Autonom robotväckarklocka med trådlös basstation - KTH

Autonom robotväckarklocka med trådlös 

basstation 

ANDRÉ BERGLUND 

JOANNA FREDRIKSSON LARSSON 

ANNIE GUSTAFSSON 

MAZDA IMANI 

OLA JOHANNESSON 

Kandidatarbete 

Stockholm, Sverige 2011

Autonom robotväckarklocka med trådlös basstation 

av 

André Berglund 

Joanna Fredriksson Larsson 

Annie Gustafsson 

Mazda Imani 

Ola Johannesson 

Kandidatarbete MMKB 2011:53 MDAB 022 

KTH Industriell teknik och management 

Maskinkonstruktion 

SE-100 44 STOCKHOLM

Godkänt 

2011-005-18 

Sammaanfattningg 

Exa aminator 

Ma artin Edin GGrimheden 

n 

Han ndledare 

Sta affan Qvarrnström 

KKandidata 

arbete MMKB 

2011:553 

MDAB 022 

AAutonom 

robotväck karklocka med trådlös 

bass station 

AAndré 

Berg glund, Joan nna Fredrikksson 

Lars sson 

Anni ie Gustafss son, Mazda 

Imani 

Ola Joh hannessonn 

Handledare 

H 

Martin M Edinn 

Grimhede en 

Handledare 

H 

Ulf U Andorff 

Denna rrapport 

är reesultatet 

av ett projektaarbete 

i en grundkurs g i mekatronikk. 

Målet var att 

integrerra 

moduler ffrån 

gruppm medlemmarnnas 

expertom mråden till en funktionnsduglig 

pro ototyp. 

Temat fför 

projektett 

var att gör ra en tråkig vardagssyssla 

roligare. 

Temat tolkkades 

till at tt det aldrig 

är kul attt 

försova siig, 

vilket resulterade 

attt 

en ny typ av väckarklocka 

konsttruerades. 

Det D 

speciella 

med dennna 

är att stop ppknappen fför 

alarmet flyttar på si ig under nattten, 

vilket innebär att 

den somm 

ska väckaas 

både måst te kliva uppp 

ur sängen och leta red da på avstänngningsknap 

ppen. 

Avstänggningsknapppen 

monterades 

på en ssjälvgående 

e robot, som m förflyttar ooch 

naviger rar i 

rummett 

med hjälp av stegmoto orer och ulttraljud. 

På roboten r finn ns det en LEED-matris 

so om visar 

den aktuuella 

tiden ooch 

textmed ddelanden. IInställning 

av tid och alarm a sker vvia 

en stationär 

basstatioon 

med en ppekskärm. 

Kommunika K ationen mel llan enheterna 

sker via blåtand. Slu utligen 

tillverkaades 

en funggerande 

pro ototyp som ” ”proof of co oncept” med d en basstattion 

i plexig glas och 

robot i bbockat 

alumminium.

Approved 

2011-005-18 

Abstraact 

Exa aminer 

Ma artin Edin GGrimheden 

n 

Sup pervisor 

Sta affan Qvarrnström 

BBachelor 

Thesis T MM MKB 2011: 53 MDAB 022 

Autoonomous 

robotic al larm clockk 

with a wireless w 

cont trol unit 

AAndré 

Berg glund, Joan nna Fredrikksson 

Lars sson 

Anni ie Gustafss son, Mazda 

Imani 

Ola Joh hannessonn 

Supervisor 

Martin Edin 

Grimhed den 

Supervisor 

Ulf Andorfff 

This repport 

is the reesult 

of a pr roject in an introductor ry course in mechatroniics. 

The obj jective was 

to integrrate 

modulees 

from each h group memmbers' 

area as of experti ise into a fun unctioning prototype. p 

The themme 

for the pproject 

was to make a ddire 

daily ac ctivity more e fun. The thheme 

was in nterpreted 

that it iss 

never fun to oversleep p, which arrrived 

at a ne ew type of alarm a clockk 

being cons structed. 

What iss 

special aboout 

is that th he off buttonn 

for the ala arm moves during the nnight, 

which h means 

that the person whoo 

needs to wake w up hass 

to get out of o bed and find f it. The off button was w rigged 

on to a sself-driven 

robot that moves m and nnavigates 

th he room with h the help oof 

two stepp per motors 

and an uultrasound. 

On top of th he robot theere 

is a LED D dot matrix x that displaays 

the curre ent time 

and scroolling 

text mmessages. 

Setting 

the al alarm and what 

time it is i does withh 

the help of f a 

stationaary 

base stattion 

with a touch t screenn. 

The comm munication between thhe 

devices operates o via 

Bluetoooth. 

At the eend 

a workin ng prototyppe 

was const tructed as a "proof of cconcept” 

with 

a base 

station mmade 

out off 

Plexiglas and a a robot made out of o bent alum minum.

En självgående väckarklocka 

med ställbart larm från en 

basstation 


Joanna Fredriksson Larsson 

Annie Gustafsson 

Mazda Imani 


Kandidatarbete i Mekatronik 

Stockholm 2011

Sammanfattning 

Denna rapport är resultatet av ett projektarbete i en grundkurs i mekatronik. Målet var att 

integrera moduler från gruppmedlemmarnas expertområden till en funktionsduglig prototyp. 

Temat för projektet var att göra en tråkig vardagssyssla roligare. Temat tolkades till att det 

aldrig är kul att försova sig, vilket resulterade att en ny typ av väckarklocka konstruerades. 

Det speciella med denna är att stoppknappen för alarmet flyttar på sig under natten, vilket 

innebär att den som ska väckas både måste kliva upp ur sängen och leta reda på 

avstängningsknappen. 

Avstängningsknappen monterades på en självgående robot, som förflyttar och navigerar i 

rummet med hjälp av stegmotorer och ultraljud. På roboten finns det en LED-matris som 

visar den aktuella tiden och textmeddelanden. Inställning av tid och alarm sker via en 

stationär basstation med en pekskärm. Kommunikationen mellan enheterna sker via blåtand. 

Slutligen tillverkades en fungerande prototyp som ”proof of concept” med en basstation i 

plexiglas och robot i bockat aluminium.

Abstract 

This report is the result of a project in an introductory course in mechatronics. The objective 

was to integrate modules from each group members' areas of expertise into a functioning 

prototype. The theme for the project was to make a dire daily activity more fun. The theme 

was interpreted that it is never fun to oversleep, which arrived at a new type of alarm clock 

being constructed. What is special about is that the off button for the alarm moves during the 

night, which means that the person who needs to wake up has to get out of bed and find it. 

The off button was rigged on to a self-driven robot that moves and navigates the room with 

the help of two stepper motors and an ultrasound. On top of the robot there is a LED dot 

matrix that displays the current time and scrolling text messages. Setting the alarm and what 

time it is does with the help of a stationary base station with a touch screen. The 

communication between the devices operates via Bluetooth. 

At the end a working prototype was constructed as a "proof of concept” with a base station 

made out of Plexiglas and a robot made out of bent aluminum.

Innehåll 

Inledning ..................................................................................................................................... 1 

Problemdefinition ....................................................................................................................... 1 

Problemlösning ........................................................................................................................... 2 

Basstation ................................................................................................................................ 2 

Pekskärm ............................................................................................................................. 2 

Robot ...................................................................................................................................... 3 

Stegmotorerna ..................................................................................................................... 4 

Ultraljud .............................................................................................................................. 5 

LED-matris ......................................................................................................................... 8 

Kommunikation mellan modulerna ...................................................................................... 11 

Kommunikation mellan LED-kontrollern och baskontrollern .......................................... 12 

Kommunikation LED-kontrollern och rörelsekontrollern ................................................ 13 

Prototypen ............................................................................................................................. 14 

Roboten ............................................................................................................................. 15 

Basstationen ...................................................................................................................... 17 

Färdig lösning ........................................................................................................................... 18 

Erfarenheter/ Problem under gång ........................................................................................... 19 

Ultraljudsmodulen ................................................................................................................ 19 

Pekskärm .............................................................................................................................. 19 

Slutsatser och förslag till förbättringar ..................................................................................... 20 

Referenser ................................................................................................................................. 22 

Bilagor 

Bilaga A. Kravspecifikation 

Bilaga B. Komponentlista och kostnadsredovisning

Bilaga C. Använda portpinnar hos AVR:en 

Bilaga D. Blåtand- kommunikationsprotokoll 

Bilaga E. Elektroniska ritningar - kretsschema/ layout 

Bilaga F. Mekaniska ritningar med måttsättning 

Bilaga G. Programlistningar 

Bilaga H. Anslutningar mellan moduler och kretskort 

Bilaga I. LED punktmatris 

Bilaga J. Ultraljudslinjal – Avståndsmätning med ultraljud 

Bilaga K. Stegmotorer – Funktion och tillämpning 

Bilaga L. Stegmotor – Ett fördjupningsarbete i mekatronik 

Bilaga M. LCD med touchpanel

Inledning 

Denna rapport beskriver det projekt en grupp om fem teknologer från KTH har genomfört 

som kandidatarbete inom Mekatronik. Projektet avser att kombinera gruppmedlemmarnas 

tidigare arbeten med varsin modul (deras olika expertområden) för att ta fram en produkt på 

temat ”Att göra en tråkig vardagssyssla roligare”. 

Alla gruppmedlemmar hade tidigare jobbat med att sätta in sig i olika moduler. De olika 

expertområdena som fanns inom gruppen var följande: 

Stegmotor (2 personer) 

Ultraljud 

Pekskärm 

LED-matris 

Den produkt som valdes att ta fram var en ny typ av väckarklocka, med motiveringen att 

dagen blir mycket roligare om du inte försover dig. Den sammanlagda extrakostnaden för att 

färdigställa prototypen, utöver kostanden för de individuella projekten, fick inte överstiga 

1500 kr. 

Problemdefinition 

Det som i rapporten föreslås är en möjlig teknisk lösning till problemet med svårigheten att 

komma upp ur sängen när väckarklockan ringer på morgonen. En vanlig väckarklocka har två 

huvudfunktioner, dels att under natten visa tid och dels att väcka den sovande på morgonen. 

Erfarenheter från flera av gruppens medlemmar tyder dock på att konventionella 

väckarklockor brister i sin effektivitet på den andra punkten. Även om de väcker den sovande 

personen så finns risk att denne somnar om. 

Ett vanligt problem med konventionella väckarklockor är man oftast kan stänga av dem på 

rutin utan att riktigt vakna till. Detta kan hända även om väckarklockan placeras utom 

räckhåll. En möjlig lösning är att ha en väckarklocka som befinner sig på ett nytt ställe i 

rummet varje gång den ska stängas av. 

Det var denna idé som låg till grund för detta projekt och sammanställdes i 

kravspecifikationen (se Bilaga A).

Problemlösning 

Projektet består av två separata delar, en stationär basstation och en självgående robot, som 

kommunicerar trådlöst med varandra. Basstationen fungerar som en normal väckarklocka; den 

visar tid och kan ställa alarmtid. Skillnaden mot en normal väckarklocka är att 

avstängningsknappen sitter på roboten, vilket tvingar användaren att gå upp för att stänga av 

den. För att möjliggöra att basstationen bestämmer larmtiden för roboten och att roboten 

stänger av väckarklockan är den trådlösa kommunikationen mellan dessa dubbelriktad. 

Basstation 

Figur 1 basstation och robot, trådlös kommunikation 

Basstationen består av en mikrokontroller till vilken en pekskärm och en modul för trådlös 

kommunikation är inkopplade. Tanken bakom basstationen är att den ska efterlikna en vanlig 

digital väckarklocka som man kan ställa bredvid sängen. Med hjälp av en pekskärm kan 

användaren navigera runt i gränssnittet med en pekpenna alternativt sitt finger. 

Huvudfunktionen hos basstationen är att användaren ska kunna ställa in aktuell tid och önskad 

tid för alarm. 

Pekskärm 

Figur 2 Principskiss basstation 

Vid påslagning möts användaren av en startsida innehållandes huvudmenyn som består av tre 

alternativ. Det ena kallas för ”TIME” och är inställningen av aktuell tid. Det andra

alternativet, ”ALARM”, liknar ”TIME” men är inställning av önskad tid för alarmet. Tid och 

alarm ställs in genom att bläddra fram rätt tid (timme, minut och sekund) med hjälp av två 

pilar för vardera tidsenhet. Då användaren är nöjd med inställningen trycker denna på ”SET” 

vilket verkställer inställningen och tar sig tillbaka till startsidan med ”BACK”. Roboten går 

även att styra trådlöst från basstationen genom det tredje alternativet ”MOVE”. Text för 

respektive riktning och en stoppknapp styr roboten. 

Klocka 

Den viktigaste funktionen, klockan, drivs genom mikrokontrollerns Real Time Counter, RTC. 

En extern kristall om 32,768kHz sitter mellan två dedikerade pinnar på basmikrokontrollern 

och används för att räkna klockcykler och göra sekunder så exakta som möjligt. Kristallens 

klockcykler räknas av en inbyggd timer i basmikrokontrollern med en viss förinställning (pre- 

scaler) om att öka ett steg var 1024:e cykel. Detta ger att timern ökar 32 gånger per sekund. 

Då timern når 32 återställs den till noll och ett interrupt utlöses, som ökar sekundvariabeln 

med ett. Denna procedur upprepas gång på gång och ger en tid motsvarande en sekund. 

Strömförsörjning 

Basstationen använder sig av en nätadapter för sin strömförsörjning, vilket innebär att den får 

sin el via vägguttaget och på så vis eliminerar behovet av batterier samt att man inte behöver 

oroa sig för att strömmen ska ta slut i batterierna. Nätadaptern omvandlar nätspänningen till 

likspänning om 12V. Eftersom flera komponenter i systemet är specificerade för 3,3V sitter 

även en spänningsregulator på basstationen strax efter anslutningen för nätadaptern. 

Robot 

Roboten har ett antal skilda uppgifter, 

Visa tiden på en LED-matris 

Kunna stänga av larmet med en knapp 

Kunna förflytta sig autonomt. 

Figur 3 Principskiss för tidsinställning

Funktionerna i roboten har av praktiska skäl delats upp på två mikrokontroller. En som har det 

övergripande ansvaret för robotens beteende samt LED-matrisen (LED-kontrollern) och en 

som styr rörelsen (rörelsekontrollern). 

Till LED-kontrollern är en LED-matris, en trådlös kommunikationsmodul och en knapp 

inkopplad. En anslutning för kommunikation med rörelsekontrollern finns också, och via 

denna styr LED-kontrollern vad rörelsekontrollern ska göra. 

Figur 4 principskiss LED-kontrollern 

Till rörelsekontrollern är två stegmotorer och en avståndssensor med ultraljud kopplad, samt 

kommunikationen från LED-kontrollern. De två stegmotorerna används för framdrivningen 

av roboten, och avståndssensorn används för att den på egen hand ska kunna undvika att köra 

in i föremål. 

Stegmotorerna 

Figur 5 principskiss rörelsekontrollern 

Bilen drivs av två stegmotorer, för att underlätta styrningen av roboten. Varje motor driver 

varsitt hjul och därmed kan roboten vrida på sig. De stegmotorer som används är två bipolära 

hybrida stegmotorer, modell 6540-13-2-9 från Sonceboz.

Drivning 

För att styra de båda stegmotorerna individuellt används två dubbla H-bryggor av modell 

UDN2916B-T från Allegro. Dessa är ihopkopplade med stegmotorerna på ett sådant sätt att 

de styr varsin motor (se Bilaga E). En dedikerad mikrokontroller används för att styra H- 

bryggorna eftersom de tar många pinnar i anspråk (se Bilaga C). 

Figur 6 H-bryggornas kretskort 

Ett program skrevs för att kunna styra båda motorerna samtidigt, där en timer används för att 

styra vinkelhastigheten för hjulen. Då halvsteg gav tillräckligt jämn gång valdes den som 

stegtyp. Se Bilaga L för stegsekvenser, komponentval och byggbeskrivning av H-bryggan. 

Ultraljud 

För att roboten ska kunna köra omkring på egen hand behövs någon typ av sensor som kan 

göra den medveten om sin omgivning. Valet föll på en färdig modul med ultraljudssensor, en 

SRF04 från Devantech. Denna skickar information i form av pulsbredd. Till modulen skickas 

en styrpuls, som sedan returnerar en puls med längden proportionell mot avståndet till 

närmaste objekt. Både genereringen och mätningen av dessa pulser tas om hand av en timer, 

Timer1. I en ATMega16 är detta en 16-bitars timer med dubbla komparatorer. Runt denna 

timer är en tillståndsmaskin uppbyggd, som fungerar enligt Figur 7.

De olika tillstånden är: 

Figur 7 Timerdiagram för ultraljudsmodulen SRF04 

Figur 8 Ultraljudets olika tillstånd 

Ready 

Ultraljudssensorn är redo att göra en mätning 

Signal 

Styrpinnen till ultraljudsmodulen är dragen hög, puls skickas till sensorn 

Waitreturn 

Pulsen till ultraljudsmodulen skickad, väntar på att modulen ska starta den 

returnerade pulsen 

Running 

Den returnerade pulsen har påbörjats, väntar på att den avslutas 

Waiting 

Väntar 10 ms, vilket modulen kräver mellan mätningarna

I början av mikrokontrollens program initieras alla nödvändiga register för Timer1, de båda 

komparatorerna samt det externa interruptet. Sedan görs ett försök att påbörja mätningarna, 

enligt Figur 9. 

Figur 9 Flödesschema för initieringen av ultraljudet 

Tillståndsmaskinen körs i roboten i ett läge som kallas 'Free Running mode', för att 

programmet ska fungera oberoende av ultraljudssensorn. Detta innebär att tillståndsmaskinen 

hämtar nya mätvärden från ultraljudsmodulen så fort den klarar av det. Tillståndsmaskinen 

fungerar sedan genom följande interrupts: 

Externt interrupt 

Kopplad till ultraljudsmodulens utgångspinne, känner av alla förändringar och 

används för att få start- och slutpunkt på den returnerade pulsen 

CompA interrupt 

En av jämförelseinterrupten för Timer1, används för att mäta tid tills styrpinnen 

ska sänkas 

CompB interrupt 

Den andra jämförelseinterrupten för Timer1, används för att meddela när 

tillräckligt lång tid passerat efter slutet på den returnerade pulsen för att man ska 

kunna påbörja en ny mätning (mer än 10 ms, se Figur 7) 

Overflow interrupt 

Om tillståndsmaskinen hamnar i ett ogiltigt tillstånd nollställs den när Timer1 når 

overflow. Ska normalt aldrig behövas.

LED-matris 

Figur 10 Flödesschema för de olika ultraljuds interrupten 

Roboten har en LED-matris för att visa tiden och en rullande text då larmet går. LED- 

matrisen tillverkades om 8 rader och 16 kolumner, för att kunna visa klockan digitalt, vilket 

ger en matris med 128 lysdioder. 

Bygget av modulen 

Det beslutades att LED-matrisen skulle tillverkas i aluminiumplåt, eftersom aluminium är 

både snyggt, tåligt och relativt lättbearbetat. 128 hål borrades in i en 10 cm bred och 22 cm 

lång aluminiumplåt.

Figur 11 LED-matrisen 

När lysdioderna löddes ihop var det viktigt att se till att det blev bra isolerat för att undvika 

kortslutning, speciellt med tanke på att LED-matrisen tillverkas i aluminium. 

Figur 12 Lysdioderna löds ihop 

Idealt ska matrisen uppdatera sig så snabbt som möjligt för att undvika flimmer. Därför tänds 

de 8 raderna växelvis istället för de 16 kolumnerna vid multiplexing (se Bilaga I). 

Styrkortet gjordes på ett separat etsat kretskort. Till port B och port C på mikrokontrollern 

kopplades de 16 kolumnerna in via förkopplingsmotstånd, och till port A kopplades de 8 

raderna in via MOSFETs. 

Anoder 

Katoder

Program 

Figur 13 Styrkrets för LED-displayen 

Programmet består av två delar, klockan och den rullande texten. Då larmet aktiveras går den 

rullande texten igång tills dess att avstängningsknappen trycks ner och klockan börjar visas 

igen. 

Mode = 1 

Initiering av visa 

klocka 

Initiering av timer 

Hämta värden från timern. 

Använd dessa för att tända 

LEDsen så att de visar 

önskad bokstav. 

Tänd raderna i LED 

matrisen en i taget i en 

snabb följ efter varandra 

för att få en synlig bild på 

displayen. 

Tryck på avstängningsknappen 

Alarm går igång 

Interrupt 

Mode = 1 

Minuterna ökas och 

tiden justeras. 

Mode = 2 

Initiering av rulla 

text 

Mode = 2 

Skifta plats för varje 

bokstav. Detta görs 8 

ggr, så det ser ut som 

att den rullar förbi på 

displayen. Byt sedan 

till nästa bokstav i 

textsträngen. 

Figur 14 Flödesdiagram över LED-matrisens funktioner

Klocka 

LED-matrisen visar klockan i timmar och minuter. I programmet används en timer som 

kontrollerar en minut- och timvariabel. Denna timer är alltid igång oavsett vad som visas på 

displayen. 

Rullande text 

Figur 15 LED-matrisens klocka 

Då larmet går igång rullar en text fram på displayen som ses när man vaknar. Denna funktion 

använder en annan timer som går igenom en textsträng med de bokstäver som ska skrivas ut 

på LED-matrisen. 

Kommunikation mellan modulerna 

Figur 16 LED-matrisens text "vakna" rullar 

Då LED-kontrollern alltid ska vara igång, för att kunna visa den aktuella tiden, fattades 

beslutet att låta kommunikationen ske mellan LED-kontrollern och baskontrollern. LED- 

kontrollern vidarebefordrar därefter kommandona till rörelsekontrollern.

Kommunikation mellan LED-kontrollern och baskontrollern 

Den typ av data som basstationen kan skicka till fordonet är signaler om aktuell tid, larmning, 

att starta automatisk förflyttning och att styra fordonet manuellt. Då projektgruppen saknade 

specialistkompetens inom kommunikation valdes seriekommunikation som 

kommunikationsprotokoll. Detta är relativt enkelt att implementera i mikrokontrollerna 

samtidigt som det går att skicka långa meddelanden och kommandon. 

Eftersom kommunikationen sker trådlöst var ett alternativ att bygga en RF-modulator med 

sändare och mottagare. Denna typ av kommunikation har dock ett antal nackdelar, den har 

oskyddad frekvens och det finns ingen inbyggd felkontroll. Därför valdes blåtand, eftersom 

denna teknik har inbyggd felkontroll, stöd för seriekommunikation samt är relativt enkel att 

implementera. Dessutom skulle även datorer och mobiltelefoner med blåtand kunna användas 

för att kontrollera fordonet. Blåtandsmodulen som valdes heter Parani ESD-210 och är från 

Sena technologies. Denna valdes då den var det billigaste alternativet som gick att få tag på 

med kort varsel, samt att den hade ett enkelt gränssnitt. 

Figur 17 Blåtandsmodulen ansluten till adapterkortet 

Blåtandsmodulen fungerar så att den styrs med AT-kommandon via seriekommunikation (se 

datablad för blåtanden). Varje modul har en unik adress och genom att göra den ena modulen 

synlig och anslutningsbar samtidigt som den andra försöker ansluta kan en anslutning 

upprättas. Därefter kommer blåtandsmodulerna att automatiskt vidarebefordra de kommandon 

som matas in.

Eftersom seriekommunikation bara skickar 1 byte åt gången skapades ett 

kommunikationsprotokoll för styrning av roboten (se Bilaga D). 

Slutligen tillverkades ett adapterkort med spänningsregulator och spänningsdelare så att 

blåtandsmodulen med spänningen 3,3 V kan kommunicera med mikroprocessorn på 5 V 

(Figur 7). 

Kommunikation LED-kontrollern och rörelsekontrollern 

Den typ av kommunikation som sker mellan LED- och rörelsekontrollern är 

envägskommunikation, där LED-kontrollern skickar kommandon om vilket driftläge roboten 

skall ha. Följande kommandon används: 

Kör runt automatiskt 

Larma 

Kör framåt 

Kör bakåt 

Sväng vänster 

Sväng höger 

Stå stilla 

Då LED-kontrollern är av typen ATMega16 har den endast stöd för seriekommunikation med 

en enhet. Eftersom kommunikationen till rörelsekontrollern endast består utav sju olika 

envägskommandon togs beslutet att styra rörelsekontrollern med 3-bitars 

parallellkommunikation som ger olika kommandon genom att höja och sänka de tre pinnarna 

på mikrokontrollern. Då 3-bitar totalt kan ge åtta kombinationer behövs inget avancerat 

kommunikationsprotokoll (Tabell 1 Lista över de olika utgående kommandona), utan 

rörelsekontrollern ”lyssnar” hela tiden på inkommande kommandon. 

Utgående bitar Kommando nr Kommando 

000 0 Stå stilla/gör inget 

001 1 Kör runt automatiskt 

010 2 Larma 

011 3 Kör framåt

100 4 Kör bakåt 

101 5 Sväng vänster 

110 6 Sväng höger 

111 7 Stå stilla/gör inget 

Tabell 1 Lista över de olika utgående kommandona 

Eftersom H-bryggorna, ultraljudsmodulen och rörelsekontrollern inte används större delen av 

tiden, men ändå drar ström i vänteläge, fattades beslutet att med hjälp av LED-kontrollern 

styra när dessa moduler ska slås på eller av. Detta görs genom att styra en MOSFET av typ 

BUZ 71 i pull-down-läge med hjälp av en ledig utgång på LED-kontrollern. 

Slutligen tillverkades ett adapterkort (Figur 18) med anslutningar för seriekommunikationen 

till blåtandsmodulen, 3-bitarskommunikationen till rörelsekontrollern, strömförsörjningen till 

de moduler som ska stängas av när de inte behövs och en avstängningsknapp för alarmet. Allt 

detta kopplades därefter till port D på LED-kontrollern. 

Prototypen 

Figur 18 Adapterkortet med MOSFET i förgrunden 

En prototyp av roboten och basstationen byggdes. Hur detta gjordes beskrivs nedan.

Roboten 

Chassit till roboten är en fyrkantig låda med två hjul som sticker ut på sidan och ett stödhjul 

under lådan. Ultraljudsmodulen sitter på framsidan och LED-matrisen sitter fast i locket 

tillsammans med avstängningsknappen för larmet, bilens Bluetooth-antenn och 

vippströmbrytaren. För ritningar på chassit, se Bilaga F. 

Chassit (Figur 19) till bilen är gjort i 1,5 mm tjock aluminiumplåt. De fyra hörnen på 

aluminiumbiten sågades bort med en bandsåg och de fyra sidorna bockades till en lådform. 

Fyra vinklar bockades och skruvades fast i lådan så att den blev stabil. Sedan borrades hål på 

vardera långsida där de två stegmotorerna träddes igenom och skruvades fast och ett hål på 

undersidan för stödhjulet gjordes. På stegmotorernas axel sattes hjulen fast med muttrar. 

