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LA CARTE TAYGETA-2 CONTRÔLEUR DE MOTEUR PAS-À-PAS

SÉRIE PLÉIADES

Manuel technique et guide d’assemblage Révision 17.06.25

Carte TAYGETA-2 : Manuel technique et guide d’assemblage

Contenu du document et choix du type de bus I2C 2

CONCEPTION Jean Vallières

CONTENU DU DOCUMENT Cliquez sur les liens pour accéder directement au contenu Présentation de la carte TAYGETA-2 Liste des pièces Partie de l’assemblage commune aux deux choix de bus I2C Partie de l’assemblage spécifique au choix du bus I2C simple Schéma de la carte avec le choix du bus I2C simple Partie de l’assemblage spécifique au choix du bus I2C amplifié et isolé Schéma de la carte avec le choix du bus I2C amplifié et isolé Installation des adaptateurs inter-cartes Tests de voltage Assemblage final Configuration et ajustement du module A4988

CHOIX DU TYPE DE BUS I2C La carte TAYGETA-2 peut fonctionner aussi bien avec le choix d’utiliser le bus I2C amplifié et isolé qu’avec le choix d’utiliser le bus I2C simple. Il est important de faire le choix avant de commencer l’assemblage puisque toutes les cartes d’un projet doivent être assemblées en utilisant le même choix. On recommande d’utiliser le choix du bus I2C simple si le projet contient un maximum de deux contrôleurs SKYPIKIT esclaves en plus du contrôleur maître ARDUINO, par exemple un SKYPIKIT pour l’ascension droite et un autre pour la déclinaison. On recommande d’utiliser le choix du bus I2C amplifié et isolé si le projet contient plus que deux contrôleurs esclaves, si la longueur des câbles du bus I2C dépasse 40 cm ou si les tensions des signaux SDA et SCL aux bornes des contrôleurs ne sont pas les mêmes (3,3 volts ou 5 volts). Dans la section d’assemblage, ce document contient une partie commune aux deux choix suivie de deux sections différentes d’assemblage selon le type de bus I2C choisi. Vous devez choisir seulement la section qui se réfère à votre choix.


Présentation de la carte TAYGETA-2 3

PRÉSENTATION DE LA CARTE La carte TAYGETA-2 contient tous les circuits et les pièces pour contrôler un moteur pas-à-pas. Elle contient le microcontrôleur SKYPIKIT spécialisé dans le contrôle des moteurs de télescopes et l’interface entre ce microcontrôleur et les signaux extérieurs. Cette carte contient aussi le driver de puissance de moteur CC à broches Polulu A4988, qui peut fournir un courant maximum de 2 ampères au moteur, ce qui est très suffisant pour presque tous les petits moteurs de télescopes. On y retrouve le circuit buffer I2C PB82B96 qui permet d’avoir un bus I2C ampifié et isolé si on en fait le choix. On y retrouve aussi des ponts (jumpers) pour choisir l’adresse I2C du SKYPIKIT. La carte TAYGETA-2 est conçue pour fonctionner avec la série de cartes PLÉIADES. Elle s’insère sur la carte mère ELECTRA-2 de cette série. La carte TAYGETA-2 contient les connecteurs suivants pour : les alimentations aux 4 bornes d’un moteur pas-à pas bipolaire; les signaux provenant d’un encodeur de quadrature si utilisé; les signaux provenant des commutateurs limites. Le connecteur pour les signaux d’autoguidage est plutôt situé sur la carte ELECTRA-2, mais ces signaux Gu+ et Gu- sont acheminés vers la carte TAYGETA-2 par deux broches reliant ces cartes.

La carte TAYGETA-2 ne contient pas de régulateurs de tensions pour générer les tensions de 3,3 volts et 5 volts nécessaires à son fonctionnement et à celui du SKYPIKIT. Ces régulateurs sont situés sur la carte ELECTRA-2 et sont acheminés vers la carte TAYGETA-2 par les broches de connexions inter-cartes entre ces deux cartes.

