифровые порты;
2. время задержки в миллисекундах int dl = 5; можно изменять, чем меньше задержка в программе, тем быстрее будет вращаться вал мотора;
3. алгоритм работы программы, представлен на следующей картинке.

Последовательность включения обмоток шагового мотора

Управление шаговым двигателем на Ардуино

Рассмотрим управление шаговым мотором при помощи стандартной библиотеки stepper.h и с помощью более удобной и популярной библиотеки accelstepper.h, где реализовано намного больше дополнительных команд и функций. Схема подключения мотора при этом остается неизменной. Чуть дальше мы перечислили возможные команды, которые можно использовать в программе с этими библиотеками.

Скетч для шагового двигателя на Ардуино (Stepper.h)

Пояснения к коду:

1. вместо портов 8,9,10,11 можно использовать любые цифровые порты;
2. библиотека Stepper.h имеет маленький функционал, поэтому подходит только для тестирования шагового двигателя и проверки подключения драйвера.

Скетч для шагового мотора с библиотекой AccelStepper.h

Пояснения к коду:

1. библиотеку AccelStepper.h можно использовать при подключении шагового двигателя к Motor Shield L293D совместно с библиотекой AFMotor.h;
2. в программе можно задавать не только максимальную скорость, но и ускорение и замедление вала шагового двигателя.

Описание команд библиотеки AccelStepper.h

AccelStepper mystepper(DRIVER, step, direction); // Шаговый двигатель, управляемый платой
AccelStepper mystepper(FULL2WIRE, pinA, pinB); // Шаговый двигатель, управляемый Н-мостом
AccelStepper mystepper(FULL4WIRE, pinA1, pinA2, pinB1, pinB2); // Униполярный двигатель