Stödhjulet (Figur 20) träddes igenom från undersidan och sattes fast med hjälp av en bockad 

plåt. Två hål borrades även på framsidan av bilen där ultraljudets två sensorer sticker ut. 

Ultraljudsmodulen limmades därefter fast i chassit. Slutligen kläddes insidan av chassit med 

antistatisk och elektriskt isolerande plast. 

Figur 19 Robotens chassi

Figur 20 Stödhjulet 

Locket gjordes av en 1 mm tjock aluminiumplåt stor nog att den kan ligga på insidan av lådan 

och få stöd av vinklarna. I mitten av aluminiumbiten sågades ett rektangulärt hål för 

lysdioderna. Kanten på LED-displayen limmades fast på undersidan av locket. Sedan 

borrades hål för avstängningsknappen för larmet, vippströmsbrytaren till batteriet och 

blåtandsmodulen. 

Roboten får sin strömförsörjning från ett batteripack med 6 AA batterier som ger en spänning 

på 7,2 V. Till detta är en spänningsregulator inkopplad som sänker spänningen till 5 V för de 

logiska kretsarna. Stegmotorerna matas direkt med 7,2 V för att förhindra onödiga 

effektförluster i spänningsregulatorn. 

De färdiga kretskorten och modulerna kopplades samman och funktionstestades innan de 

monterades in i roboten (Figur 21). 

Figur 21 Samtliga komponenter i bilen

Basstationen 

Konstruktionen består av en böjd plexiglasskiva och två kretskort anslutna via en flatkabel. 

För att underlätta monteringen av pekskärmen (ståendes och så nära plexiglaset som möjligt), 

ansågs det bäst att flytta över övriga komponenter till ett annat kretskort som monterades 

liggandes nedanför. Då kretskorten var färdiga sågades en passande bit plexiglas ut. Ett större 

rektangulärt hål borrades ut och filades till för pekskärmen och åtta små hål borrades för 

distanserna som kretskorten fästes på. Sedan bockades plexiglaset med hjälp av en 

varmluftspistol och ett skruvstäd (Figur 22). Slutligen skruvades distanserna in och 

självhäftande gummifötter sattes fast på undersidan för att motverka att basstationen glider 

runt på underlaget. 

Figur 22 Basstationens plexiglas bockas

Färdig lösning 

När både roboten och basstationen var färdigbyggda testades den verkliga funktionaliteten. 

Räckvidden av den trådlösa kommunikationen var över förväntan och prototypen kommer 

utan problem att kunna i den miljö som den är avsedd för. 

Det autonoma driftläget fungerar enligt förväntan och roboten fastnar sällan i en normal miljö. 

Figur 23 Den färdiga prototypen

Erfarenheter/ Problem under gång 

Att jobba med ett större projekt i grupp innebär att det är viktigare att ha en planering med 

tydliga delmål för att alla i gruppen skall ligga i fas. Regelbundna avstämningar i gruppen 

möjliggör detta. 

I detta projekt har det även varit viktigt med en tydlig kravspecifikation med väl definierade 

gränssnitt modulerna emellan eftersom bygget av modulerna sker parallellt. 

Vad vi har lärt oss i gruppen är att man ska undvika att låsa in sig på ett problem alltför 

mycket, utan istället finna alternativa lösningar, men för den delen inte vara för snabb med att 

ge upp när något krånglar. 

Några av de sakerna som har krånglat under projektets gång är: 

Ultraljudsmodulen 

Vår första tanke var att använda den krets för avståndsmätning med ultraljud som byggts 

under en av de individuella delarna (se Bilaga J), men att modifiera denna så att den istället 

mätte avstånd med hjälp av ljudreflexer. Vi lyckades efter några dagars arbete få den att göra 

detta med acceptabel precision, men det visade sig att kretsen var alltför störningskänslig och 

att man därmed inte kunde vara säker på att den inte skulle orsaka problem när roboten senare 

byggdes ihop. 

För att undvika detta valdes istället en färdig modul, SRF04 från Devantech, för 

avståndsmätning då en sådan är mer robust. Att implementera denna modul i roboten 

orsakade inga problem, utan var gjort på ett fåtal arbetstimmar. 

Pekskärm 

Själva pekfunktionen hos pekskärmen tog lång tid att justera. Värdena från A/D- 

omvanldingen i x- och y-led stämde inte överens i proportion till skärmen. Ett annat problem 

var att omvandlingen skedde ständigt, även vid ingen beröring och gav till synes olika värden. 

Risken att värdena skulle ”pricka rätt” och motsvara en knapptryckning ansågs finnas. Ett sätt 

att lösa detta skulle vara att göra ett interrupt som registrerade en spänningsförändring på de 

analoga kanalerna, men en av interruptpinnarna var redan upptagen. Lösningen blev istället 

att skapa en array där värdena sparades i och om tre på varandra lika efterföljande värden, 

registrerades det som en beröring av pekskärmen.

Slutsatser och förslag till förbättringar 

Efter att ha färdigställt en första prototyp finns det lite olika saker som borde åtgärdas till en 

eventuell andra prototyp. 

Motorerna: De stegmotorerna som användes i fordonet är ganska svaga och vid lite större 

hinder som trösklar eller mattor kör fordonet lätt fast. Lite starkare stegmotorer skulle 

underlätta driften. 

Eventuellt kan stegmotorerna bytas ut mot en annan typ av motor eftersom stegmotorer, i 

förhållande till storlek och vikt, vanligtvis både är dyrare och svagare jämfört med exempelvis 

en likströmsmotor. Nackdelen med användandet av en likströmsmotor är att något typ av 

återkopplat system krävs för att veta hur mycket roboten har rört sig. 

H-bryggorna: Istället för den egna lösningen med två stycken dubbla H-bryggor för styrning 

av stegmotorerna skulle en redan färdig lösning kunna användas. Detta för att både spara tid 

och pinnar på mikrokontrollern. Eventuellt skulle det då räcka med endast en mikrokontroller 

i fordonet. Nackdelen är att dessa färdiga drivare vanligtvis är väldigt dyra. 

Stödhjulet: Stödhjulet som användes skramlar rätt högt i vissa lägen. Eftersom fordonet ska 

börja åka runt en stund innan larmet går borde detta åtgärdas med ett tystare stödhjul. 

Chassit: Då chassit består av tunn aluminiumplåt fortplantas stegmotorernas vibrationer i 

chassit och ger upphov till oljud. Detta skulle kunna lösas genom att montera stegmotorerna 

på vibrationsdämpare och att försöka få en stummare låda. 

I den nuvarande prototypen är inte korten fastspända på något bra sätt, utan är fasttejpade så 

att de inte kommer i kontakt med varandra. Även om fordonet fungerar måste detta självklart 

åtgärdas om den ska klara en längre tids bruk. 

LED-displayen: Lysdioderna bör möjligtvis kunna vara dimbara för att kunna justera 

ljusstyrkan så de syns i dagsljus men inte är för störande på natten. Om det hade önskats 

skulle displayen kunna göras större. Detta hade då krävt externa minneskretsar för att kunna 

ge mer ström och minska antalet inkopplade pinnar på mikrokontrollern. 

Automatiska driftläget: Eftersom fordonet endast, med hjälp utav ultraljudsmodulen, kan 

mäta hur nära något är precis framför fordonet är det svårt att avgöra om den ska svänga

vänster, höger eller backa. Om fler ultraljudsmoduler skulle monteras kring bilen skulle ett 

smartare och mer avancerat driftläge kunna skrivas. 

Moderkort: Eftersom det nästan aldrig går som man vill på första försöket när man designar 

nya kretsar, fattades beslutet att göra prototypen modulbaserad, dvs med separata kretskort för 

varje funktion. Detta eftersom felsökningen förenklas avsevärt om man vet att en modul redan 

fungerar. Tyvärr resulterar detta i att mycket kablar måste dras runt i fordonet. En lösning på 

detta är att när allting fungerar som det ska så tillverkas ett gemensamt moderkort för samtliga 

komponter som egentligen bör sitta ihop. 

Basstation: En möjlig förbättring vore att montera en batteribackup som skulle ta över 

strömförsörjningen vid ett eventuellt strömavbrott. En högljud högtalare i basstationen skulle 

effektivisera alarmet då roboten kan åka så långt bort att dess oljud inte hörs längre, i 

kombination med att om en ny prototyp skulle tas fram skulle den utformas på ett sådant sätt 

att robotens oljud från början minimerades. 

Även om det finns många möjliga förbättringar är många av dessa sådana som inte går att 

förutse innan en prototyp har tillverkats. Några av förslagen är även sådant som skulle kunna 

ha gjorts om mer tid hade funnits.

Referenser 

H-brygga, Allegro UDN2916B-T 

http://www.allegromicro.com/en/Products/Part_Numbers/2916/2916.pdf (2011-05-15) 

Blåtand, Parani ESD-210 

http://www.sena.com/download/manual/manual_parani_esd-v1.1.6.pdf (2011-05-15) 

Ultraljud, Devantech SRF04 

http://faculty.kfupm.edu.sa/COE/masud/RichText/R93-SRF04p%20UltraSonic.pdf (2011-05- 

15) 

Pekskärm, EA DOGM128S-6, EA TOUCH128-1, EA LED5x46-R 

http://www.lcd-module.com/eng/pdf/grafik/dogm128e.pdf (2011-05-15) 

UART-kommunikation 

http://www.md.kth.se/edu/mda/4F1822/utdelat/johansusart.c (2011-05-15)

Bilagor 

Bilaga A. Kravspecifikation 

Ett av de allmänna kraven för projektet är att samtliga specialiseringsområden inom 

projektgruppen ska implementeras i prototypen. Vilket innebär att följande moduler skall 

användas: 

Stegmotorer 

Pekskärm 

Ultraljud för bestämning av avstånd 

LED-matris 

Förutom dessa moduler är det fritt att implementera andra. 

Det som önskas av prototypen är att den skall: 

1. Ha en basstation där man kan ställa tid och larm. 

2. Ha ett självgående fordon med stoppknapp för larmet. 

3. Ha en larmsignal som är så pass hög att den kan väcka en sovande person. 

4. Automatisk kunna flytta fordonet slumpmässigt i rummet en tid innan larmet går. 

5. Ha en LED-display som visar aktuell tid på fordonet. 

6. Ha ett larmläge där fordonet försöker ”smita undan”. 

Prototypen skall gärna kunna: 

1. Styras manuellt från basstationen. 

2. Skriva personliga meddelanden på LED-displayen.

Bilaga B. Komponentlista och kostnadsredovisning 

Komponent Antal (st) Ca pris. (kr/st) 

Resistor 30 kΩ 3 0,25 


Resistor 0,82 Ω 4 5 




Kondensator 0,1 µF 4 2 

Kondensator 10 µF 2 5 


Kondensator 820 pF 4 2 

Kondensator 1 nF 4 2 


Spänningsregulator LM7805 1 10 

Tryckknapp 1 5 

LED 128 1 

ATMega16 2 40 

Motordrivare 2916 2 50 

MOSFET BUZ71 9 15 

Ultraljudsmodul 1 ???? 

Bluetooth, Parani ESD-210 2 500 

Stegmotor 2 500 (osäkert värde) 

Enkelsidigt kretskort ~3 50 

Aluminiumplåt ~0.25 m 2 

ATMega644p 1 75 

EA DOGM128S-6 1 200 

EA Touch128-1 1 130 

EA LED55x46-R 1 45 

Kondensator 1µF 10 2 

Resistor 51kΩ 3 0,25 

Klockkristall 32.768kHz 1 4 

Spänningsregulator LM2937E 1 20 

Plexiglasskiva 200x110x6mm 1 50 

100 (osäkert värde)

Bilaga C. Använda portpinnar hos AVR:en 

Anslutningar till LED-matrisens mikrokontroller 

Pinne Ansluten till 

(XCK/T0) PB0 Kolumn 16 i matrisen. 

(T1) PB1 Kolumn 15 i matrisen. 

(INT2/AIN0) 

PB2 

(OC0/AIN1) 

PB3 

Kolumn 14 i matrisen. 

Kolumn 13 i matrisen. 

(SS) PB4 Kolumn 12 i matrisen. 

(MOSI) PB5 Kolumn 11 i matrisen. 

(MISO) PB6 Kolumn 10 i matrisen. 

(SCK) PB7 Kolumn 9 i matrisen. 

RESET Programmering 

VCC Power in /Programmering 

GND Power in/ Programmering 

XTAL2 - 

XTAL1 - 

(RXD) PD0 Kommunikation ut 

(TXD) PD1 Kommunikation ut 

(INT0) PD2 Kommunikation ut 

(INT1) PD3 Kommunikation ut 

(OC1B) PD4 Kommunikation ut 

(OC1A) PD5 Kommunikation ut 

(ICP1) PD6 Kommunikation ut 

PD7 (OC2) Kommunikation ut 

PC0 (SCL) Kolumn 8 i matrisen. 

PC1 (SDA) Kolumn 7 i matrisen. 

PC2 (TCK) Kolumn 6 i matrisen. 

PC3 (TMS) Kolumn 5 i matrisen. 

PC4 (TDO) Kolumn 4 i matrisen. 

PC5 (TDI) Kolumn 3 i matrisen. 

PC6 (TOSC1) Kolumn 2 i matrisen. 

PC7 (TOSC2) Kolumn 1 i matrisen. 

AVCC Vcc 

GND GND 

AREF Vcc 

PA7 (ADC7) Rad 1 i matrisen. 


PA5 (ADC5) Rad 3 i matrisen.






Anslutningar till H-bryggornas mikrokontroller 


(XCK/T0) PB0 H-brygga 1 

(T1) PB1 H-brygga 1 

(INT2/AIN0) 

PB2 H-brygga 1 

(OC0/AIN1) H-brygga 1 

PB3 

(SS) PB4 H-brygga 1 

(MOSI) PB5 H-brygga 1/ 

Programmering 

(MISO) PB6 Programmering 

(SCK) PB7 Programmering 




XTAL2 - 

XTAL1 - 

(RXD) PD0 - 

(TXD) PD1 Ultraljud ut 

(INT0) PD2 Ultraljud in 

(INT1) PD3 Kommunikation, används 

ej 

(OC1B) PD4 Kommunikation 3-bitars 

(OC1A) PD5 Kommunikation 3-bitars 

(ICP1) PD6 Kommunikation 3-bitars 

PD7 (OC2) - 

PC0 (SCL) H-brygga 2 

PC1 (SDA) H-brygga 2 

PC2 (TCK) H-brygga 2 

PC3 (TMS) H-brygga 2 

PC4 (TDO) H-brygga 2 

PC5 (TDI) H-brygga 2

PC6 (TOSC1) - 

PC7 (TOSC2) - 

AVCC Vcc 

GND GND 

AREF Vcc 

PA7 (ADC7) Extra in/ut, används ej 








Anslutningar till basstationens mikrokontroller ATMega644p 


(XCK/T0) PB0 DOGM128, RST 

(T1) PB1 - 

(INT2/AIN0) 

PB2 

- 

(OC0/AIN1) 

PB3 DOGM128, A0 

(SS) PB4 DOGM128, CS1B 

(MOSI) PB5 DOGM128, SI 

(MISO) PB6 - 

(SCK) PB7 DOGM128, SCL 




XTAL2 - 

XTAL1 - 

(RXD) PD0 Bluetooth, RXD 

(TXD) PD1 Bluetooth, TXD 

(INT0) PD2 - 

(INT1) PD3 - 

(OC1B) PD4 - 

(OC1A) PD5 - 

(ICP1) PD6 -

PD7 (OC2) - 

PC0 (SCL) - 

PC1 (SDA) - 

PC2 (TCK) - 

PC3 (TMS) - 

PC4 (TDO) - 

PC5 (TDI) - 

PC6 (TOSC1) Klockkristall 32.768kHz 

PC7 (TOSC2) Klockkristall 32.768kHz 

AVCC VCC 

GND GND 

AREF VCC 

PA7 (ADC7) - 

PA6 (ADC6) - 

PA5 (ADC5) - 

PA4 (ADC4) - 

PA3 (ADC3) Touch128-1, Right 

PA2 (ADC2) Touch128-1, Top 

PA1 (ADC1) Touch128-1, Left 

PA0 (ADC0) Touch128-1, Bottom

Bilaga D. Blåtand- kommunikationsprotokoll 

Blåtand - kommunikationsprotokoll: 

första byte: 

254 - alla + 

andra byte: 

0 - sekunder är +1* 

1 - minuter är +1* 

2 - timmar är +1* 

3 - börja åka 

4 - sluta åka 

5 - larma 

6 - visa text +1* 

7 - visa sträng +2* 

8 - åk +3* 

9 - stäng av larm (åt andra håĺllet) 

tredje byte: 

1* siffra - data for info 

2* char - data for text +2* 

3* 0 - åk fram 

3* 1 - åk höger 

3* 2 - åk vänster 

3* 3 - åk bakĺt 

3* 4 - åk stop 

sista byte: 

253 - bryter sträng 

Kommandon 

void sendTime(char loc_timmar, char loc_minuter, char loc_sekunder){ 

bluetoothSend(254); 


bluetoothSend(loc_timmar); 

} 



bluetoothSend(loc_minuter); 



bluetoothSend(loc_sekunder); 

void sendStartMoving(){ 



} 

void sendStopMoving(){ 



} 

void sendAlarm(){

} 



void sendStopAlarm(){ 



} 

Bilaga E. Elektroniska ritningar - kretsschema/ layout 

Bilaga F. Mekaniska ritningar med måttsättning 

Bilaga G. Programlistningar 


Bilaga I. LED punktmatris 

Bilaga J. Ultraljudslinjal – Avståndsmätning med ultraljud 

Bilaga K. Stegmotorer – Funktion och tillämpning 

Bilaga L. Stegmotor – Ett fördjupningsarbete i mekatronik 

Bilaga M. LCD med touchpanel

Bilaga E. 

Elektroniska ritningar – kretsschema/layout

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

A A 

MISO 

SCK 

J1 

B B 

Reset 

HDR2X3 

VCC 

5V 

MOSI 

J3 

HDR1X6 

Control_Hbrige1 

U1 

1 

PB0 

2 

PB1 

3 

PB2 

4 

PB3 

C 5 

PB4 

C 

6 

PB5(MOSI) 

7 

PB6(MISO) 

8 

PB7(SCK) 

9 

Reset 

10 

VCC 

11 

GND 

12 

XTAL2 

13 

XTAL1 

14 

PD0(RXD) 

15 

D 

PD1(TXD) 

16 

D 

PD2(INT0) 

17 

PD3(INT1) 

18 

PD4(OC1B) 

19 

PD5(OC1A) 

20 

PD6(ICP1) PD7(OC2) 21 

PC0 22 

PC1 23 

PC2 24 

PC3 25 

PC4 26 

PC5 27 

PC6 28 

PC7 29 

AVCC 30 

GND2 31 

AREF 32 

PA7(ADC7) 33 

PA6(ADC6) 34 

PA5(ADC5) 35 

PA4(ADC4) 36 

PA3(ADC3) 37 

PA2(ADC2) 38 

PA1(ADC1) 39 

PA0(ADC0) 40 

MISO MOSI 

SCK 

Reset 

R1 

J4 

VCC 30kΩ 

VCC 

5V 

5V 

Ultra_out 

HDR2X8 HDR1X8 

Ultra_in 

VCC 

J7 

5V 

ATMega16 

E E 

F F 

J5 

HDR1X2 

Power_in 

HDR1X5 

C1 

47µF 

VCC 

5V 

J6 

HDR1X2 

Power_Hbridge 

4 

HDR1X6 

Control_Hbridge2 

5 

5 

J2 

6 

Ultra_out 

Ultra_in 

VCC 

HDR1X5 

Ultrasound 

5V 

J8 

6 

J9 

7 

7 

8 

Mikrokontroller till H-bryggorna 

8 

9 

9

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

4 

5 

5 

6 

6 

7 

7 

8 

8 

9 

9 

10 

10 

11 

11 

12 

12 

13 

13 

14 

14 

A A 

B B 

C C 

D D 

E E 

F F 

G G 

H H 

I I 

J J 

U1 

2916 

OUT_1A 

OUT_2A 

E_2 

Sense_2 

OUT_2B 

GND 

GND 

I_02 

I_12 

PHASE_2 

V_REF2 

RC_2 Vcc 

RC_1 

V_REF1 

PHASE_1 

I_11 

GND 

GND 

I_01 

OUT_1B 

SENSE_1 

E_1 

LOAD_SUPPLY 

R1 

0.82Ω 

C1 

1nF 

C3 

820pF 

R3 

56kΩ 

Mikrokontroller 

HDR1X8 

GND 

VCC 

5V 

V_Motor 

HDR1X2 

Motor 

HDR1X4 

R4 

1kΩ 

GND 

GND 

GND 

GND 

GND 

GND 

GND GND 

VCC 

5V 

VCC 

5V 

C5 

100µF 

C6 

820pF 

R7 

56kΩ 

R2 

1kΩ 

C2 

1nF 

R5 

0.82Ω 

U2 

2916 

OUT_1A 

OUT_2A 

E_2 

Sense_2 

OUT_2B 

GND 

GND 

I_02 

I_12 

PHASE_2 

V_REF2 

RC_2 Vcc 

RC_1 

V_REF1 

PHASE_1 

I_11 

GND 

GND 

I_01 

OUT_1B 

SENSE_1 

E_1 

LOAD_SUPPLY 

R6 

0.82Ω 

C4 

1nF 

C7 

820pF 

R8 

56kΩ 

Mikrokontroller2 

HDR1X8 

GND 

GND 

GND 

GND 

GND 

GND 

GND GND 

VCC 

5V 

VCC 

5V 

VCC 

5V 

Motor2 

HDR1X4 

R9 

1kΩ 

C9 

820pF 

R10 

56kΩ 

R11 

1kΩ 

C10 

1nF 

R12 

0.82Ω 

GND 

Dubbla H-bryggor

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

A A 

B B 

C C 

J3 

HDR1X2 

D D 

5V 

J1 

HDR1X4 

COMMON 

VOLTAGE 

LINE VREG 

VCC U1 

LM2937ES-3.3 

3.3V 

VDD 

3.3V 

VDD 

E E 

F F 

G G 

4 

J2 

HDR1X4 

J4 

TXD 

HDR1X3 

5 

RXD 

TXD 

5 

R1 

68kΩ 

R2 

115kΩ 

6 

6 

RXD 

7 

Adapterkort bluetooth 

7 

8 

8

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

A A 

B B 

C C 

D D 

VCC 

5V 

E E 

30kΩ 

R2 

R1 

31kΩ 

J3 

HDR1X3 

Uart 

VCC 

5V 

Q1 

BUZ71 

HDR1X2 

Knapp 

J4 

F F 

G G 

4 

J5 

HDR1X2 

VTG-out 

VCC 

5V 

5 

J1 

HDR2X5 

5 

J2 

6 

6 

HDR1X5 

Kommunikation 

7 

Adapterkort till LED-kontroller 

7 

8 

8

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

A A 

B B 

Touch 

Kopplingsschema 

basstation krets 1 

C C 

D D 

GND 

VCC 

51Ω 

4 

1 

2 

3 

E E 

F F 

1µF 

40 

39 

38 

37 

36 

35 

34 

33 

32 

31 

30 

29 

28 

27 

26 

25 

24 

23 

22 

5 

5 

18 

19 

20 21 

6 

6 

DOGM128S 

7 

7 

8 

8 

9 

9

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

4 

5 

5 

6 

6 

7 

7 

8 

8 

9 

9 

A A 

B B 

C C 

D D 

E E 

F F 

LM2937ES 

LINE 

VREG 

COMMON 

VOLTAGE 

VCC 

1µF 

10µF 

644p 

PB0 

PB1 

PB2 

PB3 

PB4 

PB5 

PB6 

PB7 

RES 

VCC 

GND. 

XTAL2 

XTAL1 

PD0 

PD1 

PD2 

PD3 

PD4 

PD5 

PD6 PD7 

PC0 

PC1 

PC2 

PC3 

PC4 

PC5 

PC6 

PC7 

AVCC 

GND 

AREF 

PA7 

PA6 

PA5 

PA4 

PA3 

PA2 

PA1 

PA0 

ISP6PIN 

MISO 

SCK 

~RES 

MOSI 

VCC 

12V 

GND 

GND 

GND 

GND 

GND 

10kΩ 

VCC 

~RES 

Bluetooth 

GND 

VCC 


basstation krets 2

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

4 

5 

5 

6 

6 

7 

A A 

B B 

C C 

J4 

D D 

HDR2X5 

J1 

HDR2X5 

E E 

F F 

G G 

H H 

I I 

J J 

7 

8 

8 

9 

9 

10 

10 

11 

J3 

HDR2X5 

LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8 LED9 LED10 LED11 LED12 LED13 LED14 LED15 LED16 








11 

12 

12 

13 

LED matris 

13 

14 

14

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

A A 

B B 

C1 

0.1µF 

J2 

HDR1X2 

VCC 

GND 

5V 

Q1 

BUZ71 

R1 

130Ω 

R2 

R3 130Ω 

C C 

1 

2 PB0 

3 PB1 

4 PB2 

5 PB3 

6 PB4 

7 PB5 

8 PB6 

9 PB7 

D 10 RESET 

D 

11 VCC 

12 DGND 

13 XTAL2 

14 XTAL1 

15 PD0 

16 PD1 

17 PD2 

18 PD3 

19 PD4 

20 PD5 

E PD6 PD7 E 

21 PC0 22 PC1 23 PC2 24 PC3 25 PC4 26 PC5 27 PC6 28 PC7 29 AVCC 30 GND 31 AREF 32 PA7 33 PA6 34 PA5 35 PA4 36 PA3 37 PA2 38 PA1 39 PA0 40 

130Ω R4 

130Ω 

R12 

130Ω 

R5 

130Ω 

130Ω 

R6 

R13 

130Ω 

R7 

130Ω 

130Ω 

R8 

R14 

J1 

J3 

MOSI 

MISO 

HDR2X5 

R15 130Ω 

RESET 

SCK 

HDR2X5 

R17 

10kΩ 

Q2 

BUZ71 

130Ω 

Q3 

BUZ71 

F F 

4 

J6 

HDR2X5 

U1 

5 

J4 

HDR2X5 

Q4 

BUZ71 

ATMega16 

5 

Q5 

BUZ71 

R9 

6 

Q6 

BUZ71 

130Ω R10 

R11 

6 

130Ω 

130Ω R16 

MISO 

SCK 

RESET 

130Ω 

J5 

HDR2X3 

Q7 

BUZ71 

7 

VCC 

7 

Q8 

BUZ71 

5V 

MOSI 

GND 

8 

Styrkort för LED-displayen 

8 

9 

9

Bilaga F. 