Carte TAYGETA-2 montrée avec le choix du bus I2C simple La carte contient aussi un connecteur ICSP (in-circuit serial programming) pour pouvoir reprogrammer le SKYPIKIT avec un programmeur de PIC comme le PICkit3 de MicroChip.


Liste des pièces 4

Photo Pièce Numéro QtéEX

QtéS

USD $

Description

Plaquette PCB TAYGETA-2

NGC7000-PCB4 1 1 5.55 Plaquette non montée de circuit imprimé à deux couches pour contrôle de moteurs pas-à-pas.

Microcontrôleur SKYPIKIT

NGC7000-SPK1 1 1 9.95 Circuit intégré microcontrôleur à 28 broches spécialisée dans le contrôle des moteurs de télescopes.

Mini-plaquette A4988 de Polulu

RB-Pol-176 1 1 4.95 Circuit driver de puissance pour contrôle de moteur pas-à-pas de la compagnie Polulu déjà monté sur une mini-plaquette, avec broches inclues. Autres marques compatibles disponibles sur Amazon ou E-Bay.

P82B96 296-20943-5-ND 1 0 3.59 Circuit intégré à 8 broches buffer I2C utilisé avec le bus amplifié et isolé.

Adaptateur mâle à 40 broches

RB-Spa-153 ½ ½ 1.50 À couper en trois sections : une de 8 broches et deux de 4 broches.

Adaptateur femelle à 40 broches

RB-Spa-346 1½ 1½ 1.50 À couper en plusieurs sections : trois de 8 broches, une de 6 broches et deux de 4 broches.

Les pièces avec numéros débutant par RB proviennent de chez RobotShop. Les pièces avec numéros se terminant par ND proviennent de chez DigiKey. Vous pouvez obtenir les pièces numérotées NGC7000… sur le site du projet SKYPIKIT. Qté EX est pour le nombre de pièces avec le choix de bus I2C amplifié et isolé. Qté S est pour le nombre de pièces avec le choix de bus I2C simple.


Liste des pièces 5


QtéS

USD $

Description

Bornier à 4 vis 609-3920-ND 277-1949-ND

1 1 1.14 Espacement de 0.15 pouce entre les bornes. (En ajouter 1 ou 2 si vous utilisez un encodeur de quadrature ou les commutateurs limites.)

Adaptateur DIP à 28 broches

ED3027 1 1 1.37

Cristal 10 MHz 887-1235-ND 1 1 0.48 Espacement de 6 mm entre les broches.

Diode Schottky 1 A 641-1411-ND 1 1 0.54

Condensateur radial électrolytique de 330 µF

493-1343_ND 1 1 0.98 Espacement de 6 mm entre les broches. Minimum 25 volts.

Condensateur radial électrolytique de 100 µF

493-13464-1-ND

2 2 0.31 Espacement de 5 mm entre les bornes. Minimum 16 volts.



Liste des pièces (suite) 6


QtéS

USD $

Description

Condensateur tantale de 10 µF

478-1839-ND 1 1 0.81 Espacement de 0.1 pouce entre les bornes. Minimum 12 volts.

Condensateur céramique de 10 µF


Condensateur céramique de 0.1 µF


Condensateur céramique de 18 pF

BC1004CT-ND 2 2 0.25 Espacement de 0.1 pouce entre les bornes. Minimum 16 volts.

Résistance de 4.7 K (¼ W)

CF14JT4K70CT-ND

5 3 0.05

Résistance de 1 M (¼ W)

CF14JT1M00CT-ND

1 1 0.05



Liste des pièces (suite) 7


QtéS

USD $

Description

Résistance de 10 K (¼ W)

CF14JT10K0CT-ND

2 4 0.05

Résistance de 20 K (¼ W)

CF14JT20K0CT-ND

4 4 0.05



Partie commune de l’assemblage 8

Partie de l’assemblage qui est commune avec le choix du bus I2C simple

et avec le choix du bus I2C amplifié et isolé



Les pièces sont montées sur la carte TAYGETA-2

Dans l’assemblage, « installer » signifie la plupart du temps insérer et souder, puis couper l’excédent des broches si nécessaire.



