Concours : atelier de robotique

L297 pour la commande de moteur pas à pas

Le L297 est un circuit qui contient toute la circuiterie de commande et de contrôle de moteurs pas à pas unipolaire et bipolaire.
Utilisé conjointement avec un driver double pont tel que le L298, l'ensemble forme une interface idéale pour le contrôle d'un moteur pas à pas bipolaire par microprocesseur ou micro contrôleur.
Il est possible de contrôler un moteur pas à pas unipolaire avec un L297 en lui adjoignant quatre transistors darlington ou mosfet.

Offre du constructeur

Le circuit de commande de moteur pas à pas L297 est initialement prévu pour être utilisé avec un driver L298 ou L293E.
Il reçoit les signaux de contrôle en provenance d'un système à base de microprocesseur et génère tous les signaux nécessaires pour l'étage de puissance.
Ce circuit inclue deux régulations à découpage type PWM (modulation de largeur d'impulsion) pour réguler le courant des enroulements moteur.
Avec un étage de puissance adapté le L297 commande un moteurs pas à pas bipolaire à aimant permanent, un moteur unipolaire à quatre phases à aimant permanent ou un moteur à reluctance variable à quatre phases.
De plus il est capable de gérer le mode demi pas et pas complet. Le L297A est une version spéciale pour le positionnement des têtes de lecteur de disquette.

Le circuit intégré L298N est un étage de puissance (driver) pour les moteurs à courant continu.
Toutefois, le L297 est utilisable avec toute sorte d'étage de puissance et peut s'affranchir la commande des composants discrets tel que des transistors de puissance ; il fourni jusqu'à 20 mA sur ces sorties.
Le schéma suivant représente une configuration typique du circuit de commande de moteur pas à pas L297 et le double pont L298 pour former une interface avec microprocesseur.
Interface du L297

Pour des moteurs bipolaires avec des courants de l'ordre de 2 A max dans les enroulements, le L297 serait à utiliser avec le L298N. Pour des courants jusqu'à 1 A le L293 est recommandé. Des courants plus élevés sont obtenus avec des transistors de puissance ou des darlingtons (pour des moteurs unipolaires voir le pont ULN2075B).
Les application du circuit de commande L297 sont multiples et nous pouvons citer les exemples suivants :
imprimante (chariot et positionnement des têtes d'impression ; entraînement papier ; entraînement de ruban), machines à traitement de texte, tables traçantes, machines à commande numérique, robots, scanner de document.

Le circuit L297 est disponible en boîtier DIP plastique 20 pins. Il s'alimente avec une tension de 5 volts et les lignes d'entrées sont compatibles TTL, CMOS et s'interface aussi avec des transistors en collecteur ouvert. La haute densité d'intégration du L297 est l'une des caractéristiques technologique clé de ce circuit.

Les circuits L298N et L293E

L'utilisation du L297 étant fréquente avec les drivers en pont L293E et L298, une petite revue de ces circuits s'impose pour la suite.
Ces composants contiennent de quoi faire deux ponts complets formant ainsi un étage de puissance pour piloter un moteur pas-à-pas ou à courant continu.
Chaque circuit dispose de lignes de contrôle compatibles TTL.
De plus, le L293E possède un accès à l'émetteur de chaque drivers (soit quatre par circuit) alors que le L298 en est équipé d'une pour chaque pont (soit deux par circuit intégré).
Ces connections sont utilisées pour connaître l'intensité du courant traversant les bobines du moteur par l'intermédiaire d'une résistance de mesure Rsense (voir application du L293E).

Le circuit L298 bénéficie d'une technologie lui permettant de dissiper 160 W (avec une alimentation de 46 V et 2 A par pont).
Une alimentation séparée 5 V pour la partie contrôle logique évite une dissipation trop importante. Elle est directement utilisable avec le 5 V du L297 ou tout autre circuit logique.
Dans un but pratique, les noms des pattes des composants (du L298N et du L297) sont souvent identiques (sur les documentations) pour une meilleur compréhension globale du montage ou de l'application.
Le L298N se décline dans un boîtier Multiwatt à 15 pins. Fonctionnellement c'est le petit frère du L293E qui possède un boîtier 20 pins Powerdip dont les quatre pattes centrales sont utilisées pour conduire la chaleur du composant vers la surface cuivrée du circuit imprimé.

Rappel de base sur la commande des moteurs pas à pas

Les moteurs bipolaires

Le courant de commande est bidirectionel et l'avance d'un pas s'effectue par une séquence de commutation des enroulements statoriques.

Les moteurs unipolaires

Les moteurs unipolaires se différencient par le fait qu'ils sont à double bobinage.
Le double bobinage est utilisé pour l'inversion du flux statorique.
Vous trouverez des sur ce lien des rappels de cours sur la commande et les séquences des moteurs pas-à-pas.

Constitution du L297

Le séquenceur

Le coeur du L297 est le block appelé "translator" sur le schéma-block. C'est lui qui génère les séquences appropriées pour l'alimentation des phases en mode demi-pas, pas entier une phase / biphase.
Schéma fonctionnel du L297
Ce block est contrôlé par deux entrées de mode - le mode direction (CW / CCW) et le mode pas / demi-pas (HALF/ FULL)- et l'entrée clock dont les impulsions d'horloge qu'on lui applique font évoluer le séquenceur vers le prochain pas.

Quatre sorties sont fournies par le séquenceur et attaquent le block logique qui contient les fonctions "inhibe" et "chopper".
La structure interne du séquenceur consiste en un compteur 3 bits (plus une logique combinatoire) qui génère les huit étape de base (en code gray) comme nous le voyons sur la figure suivante.
Diagramme des étapes du séquenceur du L297
Sur ce diagramme nous sommes en mode demi-pas (Half) et en sens horaire (CW).
Les trois séquences de commande possibles sont extraites directement de cette séquence principale.
Le chronogramme des sorties en mode demi pas est visible ci-après.
Chronogramme L297 en mode demi pas

Nous remarquons deux signaux supplémentaires, INH1 et INH2, générés dans cette séquence. Leurs usages sont expliqués un peu plus en avant dans le texte.