Mekaniska ritningar med måttsättning 

Figur 1 Bild på chassits design

110,4 

163,5 

110,4 

15 

O 4 

146,3 

O 28 

15 O 5 

15 

O 4 

15 

A 

O 3 

O 5 

110,4 237 110,4 

O 3 

O 3 

94 

78,5 

O 3 

63 

78,5 

94 

63 

Skapad av 

mazda 

10,5 

72,5 

O 16 

72,5 

88 

Godkänd av Material 

Skala 

Ersätter Ersatt av 

MF1046 

88 

103,5 

81,5 

103,5 

Aluminum, 1060 

Chassi 

Toleranser där ej annat anges : ISO2768-m 

1,5 

1 

2,3 

1 

2,3 

DETAIL A 

Datum 

Ritningsnr 

2011-05-05

45 

1,5 

15 

O 4 

10 

Skapad av 

mazda 

92 

Godkänd av Material 

Skala 

Ersätter Ersatt av 

MF1046 

Aluminum, 1060 

Vinkel 

Datum 

Ritningsnr 

2011-05-05

Bluetooth.h – LEDkontrollern 

#ifndef Oo_BLUETOOTH_oO 

#define Oo_BLUETOOTH_oO 

void usart_init(unsigned int ubrr); 

void usart_send(char * msg); 

void USART_Transmit(unsigned char data); 

void sendAlarm(); 

void BluetoothInit(); 

#endif

Bluetooth.c – LEDkontrollern 

// Grundkod av Johan Egneblad 

// 2010-03-02 

#define F_CPU 8000000 // Define the processor clock frequency 

#define BAUD 9138 // No crystal is used FCPU is approximate. The baud rate 

(bits per second) of the communication 

#define BAUD_REG F_CPU/16/BAUD-1 // The settings for the usart register 

#define BUFFER_SIZE 32 // Maximum message length 

#include "reciever.h" 

#include 

#include 

#include 

// Global variables for RX buffering 

volatile char rx_buffer[BUFFER_SIZE]; // A text buffer for incoming text 

volatile unsigned char rx_recieved_bytes; // A byte counter for the incomming 

text 

volatile unsigned char rx_eol; // An "end of line" indicator that is set to 

one ones a full line is read 

// Interrupt vector for USART Recieve Complete 

ISR(USART_RXC_vect) { 

unsigned char data; 

// Read the USART buffer 

data = UDR; 

// Check if the old msg has been read (rx_eol should be cleared) 

/*if (rx_eol == 0) { 

rx_buffer[rx_recieved_bytes] = data; 

rx_recieved_bytes++; 

// If there is a line break or null character 

if (data==0x0d || data==0x0a || data==0x00 || rx_recieved_bytes >= 

(BUFFER_SIZE-1)) { 

rx_eol = 1; // Tell the end of line is reached 

rx_buffer[rx_recieved_bytes] = 0; // Terminate the string 

correctly 

rx_recieved_bytes = 0; // Clear the received bytes counter 

} 

}*/ 

dataRecieved((unsigned char)data); 

} 

// Initialization function for usart 

// inputs: 

// ubrr - (unsigned int) the future contents of the UBRR register 

void usart_init(unsigned int ubrr) { 

// Set the communication speed register UBRR 

UBRRH = (unsigned char)(ubrr>>8); // the most significant byte 

UBRRL = (unsigned char)ubrr; // the least significant byte 

// Clear the usart status register

UCSRA = 0x00; 

// Enable the Reciveing, Transmitting and Recieve completion interrupt 

UCSRB = (1

Initialize USART 

usart_init(BAUD_REG); 

_delay_ms(10000); 

//usart_send("AT+BTSCAN"); 

//usart_send("+++"); 

_delay_ms(50); 

//USART_Transmit(0x0D); //enter 

// USART_Transmit(0x0A); 

// usart_send("ATH"); 

// _delay_ms(50); 

// USART_Transmit(0x0D); //enter 

// USART_Transmit(0x0A); 


usart_send("ATD0001950C0812"); // 


USART_Transmit(0x0D); //enter 

USART_Transmit(0x0A); 

DDRD=0xf8; 

// Start recieving 

rx_eol = 0; 

}

LED_KLOCKA_ATMEGA16.h– LEDkontrollern 

#ifndef M_LED 

#define M_LED 

/////////////////////// FUNKTIONER 

//////////////////////////////////////////////////// 

void text(); 

void tid(); 

void setHours(unsigned char data); 

void setMinutes(unsigned char data); 

#endif

LED_KLOCKA_ATMEGA16.c– LEDkontrollern 

//#include "LED_ATMEGA16.h" 

#include "LED_KLOCKA_ATMEGA16.h" 

#include "LED_Variables.h" 

#include "bluetooth.h" 

#include 

#include 

#include 

#include 


/////////////////////////////////////////////// INTERRUPT 

////////////////////////////////// 

// Varje sekund ska man gå in i denna interrupt-vektor 

ISR(TIMER1_COMPA_vect){ 

// Klocka - ska alltid ticka upp så den visar rätt när man går tillbaka 

till klockan 

//if(mode==1){ 

// m = (m+1)%60; 

// if(!m) 

// h = (h+1)%24; 

//} 

} 

// Rulla text if(mode== 2){ 

z++; 

if(z==8){ 

// Byt bokstav: t1=t2 och t2=nästa bokstav 

z=0; 

bokstav++; // Bestämmer den bokstav som ska plockas ur ord 

if (bokstav==( strlen(ord)-1)) 

// Antal bokstäver i ord 

bokstav=1; // Börjar om från början av strängen igen. 

bokstav2++; 

if(bokstav2==( strlen(ord)-2)) 

bokstav2=0; 

} 

} 

//Timer interrupt for time keeping 

ISR(TIMER2_COMP_vect){ 

timekeeping_counter++; 

if(timekeeping_counter>=31){ 

timekeeping_counter-=31; 

s = ( s+10)%60; 

//USE s+1 FOR FINAL VERSION, THIS IS 10x TO FAST 

if(!s){ 

m = (m+1)%60; 

if(!m) 

h = (h+1)%24;

} 

} 

} 

//////////////////////////////// PROGRAM 

//////////////////////////////////////////////// 

void text(void){ 

// 16-bit timer 

SREG = 0x80; // Enable global interrupt, alt sei() 

TIMSK |= ( 1

} 

} 

} 

void tid(void){ 

// 16-bit timer 

// SREG = 0x80; // Enable global interrupt, alt sei() 

// TIMSK |= (1

if(precis innan ringning) 

skicka sígnal att bilen ska flytta på sig; 

//if(ringning) // Rulla text*/ 

//if((h==12 && m==59) || (h==15 && m==4)) // Ex. Hämta h och m från 

basstation. 

if(command==2) 

// Initiera rulla text 

mode=2; 

//if(PIND == trycks ner) // tills man trycker på knapp. 

// mode=1; 

//if((h==14 && m==20) || (h==17 && m==40)){ 

//if( (PIND & & 0x0 4) = = 0){ 

if(!(PIND & (1

} 

} 

tid(); 

if(mode==2) 

text(); 

//////////////////////////////////// Timer set functions 

///////////////////////////' 

void setHours(unsigned char data){ 

h = data; 

} 

void setMinutes(unsigned char data){ 

m = data; 

}

LEDvariables.h – LEDkontrollern 

#ifndef V_LED 

#define V_LED 

#define antal_kolumner 8 // Antal kolumner i den fysiska matrisen 

unsigned char mode=1; 

volatile unsigned char letters[][8] = { 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // mellanslag 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFD, 0x00, 0x00}, // ! 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x00, 0x08, 0x00}, // " // 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0xFF, 0x24, 0xFF, 0x24}, // # 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x12, 0x2A, 0x7F, 0x2A, 0x24}, // $ 

{0x01, 0x02, 0x24, 0x08, 0x10, 0x24, 0x40, 0x80}, // % 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x76, 0x89, 0x95, 0x62, 0x05}, // & 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xC0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // ' 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3C, 0x42, 0x81, 0x00}, // ( 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x81, 0x42, 0x3C, 0x00}, // ) 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x50, 0xE0, 0x50, 0x00, 0x00}, // * 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x08, 0x3E, 0x08, 0x08}, // "+" 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x40, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00}, // ´ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08}, // - 

{0x00, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // . 

{0x00, 0x00, 0x01, 0x04, 0x10, 0x40, 0x00, 0x00}, // / 

{0x00, 0x07, 0x05, 0x05, 0x05, 0x05, 0x07, 0x00}, // 0_ 

{0x00, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x00}, // 1_ 

{0x00, 0x07, 0x04, 0x07, 0x01, 0x01, 0x07, 0x00}, // 2_ 

{0x00, 0x07, 0x01, 0x07, 0x01, 0x01, 0x07, 0x00}, // 3_ 

{0x00, 0x01, 0x01, 0x07, 0x05, 0x05, 0x05, 0x00}, // 4_ 

{0x00, 0x07, 0x01, 0x07, 0x04, 0x04, 0x07, 0x00}, // 5_ 

{0x00, 0x07, 0x05, 0x07, 0x04, 0x04, 0x07, 0x00}, // 6_ 

{0x00, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x07, 0x00}, // 7_ 

{0x00, 0x07, 0x05, 0x07, 0x05, 0x05, 0x07, 0x00}, // 8_ 

{0x00, 0x01, 0x01, 0x07, 0x05, 0x05, 0x07, 0x00}, // 9_ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // : 

{0x00, 0x00, 0x02, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // ; 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x28, 0x44, 0x00, 0x00}, // < 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14}, // = 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x44, 0x28, 0x10, 0x00, 0x00}, // > 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x60, 0x80, 0x8D, 0x90, 0x60}, // ? 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x66, 0x89, 0x8F, 0x81, 0x7E}, // @ 

{0x11, 0x11, 0x11, 0x1F, 0x11, 0x11, 0x11, 0x0E}, // A_ 

{0x0F, 0x11, 0x11, 0x0F, 0x11, 0x11, 0x11, 0x0F}, // B 

{0x0E, 0x11, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x11, 0x0E}, // C 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x81, 0x81, 0x42, 0x3C}, // D 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x91, 0x91, 0x91, 0x81}, // E 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x90, 0x90, 0x90, 0x80}, // F 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x7E, 0x81, 0x89, 0x89, 0x4E}, // G 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x10, 0x10, 0x10, 0xFF}, // H 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x81, 0x81, 0xFF, 0x81, 0x81}, // I 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x06, 0x01, 0x01, 0x01, 0xFE}, // J 

{0x11, 0x12, 0x14, 0x18, 0x18, 0x14, 0x12, 0x11}, // K_ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01}, // L 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x40, 0x30, 0x40, 0xFF}, // M 

{0x11, 0x11, 0x11, 0x13, 0x15, 0x19, 0x11, 0x11}, // N_

{0x00, 0x00, 0x00, 0x7E, 0x81, 0x81, 0x81, 0x7E}, // O 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x88, 0x88, 0x88, 0x70}, // P 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x7E, 0x81, 0x85, 0x82, 0x7D}, // Q 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x88, 0x8C, 0x8A, 0x71}, // R 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x61, 0x91, 0x91, 0x91, 0x8E}, // S 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x80, 0xFF, 0x80, 0x80}, // T 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFE, 0x01, 0x01, 0x01, 0xFE}, // U 

{0x04, 0x0A, 0x11, 0x11, 0x11, 0x11, 0x11, 0x11}, // V_ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x02, 0x0C, 0x02, 0xFF}, // W 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xC3, 0x24, 0x18, 0x24, 0xC3}, // X 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xE0, 0x10, 0x0F, 0x10, 0xE0}, // Y 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x83, 0x85, 0x99, 0xA1, 0xC1}, // Z 

/*{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x81, 0x00, 0x00, 0x00}, // [ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x20, 0x08, 0x02, 0x00}, // 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x81, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00}, // ] 

{0x00, 0x00, 0x20, 0x40, 0x80, 0x40, 0x20, 0x00}, // ^ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x00}, // _ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x40, 0x00, 0x00, 0x00}, // ` 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x06, 0x29, 0x29, 0x29, 0x1F}, // a 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x09, 0x11, 0x11, 0x0E}, // b 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x1E, 0x21, 0x21, 0x21, 0x12}, // c 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x0E, 0x11, 0x11, 0x09, 0xFF}, // d 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x0E, 0x15, 0x15, 0x15, 0x0C}, // e 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x7F, 0x88, 0x80, 0x40}, // f 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x30, 0x49, 0x49, 0x49, 0x7E}, // g 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x08, 0x10, 0x10, 0x0F}, // h 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x5F, 0x00, 0x00}, // i 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x02, 0x01, 0x21, 0xBE, 0x00}, // j 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x04, 0x0A, 0x11, 0x00}, // k 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x81, 0xFF, 0x01, 0x00}, // l 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x20, 0x18, 0x20, 0x1F}, // m 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x10, 0x20, 0x20, 0x1F}, // n 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x0E, 0x11, 0x11, 0x11, 0x0E}, // o 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x24, 0x24, 0x24, 0x18}, // p 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x28, 0x28, 0x18, 0x3F}, // q 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x1F, 0x08, 0x10, 0x10, 0x08}, // r 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x09, 0x15, 0x15, 0x15, 0x02}, // s 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x20, 0xFE, 0x21, 0x01, 0x02}, // t 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x1E, 0x01, 0x01, 0x02, 0x1F}, // u 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x02, 0x01, 0x02, 0x1C}, // v 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x1E, 0x01, 0x0E, 0x01, 0x1E}, // w 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x11, 0x0A, 0x04, 0x0A, 0x11}, // x 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x39, 0x05, 0x05, 0x3E}, // y 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x11, 0x13, 0x15, 0x19, 0x11}, // z 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0xFF, 0x81, 0x00, 0x00}, // { 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // | 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x81, 0xEF, 0x10, 0x00, 0x00}, // } 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x10, 0x08, 0x10, 0x00}, // ~ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x10, 0x54, 0x38, 0x10}, // R arrow 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x1C, 0x2A, 0x08, 0x08}, // L arrow*/ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x44, 0xC4, 0x44, 0x3F}, // Å 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0xC4, 0x44, 0xC4, 0x3F}, // Ä 

{0x00, 0x00, 0x1C, 0xA2, 0x41, 0x41, 0xA2, 0x1C}, // Ö 

};

Rulla text 

/////////////////////////////////////////// 

unsigned char z=0; // Används vid skiftning av bokstäverna. 

// PORTB 

unsigned char bokstav = 1; // 

unsigned char ascii; // Ascii för nuvarande bokstav 

unsigned char nasta; // Ascii för nästa bokstav 

unsigned char b1; // Nuvarande bokstavs kod 

unsigned char n1; // Nästa bokstavs kod 

// PORTC 

unsigned char ascii2; 

unsigned char nasta2; 

unsigned char b2; 

unsigned char n2; 

unsigned char bokstav2 = 0; // För matris nummer 2 (PORTB). Börjar en bokstav 

bakom. 

// Skriv ord 

char ord[] = " VAKNA "; // char ord[] = " HEJ " alt. char ord[] = {32, 72, 

69, 74, 32, 0}; 

////////////////////////////////////////////// KLOCKA 

/////////////////////////////////////// 

// Ascii för siffran 

unsigned char tim1; 

unsigned char tim2; 

unsigned char min1; 

unsigned char min2; 

// Definition för varje kolumn för siffran från rätt rad i letters-matrisen 

unsigned char h1; 

unsigned char h2; 

unsigned char m1; 

unsigned char m2; 

// Ange start-tid 

unsigned char h = 12; 

unsigned char m = 51; 

unsigned char s = 0; 

//Counter for the timekeeping 

unsigned char timekeeping_counter=0; 

// Plocka ascii för siffra 

char siffra[] = "0123456789"; // char ord[] = " HEJ " alt. char ord[] = {32, 

72, 69, 74, 32, 0}; 

#endif

eciever.h – LEDkontrollern 

#ifndef Oo_RECIEVER_oO 

#define Oo_RECEIVER_oO 

void dataRecieved(unsigned char data); 

void sendStopAlarm(); 

int command; 

#endif

eciever.c – LEDkontrollern 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include "LED_KLOCKA_ATMEGA16.h" 


#define RECIEVER_WAITING_START 255 

#define RECIEVER_WAITING_DATATYPE 254 

#define RECIEVER_WAITING_SEC 0 

#define RECIEVER_WAITING_MIN 1 

#define RECIEVER_WAITING_HOUR 2 

#define RECIEVER_WAITING_MOVE 3 

#define PROTOCOL_START 254 

#define PROTOCOL_SEC 0 

#define PROTOCOL_MIN 1 

#define PROTOCOL_HOUR 2 

#define PROTOCOL_MOVEAROUND 3 

#define PROTOCOL_STOPMOVE 4 

#define PROTOCOL_ALARM 5 

#define PROTOCOL_MOVE 8 

#define MOVE_FORWARD 0 

#define MOVE_RIGHT 1 

#define MOVE_LEFT 2 

#define MOVE_BACK 3 

#define MOVE_STOP 4 

static unsigned char reciever_state=255; 

static unsigned char seconds=0; 

static unsigned char minutes=0; 

static unsigned char hours=0; 

void dataReciev ed(unsigned 

char data){ 

if (data == PROTOCOL_START) { 

reciever_state = RECIEVER_WAITING_DATATYPE; 

} else { 

switch (reciever_state) { 

case RECIEVER_WAITING_DATATYPE: 

switch ( data) 

{ 

case PROTOCOL_SEC: 

reciever_state = RECIEVER_WAITING_SEC; 

break; 

case PROTOCOL_MIN: 

reciever_state = RECIEVER_WAITING_MIN; 

break; 

case PROTOCOL_HOUR: 

reciever_state = RECIEVER_WAITING_HOUR; 

break; 

case PROTOCOL_MOVEAROUND: 

command = 1; 

reciever_state = RECIEVER_WAITING_START; 

break; 

case PROTOCOL_STOPMOVE:

} 

} 

} 

command = 7; 

// DO SOMETHING, STOP! 


break; 

case PROTOCOL_ALARM: 

command = 2; 

// DO SOMETHING, WAKE UP! 


break; 

case PROTOCOL_MOVE: 

reciever_state = RECIEVER_WAITING_MOVE; 

default: 

break; 

} 

break; 

case RECIEVER_WAITING_SEC: 

seconds = (unsigned char)data; 


break; 

case RECIEVER_WAITING_MIN: 

minutes = (unsigned char)data; 

setMinutes(minutes); 


break; 

case RECIEVER_WAITING_HOUR: 

hours = (unsigned char)data; 

setHours(hours); 


break; 

case RECIEVER_WAITING_MOVE: 

switch (data){ 

case MOVE_FORWARD: 

command = 3; 

break; 

case MOVE_RIGHT: 

command = 6; 

break; 

case MOVE_LEFT: 

command = 5; 

break; 

case MOVE_BACK: 

command = 4; 

break; 

case MOVE_STOP: 

command = 7; 

break; 

default: 

break; 

} 


default: 

break;

Stegmotorer.c – Rörelsekontrollern 

#include 

#include 

#include 

#include 

int Allstep[2][8] = {{0x0F, 0x2D, 0x31, 0x25,0x06, 0x24,0x38, 0x2C},\ 

{0x0F, 0x0F, 0x31, 0x31,0x06,0x06,0x38, 0x38}}; // Hel och halvsteg 

fördefinierade i en matris. 

unsigned int step0 = 0; 

unsigned int motsatt0 =0; 

unsigned int step2 = 0; 

unsigned int motsatt2 =0; 

int motorDriv(int ut, double steg, int hastighet);//Ställer in hur fort och 

långt motorerna ska vrida sig. 

int kommando(void); //3-bitars kommunikation om vad roboten ska göra. 

int ultraTime = 0; 

char ultraMode = 0; 

char ultraStart(); 

unsigned char ultraRead(); 

void ultraTimerReset(); 

char ultraRand(char max); 

int Run_automatic(void); 

void Run_alarm(void); 

#define ULTRA_SIGNAL 1 

#define ULTRA_RUNNING 2 

#define ULTRA_WAITING 3 

#define ULTRA_WAITRETURN 4 

#define ULTRA_READY 0 

ISR(SIG_OUTPUT_COMPARE0){ 

if (motsatt0 == 0){ 

PORTB=Allstep[0][step0]; 

}else{ 

PORTB=Allstep[0][7-step0]; 

} 

step0++; 

if (step0==8) 

step0=0; 

} 

ISR(SIG_OUTPUT_COMPARE2){ 

if (motsatt2 == 0){ 

PORTC=Allstep[0][step2]; 

}else{ 

PORTC=Allstep[0][7-step2]; 

} 

step2++;

} 

if (step2==8) 

step2=0; 

//wake up 

ISR(SIG_INTERRUPT1){ //interrupt. 

//cli(); 

//sleep_disable(); 

} 

/* START OF ULTRASOUD */ 

ISR(INT0_vect){ 

if( PIND&0x04 ){ 

if( ultraMode==ULTRA_WAITRETURN ){ //if PINB 2 (INT0) = 1 

ultraTimerReset(); 

ultraMode = ULTRA_RUNNING; 

} 

} 

else{ 

ultraTime = TCNT1; 

ultraMode = ULTRA_WAITING; 


} 

} 


if(ultraMode == ULTRA_SIGNAL){ 

PORTD&=~0x02; 

ultraMode = ULTRA_WAITRETURN; 


} 

} 

ISR(TIMER1_COMPB_vect){ 

if(ultraMode == ULTRA_WAITING){ 

ultraMode = ULTRA_READY; 

ultraStart(); 

} 

} 

ISR(TIMER1_OVF_vect){ 

ultraMode = ULTRA_READY; 

} 

char ultraStart(){ 

if(ultraMode == ULTRA_READY){ 

PORTD|=0x02; 


ultraMode = ULTRA_SIGNAL; 

return 0; 

} 

return 1; 

} 

unsigned char ultraRead(){ 

//PORT A = (ultraTime/ 1024); 

return (unsigned char)(ultraTime/1024); 

}

void ultraTimerReset(){ 

TCNT1H=0; 

TCNT1L=0; 

} 

char ultraRand(char ma x){ 

return ultraTime%max; 

} 

/* END OF ULTRASOUD */ 

int main(void){ 

DDRB=0xFF; 

DDRD=0b10000011; //All output but port 2 and 3 

DDRA=0xFF; 

DDRC=0xFF; 

TCCR0=0x0D; //Konfigurerar timern; CTC-mode, inget händer vid 

match och 256 prescaler 

TCCR2=0x0F; //Konfigurerar timer2; CTC-mode, inget händer vid 

match och 256 prescaler 

TIMSK|=0x00; 

/* START OF ULTRASOUD */ 

// Set up timer1 for time measurement 

TCCR1A = 0x00; //00000000; No output ports, no force output compare, 

TCCR1B = 0x02; //00000010; No noise canselation, trigger on positive 

edge, normal mode, clk/8 

TIMSK |= 0x1C; //xxx111xx; Output compare A and B, and overflow enable 

//Set up timer 1 compare vectors 

OCR1AH = 0; //For 20 micro s delay, for output pulse 

OCR1AL = 20; 

OCR1BH = 0x27; //For 10 ms delay after return 

OCR1BL = 0x10; 

MCUCR |= 0x0 1; 

GICR |= 0x40; 

/* END OF ULTRASOUD */ 

sei(); //Global enable 

while(1){ 

kommando(); 

} 

} 

int kommando(void){ 

int signal = PIND&0x70; 

signal= signal / 16; 

if (signal == 1){ //Smyg omkring 

Run_automatic(); 

} else if (signal == 2){ //Alarm

Run_alarm(); 

}else if (signal == 3){ //åk fram 

motorDriv(1, 10, 25); 

}else if (signal == 4){ //bak 


}else if (signal == 5){ //vänster 


}else if (signal == 6){ //höger 


}else{ //Stå stilla 

TIMSK&=~0xC2; 

PORTB=0x7F; 

PORTC=0x7F; 

} 

} 

int Run_automatic(void){ 

int ut=0; 

ultraStart(); 

unsigned char ultra = ultraRead(); 

int hastighet = 25; 

double steg; 

double varv; 

if (ultra==0){ 

ut=2; //kommando för att köra bakåt 

steg=100; //Överlappning 100 steg 

} 

else if(ultra==1){ //Svänga 

varv=0.4; //Vinkel bestäms av hjulen 

steg=varv*80/1*5; //Gör som så att motorn stegar den 

önskade vinkeln. 

if (ultraRand(2)==0){ //slump 

//if (1==0){ 

ut=3; //Höger 

}else{ 

ut=4; //Vänster 

} 

} 

else{ 

ut=1; //kommando för att köra 

framåt 

steg = 100; //Överlappning 100 steg 

} 

} 

motorDriv(ut, steg, hastighet); 

return (1); 

void Run_alarm(void){ 

ultraStart(); 

unsigned char ultra = ultraRead(); 

int hastighet = 7; 

int steg = 10; 

int ut=3; //Svänger hela tiden höger 

if (ultra

akåt 

} 

} 

ut=2; //kommando för att köra 

hastighet=8; 

steg=800; 

motorDriv(ut, steg, hastighet); 

int motorDriv(int ut, double steg, int hastighet){ 

} 

int stepMade = 0; 

int stepBefore = -1; 

OCR0=hastighet; //Flagga för timer0 

OCR2=hastighet; //Flagga för timer2 

if (ut == 1){ //Frammåt 

motsatt0 = 0; 

motsatt2 = 0; 

}else if (ut == 2){ //Bakåt 

motsatt0 = 1; 

motsatt2 = 1; 

}else if (ut == 3){ //Vänster 

motsatt0 = 0; 

motsatt2 = 1; 

}else if (ut == 4){ //Höger 

motsatt0 = 1; 

motsatt2 = 0; 

} 

TIMSK&=~0xC2; 

TIMSK|=0xC2; 

while(stepMade

luetooth.h Baskontrollern 

#ifndef Oo_BLUETOOTH_oO 

#define Oo_BLUETOOTH_oO 

void usart_init(unsigned int ubrr); 

void usart_send(char * msg); 


void BluetoothInit(); 

#endif

LCD_Font.h – baskontrollern 

const char ASCII5_7[] = //prog_uint8_t 

{ 

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,// (space) 

0x00, 0x00, 0x5F, 0x00, 0x00,// ! 

0x00, 0x07, 0x00, 0x07, 0x00,// " 

0x14, 0x7F, 0x14, 0x7F, 0x14,// # 

0x24, 0x2A, 0x7F, 0x2A, 0x12,// $ 

0x23, 0x13, 0x08, 0x64, 0x62,// % 

0x36, 0x49, 0x55, 0x22, 0x50,// & 

0x00, 0x05, 0x03, 0x00, 0x00,// ' 

0x00, 0x1C, 0x22, 0x41, 0x00,// ( 

0x00, 0x41, 0x22, 0x1C, 0x00,// ) 

0x08, 0x2A, 0x1C, 0x2A, 0x08,// * 

0x08, 0x08, 0x3E, 0x08, 0x08,// + 

0x00, 0x50, 0x30, 0x00, 0x00,// , 

0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08,// - 

0x00, 0x60, 0x60, 0x00, 0x00,// . 