Installer l’adaptateur DIP à 28 broches orienté dans le bon sens. Une coche sur un des bouts indique le côté de la broche 1. Ne pas insérer le microcontrôleur SKYPIKIT maintenant.

coche

broche 1

broche 1



Installer trois condensateurs céramique de 0,1 µF aux endroits indiqués. Ces condensateurs ne sont pas polarisés et peuvent être orientés dans n’importe quel sens.



Installer un condensateur tantale de 10 µF à l’endroit indiqué. Ce condensateur est polarisé et doit absolument être orienté dans le bon sens. Le côté positif est indiqué par un signe « + » et par une broche plus longue.



Installer deux résistances de 10 K (¼W) aux endroits indiqués. Vérifiez le code de couleurs : brun-noir-orange.



Installer quatre résistances de 20 K (¼W) aux endroits indiqués Vérifiez le code de couleurs : rouge-noir-orange.



Installer une résistance de 1 M (¼W) à l’endroit indiqué. Vérifiez le code de couleurs : brun-noir-vert.



Installer trois résistances de 4,7 K (¼W) aux endroits indiqués. Vérifiez le code de couleurs : jaune-violet-rouge.



Installer le cristal de 10 MHz à l’endroit indiqué. Le cristal peut être orienté dans n’importe quel sens.



Installer deux condensateurs de 18 pF aux endroits indiqués. Ces condensateurs ne sont pas polarisés et peuvent être orientés dans n’importe quel sens.



Installer un ou plusieurs ponts pour coder l’adresse offset I2C du SKYPIKIT de cette carte. Installer le pont à la position 1 (comme montré sur la carte) si c’est la carte de contrôle en ascension droite (adresse 65). Installer plutôt le pont à la position 2 si c’est la carte de contrôle en déclinaison (adresse 66). Voir le manuel technique du SKYPIKIT pour le codage des adresses offset du SKYPIKIT si vous voulez coder d’autres adresses.

Pour fabriquer un pont, il suffit de dénuder et couper 2 cm de fil AWG 22 à 26, puis de le replier pour laisser 2,5 mm entre les deux extrémités.



Installer trois ponts aux endroits indiqués pour coder le nombre de micro-pas par pas du moteur pas-à-pas. Cette configuration donne 16 micro-pas/pas. C’est ce qui est recommandé. Voir à la fin de ce document si vous voulez programmer d’autres configurations de micro-pas/pas.




Installer une diode Schottky de 1 ampère à l’endroit indiqué et dans le bon sens. Replier la broche côté cathode vers le long de la diode (comme sur le dessin) en laissant un espace de 2,5 mm entre les deux broches. Installer la diode verticalement sur la carte dans le sens indiqué par le symbole. Voir la photo de la carte complétée.



Installer deux adaptateurs femelles de 8 broches aux endroits indiqués pour pouvoir y insérer le A4988.

Pour s’assurer qu’ils soient droits et bien alignés, on les installe en même temps que la plaquette du A4988. Raccordez-les aux adaptateurs mâles du A4988 et mettez la plaquette du A4988 en place. Retenez l’ensemble avec des bandes élastiques.

Soudez les 4 broches des extrémités du A4988 puis les broches aux extrémités des adaptateurs femelles sous la carte. Si tout est OK, soudez les autres broches du A4988 et des adaptateurs.

Retirer ensuite la plaquette du A4988.



Installer un adaptateur femelle de 6 broches à l’endroit indiqué. Cet adaptateur sert pour les signaux de la programmation du firmware du SKYPIKIT. Aussi : La broche 4 est l’entrée du signal SENSOR (SR) si utilisé. La broche 5 est l’entrée du signal INDEX (IX) si utilisé.



Installer deux condensateurs électrolytiques de 100 µF aux endroits indiqués C1 et C2. Ces condensateurs sont polarisés et doivent être orientés dans le bon sens. Un signe « + » indique la borne positive sur la plaquette. La borne négative du condensateur est indiquée sur le boîtier du condensateur.

borne négative

borne positive



Installer un condensateur électrolytique de 330 µF à l’endroit indiqué C3. Ce condensateur est polarisé et doit être orienté dans le bon sens. Un signe « + » indique la borne positive sur la plaquette. La borne négative du condensateur est indiquée sur le boîtier du condensateur.

borne négative

borne positive



Installer un bornier à 4 vis à l’endroit indiqué. (Espacement des bornes = 0,15 po.) Assurez-vous que les entrées pour les fils soient orientées vers l’extérieur de la carte. Note : si vous utilisez un encodeur ou les commutateurs limites, vous pourrez éventuellement ajouter d’autres borniers à 4 vis ( Encoder et Limit Sw).



Insérer un pont entre les broches 3 (Vss) et 4 (SENSOR) de l’adaptateur ICSP afin de mettre le signal SENSOR à 0 volt s’il n’est pas utilisé. Ne pas souder, seulement insérer.



Ceci complète la partie commune de l’assemblage aux deux choix de type de bus I2C. Pour la suite, veuillez choisir seulement la partie de l’assemblage qui se rapporte au type de bus I2C que vous avez choisi.



Choix de l’assemblage avec le bus I2C simple 29

Choix de l’assemblage avec le bus I2C simple


Schéma de la carte TAYGETA-2 pour bus I2C simple 30



Installer deux résistances de 10 K (¼W) aux endroits indiqués Vérifiez le code de couleurs : brun-noir-orange.



Installer deux ponts aux endroits indiqués à la place du circuit U2 pour faire les connexions d’un bus I2C simple : un pont entre les broches 1 et 2; un pont entre les broches 6 et 7.




L’assemblage est presque terminé pour le choix du bus I2C simple. N’insérez pas maintenant le contrôleur SKYPIKIT, ni la mini-carte TB6612. Passez à l’étape Installation des adaptateurs inter-cartes.


Choix de l’assemblage pour bus I2C amplifié et isolé) 34

Choix de l’assemblage pour le bus I2C amplifié et isolé


Schéma de la carte TAYGETA-2 pour bus I2C amplifié et isolé 35


Choix de l’assemblage avec le bus I2C amplifié et isolé 36

Installer deux résistances de 4,7 K (¼W) aux endroits indiqués Vérifiez le code de couleurs : jaune-violet-rouge.



Installer un condensateur céramique de 10 µF à l’endroit indiqué. Ce condensateur n’est pas polarisé et peut être orienté dans n’importe quel sens.



L’assemblage est presque terminé pour le choix du bus I2C amplifié et isolé. N’insérez pas maintenant le contrôleur SKYPIKIT, ni le buffer I2C PB82B96, ni la mini-carte A4988. Passez à l’étape suivante.


INSTALLATION DES ADAPTATEURS INTER-CARTES

Pour pouvoir connecter la carte TAYGETA-2 à la carte ELECTRA-2, il faut installer les adaptateurs suivants : Sur la carte TAYGETA-2, côté soudures : - deux adaptateurs mâles de 4 broches, - un adaptateur mâle de 8 broches. Sur la carte ELECTRA-2, côté pièces : - deux adaptateurs femelles à 4 positions, - un adaptateur femelle à 8 positions. Insérez les adaptateurs mâles dans les adaptateurs femelles et placez-les en sandwich entre les deux cartes comme l’exemple sur la photo. Retenez les cartes à l’aide de bandes élastiques, puis faites toutes les soudures sur les deux cartes.