0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02,// / 

0x3E, 0x51, 0x49, 0x45, 0x3E,// 0 

0x00, 0x42, 0x7F, 0x40, 0x00,// 1 

0x42, 0x61, 0x51, 0x49, 0x46,// 2 

0x21, 0x41, 0x45, 0x4B, 0x31,// 3 

0x18, 0x14, 0x12, 0x7F, 0x10,// 4 

0x27, 0x45, 0x45, 0x45, 0x39,// 5 

0x3C, 0x4A, 0x49, 0x49, 0x30,// 6 

0x01, 0x71, 0x09, 0x05, 0x03,// 7 

0x36, 0x49, 0x49, 0x49, 0x36,// 8 

0x06, 0x49, 0x49, 0x29, 0x1E,// 9 

0x00, 0x36, 0x36, 0x00, 0x00,// : 

0x00, 0x56, 0x36, 0x00, 0x00,// ; 

0x00, 0x08, 0x14, 0x22, 0x41,// < 

0x14, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14,// = 

0x41, 0x22, 0x14, 0x08, 0x00,// > 

0x02, 0x01, 0x51, 0x09, 0x06,// ? 

0x32, 0x49, 0x79, 0x41, 0x3E,// @ 

0x7E, 0x11, 0x11, 0x11, 0x7E,// A 

0x7F, 0x49, 0x49, 0x49, 0x36,// B 

0x3E, 0x41, 0x41, 0x41, 0x22,// C 

0x7F, 0x41, 0x41, 0x22, 0x1C,// D 

0x7F, 0x49, 0x49, 0x49, 0x41,// E 

0x7F, 0x09, 0x09, 0x01, 0x01,// F 

0x3E, 0x41, 0x41, 0x51, 0x32,// G 

0x7F, 0x08, 0x08, 0x08, 0x7F,// H 

0x00, 0x41, 0x7F, 0x41, 0x00,// I 

0x20, 0x40, 0x41, 0x3F, 0x01,// J 

0x7F, 0x08, 0x14, 0x22, 0x41,// K 

0x7F, 0x40, 0x40, 0x40, 0x40,// L 

0x7F, 0x02, 0x04, 0x02, 0x7F,// M 

0x7F, 0x04, 0x08, 0x10, 0x7F,// N 

0x3E, 0x41, 0x41, 0x41, 0x3E,// O 

0x7F, 0x09, 0x09, 0x09, 0x06,// P 

0x3E, 0x41, 0x51, 0x21, 0x5E,// Q 

0x7F, 0x09, 0x19, 0x29, 0x46,// R 

0x46, 0x49, 0x49, 0x49, 0x31,// S

}; 

0x01, 0x01, 0x7F, 0x01, 0x01,// T 

0x3F, 0x40, 0x40, 0x40, 0x3F,// U 

0x1F, 0x20, 0x40, 0x20, 0x1F,// V 

0x7F, 0x20, 0x18, 0x20, 0x7F,// W 

0x63, 0x14, 0x08, 0x14, 0x63,// X 

0x03, 0x04, 0x78, 0x04, 0x03,// Y 

0x61, 0x51, 0x49, 0x45, 0x43,// Z 

0x00, 0x00, 0x7F, 0x41, 0x41,// [ 

0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20,// "\" 

0x41, 0x41, 0x7F, 0x00, 0x00,// ] 

0x04, 0x02, 0x01, 0x02, 0x04,// ^ 

0x40, 0x40, 0x40, 0x40, 0x40,// _ 

0x00, 0x01, 0x02, 0x04, 0x00,// ` 

0x20, 0x54, 0x54, 0x54, 0x78,// a 

0x7F, 0x48, 0x44, 0x44, 0x38,// b 

0x38, 0x44, 0x44, 0x44, 0x20,// c 

0x38, 0x44, 0x44, 0x48, 0x7F,// d 

0x38, 0x54, 0x54, 0x54, 0x18,// e 

0x08, 0x7E, 0x09, 0x01, 0x02,// f 

0x08, 0x14, 0x54, 0x54, 0x3C,// g 

0x7F, 0x08, 0x04, 0x04, 0x78,// h 

0x00, 0x44, 0x7D, 0x40, 0x00,// i 

0x20, 0x40, 0x44, 0x3D, 0x00,// j 

0x00, 0x7F, 0x10, 0x28, 0x44,// k 

0x00, 0x41, 0x7F, 0x40, 0x00,// l 

0x7C, 0x04, 0x18, 0x04, 0x78,// m 

0x7C, 0x08, 0x04, 0x04, 0x78,// n 

0x38, 0x44, 0x44, 0x44, 0x38,// o 

0x7C, 0x14, 0x14, 0x14, 0x08,// p 

0x08, 0x14, 0x14, 0x18, 0x7C,// q 

0x7C, 0x08, 0x04, 0x04, 0x08,// r 

0x48, 0x54, 0x54, 0x54, 0x20,// s 

0x04, 0x3F, 0x44, 0x40, 0x20,// t 

0x3C, 0x40, 0x40, 0x20, 0x7C,// u 

0x1C, 0x20, 0x40, 0x20, 0x1C,// v 

0x3C, 0x40, 0x30, 0x40, 0x3C,// w 

0x44, 0x28, 0x10, 0x28, 0x44,// x 

0x0C, 0x50, 0x50, 0x50, 0x3C,// y 

0x44, 0x64, 0x54, 0x4C, 0x44,// z 

0x00, 0x08, 0x36, 0x41, 0x00,// { 

0x00, 0x00, 0x7F, 0x00, 0x00,// | 

0x00, 0x41, 0x36, 0x08, 0x00,// } 

0x08, 0x08, 0x2A, 0x1C, 0x08,// -> 

0x08, 0x1C, 0x2A, 0x08, 0x08 //

alarm.h – baskontrollern 

const char alarm[][128] = { 

{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x 

00,0x00,0x00,0xE0,0xF0,0xF8,0x3C,0x1E,0x0E,0x0E,0x06,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07, 

0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x0 

7,0x07,0x07,0x07,0x07,0x07,0x0E,0x0E,0x1E,0x1C,0x7C,0xF8,0xF0,0xE0,0x00,0x00,0 

x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 

,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x 

00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 


0,0x00,0x00,0x00}, 

{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x80,0x80,0xC0,0xE0,0xF0,0xF0,0xF8,0xF8,0xFC,0xFC,0x 

FC,0xFE,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xFE,0xFC,0xF8, 

0xE0,0x38,0x38,0x38,0x38,0x38,0x38,0x1C,0x1C,0x1C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xE 

0,0xF8,0xFC,0xFE,0xFE,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xFE,0 

xFC,0xFC,0xFC,0xF8,0xF8,0xF0,0xF0,0xE0,0xC0,0x80,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 




0,0x00,0x00,0x00}, 

{0x80,0xF0,0xF8,0xFE,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x 

FF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x7F,0x7F,0x3F,0x1F,0x1F,0x0F,0x07,0x83, 

0x81,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0xCF,0xC0,0xC0,0xC0,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x8 

1,0x83,0x07,0x0F,0x1F,0x1F,0x3F,0x7F,0x7F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0 

xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xF8,0xF0,0x80 




0,0x00,0x00,0x00}, 

{0x0F,0x7F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x7F,0x7F,0x3F,0x3F,0x1F,0x9F,0x 

CF,0xCF,0xE7,0xF7,0xFB,0x7B,0x7D,0x3C,0x3C,0x1E,0x1E,0x1F,0x0F,0x0F,0x0F,0x07, 


7,0x07,0x0F,0x0F,0x0F,0x1E,0x1E,0x1E,0x3C,0x3C,0x7D,0xFB,0xFB,0xF7,0xE7,0xCF,0 

xCF,0x9F,0x1F,0x3F,0x3F,0x7F,0x7F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x7F,0x0F 




0,0x00,0x00,0x00}, 

{0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,0x01,0x00,0xC0,0xE0,0xF0,0xF8,0xFC,0x3E,0x1F,0x0F,0x 



0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x83,0x47,0 

x0F,0x0F,0x1F,0x7E,0xFC,0xF8,0xF0,0xE0,0x80,0x00,0x01,0x01,0x01,0x00,0x00,0x00 




0,0x00,0x00,0x00}, 

{0x00,0x00,0x00,0xE0,0xF8,0xFE,0xFF,0x3F,0x0F,0x03,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x 

00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x80,0xFE,0xFE, 

0xFC,0xF8,0x70,0x30,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0

0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0 

x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x07,0x0F,0x3F,0xFF,0xFC,0xF0,0xC0,0x00,0x00,0x00 




0,0x00,0x00,0x00}, 

{0x00,0xF8,0xFF,0xFF,0x7F,0x07,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x 


0x00,0x03,0x0F,0x3C,0xF0,0xC0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0 

0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x80,0x80,0x80,0xF0,0xF0,0 

xF0,0xE0,0xE0,0xE0,0x60,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x0F,0xFF,0xFF,0xFF,0xF0,0x00 




0,0x00,0x00,0x00}, 

{0xFE,0xFF,0xFF,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x 


0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x07,0x7F,0x7C,0x78,0x78,0x30,0x18,0x18,0x18,0x08,0x0 

C,0x0C,0x0C,0x06,0x06,0x06,0x06,0x03,0x03,0x03,0x03,0x01,0x01,0x01,0x01,0x07,0 

x07,0x03,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x00,0x00,0x01,0xFF,0xFF,0xFF,0x70 




0,0x00,0x00,0x00}, 

};

dogm128s.c – baskontrollern 

//************************************************************ 

// dogm128s.c 

// // 

//************************************************************ 

#include 

#include // itoa(); 

#include 

#include 

#include 

#include "LCD_Font.h" 

#include "alarm.h" 

//------------------------------------------------------------ 

// portdef 

//------------------------------------------------------------ 

#define MOSI PB5 

#define SCK PB7 

#define CS PB4 

#define A0 PB3 

#define RES PB0 

#define BOTTOM PA0 

#define LEFT PA1 

#define TOP PA2 

#define RIGHT PA3 

#define DATA (PORTB |= (1

------------------------------------------------------------ 

// initiering av disp och basfunktioner 

//------------------------------------------------------------ 

void init_spi(void){ 

DDRB = (1

} 


send_spi(DISP_START_LINE); 

send_spi(ADC_SET); 

send_spi(COM_OUT_MODE); 

send_spi(DISP_NORM); 

send_spi(LCD_BIAS); 

send_spi(PWR_CTRL); 

send_spi(BOOST1); 

send_spi(BOOST2); 


send_spi(CONTRAST1); 



send_spi(INDICATOR1); 

send_spi(INDICATOR2); 

send_spi(DISP_ON); 

DISABLE; // CS high, disable display 

void clear_disp(){ 

} 

ENABLE; 

uint8_t page; 

for (page = 0; page < 8; page++){ 

COMMAND; 

send_spi(0xB0 + page); 

send_spi(0x10); // column adress of 4 MSB 

send_spi(0x00); // column adress of 4 LSB 

uint8_t column; 

for (column = 0; column < 128; column++){ 

DATA; 

send_spi(0x00); 

} 

} 

DISABLE; 

// x = 0-127, y = 0-7 

void goto_xy(char xcol, char ypage) 

{ 

char set[] = {0xB0, 0x10, 0x00}; 

set[0] = set[0] + ypage; 

set[2] = set[2] + (xcol & 0x0F); 

set[1] = set[1] + (xcol >> 4); 

COMMAND;

} 

send_spi(set[0]); 



void text(char *str, int xcol, int ypage){ 

goto_xy(xcol, ypage); 

int a, i; 

int j = xcol; 

char c, dots; 

char *ptr = str; // pointer 

while(*ptr != 0){ // untill null (end of text) 

DATA; 

send_spi(0x00); // space between letters 

c = *ptr; // present letter 

a = (c - 32)*5; // get ascii equivelent of char, 

substract 32 for table address 

ptr++; 

} 

for(i = 0; i < 5; i++){ 

dots = ASCII5_7[a+i]; // font 5x7 

send_spi(dots); 

} 

j += 6; 

if(j == 123){ 

goto_xy(xcol, ypage++); 

} 

} 

//------------------------------------------------------------ 

// ADC 

//------------------------------------------------------------ 

volatile unsigned char xpos(){ // get x-coordinate 

DDRA = 0x00; // "reset" 

PORTA = 0x00; 


DDRA = (1

} 

volatile unsigned char x,x1,x2; 

while ((ADCSRA & 0x40) == 0x40){} // while ADC active 

x1 = ADCH; // save result 

PORTA = (1

struct retarr touch(){ // returns coords of x and y, checks 3 a/d readings 

} 

struct retarr xy; 

char x, y, xarray [3], yarray [3]; 

xarray[0] = xpos(); 

yarray[0] = ypos(); 

for(int i=1; i

------------------------------------------------------------ 

// Bluetooth/USART 

//------------------------------------------------------------ 

// USART Example Application 

// Johan Egneblad 

// 2010-03-02 

// modified for MJAAO-project 2011 

#define F_CPU 8000000 // Define the processor clock frequency 

#define BAUD 9138 // The baud rate (bits per second) of the communication 

#define BAUD_REG F_CPU/16/BAUD-1 // The settings for the usart register 

#define BUFFER_SIZE 32 // Maximum message length 

#include "transmitter.h" 

// Global variables for RX buffering 

volatile char rx_buffer[BUFFER_SIZE]; // A text buffer for incoming text 

volatile unsigned char rx_recieved_bytes; // A byte counter for the incomming 

text 

volatile unsigned char rx_eol; // An "end of line" indicator that is set to 

one ones a full line is read 

// Interrupt vector for USART Recieve Complete 

ISR(USART0_RX_vect) { 

unsigned char data; 

// Read the USART buffer 

data = UDR0; 

// Check if the old msg has been read (rx_eol should be cleared) 

/*if (rx_eol == 0) { 

rx_buffer[rx_recieved_bytes] = data; 

rx_recieved_bytes++; 

// If there is a line break or null character 

if (data==0x0d || data==0x0a || data==0x00 || rx_recieved_bytes >= 

(BUFFER_SIZE-1)) { 

rx_eol = 1; // Tell the end of line is reached 

rx_buffer[rx_recieved_bytes] = 0; // Terminate the string correctly 

rx_recieved_bytes = 0; // Clear the received bytes counter 

} 

}*/ 

//dataRecieved((unsigned char)data); 

} 

// Initialization function for usart 

// inputs: 

// ubrr - (unsigned int) the future contents of the UBRR register 

void usart_init(unsigned int ubrr) { 

// Set the communication speed register UBRR 

UBRR0H = (unsigned char)(ubrr>>8); // the most significant byte 

UBRR0L = (unsigned char)ubrr; // the least significant byte

Clear the usart status register 

UCSR0A = 0x00; 

// Enable the Reciveing, Transmitting and Recieve completion interrupt 

UCSR0B = (1

} 

PORTC = 0x10; 

usart_init(BAUD_REG); 

_delay_ms(10000); // 10000 

PORTC = 0x20; 

usart_send("AT+BTSCAN"); 


PORTC = 0x30; 

USART_Transmit(0x0D); //enter 

USART_Transmit(0x0A); 

PORTC = 0x70; 

DDRD=0xf8; 

// Start recieving 

rx_eol = 0; 

#include "bluetooth.h" 

#define RECIEVER_WAITING_START 255 

#define RECIEVER_WAITING_DATATYPE 254 

#define RECIEVER_WAITING_SEC 0 

#define RECIEVER_WAITING_MIN 1 

#define RECIEVER_WAITING_HOUR 2 

#define PROTOCOL_START 254 

#define PROTOCOL_SEC 0 

#define PROTOCOL_MIN 1 

#define PROTOCOL_HOUR 2 

#define PROTOCOL_MOVEAROUND 3 

#define PROTOCOL_STOPMOVE 4 

#define PROTOCOL_ALARM 5 

#define PROTOCOL_MOVE 8 

#define MOVE_FORWARD 0 

#define MOVE_RIGHT 1 

#define MOVE_LEFT 2 

#define MOVE_BACK 3 

#define MOVE_STOP 4 

void sendTime(char loc_timmar, char loc_minuter, char loc_sekunder){ 

USART_Transmit(PROTOCOL_START); 

USART_Transmit(PROTOCOL_HOUR); 

USART_Transmit(loc_timmar); 

} 


USART_Transmit(PROTOCOL_MIN); 

USART_Transmit(loc_minuter); 


USART_Transmit(PROTOCOL_SEC); 

USART_Transmit(loc_sekunder);

void sendStartMoving(){ 


USART_Transmit(PROTOCOL_MOVEAROUND); 

} 

void sendStopMoving(){ 


USART_Transmit(PROTOCOL_STOPMOVE); 

} 

void sendAlarm(){ 


USART_Transmit(PROTOCOL_ALARM); 

} 

void sendMoveForward(){ 


USART_Transmit(PROTOCOL_MOVE); 

USART_Transmit(MOVE_FORWARD); 

} 

void sendMoveRight(){ 



USART_Transmit(MOVE_RIGHT); 

} 

void sendMoveLeft(){ 



USART_Transmit(MOVE_LEFT); 

} 

void sendMoveBack(){ 



USART_Transmit(MOVE_BACK); 

} 

void sendMoveStop(){ 



USART_Transmit(MOVE_STOP); 

} 

//------------------------------------------------------------ 

// Clock 

//------------------------------------------------------------ 

volatile char timmar; 

volatile char minuter; 

volatile char sekunder; 

volatile char atim; 

volatile char amin; 

volatile char asek; 

void adjustTime(); 

void initRealtime(); 

void alarmclock();

ISR(TIMER2_COMPA_vect){ // interrupt when timer hits 32 

sekunder ++; 

adjustTime(); 

} 

void adjustTime(){ 

while(sekunder >= 60){ 

sekunder -=60; 

minuter ++; 

while(minuter >= 60){ 

minuter -= 60; 

timmar++; 

while(timmar >= 24){ 

timmar -= 24; 

} 

} 

} 

} 

void initRealtime(){ 

ASSR |= 0b00100000; // Timer/Counter2 is clocked from a crystal 

oscillator 32.768kHz 


TCCR2A = 0b00000010; // counting sequence of the counter 

TCCR2B = 0b00000111; // clk/1024 -> 32768/1024 = 32 cycles/sec 

OCR2A = 32; // reset timer every 32 cycle 

TIMSK2 =0b0000010; // Timer/Counter2 Output Compare Match A 

Interrupt Enable 

} 

void numpad(){ 

} 

text(" 1 2 3",0,1); 

text(" 4 5 6",0,3); 

text(" 7 8 9",0,5); 

text(" clr 0 set",0,7); 

void updatetime(char tim, char min, char sek){ 

char t[4], m[4], s[4]; 

itoa(tim, t, 10); 

if(tim < 10){ 

t[1] = ' '; 

t[2] = 0; 

} 

text(t,12,3); 

itoa(min, m, 10); 

if(min < 10){ 

m[1] = ' ';

} 

m[2] = 0; 

} 

text(m,42,3); 

itoa(sek, s, 10); 

if(sek < 10){ 

s[1] = ' '; 

s[2] = 0; 

} 

text(s,72,3); 

void settime(){ 

char tim = 0; 

char min = 0; 

char sek = 0; 

char set = 0, x, y; 

text(" # # #",0,1); // "arrows" 

text(" # # #",0,6); 

text("SET",95,2); 

text("BACK",95,5); 

updatetime(tim, min, sek); 

while(set != 1){ 


xy = touch(); 

x = xy.values[0]; 

y = xy.values[1]; 

if(y == 8){ // +1 tim/min/sek 

} 

if(x == 20){ 

tim += 1; 

if(tim == 24){ 

tim = 0; 

} 

} 

if(x == 15){ 

min += 1; 

if(min == 60){ 

min = 0; 

} 

} 

if(x == 10){ 

sek += 1; 

if(sek == 60){ 

sek = 0; 

} 

} 

updatetime(tim, min, sek);

if(y == 3){ // -1 tim/min/sek 

} 

} // while 

return; 

} // func 

void setalarm(){ 

if(x == 20){ 

tim -= 1; 

if(tim == 255){ 

tim = 23; 

} 

} 

if(x == 15){ 

min -= 1; 

if(min == 255){ 

min = 59; 

} 

} 

if(x == 10){ 

sek -= 1; 

if(sek == 255){ 

sek = 59; 

} 

} 

updatetime(tim, min, sek); 

if(y == 7){ // set time 

if(x >= 40 && x = 40 && x


xy = touch(); 



if(y == 8){ // +1 tim/min/sek 

} 

if(x == 20){ 

tim += 1; 

if(tim == 24){ 

tim = 0; 

} 

} 

if(x == 15){ 

min += 1; 

if(min == 60){ 

min = 0; 

} 

} 

if(x == 10){ 

sek += 1; 

if(sek == 60){ 

sek = 0; 

} 

} 

if(y == 3){ // -1 tim/min/sek 

} 

if(x == 20){ 

tim -= 1; 

if(tim == 255){ 

tim = 23; 

} 

} 

if(x == 15){ 

min -= 1; 

if(min == 255){ 

min = 59; 

} 

} 

if(x == 10){ 

sek -= 1; 

if(sek == 255){ 

sek = 59; 

} 

} 

if(y == 7){ // set alarm 

if(x >= 40 && x

} // while 

return; 

} // func 

void alarmclock(){ 

} 

if(y == 4){ 

if(x >= 40 && x

} 

text("stop",48,3); 

text("right",96,3); 

text("down",48,5); 

text("BACK",95,7); 

if (x == 10) { // up & down 

if (y == 8) { 

sendMoveForward(); 

} 

if (y == 3) { 

sendMoveBack(); 

} 

} 

if (y == 6) { // left, right & stop 

if (x == 10) { 

sendMoveLeft(); 

} 

if (x == 10) { 

sendMoveRight(); 

} 

if (x == 10) { 

sendMoveStop(); 

} 

if(y == 4){ 

if(x >= 40 && x

} 

} 

} 

text("TIME",95,1); 

text("ALARM",95,3); 

text("MOVE", 95,5); 

char x,y; 


xy = touch(); 



showxy(x,y); 

send_spi(dots); 

if(y == 8 || y == 9){ // TIME 

if(x < 7 && x > 2){ 

clear_disp(); 

settime(); 

} 

} 

if(y == 6 || y == 7){ // ALARM 

if(x < 7 && x >= 2){ 

setalarm(); 

} 

} 

if(y == 4 || y == 5){ // MOVE 

if(x < 7 && x >= 2){ 

move(); 

} 

} 

//------------------------------------------------------------ 

// main 

//------------------------------------------------------------ 


init_spi(); // initiate communication through SPI, SPI_MasterInit 

init_disp(); // initiate display 


clear_disp(); // all pixels active, empty screen

eturn 0; 

} 

initRealtime(); // initiate RTC (time) 

sei(); // enable interrupts 

alarmclock(); 

text("ABCDEFGHIJKLMN",0,1); 

text("OPQRSTUVXYZ",0,2); 

text("abcdefghijklmn",0,3); // power-on test 

text("opqrstuvxyz",0,4); 

text("1234567890",0,5); 

text("!#$%&/()=?",0,6); 


BluetoothInit(); 

text("bluetooth init",0,0); 


clear_disp(); 

while(1){ 

} 

startscreen();

Batteri 

Kretskort med 

Mikrokontroller 1 


Spänningsregulator 

till 5 V 

PORT D 

LED-display 

5 V 

Adapterkort 1 

UART 

3-bitars 

kommunikation 

Till motorer 

Touch-display 

Adapterkort 2 

Knapp 

5 V 



Styrsignal 



UART 

5 V 

Blåtand 


dubbla H-bryggor 

Styrsignal 

UART 

Styrsignal 

Stegmotor 1 Stegmotor 2 

Ultraljud 

Blåtand

Bilaga I. 

Individuell rapport, LED punktmatris 

Av Joanna Fredriksson Larsson


Efter den snabba utvecklingen av lysdioder, eller LEDs, de senaste åren har de blivit ett hett ämne 

och börjar integreras i fler och fler saker. De kan nu lysa otroligt starkt, och är en väldigt liten och 

tålig komponent. De finns i allt från skyltar som berättar när SJ tågen går till stora poängtavlor. I detta 

projekt har en färdig modul använts för att kunna få en fördjupad kunskap om hur man styr en matris 

av lysdioder. 

Syftet med detta projekt var att använda en färdig LED-matris som skulle fungera som en 

informationsdisplay som rullar fram önskad text. Ett annat syfte var att också göra ett Pong-spel för 

två spelare, där de tävlande ges två knappar för att styra ett varsitt racket upp och ned. Dessa 

används för att spela en boll fram och tillbaka. För att kunna styra alla lysdioder som man önskar 

används en metod som kallas multiplexing. Det innebär att du delar upp din matris i lika många delar 

som du har kolumner kopplade till jord. Kolumnerna tänds en i taget, och varje ny kolumn som tänds 

kan lysa precis som du vill. Om dessa tänds och släcks snabbt nog så hinner inte ögat registrera att 

bara en kolumn lyser i taget, och den bild du önskar lyser på LED-matrisen. 

Projektet avslutades med att bygga ihop en egen ED-matris som var 8x10 stor istället för 8x8 stor 

som den givna modulen. 

Abstract 

Following the rapid development in recent years, LEDs have become a hot topic. They are being 

integrated into more and more things. They can now shine very brightly, and it is a very small and 

robust component. They are found in everything from signs that tell you when the SJ trains are 

arriving and departing to big score boards. In this project, an already existing module was used to get 

a deeper knowledge of how to control a LED dot matrix. 

The purpose of this project was to use a LED dot matrix that would serve as an informing display and 

scroll a desired text across it. Another purpose for this project was to also make a Pong game for two 

players, where the contenders are given two buttons they can use to control a paddle up and down. 

They are used to play a ball back and forth. To be able to light up only the LEDs you wish you use a 

method called multiplexing. This means that you divide your matrix into as many parts as you have 

columns connected to ground. The columns are lit one at a time, and each new column can lit up as 

you wish. If they are being turned on and off quickly enough, the eyes cannot register that only one 

column is lit at a time, and you can show any picture on the display the way you want it to. 

The project ended with the building of an 8x10 LED dot matrix, instead of being 8x8 as the given 

module.

Innehåll 

1. Inledning 1 

2. Fördjupningsstudie 1 

2.1 Lysdioden 1 

2.1.1 Lysdiodteknologi 2 

2.2 Omvärldsanalys 3 

3. Hårdvara 4 

3.1 Mikrokontroller 4 

3.2 ELM-2882GWA 2.3” 8x8 Punktmatrisdisplay 4 

4. Inkoppling av modul på breadboard 5 

4.1 Motstånd 5 

4.2 Testa en lampa 5 

5. Få en lampa att lysa i LED-matrisen 6 

5.1 Multiplexing 6 

5.2 Rita en bild på displayen 7 

6. Mjukvara 8 

6.1 Timers och interrupts 8 

6.2 Rulla text på displayen 9 

6.3 Pong 10 

7. Löda ihop en egen LED-matris 12 

7.1 Prototypen 12 

8. Arbetssätt och problem under projektets gång 13 

9. Slutsats 14 

Referenser 14 

Bilagor 15 

A. Kopplingsschema på breadboard 15 

B. Kopplingsschema för kretskortet 16 

C. Ekonomianalys 17 

D. Använda portpinnar på ATMega16 19 

E. Programkod 20

1. Inledning 

En LED punktmatris är en form av display med lite större pixlar. Den består av ett antal lysdioder som 

sitter i en matris-formation. I dagens samhälle återfinns LED-punktmatriser på många olika ställen. 