Installation des adaptateurs inter-cartes 39


Tests de voltage 40

TESTS DE VOLTAGE Avant de procéder aux tests de cette carte, les cartes ALCYONE-2 et ELECTRA-2 doivent déjà avoir été testées et complétées. Avant de procéder, vérifiez une dernière fois avec une loupe s’il n’y a pas de mauvaises soudures ou de mauvais ponts entre des soudures. Pour faire les tests de cette carte TAYGETA-2, raccordez d’abord la carte ELECTRA-2 à la carte ALCYONE-2 avec le câble plat à 10 conducteurs, comme c’est montré dans le document de la carte ELECTRA-2. Attention de ne pas inverser les connexions du câble. Insérez ensuite la carte TAYGETA-2 à tester à sa place sur la carte ELECTRA-2. Le microcontrôleur SKYPIKIT, le driver A4988 et le buffer P82B96 ne doivent pas être installés maintenant. S’ils y sont, enlevez-les. Alimentez la carte ALCYONE-2 avec du 12 volts sur son bornier d’alimentation à 2 vis. Attention au sens. Avec le câble plat à 10 conducteurs, l’alimentation est supposée se rendre jusqu’à la carte TAYGETA-2. Utilisez un multimètre sur l’échelle de 20 volts CC pour les tests de voltage. Raccordez la borne commune ou GND du multimètre à un point relié au GND sur une carte, par exemple la languette de métal d’un régulateur de tension, le LM7809 ou le LM7806, tel que montré dans le document de la carte ALCYONE-2.

Les tables des pages suivantes montrent les tests à faire. Ne vous inquiétez pas si les valeurs mesurées diffèrent de 5% des valeurs indiquées dans les tables. Les broches sont numérotées en fonction du circuit ou du connecteur où elles se trouvent. Par exemple U1-1 est la broche #1 du microcontrôleur SKYPIKIT, et la broche J1-1 est la broche #1 du connecteur ICSP J1. Les broches non indiquées dans les tables ne sont reliées à aucune alimentation ou sont actuellement flottantes. Le multimètre devrait indiquer 0 volt pour ces broches. Vérifiez-les quand même. Les mesures des broches d’adresse I2C (U1-2 à U1-5) dépendent de l’adresse I2C du SKYPIKIT choisie. La table montre le cas pour l’adresse 65. Les valeurs en noir sont pour les mesures qui sont les mêmes pour les deux choix de type de bus I2C. Les valeurs en bleu sont pour les mesures avec le choix du bus I2C simple. Les valeurs en rouge sont pour les mesures avec le choix du bus I2C amplifié et isolé.


Tests de voltage 41

Broche Voltage Remarques

U1-1 3,2 V Broche Reset (pull-up + diode à 3,3V)

U1-2 GND Si l’adresse I2C = 65

U1-7 GND Sensor (pont au GND)

U1-8 GND Alimentation GND

U1-11 5,0 V Guide+ (pull-up 20K à 5 volts)

U1-12 3,3 V Motor select pour moteur pas-à-pas

U1-13 3,3 V Alimentation directe à 3,3 volts

U1-14 5,0 V SDA (pull-up à 5 volts)

U1-15 5,0 V SCL (pull-up à 5 volts)

U1-16 3,3 V Limit+ (pull-up à 3,3 volts)

U1-17 3,3 V Limit- (pull-up à 3,3 volts)

U1-18 5,0 V Guide- (pull-up 20K à 5 volts)


U1-23 5,0 V Pull-up 4,7K à 5 volts




U1-28 3,3 V Alimentation directe à 3,3 volts

U2-1 5,0 V SDA (pull-up à 5 volts)

U2-2 5,0 V Relié par pont à U2-1

U2-2 6,0 V Pull-up à VBUS

U2-3 = U2-2 Relié par pont à U2-2



U2-5 = U2-6 Relié par pont à U2-6

U2-6 5,0 V Relié par pont à U2-7

U2-6 6,0 V Pull-up à VBUS

U2-7 5,0 V SCL (pull-up à 5 volts)

U2-8 Non connecté

U2-8 6,0 V Alimentation VBUS

J1-1 3,2 V Vpp (relié à U1-1)

J1-2 3,3 V Vdd (relié à alimentation 3,3 volts)

J1-3 GND Alimentation GND

J1-4 GND Relié à J1-3 par un pont

U3-1 GND /Enable

U3-2 5,0 V MS1 (pont à 5 volts)



U3-5 5,0 V /Reset (pull-up à 5 volts)





U3-10 5,0 V Alimentation directe à 5 volts


Tests de voltage et assemblage final 42



U3-16 12V ou + Alimentation VMOT

ASSEMBLAGE FINAL Si tous les tests de voltage sont corrects, éteignez l’alimentation et retirez la carte TAYGETA-2 de la carte ELECTRA-2. Soudez le buffer de bus I2C P82B96 à la position U2 et dans le bon sens (broche 1 vers le haut à droite), seulement si vous avez choisi le bus I2C amplifié et isolé. Insérez le microcontrôleur SKYPIKIT dans le bon sens (broche 1 vers le bas à gauche). Attention de ne pas plier ses broches. Insérez enfin la mini-carte Polulu A4988 à la position U3 et dans le bon sens. Attention, la broche 1 est vers le haut à gauche. Insérez temporairement la carte TAYGETA-2 sur la carte ELECTRA-2 et remettez l’alimentation pour ajuster le courant maximum des bobines du moteur tel que décrit à la page suivante. Éteignez ensuite l’alimentation et retirez la carte TAYGETA-2 de la carte ELECTRA-2. La carte TAYGETA-2 est complétée et prête à servir. Mettez-la de côté et continuez le montage et les tests avec les autres cartes du projet si nécessaire.

Carte TAYGETA-2 montrée avec le choix du bus I2C simple


Configuration et ajustement du module A4988 43

MS1 MS2 MS3 Résolution

Pas complet (full step)

Demi-pas (half step)

4 micro-pas / pas

8 micro-pas / pas

16 micro-pas / pas

CONFIGURER LES MICRO-PAS Les broches MS1, MS2 et MS3 de la mini-carte A4988 permettent de configurer le nombre de micro-pas / pas. La table suivante montre les positions où l’on doit installer des ponts pour chaque configuration.

AJUSTER LE COURANT MAXIMUM DES BOBINES DU MOTEUR Avec le module A4988, on peut utiliser une tension plus élevée que la tension nominale du moteur, puisque ce circuit peut limiter activement le courant dans les bobines. Ceci permet de faire tourner le moteur beaucoup plus vite que si on utilisait seulement la tension nominale. Avec les petits moteurs pas-à-pas utilisés dans les montures de télescopes, on recommande de limiter le courant maximum des bobines à une valeur entre 100 et 250 mA. Par exemple, on utilise 150 mA pour le moteur pas-à-pas original de la monture EQ3.

Le courant maximum s’ajuste à l’aide d’un mini-potentiomètre et est mesuré à un point de mesure Vref.

Vref

potentiomètre

La valeur de Vref est une tension égale à : Vref = 8 X Rcs X Imax où Imax est le courant maximum voulu et Rcs une résistance dont la valeur est 0,050 ohm pour les modules produits avant janvier 2017 et 0,068 ohm pour les modules produits après janvier 2017 (voir la documentation de ce module sur le site Internet de Polulu). Par exemple, pour un courant voulu de 150 mA, on obtient Vref = 8 X 0,050 ohm X 150 mA = 60 mV, pour un modèle ancien. Utiliser un multimètre sur l’échelle de 200 mV pour mesurer ce faible voltage.


FIN 44

FIN

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