De används vid busshållplatser och i tunnelbanan för att visa hur lång tid det är till nästa buss eller 

tunnelbana, vid vägarbeten för att tydligt varna folk att köra mer försiktigt och som displayer som 

blinkar i häftiga mönster, med mera. 

Syftet med detta projekt är att specialisera sig på LED-matriser. Funktionen för hur man styr en större 

LED-matris med många lysdioder som ska tändas flera i taget i olika mönster ska undersökas. Till 

förfogande står en 8x8 stor LED-matris och en ATMega16 mikrokontroller. Prototypen som ska 

tillverkas ska fungera som en informationsdisplay där en text kan rulla fram och som ett spelbräde 

för Pong där två spelare kan tävla mot varandra. 

2. Fördjupningsstudie 

För att få en större förståelse för produkten gjordes en fördjupningsstudie om tekniken bakom 

lysdioden. Det gjordes även en omvärldsanalys för att få en bild av var någonstans i dagens samhälle 

man använder dessa LED-matriser. 

2.1 Lysdioden 

En diod är en elektrisk komponent som endast leder ström i en riktning. Den består av två elektroder, 

en anod och en katod. Strömmen kan bara gå från anoden, som är pluspolen, till katoden, som är 

minuspolen. Dioden nuförtiden består av halvledare. De leder inte elektrisk ström riktigt lika bra som 

en ledare, men den utesluter inte heller strömledning som en isolator gör. Dioder kan användas till 

mycket, men den typen av diod som har undersöks i denna rapport är den som används för att 

producera ljus. 

Lysdioden, på engelska kallad LED (Light Emitting Diode), utstrålar ljus i form av fotoner då materialet 

den är gjord av utsätts för en elektriskt framåtriktad spänning. Färgen på ljuset beror på hur mycket 

energi fotonen består av, och olika halvledare producerar fotoner med olika energinivåer. Den första 

lysdioden uppfanns i mitten av 1920-talet av ryssen Vladimirovitj Losev. Men den kom då aldrig till 

någon praktisk nytta. År 1961 upptäcktes en halvledare, GaAs, som bara utstrålade infrarött ljus när 

man skickade en ström igenom den. Inte förrän år 1962 tillverkades den första lysdioden som kunde 

utstråla synligt ljus av Nick Holonyak Jr, som därför brukar kallas lysdiodens fader. Då kunde den bara 

utstråla svagt rött ljus, men idag har vi hittat material för att utstråla ultraviolett ljus, infrarött ljus 

och hela det synliga spektret. 

Figur 1 Elektriska schemasymbolen för en lysdiod. Anoden (+) är till vänster, katoden (-) är till höger 

1

2.1.1 Lysdiodteknologi 

En lysdiod (se Figur 2) är en halvledardiod. Den består av halvledare som i ena ändan är P-dopad och 

i den andra änden N-dopad. Att de har blivit dopade innebär att vissa störämnen har tillförts för att 

öka halvledarens ledningsförmåga. Genom att tillföra ett störämne med färre valenselektroner än 

ämnet den är gjord av bildas det positivt laddade hål, och halvledaren blir P-dopad. Den kallas även 

för en anod. Tillför du ett störämne med fler valenselektroner blir det negativt laddade elektroner i 

excess, och du får en N-dopad halvledare, även kallad en katod. 

Hålen och elektronerna kallas för elektriska laddningsbärare. Då det flyter en ström genom lysdioden 

strömmar elektroner mot P-området och hål mot N-området (hålen blir fyllda av elektroner och 

”flyttar”) för att försöka skapa jämvikt. Men det elektriska fältet mellan dem bromsar 

genomströmningen och gör så att laddningsbärarna stannar en bit in på andra sidan. Denna process, 

då elektronerna strömmar över mittgränsen och binds till hål, kallas rekombination. 

Vid spärrskiktet, det område där de två halvledartyperna möts, bildas en laddningsbarriär som kallas 

en PN-övergång. Denna PN-övergång är det som gör att elektriska kretsarna bara leder ström i en 

riktning men inte i den motsatta. Då du ansluter en spänningskälla med pluspolen till P-ända och 

minuspolen till N-änden så kan spänningen pressa ner laddningsbarriären så att en ström kan flyta 

igenom. Dioder har ett framspänningsfall, som är det spänningsfall som uppträder i ledriktningen då 

en spänning tillsätts. Alltså behövs minst en spänning lika stor som framspänningsfallet för att en 

diod ska kunna leda ström. Framspänningsfallet beror på materialet som dioden är uppbyggd av. 

Därför kallas denna riktning, från anod till katod, för ledriktningen. Om du däremot ansluter 

minuspolen till kristallens P-ände och pluspolen till N-änden förstärks laddningsbarriären och ström 

kan inte passera genom. Denna motsatta riktning från katod till anod kallas spärriktningen, eftersom 

den har en hög resistans för ström. 

I processen som kallades rekombination vid PN-övergången, då de fria elektronerna kunde falla 

tillbaka i hål då en ström flöt igenom lysdioden, kan energi i form av fotoner frigöras. Detta på grund 

av att när elektronen byter tillstånd till en lägre energinivå, och alltså tappar potentiell energi, så 

genereras en foton med en lika stor energimängd som elektronen förlorade. Under detta tillstånd 

kan då dioden lysa. 

Fotoner är ljuskvanta, och ljus har såväl våg- som partikelegenskaper. Olika frekvenser på ljusets 

våglängd ger olika synliga färger. Vilken frekvens som dioden avger, och därmed vilken färg det blir 

på ljuset, beror på vilken förening som används i dioden. Olika halvledare har olika stort bandgap, 

alltså olika stor minsta energi som krävs för att föra en elektron från det högsta tillståndet till det 

lägsta, då den sen kan avge en foton. Så beroende på det ämne som dioden är gjord av avges olika 

frekvenser på ljuset, och därmed olika färger. Ett visst ljus blir därför väldigt karakteristiskt för det 

ämnet som används. 

Några exempel på ljus som konventionella lysdioder (gjorda av oorganiska mineral) ger är AlGaAs 

som ger rött och infrarött ljus, GaAsP som ger rött, orange och gult ljus, GaN som ger grönt ljus, ZnSe 

och InGaN som ger blått ljus, och diamant som ger ultraviolett ljus. Kisel släpper ut en foton i form av 

långvågig värmestrålning, och släpper därför inte ut något synlig ljus. 

2

Figur 2 En lysdiod i genomskärning [1] 

2.2 Omvärldsanalys 

När lysdioderna började komma var de fortfarande inte så ljusstarka och de första lyste bara rött, så 

de användes mest som indikator-lampor till saker som labb-utrustningar, infraröda fjärrkontrollers, 

radion, telefoner, miniräknare och till och med klockor. Sen dess har tekniken utvecklats väldigt 

mycket och lysdioder kan nu även ta glödlampans plats som ljuskälla. Det är en tacksam teknik 

eftersom det är en liten komponent som kan lysa i många olika färger, ger ett starkare sken per watt 

än glödlampan, är energisnål och har en lång hållbarhet. Dock är den lite dyrare än de vanliga 

glödlamporna. 

Idag finns det många intressanta applikationer som använder sig av lysdioder. De kan till exempel 

användas för att dra uppmärksamhet. Vid vägarbeten används en stor LED-matris som blinkar 

varningsljus istället för bara en enkel skylt med en bild på. Den drar betydligt större uppmärksamhet 

än den vanliga skylten och fler varnas i god tid för att det är vägarbete. 

För att lätt kunna informera om olika saker är LED-matriser otroligt nyttiga. Meddelandetavlor 

innehållande många lysdioder finns på bussar där text på vilken nästa station är rullar förbi. Dessa 

meddelandetavlor visar även om någon har tryckt på stoppknappen. LED displayerna kan också 

finnas vid parkeringshus, för att visa om det är ledigt eller fullt, och ute på stan finns stora displayer 

där mycket reklam rullar förbi. 

Lysdioder kan även användas som effektbelysning. Till exempel när världsartister uppträder på scen 

kan de ha en stor LED-matris display som visar människor som dansar eller flashar coola mönster. 

Scenlamporna med lysdioder i kan också blinka i häftiga mönster, och de blir inte lika varma som 

vanliga scenlampor. 

Eftersom lysdioder är så pass ljusstarka och väldigt hållbara är de ett bra alternativ för att visa 

signaler. Till exempel så har nästan alla trafikljusen i Stockholm bytts ut från att ha haft en glödlampa 

för grönt, rött och gult ljus som ofta gick sönder och var tvungen att bytas ut, till många små 

lysdioder som lyser mycket starkare. Detta är speciellt viktigt i trafiken så att det är säkert att köra. 

Om någon lampa skulle gå sönder gör det inte så mycket eftersom det finns fortfarande många kvar. 

3

Stockholm var den första staden i världen som började med detta. Det har även gjorts samma sak för 

själva bilarna, där många av lamporna både i fram och i bak har blivit utbytta till många små LEDs. 

En annan tillämpning som har blivit väldigt populär de senaste åren är LED TV. Där används LEDs för 

bakgrundsbelysning. Det gör att TVn får bilder med högre kontrast och fler färger, gör mindre skada 

på naturen samt sänker energianvändandet. Att använda LED-teknik till TVn möjliggör även att kunna 

göra en TV som är väldigt tunn. Denna LED-teknik används även på andra skärmar, som till exempel 

datorskärmar, vilket har gjort att även dessa har blivit mycket tunnare än de var för bara några år 

sedan. 

3. Hårdvara 

I projektets första del användes en färdig LED-matris modul för att experimentera med. Till hjälp 

användes mikrokontroller ATMega16. 

3.1 Mikrokontroller 

Till projektet har mikrokontroller AVR ATMega16 används. Den ansågs vara tillräcklig ty den hade 

tillräckligt med portar för att kunna utföra projektet, och en mer minneskraftig kontroller skulle inte 

behövas. 

Figur 3 Portarna på ATMega16 [2] 

3.2 ELM-2882GWA 2.3” 8x8 Punktmatrisdisplay 

Denna modul består av 64 lysdioder placerade i en 8x8 matris. Dioderna består av föroreningen 

galliumfosfat, GaP. Det betyder att fotonerna som avges av denna förorening kommer ge ett grönt 

ljus. 

Modulen har 16 utgående pinnar. Varje rad och varje kolumn i LED-matrisen har en pinne kopplad till 

sig. Till de 8 raderna är pinnar 9, 14, 8, 12, 1, 7, 2 respektive 5 kopplade, och alla raderna är katoder. 

Det betyder att de 8 LEDsen på varje rad är negativt ihopkopplade, och raderna leder till jord. Till de 

8 kolumnerna så är pinnar 13, 3, 4, 10, 6, 11, 15 respektive 16 kopplade, och alla kolumnerna är 

anoder. Det betyder att de är positivt ihopkopplade, och kolumnerna ansluts till VCC. 

4

Figur 4 Bild ovanifrån på LED-displayen [3] 

4. Inkoppling av modul på breadboard 

För att kunna styra vilka lampor som ska lysa så kopplas modulen till STK500-kortet. På kortet sitter 

en ATMega16-kontroller som används för att programmera LEDsen. Raderna kopplas in till PORT A 

(rad 1 till PA0 … rad 8 till PA7), och kolumnerna kopplas in till PORT C (kolumn 8 till PC0 … kolumn 1 

till PC7). 

4.1 Motstånd 

Lysdiodernas ljusstyrka bestäms av strömmen. Ju högre ström som flyter igenom, desto starkare 

lyser dioderna. Men om den maximala strömmen i framriktningen för dioderna skulle överskridas så 

förstörs dem istället. Så för att lysdioderna på modulen inte ska förstöras när vi kopplar in 5 V 

spänning behöver vi koppla in ett motstånd i serie med de pinnar som leder ström till de positivt 

kopplade lysdiod-kolumnerna för att strömbegränsa. Enligt databladet [3] har modulen en 

framspänning ( ) på 2,1 V som är definierat vid 20 mA ström i framriktningen ( ). Om vi förser 

modulen med en spänning på 5 V så kommer spänningen över hela kretsen vara 5 V minus 

framspänningsfallet över dioden. Alltså blir den spänning som ska gå över motståndet – 

. Ohm’s lag ger oss att motståndet ska ha storleken 

5 

. För att 

vara på den säkra sidan kopplas åtta -motstånd in till pinnarna 13, 3, 4, 10, 6, 11, 15 och 16 

som är kopplade till de positivt kopplade raderna. Eftersom STK500-kortet inte kan ge tillräckligt 

med ström utan att överhettas så kopplas en extern spänningsskälla med 5 V in. 

4.2 Testa en lampa 

Innan modulen kopplas på breadboard bör det även testas att alla lampor fungerar. Detta görs 

genom att koppla in 5 V via ett motstånd till en av kolumnernas pinnar och koppla jord till en 

av radernas pinnar. Detta tänder den lampa som är kopplad mellan dessa. Exempelvis om du lägger 

motståndet mot pin 16 och kopplar pin 9 till jord så ser du i BILAGA A. Kopplingsschema för 

breadboard, att lysdioden högst upp till höger kommer lysa. Så här testar du samtliga lysdioder.

Figur 5 Modulen monterad på breadboard 

5. Få en lampa att lysa i LED-matrisen 

För att tända en lampa i matrisen måste man som tidigare nämnts låta en ström passera igenom 

lysdioden. DDRA- och DDRC registren sätts på ATMega16 till utgångar. Om du då sätter den pinne på 

PORT A för den önskade raden som du vill ska lysa till en nolla så kommer den pinnen drivas ner till 

, alltså jord, och det kommer att kunna ledas en ström genom den. Om du sätter den till en etta 

så kommer den raden inte att lysa. För att sedan bestämma hur raden ska lysa sätter du pinnarna på 

PORT C för alla kolumnerna som ska lysa till ett. Då drivs de pinnarna högt till , och en ström 

kommer kunna ledas in på kolumnen. Sätter du pinnen till noll förblir kolumnen släckt. Eftersom 

varje rad och varje kolumn är ihopkopplade betyder det att man styr hela kolumnerna och hela 

raderna var för sig. Så nu kan du få en enskild lysdiod att lysa, eller hela rader och kolumner. 

5.1 Multiplexing 

När man definierar de rader och vilka kolumnerna på dessa rader som ska lysa kan man inte låta 

varje rad lysa olika. Samma kolumner och samma rader kommer alltid lysa. För att få alla dioder att 

lysa som man ville skulle man behöva 64 ingångar till mikrokontrollern, och det skulle för det första 

vara ett mycket jobbigt sätt att behöva styra alla lampor på, och för det andra vara svårt för då räcker 

inte alla pinnarna på mikrokontrollern till. Lösningen för att kunna visa en statisk bild på displayen, 

där alla raderna lyser olika utan att behöva koppla varje lampa till varsin port, kallas multiplexing. 

Med denna metod räcker det med att alla kolumnerna och alla raderna är ihopkopplade och bara går 

att styra kolumn för kolumn och rad för rad, precis som vår givna modul är. Det innebär att det då 

bara behövs 16 pinnar lediga till mikrokontrollern, 8 pinnar för anoderna (kolumnerna i LED 

matrisen) och 8 pinnar för katoderna (raderna i matrisen), istället för 64. Det multiplexing gå ut på är 

att du delar upp LED-matrisen i lika många delar som det finns rader som är kopplade till jord, och 

sedan låter varje rad i matrisen som är kopplade till jord lysa en i taget. Varje gång en ny rad tänds 

kan du lätt ändra hur lamporna lyser. För den ihopkopplade bredboarden skapar du en loop där du 

sätter en nolla först till port PA0, sen PA1, ända fram till PA7 så att ström kan flyta igenom och alla 

åtta raderna en chans att lysa en i taget. För varje rad som lyser ger du den LED i varje kolumn som 

har chans att tändas en etta på dess pinne på PORTC för att den ska tändas. Men att se en rad lysa i 

6

taget ger inte ett så stort grepp om vilken bild som ska visas på skärmen. Därför använder man 

pulsbreddsmodulering (PWM) för att lura ögat att se alla raderna samtidigt. Pulsbreddsmodulering 

betyder att du låter en LED blinka med så pass hög frekvens så att det mänskliga ögat inte hinner 

uppfatta att det blinkar. Man uppfattar inte att det blinkar därför att när du flashar en LED tillräckligt 

snabbt kommer skenet från LEDen fastna på din näthinna en kort stund, och om det går tillräckligt 

fort ser du bara ett fast sken. För att vi inte ska hinna se att det blinkar bör frekvensen lysdioden 

blinkar med vara högre än . Detta applicerar vi på vår LED-matris och loopar igenom alla 

raderna så pass fort och med en så hög frekvens så att men inte reagerar på att raderna inte visas 

samtidigt, och du ser en fast bild på skärmen. Programmet som har gjorts till denna modul blinkar 

med en delay på , alltså är . Eftersom varje rad bara är tänd en 

åttondel av tiden var, så betyder det att vi har en duty-cycle för varje rad på . 

Då man använder PWM och varje lysdiod bara lyser en åttondel av tiden kan lysdioderna klara av åtta 

gånger så mycket ström än när de utsätts för en konstant ström. Eftersom bara en lysdiod i varje 

kolumn är tänd samtidigt så går hela strömmen som kommer in i kolumnen genom den. 

5.2 Rita en bild på displayen 

Eftersom vi senare även vill kunna rulla fram en text på matrisen är det mer praktiskt att vi nu tänker 

oss att PORT C är kopplad till raderna istället, och PORT A är kopplad till kolumnerna. Detta för att då 

tänder vi kolumnen till vänster först och slutar med kolumnen till höger. När vi då skiftar texten 

kommer vi lättare att kunna skifta texten från höger till vänster. Så det vi gjort nu i princip är att vi 

har vridit på modulen ett kvarts varv medsols när vi tittar på den. Detta passar bra eftersom den 

ändå var tvungen att vridas ett kvarts varv medsols för att kunna kopplas in på breadboard tidigare. 

För att rita ut en bild på displayen tänker du alla de 64 LEDsen på matrisen som ettor och nollor, se 

Figur 6. Där du vill att det ska lysa en lampa sätter du en etta, alla andra lampor är nollor. Sen tittar 

du på varje kolumn som nu är kopplade till PORTC och skriver ut i en vektor de hexadecimala värden 

som de kolumner som lyser ger varje rad. 

Det går att skriva detta värde binärt med ettor och nollor i den ordning som du tänker dig att lampor 

ska vara tända och släckta. Detta kan skrivas om till det decimala systemet eftersom det binära 

talsystemet är en representation för tal som har talbasen två. Så första pinnen, PC0 eller PA0, får 

värdet , andra pinnen , tredje pinnen blir fyra, fram till sista åttonde pinnen som är 

värd 128. Alla pinnars binära tal, vare sig det är en etta eller nolla, multipliceras med det värde som 

deras 8 pinnar representeras av och adderas ihop och blir värdet som används till vektorn. Men det 

är behändigt att skriver om det till det hexadecimala talsystemet, eftersom det gör det enkelt att 

gruppera in heltal i enskilda byte. Talsystemet är ett positionssystem med de sexton siffrorna 0, 1, 2, 

3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E och F. Bokstäverna A-F representerar siffrorna 10-15. Men varje 

hexadecimal siffra representeras av 4 bitar. Så våra åtta rader och kolumner delas upp på två och 

pinnarna 4-7 representeras av ett hexadecimalt tal och pinnarna 0-3 representeras av ett annat 

hexadecimalt tal. Pinnarnas binära tal görs om till decimala tal och summan blir det hexadecimala 

talet. Till exempel så blir värdet på det första hexadecimala talet om pinne 4 och 7 är en etta och port 

5 och 6 en nolla . 

Med Figur 6 illustreras ett exempel för att rita ut en bild på LED-matrisen. 

7

Figur 6 Illustration för hur du tänker när du ska tända lampor 

Vektorn för att kunna visa detta A kommer bli: A[8] = {0x7F,0x88,0x88,0x88,0x7F,0x00,0x00,0x00}; 

I en loop aktiverar du sista kolumnen till höger (PA0) och plockar sista värdet från vektorn (A[7]) på 

vilka rader som ska lysa, sen aktiverar du näst sista kolumnen från höger och plockar det näst sista 

värdet från vektorn på hur kolumnerna ska lysa, och så vidare tills alla åtta rader har loopats igenom 

och visats. Om du gör detta till en oändlig loop som loopar igenom kolumnerna tillräckligt snabbt ser 

ögonen bara en statisk bild. 

6. Mjukvara 

Denna modul har fått tre funktioner. Den kan antingen visa lite effekter, där först varje lampa blinkar 

var för sig, och sen så visas några olika figurer efter varandra. Men de två större funktionerna, som 

här kommer förklaras mer utförligt, är att den kan fungera som en informationsdisplay där en text 

rullar fram, eller så kan den användas som en spelplan för att spela Pong på. Men först kommer 

ATMega16s inbyggda timers att förklaras lite grundligt eftersom de har varit vitala för att skapa de 

två funktionerna. Mjukvaran är skriven i C med hjälp av utvecklingshjälpmedlet Atmel AVR Studio 4. 

6.1 Timers och interrupts 

ATMega16 AVR mikrokontroller har tre inbyggda timers, en 16-bit timer och två 8-bit timers. De kan 

användas för att göra många olika saker, men deras huvudfunktion är att göra vad det låter som de 

gör, de räknar hur lång tid som förflutit. De kan operera separat från ditt main-program och 

kommunicerar med hjälp av olika register och interrupts för att veta exakt vad den ska göra och efter 

hur lång tid den ska utföra det. 

En timer använder en intern klocka för att kunna veta hur lång tid som passerat och när den ska göra 

någonting nästa gång. Det kortaste tidsintervall som en timer kan räkna är en period, eller 1 ”tick”, av 

den inkommande klocksignalen. Hur lång tid ett tick tar kan man ställa in. Välj först vilken frekvens 

du vill att din timer ska ticka med. Fördröjning mellan varje gång timern ska göra någonting ska då 

vara (1 / Önskad frekvens) sekunder för att få den önskade frekvensen. Tiden mellan timerns varje 

tick bestäms som sagt av den interna klockfrekvensen. Den interna klockfrekvensen, Fcpu för 

mikrokontrollern, kan bestämmas till 1, 2, 4, eller 8 MHz. Varje tick för timern kommer ta (1 / 

Klockfrekvensen) sekunder. En 8-bit timer kan räkna upp till 255 tick, och 16-bit timern kan räkna upp 

till 65 536 tick, så där kan du justera efter hur många tick som timern ska göra någonting. Du kan 

8

äkna ut hur många tick du behöver för att uppnå den önskade frekvensen genom att dela (1 / 

Önskad frekvens) med (1 / Klockfrekvensen). 

Ibland kan det bli väldigt många tick som behövs, mer än var till exempel 8-bit timern kan ticka om 

det är den man ska använda. Man kan då använda en pre-scaler för att skala ner den interna timerklockan. 

Man kan använda en pre-scaler på 8, 64, 256 och 1024. Då multipliceras (1 / Önskad 

frekvens) med den givna pre-scalern och antalet tick som behövs minskas. Om man även sätter en 

lägre Fcpu så minskas antalet nödvändiga tick. 

De tre olika timerna har alla olika register, men de bestämmer samma funktioner. I ett av timerns 

register väljer man vilket mode den ska jobba i; Normal, PWM, Clear Timer on Compare Match (CTC) 

eller Fast PWM. I detta projekt har det mode som används varit CTC, där en jämförelse har skett och 

sen har timern nollställts och börjat om igen. I samma register ställer man in om man vill ha en prescaler. 

Antalet tick innan varje jämförelse sker specificerar i ett annat register. Varje gång timern har räknat 

upp till det givna antalet tick så vill vi att den ska gå in i ett interrupt, där den gör vad som är 

specificerat, nollställer timern, och hoppar sen tillbaka till main-programmet. Det finns flera olika 

typer av interrupts, det finns external interrupts och A/D-interrupt, men i detta projekt har då timerinterrupts 

används. För att aktivera interrupt måste man ställa in i ett tredje register aktivera CTC 

interrupt, och i ett fjärde register ett-ställa en bit för att sätta igång interrupts över huvud taget. 

Beroende på vilken timer du använder skiljer sig interrupt-vektorn för Compare Match som man ska 

använda lite, så det måste tittas upp när du ska programmera din interrupt. 

I detta projekt har interrupten används för att efter att en bild på LED-matrisen har visats ett tag så 

går man in i interruptet för att ändrar vilka lampor som ska lysa. I main-delen har i princip den enda 

funktionen varit att varje kolumn ska loppas igenom jättesnabbt hela tiden med en frekvens på för 

att visa den önskade bilden, och i interruptet som aktiveras ändras bilden efter att man hunnit 

registrera den tidigare bild som visats på LED-matrisen. 

De timers som används i detta projekt har haft inställningarna Fcpu 8 MHz för att få en snabb timer, 

och en pre-scaler på 1024 för att minska behovet av antalet tick. Antalet tick beror på hur snabbt 

bilden på displayen har behövt bytas, och har oftast experimenterats fram vilken hastighet som har 

varit bekväm. 

6.2 Rulla text på displayen 

Principen för att få en bokstav eller figur att rulla förbi på LED-displayen är att du visar flera olika 

bilder efter varandra, där bilden efter visar bokstaven förskjuten ett steg. När man bara har en 

bokstav som ska skiftas räcker det med att för varje gång som bokstaven ska skiftas börjar du din 

loopning av bokstavs-vektorn en kolumn åt höger. Så första bilden på bokstaven börjar från 

kolumnen för PA0, men när du ska visa nästa bild börjar du din loop på kolumnen näst längst bort till 

höger, på platsen för PA1, och visar samma bild på bara 7 kolumner denna gång. Du börjar 

fortfarande på sista platsen i bokstavsvektorn, så då kommer det se ut som att bokstaven har skiftat 

ett steg. 

Eftersom det går så otroligt snabbt att loopa igenom alla kolumnerna så skulle det gå alldeles för fort 

för att hinna se när bokstaven skiftas om det skulle skiftas direkt efter bokstavens första position har 

9

visats klart. Därför lägger vi till en timer med ett interrupt som säger att efter en viss tid ska man gå 

in i denna interrupt, och där skiftas värdet för vilken kolumn man ska börja visa bokstaven på. Då 

hinner man se varje bild en stund innan den ändras. 

När du vill ha en text som rullar förbi gör du i princip samma sak. Det du gör då är att du istället för 

att ha bara en vektor, gör du en matris där varje rad är definierad som en bild med de bokstäver du 

vill skriva ut, och bokstäverna kommer i den ordning i matrisen som du vill skriva ut dem på. Den 

första bilden som kommer skrivas ut på matrisen, säg ett mellanslag för att börja med en ren bild, 

kommer vara vektorn som är högst upp i matrisen. Men när du sen ska skifta bild så vill du att en 

bokstav ska komma direkt efter, och inte när du har skiftat klart en bokstav i taget som ovan. Det vi 

gör nu är att vi skiftar plats i matrisen, istället för att skifta kolumner. Tänk dig matrisen som en enda 

lång vektor. Då kommer det där att stå ett helt ord på hexadecimal form efter varandra. Vi lägger ett 

förstoringsglas över de första åtta talen, så vi har ett hexadecimalt tal för varje kolumn i LEDmatrisen 

att skriva ut. Om du sen skulle dra förstoringsglaset ett steg åt höger i denna långa vektor 

kommer du här bara se 7/8-delar av den första bokstaven, men du har nu också fått 1/8-del av nästa 

bokstav. Om vi nu skriver ut dessa åtta hexadecimala tal så får vi att första bokstaven har skiftats 

bort ett steg och nästa bokstav har skiftats in, och helt plötsligt så har ordet börjat rulla förbi. 

Fortsätt att skifta igenom matrisen på detta sätt tills alla bokstäver du vill skriva ut har skrivits ut. 

Här används samma typ av interrupt som säger att efter en viss tid ska man gå in i den för att skifta 

plats i matrisen så att texten inte rullar förbi i ett för snabbt tempo. Det som är bra med detta 

interrupt är det helt upp till dig hur snabbt du vill att din text ska rullas förbi på LED-matrisen. 

Initiering av timer 

Varje rad loopas igenom 

och tänds var för sig i en 

snabb frevens. En 

bokstav blir synlig. 

Initiering av 

interrupt 

Figur 7 Flödesdiagram för att rulla text 

6.3 Pong 

En LED-matris är en display med stora pixlar, och med en display kan man göra mycket roligt, inte 

bara skriva ut texter på. Man kan till exempel koppla in några knappar och programmera ett spel till 

den. I detta projekt har spelet Pong gjorts. Pong var det första kommersiellt framgångsrika 

arkadspelet. Idén är att spelet ska fungera för två spelare som spelar mot varandra. De står på varsin 

sida av en mittlinje och båda har en ”paddle”, ett racket som de kan styra upp och ned med hjälp av 

två knappar var. Med sitt racket ska de hindra en boll som bollas fram och tillbaka över spelplanen 

från att komma förbi dem. Om man missar att stoppa bollen får motståndaren ett poäng. Högst 

poäng vinner. 

10 

Skiftar position ett steg i 

matrisen som är 

uppbyggd av 

bokstäverna som ska 

skrivas ut. Ger intrycket 

att bokstaven har flyttat 

på sig.

För att programmera detta har två olika timers används, en 16-bit timer och en 8-bit timer. I mainprogrammet 

är det som händer att en vektor, där vilka lampor som ska representera de två 

racketarna och bollen som studsar fram och tillbaka ska lysa definieras, rullas igenom och visas på 

skärmen. Även i main-programmet finns reset av spelet ifall någon av spelarna skulle missa. För att 

ändra vilka lampor som ska lysa, ifall någon av spelarna flyttar på sitt racket och för att släcka lampan 

där bollen lyser och tända en ny lampa för att representera att bollen har flyttat på sig, använder 

man de två olika timers. 

8-bit timern styr racketerna. Den har ett interrupt som man går in i hela tiden efter en viss 

specificerad tid och tittar om någon av de två spelarna trycker ner någon av sina knappar. Om de gör 

det ändras vilka lampor i högra eller vänstra kolumnen som lyser för att representera att racketerna 

har flyttat på sig. Positionen för racketerna ändras ända tills spelaren släpper sin knapp eller man har 

nått positionerna högst upp eller längst ner på displayen. Positionerna är fördefinierade i en vektor 

där ett nytt värde hämtas vid varje knapptryckning för att tända nya lampor och på så sätt flytta 

racketerna. 

16-bit timerns interrupt styr bollens studsbana. Det den gör är att efter en specificerad tid aktiveras 

interruptet och flyttar fram bollen en position genom att släcka lampan för den gamla positionen för 

bollen och tända en ny lampa som representerar den nya positionen för bollen. Det jämförs hela 

tiden om en LED är tänd eller släckt på positionen för nästa boll. Om den är tänd betyder det att 

racketen träffar bollen och spelet fortsätter och bollen studsar tillbaka åt andra hållet. Beroende på 

hur bollen träffar racketerna bestäms det åt vilket håll bollen ska studsa tillbaka åt, om den ska flytta 

sig snett diagonalt uppåt eller nedåt eller rakt fram. Om lysdioden för bollens nästa position är släckt 

maskas en etta in på den platsen så att den börjar lysa. Om det skulle vara så att bollen maskas in på 

någon av kolumnerna längst ut så betyder det att någon av spelarna har missat, och spelat startas 

om. Det ses även till att bollen byter håll när den når taket eller golvet så att den inte studsar utanför 

spelplanen. 

Flyttar spelarnas racketar om 

någon trycker ner sin knapp 

varje gång 8-bit timerns 

interrupt aktiveras 

Interrupt 

aktiveras 

Initiering av timers 

Varje kolumn börjar loopas 

igenom och tändas var för 

sig med en snabb frekvens 

Figur 8 Flödesdiagram för Pong 

11 

Interrupt 

aktiveras 

Träff 

Flyttar bollen varje gång 

16-bit timerns interrupt 

aktiveras. Ligger också och 

kollar om spelarna träffar 

eller missar bollen 

Miss 

Reset för spelplanen

7. Löda ihop en egen LED-matris 

För att kunna visa på en djupare förståelse hur den färdiga LED-modulen som tillgetts fungerar 

löddes en egen LED-matris-modul ihop. Denna gjordes lite större än den ursprungliga för att kunna 

uppvisa goda kunskaper om hur man kontrollerar olika stora LED-matriser. Målsättningen var att 

löda ihop alla nödvändiga komponenter på ett experimentkort för att göra en 8x10 stor LED-matris. 

Idén var att även denna skulle kunna uppvisas som både en informationsskylt med en text som rullar 

förbi, och som ett spelbräde med ett pong spel, precis som den lite mindre 8x8 LED-matrisen kunde 

göra. 

Eftersom så pass många lödningar skulle behöva göras byggdes prototypen på ett experimentkort, då 

man där har man chans att enklare ändra om man skulle ha lött på någonting fel. Det märktes också 

att det ändå skulle ha blivit svårt att få plats med alla komponenter på ett etsat kretskort då 

kopplingsschemat gjordes i utvecklingshjälpprogrammet Multisim. 

7.1 Prototypen 

En del komponenter behövs när man ska löda ihop denna prototyp. Det behövs först och främst åttio 

lysdioder för att kunna åstadkomma att göra en matris som har 8 rader och 10 kolumner. Alla 

testades först för att se att de lyste innan de löddes fast. 

Det behövs åtta motstånd framför alla raderna. Det fanns inget datablad för de LEDs som användes, 

men gula LEDs brukar ha en framspänning mellan 1,8 V – 2,1 V och får inte överskridas av en ström 

större än 20mA. Om vi räknar med att den gula dioden har en framspänning på 1,8 V, eftersom det 

kommer ge störst utslag, så får vi att motstånden ska vara (5V – 1,8V)/0,02A = 160 ohm. Eftersom 

strömmen är det som begränsar ljusstyrkan så vi vill ha så litet strömbegränsande motstånd som 

möjligt, och eftersom varje kolumn bara lyser en tiondel av tiden så tar vi ett motstånd på 130 ohm 

för varje rad. 

När varje kolumn aktiveras ska de få tillräckligt med ström så att de får lysa så stark som möjligt. 

Därför används transistorer till varje kolumn som fungerar som strömbrytare. Vi väljer en MOSFET, 

som idag är den vanligaste transistortypen, med benämning BUZ100. Den är av typ N-kanal, och den 

har tre ben, source, drain och gate, där source kopplas till jord, drain till LEDsen och gate kopplas till 

mikrokontrollern. För att nu tända en kolumn sätter du på transistorn för den kolumnen genom att 

ge den en etta. Då kopplas den till jord, och en ström kan flyta genom endast denna kolumn. För att 

sedan låta nästa kolumn lysa stänger vi av strömbrytaren till den första kolumnen genom att sätta 

den till en nolla, och sätter på transistorn till nästa kolumn på samma sätt, osv tills alla 10 kolumner 

har fått lysa. Sen börjas det om igen i ett väldigt snabbt tempo för att få en synlig bild på displayen. 

Varje MOSFET måste klara av den maximala strömmen som kan komma från varje kolumn, vilket är 

8 lysdioder*20 mA = 160mA. BUZ100 klarar av 60A. 

Knappar behövs för att kunna byta mellan de olika programmen och då man vill spela Pong. Fyra 

knappar används till Pong och tre knappar behövs för att välja mellan de tre olika programmen. Till 

dessa kopplas ett pull-up motstånd på 30k ohm. Ett pull-up motstånd kopplades även till reset på 10k 

ohm. Det behövs även en sockel för att kunna placera in ATMega16 i, och du behöver kunna koppla 

in en spänning. 

Den största skillnaden när man går över från en 8x8 stor matris till en 8x10 stor matris är att du 

behöver två till pinnar för de två extra kolumnerna. PB0 och PB1 väljs för detta. Här har transistorer 

12

också används för att få en matris som fungerar så bra som möjligt. Programmen har anpassats så att 

du ska behöva göra så få ändringar på variabelvärden som möjligt när du byter mellan dem. Men om 

du kan principen för hur du tänder en liten display, är det ingen större skillnad för att tända en större 

display. Det blir bara fler pinnar som måste kontrolleras. Om den blir mycket större måste det kanske 

börjas tänka på ifall det behövs mer ström till kretsen. Efter att ha tänkt ut hur allt skulle kopplas 

genom att förstå hur den givna modulen fungerade ritades ett kretsschema som du kan se i BILAGA B 

– Kopplingsschema för kretskortet, och sen var det bara att löda fast. 

Figur 9 Slutgiltiga ihoplödda produkten 

8. Arbetssätt och problem under projektets gång 

Arbetet har flutit på bra under projektets gång fram till slutet. Innan har jag kommit på någonting jag 

vill göra, och har tagit mig fram dit genom att dela upp det jag vill åstadkomma i små steg och har 

lyckats komma igenom det. Som till exempel när jag ville få en text att rulla fram över LED-matrisen 

så började jag först med att bara lyckas tända och släcka de lampor jag önskade. Sen skrev jag ut en 

bokstav. När jag lyckats med det fick jag den enskilda bokstaven att flytta på sig. När det fungerade 

började jag experimentera hur jag skulle få en hel text att rulla förbi. Att tända och släcka en LED var 

inte så svårt, men när det kom till att få en text att rulla fram blev det lite klurigare att tänka ut hur 

man skulle göra. När man väl kom på ett bra sätt var det inte så svårt att utföra. 

Där jag stötte på problem var i slutet när jag bestämde mig för att löda ihop en egen LED-matris. När 

den var klar testade jag att alla lysdioder fungerade genom att koppla in alla var för sig till 5V och sen 

till jord. Alla lyste, men när jag sen flashade över mitt anpassade program för att rulla text till 8x10 

matrisen, som fungerade perfekt på 8x8-matrisen, så ville inte alla rader och kolumner lysa. Men när 

jag rörde på några sladdar på baksidan så började dessa rader och kolumner att lysa och programmet 

fungerade perfekt där också. Det var fyra kolumner och en rad som envisades att bara synas ibland. 

Jag misstänkte att det var lödningsfel någonstans, för de fyra kolumnerna lyste antingen 

allesammans eller ingen av dem. Jag felsökte och försökte hitta var felen kunde vara, och lödde om 

vissa lödningar igen, och jag fick dem att börja lysa igen hela tiden. Men det verkar som att det finns 

någon kallödning någonstans. Eftersom programmet har visat sig fungera när lamporna fungerade, 

och att det alltid är samma kolumner och rad som kan försvinna tyder det på att det är lödningsfel i 

alla fall och inte något kopplingsfel. 

13

När sedan alla lamporna lös igen skulle jag testa pong-spelet för 8x10-matrisen, men då fungerade 

inte de fyra knapparna så bra. Racketerna rörde sig, men de gjorde inte det varje gång när man 

tryckte. Eftersom tiden började rinna ut för att bli klar med projektet, så togs beslutet att det var 

viktigare att hinna skriva klart rapporten istället för att börja sitta och felsöka knapparna också. 

Därför kommer redovisningen för pong ske på den lånade modulen under redovisningen. Till nästa 

gång ska jag försöka göra prototypen i ännu mer god tid för att ha en större chans att den ska 

fungera perfekt. 

9. Slutsats 

Att tända och släcka precis de lampor du önskar är inte så svårt när du väl känner till tekniken för att 

göra det. Det som är klurigt är när du skapar program som Pong så måste du själv bestämma hur, när 

och var du vill att lamporna ska lysa och programmera det på bästa och enklast möjliga sätt. Under 

projektets gång har jag gjort om samma sak flera gånger, just för att man alltid kan komma på ett 

bättre sätt att göra det på. 

Men om jag bara reflekterar på hur jag kände mig i början av projektet, jag kunde nästan ingenting 

om hur man tänder och släcker lysdioder, så känner jag att jag har kommit en bra bit på vägen under 

projektets gång. Mycket kunskap om hur man styr en matris med lysdioder har införskaffats. Det 

enda jag önskat hade fungerat bättre var den modul som jag satte och lödde ihop. Men man lär sig 

från det också, och nästa gång ska jag inte löda ihop alla komponenterna så pass nära när de är så 

pass många. 

Referenser 

1. http://www.lampor-belysning.se/led/ 2011-05-04 

2. http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/siemens/C67078-S1348-A2.pdf 2011-05-04 

3. http://www.elcomag.ru/uploads/tdpdf/07550635.pdf 2011-05-04 

4. http://en.wikipedia.org/wiki/LED 2011-03-28 

5. http://www.avrfreaks.net/index.php?name=PNphpBB2&file=viewtopic&t=50106 2011-03-28 

6. http://www.instructables.com/id/810-LED-Matrix-with-4017/ 2011-03-28 

7. http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2466.pdf 2011-03-28 

8. http://en.wikipedia.org/wiki/MOSFET 2011-03-28 

14

Bilagor 

A. Kopplingsschema på breadboard 

Raderna är katoder 

(negativa) 

Kolumnerna är anoder 

(positiva) 

ATMega16 

P 

C 

7 

Figur 10 Kopplingsschema för modulen på breadboard 

P 

C 

6 

P 

C 

5 

15 

P 

C 

4 

P 

C 

3 

P 

C 

2 

P 

C 

1 

P 

C 

0 

ATMega16 

PA0 

PA1 

PA2 

PA3 

PA4 

PA5 

PA6 

PA7

B. Kopplingsschema för kretskortet 

Mode3 

Key = Space 

Mode2 

Key = Space 

ATMega16 

HDR2X4 

Mode1 

Key = Space 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

13 

14 

15 

16 

17 

18 

19 

20 

PB0 

PB1 

PB2 

PB3 

PB4 

PB5 

PB6 

PB7 

RESET 

VCC 

DGND 

XTAL2 

XTAL1 

PD0 

PD1 

PD2 

PD3 

PD4 

PD5 

PD6 PD7 21 PC0 22 PC1 23 PC2 24 PC3 25 PC4 26 PC5 27 PC6 28 PC7 29 AVCC 30 GND 31 AREF 32 PA7 33 PA6 34 PA5 35 PA4 36 PA3 37 PA2 38 PA1 39 PA0 40 

GND 

J4 

HDR1X2 

30.0kΩ 

Key = Space 

10kΩ 

R9 

Spelare2Nedåtknapp 

J1 

C1 

0.1µF 

Kopplingar till ATMega16 

16 

R10 

5V 

Spelare2Uppåtknapp 

Key = Space 

U1 

VCC 

HDR1X2 

J3 

HDR2X4 

Spelare1Nedåtknapp 

Key = Space 

J2 

Spelare1Uppåtknapp 

Key = Space

GND 

Q1 

BUZ100 

Q2 

BUZ100 

Q3 

BUZ100 

Q4 

BUZ100 

Q5 

BUZ100 

Q6 

BUZ100 

Q7 

BUZ100 

Q8 

BUZ100 

Q9 

BUZ100 

Q10 

BUZ100 

J3 

HDR2X4 

130Ω 

LED71 LED72 LED73 LED74 LED75 LED76 LED77 LED78 LED79 LED80 

R8 

130Ω 

HDR1X2 


R7 

J2 

130Ω 


R6 

LEDsen kopplade till ATMega16 

17 

130Ω 

HDR2X4 


R5 

130Ω 


R4 

J4 

130Ω 


R3 

130Ω 


R2 

130Ω 


R1

C. Ekonomianalys 

En ekonomianalys gjordes för att få en överblick på hur mycket projektet har kostat. Den totala 

kostnaden uppgick till 466,1 kr. 

Breadboard 

Komponent Antal Kostnad/st [kr] 

300 Ω motstånd 8 0,60 

8x8 LED punktmatris 1 50 

ATMega16 1 40 

94,8 

Prototyp 

Komponent Antal Kostnad/st [kr] 

130 Ω motstånd 8 0,60 

BUZ100 10 35,50 

LED 80 0,60 

Knapp 7 0,50 

ATMega16 1 40 

451,3 

Total kostnad 

18 

556,1

D. Använda portpinnar på ATMega16 

Följande pinnar på mikroprocessorn ATMega16 används vid inkoppling på breadboard 

PORTA 0~7 är kopplade till LED-modulens pinnar 13, 3, 4, 10, 6, 11, 15 och 16. 

PORTC 0~7 är kopplad till LED-modulens pinnar 9, 14, 8, 12, 1, 7, 2 och 5. 

PORTD 0~1 och 6~7 är kopplade till de fyra knapparna som används i Pong. 

PORTD 3~5 är kopplade till de tre knapparna som används för att byta program. 

Följande pinnar på mikroprocessorn ATMega16 används vid inkoppling på prototypen 

PORTA 0~7 och PORTB 0~1 är kopplade till LED-matrisens 10 kolumner (katoder). 

PORTC 0~7 är kopplad till LED-matrisens 8 rader (anoder). 

PORTD 0~1 och 6~7 är kopplade till de fyra knapparna som används i Pong. 

PORTD 3~5 är kopplade till de tre knapparna som används för att byta program. 

19

E. Programkod 

Eftersom samtliga program använder samma 16-bit timer så gick det inte att separera programmen, 

så de fick skrivas Funktioner.c och Funktioner.h fick skrivas ihop med alla programmen. 

############################ Huvudprogram.c ############################ 

#include "Funktioner.h" 

#define F_CPU 8000000 // Definiera processorns klockfrekvens 


} 

} 

// Beroende på vilken knapp som trycks ner väljs olika program som körs 

// mode bestämmer vad som händer i 16-bit timern i Funktioner.c 

if(!(PIND & (1

unsigned char placering[] = {start_pos_player1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, start_pos_player2}; // Vilka lampor som 

// lyser på varje rad. Först lyser bara racketerna längst ut, sen initieras även en boll. Lägg till 2 nollor i 

// mitten för 8x10 matris. 

################################################################################# 

// Rulla_text 

unsigned char kolumn_position = 7; // Vilken kolumn i letters-matrisen man befinner sig. 7 för 8x8, 1 

//för 8x10 

unsigned char bokstav = 0; // Vilken rad man befinner sig på i letters-matrisen. 0 för 8x8, 1 för 8x10 

//(hoppat upp en rad för att ha 10 värden att loopa igenom, ett värde för varje kolumn) 

unsigned char ascii; // Ascii-koden för bokstäverna man vill skriva 

unsigned char pos_nedraknare; // Flyttar position i matrisen när nästa kolumn ska visas 

volatile unsigned char letters[][8] = { // Varje hexadecimalt tal anger vilka lampor som ska lysa på den 

// kolumn man befinner sig på. Första talet ger första kolumnen, andra värdet ger andra kolumnen osv. 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // mellanslag 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFD, 0x00, 0x00}, // ! 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x00, 0x08, 0x00}, // " // 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0xFF, 0x24, 0xFF, 0x24}, // # 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x12, 0x2A, 0x7F, 0x2A, 0x24}, // $ 

{0x01, 0x02, 0x24, 0x08, 0x10, 0x24, 0x40, 0x80}, // % 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x76, 0x89, 0x95, 0x62, 0x05}, // & 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xC0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // ' 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3C, 0x42, 0x81, 0x00}, // ( 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x81, 0x42, 0x3C, 0x00}, // ) 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x50, 0xE0, 0x50, 0x00, 0x00}, // * 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x08, 0x3E, 0x08, 0x08}, // "+" 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x40, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00}, // ¥ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08}, // - 

{0x00, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // . 

{0x00, 0x00, 0x01, 0x04, 0x10, 0x40, 0x00, 0x00}, // / 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x7E, 0x89, 0x91, 0xA1, 0x7E}, // 0 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x41, 0xFF, 0x01, 0x00}, // 1 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x43, 0x85, 0x89, 0x91, 0x61}, // 2 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x42, 0x81, 0x91, 0x91, 0x6E}, // 3 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x18, 0x28, 0x48, 0xFF, 0x08}, // 4 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xF2, 0x91, 0x91, 0x91, 0x8E}, // 5 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x1E, 0x29, 0x49, 0x89, 0x86}, // 6 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x8F, 0x90, 0xA0, 0xC0}, // 7 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x6E, 0x91, 0x91, 0x91, 0x6E}, // 8 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x70, 0x89, 0x89, 0x8A, 0x7C}, // 9 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // : 

{0x00, 0x00, 0x02, 0x24, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // ; 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x28, 0x44, 0x00, 0x00}, // < 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14, 0x14}, // = 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x44, 0x28, 0x10, 0x00, 0x00}, // > 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x60, 0x80, 0x8D, 0x90, 0x60}, // ? 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x66, 0x89, 0x8F, 0x81, 0x7E}, // @ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x7F, 0x88, 0x88, 0x88, 0x7F}, // A 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x91, 0x91, 0x91, 0x6E}, // B 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x7E, 0x81, 0x81, 0x81, 0x42}, // C 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x81, 0x81, 0x42, 0x3C}, // D 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x91, 0x91, 0x91, 0x81}, // E 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x90, 0x90, 0x90, 0x80}, // F 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x7E, 0x81, 0x89, 0x89, 0x4E}, // G 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x10, 0x10, 0x10, 0xFF}, // H 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x81, 0x81, 0xFF, 0x81, 0x81}, // I 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x06, 0x01, 0x01, 0x01, 0xFE}, // J 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x18, 0x24, 0x42, 0x81}, // K 

21

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01}, // L 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x40, 0x30, 0x40, 0xFF}, // M 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x40, 0x30, 0x08, 0xFF}, // N 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x7E, 0x81, 0x81, 0x81, 0x7E}, // O 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x88, 0x88, 0x88, 0x70}, // P 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x7E, 0x81, 0x85, 0x82, 0x7D}, // Q 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x88, 0x8C, 0x8A, 0x71}, // R 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x61, 0x91, 0x91, 0x91, 0x8E}, // S 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x80, 0xFF, 0x80, 0x80}, // T 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFE, 0x01, 0x01, 0x01, 0xFE}, // U 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xF0, 0x0C, 0x03, 0x0C, 0xF0}, // V 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x02, 0x0C, 0x02, 0xFF}, // W 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xC3, 0x24, 0x18, 0x24, 0xC3}, // X 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xE0, 0x10, 0x0F, 0x10, 0xE0}, // Y 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x83, 0x85, 0x99, 0xA1, 0xC1}, // Z 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x81, 0x00, 0x00, 0x00}, // [ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x20, 0x08, 0x02, 0x00}, // 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x81, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00}, // ] 

{0x00, 0x00, 0x20, 0x40, 0x80, 0x40, 0x20, 0x00}, // ^ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x00}, // _ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x40, 0x00, 0x00, 0x00}, // ` 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x06, 0x29, 0x29, 0x29, 0x1F}, // a 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x09, 0x11, 0x11, 0x0E}, // b 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x1E, 0x21, 0x21, 0x21, 0x12}, // c 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x0E, 0x11, 0x11, 0x09, 0xFF}, // d 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x0E, 0x15, 0x15, 0x15, 0x0C}, // e 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x7F, 0x88, 0x80, 0x40}, // f 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x30, 0x49, 0x49, 0x49, 0x7E}, // g 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x08, 0x10, 0x10, 0x0F}, // h 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x5F, 0x00, 0x00}, // i 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x02, 0x01, 0x21, 0xBE, 0x00}, // j 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x04, 0x0A, 0x11, 0x00}, // k 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x81, 0xFF, 0x01, 0x00}, // l 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x20, 0x18, 0x20, 0x1F}, // m 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x10, 0x20, 0x20, 0x1F}, // n 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x0E, 0x11, 0x11, 0x11, 0x0E}, // o 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x24, 0x24, 0x24, 0x18}, // p 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x28, 0x28, 0x18, 0x3F}, // q 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x1F, 0x08, 0x10, 0x10, 0x08}, // r 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x09, 0x15, 0x15, 0x15, 0x02}, // s 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x20, 0xFE, 0x21, 0x01, 0x02}, // t 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x1E, 0x01, 0x01, 0x02, 0x1F}, // u 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x02, 0x01, 0x02, 0x1C}, // v 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x1E, 0x01, 0x0E, 0x01, 0x1E}, // w 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x11, 0x0A, 0x04, 0x0A, 0x11}, // x 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x39, 0x05, 0x05, 0x3E}, // y 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x11, 0x13, 0x15, 0x19, 0x11}, // z 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0xFF, 0x81, 0x00, 0x00}, // { 

{0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, // | 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x81, 0xEF, 0x10, 0x00, 0x00}, // } 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x10, 0x08, 0x10, 0x00}, // ~ 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x10, 0x54, 0x38, 0x10}, // R arrow 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 0x1C, 0x2A, 0x08, 0x08}, // L arrow 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x44, 0xC4, 0x44, 0x3F}, // Å 

{0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0xC4, 0x44, 0xC4, 0x3F}, // Ä 

{0x00, 0x00, 0x1C, 0xA2, 0x41, 0x41, 0xA2, 0x1C}, // Ö 

}; 

// Skriv den mening du vill ska rulla på displayen 

char ord[] = " "; // alt. char ord[] = {32, 72, 69, 74, 32, 0}; som är ascii-värdena 

22

################################################################################# 

// Effekt 

unsigned char i; // Räknare i en for-slinga 

unsigned char k; // Räknare i nästa for-slinga 

unsigned char effect = 0; 

unsigned char rad; 

unsigned char kolumn; 

volatile unsigned char figures[][10] = { 

{0xC0, 0xC2, 0x01, 0x19, 0x19, 0x01, 0xC2, 0xC0, 0x00, 0x00}, // Smiley 

{0x18, 0x18, 0x18, 0x18, 0x99, 0x5A, 0x3C, 0x18, 0x00, 0x00}, // Högerpil 

{0x18, 0x3C, 0x5A, 0x99, 0x18, 0x18, 0x18, 0x18, 0x00, 0x00}, // Vänsterpil 

{0x81, 0x42, 0x24, 0x18, 0x18, 0x24, 0x42, 0x81, 0x00, 0x00}, // Kryss 

}; 

char effects[] = {1,2,3,4}; // Skriv vilka effekter du vill skriva ut 

############################### INTERRUPTS ################################ 

// 8-bit timer interrupt 


if(mode==1){ // Pong ska spelas 

// Padsen i Pong 

if(stopp == 0){ // Så länge ingen har missat är stopp = 0 och denna interrupt körs 

sakta_ner_counter++; // Interrupt körs bara varannan gång för att sakta ner racketerna 

if(sakta_ner_counter==2){ 

if(miss == 1){ // Bryter nu istället så att den andra interrupten hinner köra klart 

bryt = 1; 

sakta_ner_counter = 0; 

} 

else{ // Om ingen har missat 

if(!(PIND & (1

} 

} 

} 

} 

else 

// 16-bit timer interrupt 


// Bollen i Pong 

if(mode == 1){ 

} 

P2l_intryckt = 0; 

placering[pad_right] = position[PLAYER_1]; // Om racketen har flyttats så ändras 

placering[pad_left] = position[PLAYER_2]; // lampor som lyser. 

sakta_ner_counter = 0; 

} 

if(stopp > 0){ 

stopp--; // Om någon missat avbryts interrupten ett tag tills stopp = 0 

} 

else { // Inget avbrott 

placering[boll] = 0; // Nollställ efter bollen innan 

// Bollens skickas fram och tillbaka mellan padsen 

boll+=dir_pos; // Ändrar position för bollen 

if(boll==pad_left) // Längst ut till vänster. 

dir_pos = -1; // Höger 

if(boll==pad_right) // Längst ut till höger 

dir_pos = 1; // Vänster 

// Bestämmer nästa position för bollen (upp/ner/rakt på) 

if(dir_hojd==0) // Bollen kommer rakt på 

pos_boll = temp_boll; // Fortsätter på samma nivå 

if(dir_hojd==1) // Boll kommer nerifrån 

pos_boll = temp_boll*2; // Fortsätt 45 grader upp; 

if(dir_hojd==255) // Boll kommer uppifrån 

pos_boll = temp_boll/2; // Fortsätt 45 grader ner; 

// Tittar om det är träff eller miss 

if(pos_boll & placering[boll]){ // Den lyser – träff 

// Bollen får tillbaka föregående värden 

boll = t_boll; 

pos_boll = temp_boll; 

if(dir_hojd == 0) 

dir_hojd = hall[rand() % 1]; // Ändrar riktning om bollen kommer rakt på 

} 

else{ // Den är släckt 

placering[boll] |= pos_boll; // Maska in 1:a så att bollen lyser på ny position 

if(boll == pad_left || boll == pad_right){ // Det lyser inte på bollens pos längst ut 

miss = 1; 

} 

} 

if(boll==(pad_left-1) || boll == (pad_right+1)){ // Anta träff nästa gång 

// Kollar hur bollen ska studsa efteråt vid träff 

// Höger 

24

} 

} 

} 

} 

if((dir_hojd == 1 && P2r_intryckt == 1) || (dir_hojd == 255 && P2l_intryckt == 1)) 

// Boll påväg upp och racket påväg upp 

// eller boll påväg ner och racket påväg ner 

dir_hojd = 0; // Boll åker rakt fram 

// Vänster 

if((dir_hojd == 1 && P1r_intryckt == 1) || (dir_hojd == 255 && P1l_intryckt == 1)) 

dir_hojd = 0; 

// Tittar ifall bollen slår i taken eller golvet och byter då riktning 

if(!(pos_boll == temp_boll) && (pos_boll == 1)) 

dir_hojd = 1; // Kommer byta hÂll 

if(!(pos_boll == temp_boll) && (pos_boll == 128)) 

dir_hojd = 255; // Kommer byta hÂll 

temp_boll = pos_boll; // Sparar gamla v‰rdet 

t_boll = boll; // Sparar gamla v‰rdet 

dir_pos_temp = dir_pos; // Sparar gamla v‰rdet. Anv‰nds vid reset 

// Rulla_text 

if(mode == 2){ 

// Flytta position 

kolumn_position++; // Flytta kolumn-position varje gång bokstaven ska flytta ett steg 

if(kolumn_position==antal_kolumner){ // Om längst ut på raden 

kolumn_position=0; Hoppa tillbaka till början och 

// byta bokstav. 

bokstav++; // Bestämmer nästa bokstav som ska plockas ur ord 

if (bokstav==strlen(ord)){ // Är på sista bokstaven, 

bokstav=0; // börja om från början av strängen.1 för 8x10. 

kolumn_position=7; // Börja längst ut i kolumnen igen.1 för 8x10. 

} 

} 

} 

// Effekter 

if(mode==3) 

effect++; // Rad-position i figures-matrisen 

############################# PROGRAMMEN ############################## 

############################## EFFEKTER #################################### 

void skiftning(){ 

for(i = 0; i < antal_kolumner; i++) { 

if(j < 8) { 

PORTA = ~(1 7) { 

PORTB = ~(1

} 

} 

} 

void effekter(){ 

// Plocka effekter från matris 

rad = effects[effect]; // Bestämmer rad i figures-matrisen 

for(kolumn = 0; kolumn < antal_kolumner; kolumn++) { 

if(kolumn < 8) { 

PORTA = ~(1 7) { 

PORTB = ~(1

} 

TCCR1B |= (1

} 

} 

for(j = 0; j < antal_kolumner; j++) { 

if(j < 8) { 

PORTA = ~(1 7) { 

PORTB = ~(1

void text(void); 

#endif 

29

Bilaga J. 

Individuell rapport, Ultraljudslinjal – Avståndsmätning med ultraljud 

Av Ola Johannesson

Ola Johannesson FiM 11-03-28 

890502-0635 Handledare: Martin Grimheden 1(16) 

Ultraljudslinjal 

Avståndsmätning med ultraljud 


890502-0535 

FiM 2011 

Handledare: Martin Grumheden



Innehåll 

Abstract....................................................................................................................................... 3 

Sammanfattning.......................................................................................................................... 3 

Inledning..................................................................................................................................... 4 

Teoretisk fördjupning.................................................................................................................. 4 

Ultraljud..................................................................................................................................4 

Problemdefinition och -lösning.............................................................................................. 5 

Utvecklingshjälpmedel...........................................................................................................6 

Hårdvara................................................................................................................................. 6 

ATmega16..........................................................................................................................6 

Sändare.............................................................................................................................. 6 

Mottagare...........................................................................................................................7 

Display.............................................................................................................................13 

Programvara......................................................................................................................... 13 

Problem under gång.................................................................................................................. 14 

Förslag till förbättringar............................................................................................................ 15 

Slutsats...................................................................................................................................... 15 

Referenser................................................................................................................................. 15 

Datablad.................................................................................................................................... 15 

Bilagor.......................................................................................................................................16 

Bilaga 1: Kod........................................................................................................................16 

Bilaga 2: Kopplingsschema huvudkort................................................................................ 16 

Bilaga 3: Kopplingsschema sändare.....................................................................................16 

Bilaga 4: Kopplingsschema mottagare.................................................................................16 

Bilaga 5: Kretskort huvudkort..............................................................................................16 

Bilaga 6: Kretskort sändare.................................................................................................. 16 

Bilaga 7: Breadboard mottagare...........................................................................................16 

Bilaga 8: Komponentförteckning och ekonomi................................................................... 16 

Bilaga 9: Använda portpinnar...............................................................................................16



Abstract 

Distance measurement using ultrasound is usually employed to determine the distance from a 

sensor to a solid object, creating reflexes which one can measure. In this report an alternative 

to measuring distance directly between a transmitter and a reciever, with millimeter precision 

is presented. The practical use of the module presented here is a digital ruler. An extension of 

this project, using three transmitters instead of one, is to create a position sensor in three 

dimensions, with sustained precision. In the report large emphasies are put on the design of 

the analogue amplification nessecary for the ultrasound reciever. 


Avståndsmätning med ultraljud sker normalt för att bestämma avståndet från sensorn till ett 

fast objekt som skapar reflektioner. Här presenteras ett alternativ för mätning av avstånd 

mellan en sändare och en mottagare, med precision ner på millimeternivå. Det praktiska 

användningsområdet är, i den form som presenteras här, en digital linjal. I en utökning av 

projektet skulle samma metod, fast då med tre sändare och en mottagare, kunna användas för 

att positionsbestämma mottagaren i tre dimensioner med bibehållen noggrannhet. Stor vikt 

läggs i rapporten på designen av den analoga förstärkningen som krävs för 

ultraljudsmottagaren.



Inledning 

Denna rapport, som undersöker avståndsmätning med ultraljud, är en del av ett 

kandidatexamensarbetet i mekatronik. Ultraljud kan användas för att mäta avstånd, där det 

vanligaste användningsområdet är att mäta avstånd mellan en kombinerad ultraljudssändare/- 

mottagare och någon ljudreflekterande yta. I denna rapport förklaras dock användandet av 

ultraljud för att mäta direkt avstånd mellan två punkter, med mål att kunna använda ultraljud 

som metod för positionsbestämning i rummet. En krets som ger en precision på ca 1 mm och 

klarar av att mäta avstånd på flertalet meter pressenteras, och en förklaring ges till hur en 

utvidgning till positionsbestämning i tre dimensioner skulle gå till. 

Då ljud färdas med en relativt låg hastighet, ca 340 meter per sekund, kan man lätt utnytja det 

till avståndsberäkning. På den tid en mikrokontroller utför en klockcykel hinner ljudet färdas 

ungefär 40 µm. Ljudets låga hastighet gör det därmed lämpligt som metod för att mäta 

avstånd med en mikrokontroller. I realiteten uppnår man aldrig denna typ av precision, då 

avläsning och analys av en ljudsignal kräver ett antal klockcykler. 

En avståndsmätare som arbetar med ljud har uppenbara nackdelar om den arbetar inom det 

hörbara området av ljudspektrat, framför allt att mätningarna blir störande. För att undvika 

detta väljer man att använda sig av ljud över högsta hörbara frekvens på 20 kHz, så kallat 

ultraljud. Vanligast är att frekvenser i området 40-45 kHz används. Ultraljud kan detekteras på 

relativt långa avstånd då man vid dessa frekvenser kan använda mycket höga ljudnivåer, 

vanligt är att ultraljudssändare klarar av att skicka ut över 100 dB, vilket är samma 

storleksordning som de ljudnivåer man uppnår under rockkonserter. 

Teoretisk fördjupning 

Ultraljud 

Ljud är, när man normalt pratar om det, tryckvågor som utbreder sig i luft som kan uppfattas 

av det mänskliga örat. För ett ungt och friskt öra kan ljudvågor med frekvenser mellan 20 Hz 

och 20 kHz läggas in i denna kategori, som brukar kallas hörbart ljud. Vågor med frekvens 

under 20 Hz kallas infraljud och ljud med frekvenser från 20 kHz och uppåt kalls ultraljud. 

För att undvika att störa människors hörsel lägger man sig på frekvenser en bit över detta.



20 Hz 20 kHz 

Infraljud Hörbart ljud Ultraljud 

Figur 1: Ljudets områden 

Att arbeta med höga frekvenser har andra positiva bieffekter än att det är ohörbart för 

människor. Ju högre frekvens man arbetar med, desto mindre kan man göra högtalar- och 

mikrofonelementen. Detta har två positiva följder. Den första att man med mindre element 

kan bygga mindre enheter, något som oftast är eftersträvansvärt. Det andra är att elementen 

blir mer responsiva, ett mindre element med högre frekvens kommer upp i önskvärd 

svängning snabbare än ett större element. 

Utifrån dessa egenskaper kan man dra slutsatsen att en så hög frekvens som möjligt på 

ultraljudet skulle vara fördelaktigt, och ur rent akustisk synvinkel stämmer detta oftast. Alltför 

höga frekvenser för dock med sig andra problem. De signaler man använder ska behandlas 

både innan de skickas ut ur sändaren och efter att de tagits emot igen av mottagaren. Både 

signalgenerering och signalbehandling blir besvärligare med högra frekvenser, redan vid 40 

kHz ställs krav på operationsförstärkare som gör att många av de vanligaste inte går att 

använda. 

Sändning och mottagning av ultraljud sker inom avståndsmätning inte med hjälp av vanliga 

högtalare och mikrofoner, utan sker istället med hjälp av speciella ultraljudssändare och 

mottagare. Dessa har tydligt definierade resonansfrekvenser vid de frekvenser som man 

arbetar runt, detta ger höga känsligheter både för sändare och mottagare. Utanför deras 

resonansområden har de å andra sidan väldigt låg känslighet, något som är positivt då det 

minskar risken för oönskade störningar från annat ljud i omgivningen. 

Problemdefinition och -lösning 

Det uppsatta målet med projektet var att skapa en modul kapabel att mäta avstånd med hjälp 

av ultraljud. För att göra detta krävdes att fungerande ultraljudssändare och 

ultraljudsmottagare designades, samt att ett program för tidsavläsning skapades. Det visade



sig senare att både ultraljudssändaren och programmet var enkla att producera, medan 

mottagaren skulle orsaka stora problem. 

Utvecklingshjälpmedel 

Under utvecklingsarbetet användes ett SDK500-kort som bas för processorn. Till detta 

kopplades de olika kringmodulerna, såsom sändar- och mottagarmodulerna. All kodutveckling 

är gjord i AVR Studio 4. För design av scheman och kretskort har National Instruments 

Multisim respektive Ultiboard använts. 

Under utvecklingsarbetet med förstärkarkretsarna för mottagaren användes även en 

frekvensgenerator byggd kring en 555-timerkrets för att driva ultraljudssändaren konstant. 

Den kretsen presenteras dock inte i denna rapport. 

Hårdvara 

ATmega16 

Projektet bygger kring en ATmega16, en mikrokontroller från Atmel. Det är en mycket 

kompetent mikrokontroller, och endast en liten del av dess potential används i detta projekt. 

Ett antal egenskaper och inbyggda pereferienheter har dock varit nödvändiga för projektet. 

Mikrokontrollern har ett flertal inbyggda räknare, och i detta projekt används två av dessa: 

Timer0 som är en 8-bitars timer/räknare samt Timer1 som är en 16-bitars timer/räknare. Den 

förstnämnda används för att generera den 40 kHz-våg som sändaren drivs av och den senare 

för att mäta tiden som passerar innan ljudpulsen nått mottagaren. 

ATmega16 har även en inbyggd komparator, som används för att mäta utgången från 

ultraljudsmottagarens förstärkarkrets. 

Sändare 

Den sändare som använts i projektet är av typen UTT4016, en ultraljudssändare med diameter 

på 16 mm och en optimal frekvens på 40 kHz.Denna fungerar i stort som en högtalare, och för 

att fungera optimalt skall den matas med en växelspänning med rätt frekvens. Ljud kan dock, 

mindre effektivt, genereras med enkelsidig växelspänning. I Figur 2 ses signalen som sänds ut 

från mikrokontrollern till drivsteget för sändaren.



Figur 2: Utsignal till sändaren 

Då mikrokontrollern inte orkar driva en sändare direkt med en utgång används ett 

förstärkande steg mellan. Som förstärkarsteg valdes en push-pull-konfiguration, kopplingen 

ses i Figur 3. 

Mottagare 

Figur 3: Förstärkare av push-pull-konfiguration 

Som mottagare användes UTR4016, vilket är en matchande mottagare till sändaren UTT4016. 

Den har stark topp i känslighet vid 40 kHz, och ljud med andra frekvenser släcks effektivt ut 

så att inga onödiga störningar skapas.En ultraljudsmottagare av denna typ ger, när den tar 

emot ljud vid rätt frekvens, utsignaler i storleksordningen några millivolt när förhållandena är 

goda. Under sämre förhållanden kan utsignalen från mottagaren ligga så lågt som ett antal 

microvolt. För att signalen ska kunna detekteras av mikrokontrollern behöver den alltså 

förstärkas avsevärt, mellan 1 000 och 1 000 000 gånger. I Figur 4 visas en typisk utsignal från 

ultraljudsmottagaren under goda förhållanden.



Figur 4: Signal från mottagaren, 40 cm avstånd, 10µs/div och 0,05V/div 

Förstärkningen sker med hjälp av operationsförstärkare, och för att uppnå den förstärkning 

som är nödvändig utan för mycket störningar används förstärkning i tre steg. De första två är 

rena förstärkningssteg medan det sista är ett kombinerat förstärknings- och likriktningssteg. 

Designen av denna förstärkning har som mål att onödiggöra ytterligare signalbehandling i 

mikrokontrollern. På grund av den höga frekvensen ställs speciella krav på 

operationsförstärkarna, framför allt svängninghastighet och inspänningsområde. 

En viktig parameter för operationsförstärkare är dess svängningshastighet (på engelska: ”slew 

rate”). Den anger hur snabbt kretsen klarar av att öka spänningen på utgången, i Figur 5 visas 

bästa möjliga kurvform, vid 40 kHz, för ett antal svängningshastigheter. En vanlig 

operationsförstärkare har oftast en svängningshastighet på 0,5V/µs vilket innebär att de inte 

ens under ideala förhållanden klara av att förstärka en 40 kHz-signal till en amplitud på mer 

än 6 volt, och då fås en triangelvåg med denna amplitud. För detta projekt eftersträvas dock 

en vågform som är så lik en fyrkantsvåg som möjligt. För att åstadkomma detta används 

förstärkarkretsar med en svängningshastighet på 1.9V/µs (OPA27GP) i det första steget och 

13V/µs (TL081CP) i de två efterföljande. 

Operationsförstärkarna matas alla med ± 5V, för att lätt kunna skapa en signal som håller sig



under de 5V mikrokontrollern maximalt accepterar som inspänning. Även detta ställer krav på 

operationsförstärkarna, då inte alla fungerar väl med så låga spänningar. 

Figur 5: Kurvformer för olika svängningshastigheter 

De två första förstärkarstegen är kopplade i inverterande koppling, där principskissen visas i 

Figur 6. För dessa gäller, under optimala förhållanden, att signalförstärkningen blir -Rf/ 

(Rin+Rk) (H. Johansson) där Rk är impedansen för den signalkälla som används. Då en 

operationsförstärkare har låg utgångsimpedans kan denna försummas i förstärkningssteg två 

och tre. För det första steget, där ultraljudsmottagaren är inkopplad, är dock inte signalkällans 

impedans försumbar, utan behöver vara med i beräkningarna när förstärkningen ska 

bestämmas.



Figur 6: Inverterad förstärkarkoppling 

I Figur 7, 8 och 10 visas utseendet av en typisk signal efter de olika stegen av förstärkning. 

Första steget i förstärkningen är en OPA27GP i en inverterad koppling, med omkringliggande 

komponenter valda så att en förstärkning på -50. fås (Rk=2kΩ vid 40kHz, Rin=2kΩ, 

Rf=220kΩ). 

Figur 7: Signal efter första förstärkningssteget, 40 cm avstånd, 10µs/div och 1V/div 

I det andra steget finns möjlighet att ställa förstärkningen med en vridpotentiometer, och med 

de valda komponenterna finns möjlighet att få en förstärkning på upp till 150 gånger.



Figur 8: Signal efter andra förstärkningssteget, 40 cm avstånd, 10µs/div och 2V/div 

I sista steget är operationsförstärkaren kombinerad med komponenter som ger en likriktning 

av utsignalen. Hur en sådan, kallad precisionslikriktare, ser ut ses i Figur 9. Huvudsyftet med 

likriktningen är att få en signal som håller sig inom TTL-logiknivåer, för att kunna mäta 

denna signal med mikrokontrollern. Designen är hämtad ur Andersson och Kullbjer. 

Figur 9: Precisionslikriktare



Figur 10: Signal efter tredje förstärkningssteget, 40 cm avstånd, 10µs/div och 2V/div 

Utsignalen från tredje steget kopplas sedan in i den inbyggda komparatorn i Atmega16, där 

den jämförs med en referensnivå. 

Figur 11: Utskickad och returnerad signal vid avståndsmätning, 40 cm 

I Figur 11 ses den av mikrokontrollern utskickade signalen och den av 

mottagningselektroniken returnerade signalen.



Display 

För utskrifter används en display av typ GLK12232-25SM från Matrix Orbital, en grafisk 

display med 122x32 pixlars upplösning. Displayen är kopplad till en kraftfull drivkrets och 

mikrokontrollern kommunicerar med displayen via seriekommunikation. Detta sker med 8- 

databitar och två stopbitar vid en hastighet av 19200 bitar per sekund. Tecken skrivs sedan ut 

till displayen genom att skicka motsvarande ASCII-kod till displayen. Ett antal 

specialkommandon går att komma åt genom att skicka en sekvens om två till fyra bytes. 

Displayen ansluts även till jord och matningsspänningen +5V. 

Programvara 

På grund av behandlingen av den analoga signalen blir programmeringen väldigt enkel. I 

Schema 1 ses ett flödesschema för programmet. Det börjar med initiering av nödvändiga 

funktioner. Här initieras Timer0 att generera ett interrupt med 80 kHz frekvens, som sedan 

används för att omväxlande höja och sänka en pinne, och därmed generera en 40 kHz 

fyrkantsvåg. Timer1 initieras till att arbeta med en frekvens av 1 MHz, och att skicka ett 

interrupt på positiv flank från mikrokontrollerns inbyggda komparator. Usart-kommunikation 

initieras sedan med en hastighet av 19200 baud. 

Eftersom tidtagningen måste vara väldigt precis nollställs alla timers manuellt inför varje 

körning av tidtagningsslingan. Detta gör att man kan vara säker på att vågformen som 

genereras ser exakt likadan ut varje gång, något som är nödvändigt för att kunna få



tillförlitliga mätvärden. Resultatet av mätningen skrivs sedan ut till skärmen. 

Problem under gång 

Start 

Initiera processorn 

och display 

Alltid 

Nollställ 

signalgenerering 

Starta timer 

Starta frekvensgenerering 

Tid registrerat 

eller overflow 

Skriv ut avstånd 

Nollställ time 

Delay 

Schema 1: Flödeschema för programmet 

Hela svårigheten i detta projekt har legat i mottagardelen, där förstärkning och 

signalbehandlingen vållat stora problem. Då den ingående signalen har såpass låga 

spänningsnivåer, ner mot fraktioner av millivolt, är störningskänsligheten i systemet väldigt 

stor. Dessa problem kvarstår även i den färdiga prototypen, och har omöjliggjort en 

överflyttning av systemet från breadboard till ett etsat kretskort. Även med 

mottagningselektroniken placerad på ett från övriga elektroniken avskiljt kretskort med 

separat strömförsörjning var störningarna för stora för att mottagaren skulle fungera. 

Troligtvis ligger problemet i att de olika förstärkarstegen stör de ingående signalerna, och då 

signalen från ultraljudsmottagaren är såpas svaga störs de ut helt.



Förslag till förbättringar 

Hårdvaran är förberedd för anslutning av ytterligare två ultraljudssändare, något som kan 

användas för positionsbestämning i tre dimensioner. Genom att sätta upp de tre sändarna på 

olika platser i rummet kan mottagarens position i rummet räknas ut från avståndet till de tre 

sändarna. Dessa avstånd bestäms vart och ett individuellt på samma sätt som det enda 

avståndet bestäms i detta projekt. 

Det vore även önskvärt att förbättra förstärkarelektroniken ytterligare, även om den här 

presenterade lösningen fungerade så var den inte helt stabil. Med en mindre störningskänslig 

förstärkarkrets skulle hela mätaren kunna monteras på ett kretskort, något som inte var möjligt 

med detta bygge. 

Slutsats 

Att designa en krets för avståndsmätning med millimeterprecision med hjälp av ultraljud 

visade sig vara svårt, men inte omöjligt. Den stora svårigheten låg i den digitala 

signalbehandlingen som krävdes för att få en mätbar nivå på ultraljudssignalen. 

Att detta projekt innefattade att designa en ultraljudsmottagare från grunden berodde mycket 

på att de färdiga ultraljudsmoduler som finns att köpa oftast är byggda för reflekterande 

mätning och därmed har både sändare och mottagare på samma kretskort, något som inte var 

användbart i detta projekt. Under projektets gång fann jag på en färdig modul som troligtvis 

hade fungerat väl i denna tillämpning, nämligen SRF02 från Devantech. Denna modul 

kommunicerar med seriekommunikation, och kan fungera både som sändare och mottagare i 

denna typ av projekt. Två sådana moduler är också billigare än den lösning som presenteras i 

denna rapport, och kräver betydligt mindre arbete för att implementeras. 

Referenser 

Anders Andersson & Arne Kullbjer , Elektronik 1, Linköping 

Hans Johansson, Elektroteknik, 2010 Stockholm 

Datablad 

Datablad UTT4016/UTR4016



www.cpu.com.tw/kh/sensor/uct/pdf/uttr4016.pdf 

Datablad OPA27GP 

https://www1.elfa.se/data1/wwwroot/assets/datasheets/dxOPA27_e.pdf 

Datablad TL081CP 

https://www1.elfa.se/data1/wwwroot/assets/datasheets/ntTL081-to-TL084_e.pdf 

Datablad GLK12232-25SM 

http://www.matrixorbital.ca/manuals/GLK_series/GLK12232-25-SM/GLK12232-25- 

SM_Legacy/GLK12232-25-SM_110.pdf 

Bilagor 

Bilaga 1: Kod 

Bilaga 2: Kopplingsschema huvudkort 

Bilaga 3: Kopplingsschema sändare 

Bilaga 4: Kopplingsschema mottagare 

Bilaga 5: Kretskort huvudkort 

Bilaga 6: Kretskort sändare 

Bilaga 7: Breadboard mottagare 

Bilaga 8: Komponentförteckning och ekonomi 

Bilaga 9: Använda portpinnar

Bilaga 1: Kod 

ultrasound.c 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include "backend.h" 

#define ZERO 118 //zero value, from calibration 

#define MULTI 0.319488818 //Multiple value, from calibration 

#define f_cpu 8000000 

int main(void) { 

startProcessor(); 

); 

} 

//Setting up USART 

DisplayStart(); 

sei(); //Enables interrupts 

while(1){ 

} 


FreqReset(); 


TimerStart(); 

FreqGenStart(); 

while(TimerWait); 

USART_TransmitDistance( (unsigned int)((double)(getTime()-ZERO)*MULTI) 

ResetTime(); 


backend.c 

#include 

#include 

#include 

#include 

char outfreq = 0; 

char enable = 0; 

unsigned char count = 0; 

char start = 0; 

char timerOn = 0; 

unsigned char timerOverflowCount = 0; 

unsigned int time = 0; 


if(enable | start) 

{ 

PORTB = outfreq; 

outfreq = ~outfreq; 

if(start)

} 

{ 

outfreq = 1; 

enable = 1; 

count = 0; 

start = 0; 

} 

if(count>10) 

{ 

enable = 0; 

outfreq = 0; 


} 

count++; 

} 

ISR(TIMER1_CAPT_vect){ 

TIFR &= ~0x10; 

if(timerOn){ 

time = TCNT1; 

PORTC = PINC +1; 

timerOn = 0; 

} 

} 

ISR(TIMER1_OVF_vect){ 

TIFR &= ~0x04; 

//PORTC = PINC +1; 

timerOverflowCount = 1; 

} 

void startProcessor(){ 

DDRD=0b11111110; //All output but port 0 

DDRC=0xff; //All pins output 

DDRB=0xf3; //0-1 and 4-7 as output, 2 and 3 as input 

} 

// Setting up timer0 for 44kHz output 

TCCR0 = 0x09; //0b00001001 CTC, OC0 disconnected, clk div = 1 

OCR0 = 0x5E; //Counting to 94, gives ~1/44000/2) 

TCNT0 = 0; //Starting counting at 0 

TIMSK = 0x02; //overflow interrupt from timer0 

PORTC=0xff; 


// Set up timer1 for time measurement 

TCCR1A = 0x00; //00000000; No output ports, no force output compare, 

TCCR1B = 0x22; //00100010; No noise canselation, trigger on positive edge, normal mode, clk/8 

TIMSK |= 0x24; //xx1xx1xx; Input capture and overflow enabled 

//Setting up analog comparator 

ACSR = 0b00100111; //AC on, Analog comparator output (?) on, AC input capture enable, interrupt on rising 

void TimerStart(){ 

TimerReset(); 

timerOn = 1; 

timerOverflowCount = 0; 

} 

void TimerReset(){ 

TCNT1H = 0; 

TCNT1L = 0;

} 

void FreqGenStart(){ 

TCNT0 = 0; //Starting counting at 0 

start = 1; 

} 

void USART_Init(unsigned int ubrr){ //Example from manual page 150 

UBRRH = (unsigned char)(ubrr>>8); 

UBRRL = (unsigned char)ubrr; 

/* Enable transmitter */ 

UCSRB |= (1

} 

outfreq = 0; 


char TimerWait(){ 

return( (char)( (time == 0) & (timerOverflowCount == 0) ) ); 

} 

unsigned int GetTime(){ 

return time; 

} 

void ResetTime(){ 

time = 0; 

} 

backend.h 

void startProcessor(); 

void FreqGenStart(); 

void TimerStart(); 

void TimerReset(); 

void USART_Init(unsigned int ubrr); 


void USART_TransmitString(char *data); 

void USART_TransmitDistance(unsigned int data); 

void DisplayStart(); 

void FreqReset(); 

char TimerWait(); 

unsigned int GetTime(); 

void ResetTime();

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

U1 

4 

A A 

1MΩ 

Key=A 25% 

VCC 

R1 5V OUT_controll 

IN_trig 

VCC 

5V 

1_PB0(XCK/T0) 

2_PB1(T1) 

3_PB2(INT2/AIN0 

4_PB3(OC0/AIN1) 

5_PB4(!SS) 

6_PB5(MOSI) 

7_PB6(MISO) 

8_PB7(SCK) 

B 

J5 

5V 

R9 

10kΩ 

IN_button OUT_disp 

9_!RESET 

10_VCC 

11_GND 

12_XTAL2 

13_XTAL1 

14_PD0(RXD) 

32_AREF 

31_GND 

30_AVCC 

29_PC7(TOSC2) 

28_PC6(TOSC1) 

27_PC5(TDI) 

26_PC4(TDO) 

B 

C 

HDR1X2 

15_PD1(TXD) 

16_PD2(INT0) 

17_PD3(INT1) 

18_PD4(OC1B) 

19_PD5(OC1A) 

20_PD6(ICP1) 

25_PC3(TMS) 

24_PC2(TCK) 

23_PC1(SDA) 

22_PC0(SCL) 

21_PD7(OC2) 

IN_button 

C 

ATMEGA16 

40_PA0(ADC0) 

39_PA1(ADC1) 

38_PA2(ADC2) 

37_PA3(ADC3) 

36_PA4(ADC4) 

35_PA5(ADC5) 

34_PA6(ADC6) 

33_PA7(ADC7) 

D D 

J2 

E E 

HDR1X4 

J6 

5V 

OUT_disp 

VCC 

F 

LINE 

VOLTAGE 

VREG 

F 

COMMON 

HDR1X2 

VCC 

U2 

LM7805CT 

VCC 

5V 

J3 

HDR1X5 

VCC 

5V 

J1 

HDR1X2 

4 

IN_trig 

5 

VCC 

5V 

5 

6 

OUT_controll_1 OUT_controll_2 OUT_controll_3 

OUT_controll_1 



J4 

HDR1X2 

6 

7 

OUT_controll 

7 

8 

8 

9 

9

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

A A 

B B 

C C 

J1 

D D 

HDR1X5 

VCC 

5V 

R7 

VCC 

5V 

100Ω Q1 

E E 

R1 

Q2 

BC547BP 

BC557AP 

VCC 

5V 

Q4 

100Ω Q3 

BC547BP 

F F 

BC557AP 

R2 

4 

5 

VCC 

5V 

Q6 

100Ω Q5 

BC547BP 

BC557AP 

5 

6 

6 

J2 

HDR1X2 

J3 

HDR1X2 

J4 

HDR1X2 

7 

7 

8 

8 

9 

9

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

4 

5 

5 

6 

6 

7 

7 

8 

8 

9 

9 

A A 

B B 

C C 

D D 

E E 

F F 

U2 

OP27GP 

3 

2 

4 

7 

6 

8 

1 U3 

TL081CP 

3 

2 

4 

7 

6 

5 

1 U4 

TL081CP 

3 

2 

4 

7 

6 

5 

1 

VCC 

5V 

VCC 

5V 

VCC 

5V 

VEE 

-5V 

VEE 

-5V 

VEE 

-5V 

IN_trig 

R2 

2kΩ 

R3 

220kΩ 

R4 

3kΩ 

R5 

500kΩ 

Key=A 

50% 

R6 

10kΩ 

R8 

90kΩ 

MIC+ 

C1 

470nF 

D1 

1N3064 

D2 

1N3064 

J3 

HDR1X2 

MIC+ 

J1 

HDR1X2 

R10 

560Ω 

R11 

560Ω 

VCC 

5V 

VEE 

-5V 

J2 

HDR1X2 

IN_trig

Bilaga 5 

Två huvudkort gjordes, först ett som innehåll samtliga komponenter i konstruktionen, ses i Figur 2. 

Det visade sig dock att det blev för mycket störningar på mottagardelen med denna lösning, så det 

skrotades till förmån för ett nytt huvudkort endast innehållande processorn och de nödvändigaste 

delarna. Både sändare och mottagare är helt separata kort som kopplas in med sladd. Detta kort syns 

i Figur 1. 

Figur 1: Huvudkort 

Figur 2: Misslyckat huvudkort

Bilaga 6: Kretskort sändare 

I den moduluppbyggda andra versionen av kretskorten skapades ett löst kort för förstärkning till 

ultraljudssändarna. Det har stöd för upp till tre stycket separata sändare, för att senare kunna 

expandera funktionen för modulen. 

Figur 1: Kort med förstärkningskomponenterna för sändningen

Bilaga 7: Breadboard mottagare 

Figur 1 visar den mottagarkrets som slutligen användes. Figur 2 visar en identisk krets fast lött på 

ett kretskort. Detta visade sig ge oacceptabla störningar, troligtvis för att de olika stegen låg för nära 

varandra, och skrotades därför. 

Figur 1: Mottagare på breadboard 

Figur 2: Mottagare på kretskort

Bilaga 8: Komponentförteckning och ekonomi 

Antal Komponent Pris per styck Pris totalt 

1 ATMega16 40,00 kr 40,00 kr 

1 UTT4016 50,00 kr 50,00 kr 

1 UTR4016 50,00 kr 50,00 kr 

1 LM7805 15,00 kr 15,00 kr 

1 Trimpotentiometer 1MΩ 15,00 kr 15,00 kr 

1 Trimpotentiometer 500kΩ 15,00 kr 15,00 kr 

3 BC 547BP 1,00 kr 3,00 kr 

3 BC 557AP 1,00 kr 3,00 kr 

1 OP27GP 40,00 kr 40,00 kr 

2 TL081CP 10,00 kr 20,00 kr 

2 1N 064 2,00 kr 4,00 kr 

10 2 pin kontakt 2,00 kr 20,00 kr 



1 GLK12232-25SM 500,00 kr 500,00 kr 

1 Motstånd 10kΩ 1,00 kr 1,00 kr 








1 Plastkondensator 470 nF 5,00 kr 5,00 kr 

1 Elektrolytkondensator 47μF 1,00 kr 1,00 kr 

1 Keramisk kondensator 0,1μF 1,00 kr 1,00 kr 

Totalt: 858 kr 

Totalt utan display: 358 kr 

Diverse, kretskortslaminat + sladdar 50,00 kr 50,00 kr

Bilaga 9: Använda portpinnar 

Följande portpinnar, utöver spänningsanslutningar, användes på ATMega16. 

Portpinne Funktion 

PA0 Utgång till sändare 1 



PB0 Utgång till extra sändare 

PB2 (AIN0) Insingnal från förstärkarkretsen, till komparatorn 

PB3 (AIN1) Referensspänning till komparatorn 

PC0 Knapp (bra att ha) 

PD1 Utgång till displayen

Bilaga K. 

Individuell rapport, Stegmotorer – Funktion och tillämpning 

Av Annie Gustafsson

Stegmotorer 

- Funktion och tillämpning 

Annie Gustafsson, M-08 KTH 

Fördjupningsarbete i Mekatronik, MF106X 

Stockholm, 2011-05-13 

Handledare: Martin Grimheden

Innehåll 


Fördjupningsarbete i Mekatronik MF106X 

Abstract 2 

Sammanfattning 4 

TEORETISK FÖRDJUPNING 5 

Unipolär eller bipolär stegmotor 5 

De tre vanligast varianterna av stegmotor 6 

Rotation och stegning 8 

För- och nackdelar med stegmotorer 11 

Stegmotorn som användes 11 

H-brygga 12 

PRAKTISKT GENOMFÖRT 14 

Hur önskat resultat uppnåddes 14 

Resultat 15 

ERFARENHETER 17 

FÖRSLAG TILL FÖRBÄTTRINGAR 17 

REFERENSER 19 

BILAGOR 20 

Bilaga 1: Stegmotorns datablad 

Bilaga 2: H-bryggans datablad 

Bilaga 3: Programkoden 

2

Abstract 



This report shows the stepper motors function and their uses. It explains the 

differences and similarities between different stepper motors. A permanent magnet 

stepper motor can handle high torque and are well damped however not optimal for 

high speeds. The variable reluctance stepper motor are good to use at high speeds but 

not if the moment is to high. There are also hybrid stepper motors that combine the 

best features from the previously mentioned stepper motors, it can handle high speeds 

and relatively high torque. 

In the report there are also explained a few different ways of making the motor step 

forward for example there is full step drive, halfstepping and microstepping. Full step 

drive corresponds to the movement of the rotor when a new set of coil windings is 

activated. Halfstepping means that the steps will be half the size compared to full step 

drive, this because two coil windings can be activated at the same time and then only 

one of them. Using microstepping the motor takes even smaller steps and it occurs 

when current in the coil windings changes a little bit at the time, the idea is to 

approximate a sinusoidal AC waveform. 

The report also describes a way to making this practical. A bipolar hybrid stepper 

motor, sonceboz model 6540-13-2-9, and two H-bridges, A3953SB-T, are put 

together and the H-bridges will control the current flow. 

3




Denna rapport visar på stegmotorns funktion och användningsområden. Den förklarar 

skillnader och likheter mellan olika stegmotorer. Permanentmagnetstegmotorn som 

klarar höga moment och är väl dämpad, dock är den inte optimal vid höga hastigheter. 

Den reluktansvariabla stegmotorn som är bra att använda vid höga hastigheter men 

den klarar inte alltför höga moment. Därutöver finns hybridstegmotorn den 

kombinerar de bästa egenskaperna från de tidigare nämnda så den klarar höga 

hastigheter och relativt högt moment. 

Olika stegtyper för motorn såsom helsteg, halvsteg och mikrosteg förklaras även de. 

Helsteg motsvarar den förflyttning rotorn gör då en ny uppsättning lindningar 

aktiveras jämfört med de nyss aktiverade spolarna. Halvsteg innebär att stegen blir 

hälften så stora genom att två spolars lindningar kan vara aktiverade samtidigt för att 

sedan bara en av spolarnas lindningar är aktiverade. Mikrosteg är ännu mindre och 

uppstår då strömmen i spolarnas lindningar förändras lite åt gången, tanken är att 

mikrosteg skall approximera en sinuskurva. 

Rapporten beskriver även ett sätt att göra detta rent praktiskt. Då används en bipolär 

hybridstegmotor tillverkad av Sonceboz, modell 6540-13-2-9, samt två H-bryggor, 

A3953SB-T, som styr strömriktningen. 

4

Inledning 



Tanken med denna rapport är att ge ökad förståelse för stegmotorer, hur de fungerar 

och styrs. För att kunna styra en stegmotor på önskat sätt är det lämpligt att känna till 

hur de fungerar, för att ta reda på detta gjordes en teoristudie om stegmotorer. 

Teoristudien skulle sedan användas för att underlätta styrningen och den 

programmering som skulle göras för att få motorn att ta helsteg, halvsteg och 

mikrosteg. 


En stegmotor är en variant av elektriska motorer. De består oftast av flertalet 

lindningar som är en del av statorn medan i rotorn finns en magnet, vad det är för typ 

av magnet beror på motortypen men oftast är det en permanentmagnet. Stegmotorer 

finns lite överallt i skrivare, hastighetsmätare med mera. 

Motorn drivs genom att en eller flera spolars lindningar blir aktiverade (det går en 

ström genom dem) och därmed magnetiska. Detta gör att rotorn med sitt egna 

magnetfält försöker ställa in sig så att de olika magnetfälten förstärker varandra, vilket 

leder till att rotorn roterar, dock bara några grader. Därefter upprepas det hela men 

med en annan lindning och så fortsätter det så till dess att det hela avbryts. Det finns 

olika sätt att aktivera lindningarna vilket gör att motorn rör sig lite olika ryckigt, detta 

kallas att motorn stegar sig framåt. För varje gång en ny lindning aktiveras flyttas 

rotorn ungefär 1,8° (vanligt för en hybrid stegmotor) hur mycket beror på antalet 

lindningar i motorn. Eftersom rotationen för ett helt varv därmed kan delas in i ett 

stort antal mindre steg är det därför möjligt att styra motorn med stor precision även 

utan återkoppling från systemet. 

Unipolär eller bipolär stegmotor 

Det finns flera sätt att dela in en stegmotor, ett av dem är om motorn är unipolär eller 

bipolär. 

En unipolär stegmotor har två lindningar per fas (se figuren nedan) vilket gör att det 

utan problem går byta riktning på strömmen. Detta då strömmen går in i mitten av 

spolen vid black enligt figuren nedan och sedan kan gå ut genom antingen red eller 

red-white, färgerna motsvarar varsin halva av lindningen. Det går nämligen bara att 

skicka ström åt ett håll genom lindningarna, därför är lindningarna uppdelade så ena 

5



halvan kan leda åt ena hållet och andra halvan leder åt andra hållet. Oftast används en 

transistor för styrningen av vilket håll strömmen skall gå. Nedan finns en figur som 

illustrerar konceptet med en unipolär stegmotor. 

Figur 1. Konceptuell modell av en unipolär stegmotor 1 

En bipolär stegmotor däremot kan upplevas mer svårstyrd då den till skillnad från den 

unipolära kan låta strömmen gå åt båda hållen i samma lindning. Vilket gör att det 

krävs en H-brygga för att ändra strömriktningen i en av motorns lindningar (till 

exempel alla lindningar märkta 1 på figuren nedan), två H-bryggor för hela motorn. 

Figur 2. Konceptuell modell av en bipolär stegmotor 2 

De tre vanligast varianterna av stegmotor 

En variant av stegmotor är permanentmagnetsstegmotorn (PM stegmotor). Istället för 

att ha en tandad rotor har denna motor en permanentmagnet integrerad i rotorn enligt 

figuren nedan. Den styrs sedan genom att spolarnas lindningar (A i figuren) aktiveras 

längs insidan på statorn och då skapar de ett magnetfält som rotorn kan ställa in sig i 

1 

Bild hämtad från bilaga 1. 

2 

Bild hämtad från http://www.stepperworld.com/Tutorials/pgBipolarTutorial.htm 

6



förhållande till och när det är gjort aktiveras de andra lindningarna (B i figuren) 

istället. Denna typ av motor är bra dämpad, klarar höga moment men är dock inte ett 

bra alternativ om höga hastigheter önskas. 

Figur 3. Principskiss PM stegmotor 3 

En annan variant av stegmotor är den reluktans (motstånds) variabla stegmotorn. Den 

har ett antal lindningar (stegmotorn på figuren nedan har 3 lindningar vilket är 

vanligt) som aktiveras var och en efter varandra. En vanlig styrsekvens är därför 1, 2, 

3, 1, 2, 3, 1 och så vidare när detta sker ställer statorn in sig så att det blir så lite 

motstånd som möjligt mellan lindningarna, därav namnet. Denna motortyp lämpar 

sig inte för höga moment men den är däremot väldigt effektiv om snabb rotation 

önskas. 

Figur 4. Principskiss reluktans-variabla stegmotorer 4 

Den tredje varianten som är värd att känna till är hybridmotorn, den är en blandning 

av de två ovanstående då den klarar nämligen att förena hög hastighet, styrka och 

dämpning. I en hybrid stegmotor består rotorn av två tandade ok som påminner om 

kugghjul, inuti dem sitter en permanentmagnet vilket gör att då oken är något vridna i 

förhållande till varandra (se figur nedan) blir de olika halvorna syd- respektive 

nordpol för hela rotorn. Det är tänderna på rotorn som när spolarnas lindningar 

aktiveras och skapar ett magnetfält ställer in sig, men som synes finns det många fler 

3 Bild hämtad från 

http://www.allmotion.se/UserFiles/AMT_Stegmotorteknik%282%29.pdf 

4 bild hämtad från http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/types.html 

7



poler på denna typ av motor jämfört med de tidigare två. Det gör att mycket mindre 

steg kan tas och därmed kan motorn styras mycket noggrannare. 

Figur 5. Konceptuell bild av en hybridstegmotors uppbyggnad, rotor och stator 5 

Rotation och stegning 

Stegvinkel kallas den vinkel en stegmotor förflyttar sig då att en lindning inaktiveras 

och en intilliggande aktiveras. För en hybrid stegmotor är denna vinkel ofta 1,8° 

medan för en permanentmagnets stegmotor är samma vinkel närmare 30°. Att de 

skiljer sig så mycket beror på antalet spolar som finns i respektive stator. Detta kan 

beräknas enligt följande: 

z* = 360 

där z är antalet steg/varv och är stegvinkeln. 

Då stegvinkel och antalet steg per varv är känt kan även stegfrekvens, varvtal och 

vinkelfrekvens beräknas enligt följande formler: 

Stegfrekvens f [Hz]: f = (n×z)/60 

Varvtal [varv/minut]: n = (f×60)/z 

Vinkelfrekvens [rad/sek]: = (f×2× )/z 

När en stegmotor drivs så görs det på olika sätt och beroende på hur spolarnas 

lindningar aktiveras så kallas det att motorn tar helsteg, halvsteg eller mikrosteg. 

5 bild hämtad från 

http://www.allmotion.se/UserFiles/AMT_Stegmotorteknik%282%29.pdf 

8



Skillnaden på dem är precis som namnet antyder hur stort steg de tar åt gången under 

ett varv. 

Helsteg med en fas, vågdrift, innebär att en spole aktiveras åt gången, detta gör att 

rotorn gör en rotation som motsvarar stegvinkeln för varje gång en ny uppsättning 

spolar aktiveras. 

Det är dock väldigt vanligt att två fas används då helsteg skall tas, resultatet blir det 

samma bortsett från att nu är alltid två lindningar aktiverade samtidigt men med en 

fasförskjutning på 90º, det gör att rotorn roterar enligt figuren nedan. 

Figur 6. Rotorns förflyttning under rotation med helsteg 6 

Figur 7. Hur motorns lindningar aktiveras i förhållande till varandra, helsteg 7 


http://www.allegromicro.com/en/Products/Design/compumot/a04a08.pdf 

9



Halvsteg är då att motorn, som namnet indikerar, tar hälften så stora steg per varv 

jämfört med de helsteg som togs tidigare (vilket gör att det blir dubbelt så många 

steg). Detta görs genom att aktivera lindningen intill innan den först aktiverade 

lindningen återställs. 

Figur 8. Rotorns förflyttning under rotation med halvsteg 7 

Figur 9. Hur motorns lindningar aktiveras i förhållande till varandra, halvsteg 7 

Halvsteg är bra att använda om motorn skall köras i lägre hastigheter då det ger en 

jämnare gång, dock kan stegen fortfarande upplevas tydligt även om de nu är mindre 

och betydligt fler. 

För att komma ifrån att stegen är väldigt tydliga kan mikrosteg användas. Mikrosteg 

har fått namnet av att ännu mindre steg tas, detta genom att ändra styrkan på 

strömmen som går igenom lindningarna och därmed deras magnetfält så att rotorn tar 

ännu mindre och jämnare steg. Strömmen får helt enkelt sakta gå upp till sitt 

maximala värde för lindningarna för att sedan sjunka igen, detta för att försöka 

efterlikna en sinusvåg och då få en jämn rotation, se figuren nedan. 



10



Figur 10. Hur motorns lindningar aktiveras i förhållande till varandra, mikrosteg 8 

För- och nackdelar med stegmotorer 

Stegmotorer används framförallt då det är viktigt att veta vilken rörelse motorn skall 

göra, att motorn inte går för långt eller för kort. Detta går att göra med andra motorer 

också men inte lika exakt och då krävs en återkoppling till systemet. Stegmotorn 

klarar förhållandevis höga moment även vid låga hastigheter när däremot motorn körs 

med hög hastighet klarar den bara låga moment. Stegmotorns uppbyggnad gör att den 

inte kan överbelastas mekaniskt, den kräver inte heller något underhåll. Vanliga 

problem med stegmotorn är dock att om den inte styrs på rätt sätt kan det bli stora 

vibrationer i motorn, dessa vibrationer gör att det låter väldigt mycket om motorn och 

gången är oftast väldigt ryckig då motorn stegar sig framåt. 

Stegmotorn som användes 

Den stegmotorn som skall användas är en bipolär hybrid stegmotor se figur nedan, 

Sonceboz modell 6540-13-2-9. 



11



Figur 11. Stegmotorn som användes 9 

motorn är 42*42 mm stor, väger 200g, har en stegvinkel på 1,8° och den klarar ett 

hållmoment på 130 Nm. För komplett information se bilaga 1. 

H-brygga 

H-bryggor används för att byta rotationsriktning på motorer och det görs genom att 

byta polaritet på spänningen. Motorn kan rotera åt ett håll genom att strömmen tillåts 

flyta genom kretsen på olika sätt. Enklaste sättet att göra en H-brygga är att koppla 

ihop fyra transistorer enligt nedan och låta strömmen gå genom transistor 1 och 3 

alternativt 2 och 4. 

9 bild hämtad från bilaga 1. 

Figur 12. Principskiss H-brygga 

12



Den H-bryggan som användes för att styra strömmen i den valda stegmotorn var 

A3953SB-T (bilaga 2) och ser ut enligt följande: 

Figur 13. H-brygga A3953SB-T 10 

När stegmotorn skulle styras var sanningstabell (nedan) till stor nytta. 

10 bild hämtad från bilaga 2. 

11 tabell hämtad från bilaga 2. 

Figur 14. Sanningstabellen för H-bryggan 11 

13

Praktiskt genomfört 



För att verkligen förstå stegmotorer och hur de fungerar, skall en stegmotor (se sidan 

12, stegmotorn som används) kopplas till två H-bryggor (se figur 13) och STK500kortet. 

Programmet skrivs på mikrokontrollern ATMega16, programmet är tänkt att 

det skall styra motorn så att den tar helsteg, halvsteg och helst även mikrosteg. Detta 

för att ge en bättre förståelse för hur de olika stegtyperna fungerar i praktiken och 

skillnaden på dem. Programmet som skrevs var väldigt simpelt på så sätt att beroende 

på vilken knapp som trycktes in körde motorn på olika sätt och en diod tändes för att 

visa på vilket sätt som valts. Första knappen tände den första dioden och motor tog 

helsteg. Andra knappen tände andra dioden och motorn tog halvsteg. Tredje knappen 

tände den tredje dioden och motorn skulle gå med mikrosteg. Fjärde knappen tände 

fjärde dioden och ställde motorn i standby tills en ny knapp trycktes in. För att 

åstadkomma detta kopplades motorn, H-bryggorna etcetera enligt följande: 

VCC 

VCC 

R5 

300Ω 

R6 

300Ω 

R7 

300Ω 

R8 

300Ω 

R9 

10kΩ J2 

Key = A 

VCC 

LED1 

PC.0 

LED2 

PC.1 

LED3 

PC.2 

LED4 

PC.3 

PA.0 

GND 

R13 

10kΩ 

GND 

R10 

10kΩ J3 

Key = A 

U1 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

13 

14 

15 

16 

17 

18 

19 

20 

PB0 

PB1 

PB2 

PB3 

PB4 

PB5 

PB6 

PB7 

RESET 

VCC 

GND1 

XTAL2 

XTAL1 

PD0 

PD1 

PD2 

PD3 

PD4 

PD5 

PD6 

PD7 21 

PC0 22 

PC1 23 

PC2 24 

PC3 25 

PC4 26 

PC5 27 

PC6 28 

PC7 29 

AVCC 30 

GND2 31 

AREF 32 

PA7 33 

PA6 34 

PA5 35 

PA4 36 

PA3 37 

PA2 38 

PA1 39 

PA0 40 

GND 

AVR-ATMega16 

PA.1 

Figur 15. Kopplingsschema för stegmotorn (längst till höger), de två H-bryggorna och ATMega 16 

Hur önskat resultat uppnåddes 

R11 

10kΩ J4 

Key = A 

PA.2 

För att motorn skulle ta helsteg var motorns lindningar tvungna att aktiveras enligt 

sekvensen nedan, sladdarna från motorn är kopplade så att grön och grön-vit går till 

samma spole men att strömmen måste skickas från antingen grön till grön-vit eller 

tvärtom. Detsamma gäller för röd och röd-vit. 

C3 

470pF 

GND 

R12 

C1 

470pF 

GND 

R1 

30kΩ 

R3 

30kΩ 

10kΩ J5 

Key = A 

VCC 

PA.3 

VCC 

GND GND GND 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

U2 

16 

15 

14 

13 

12 

11 

10 

8 9 

A3953SBT 

U3 

16 

15 

14 

13 

12 

11 

10 

8 9 

A3953SBT 

R4 

0.5Ω 

R2 

0.5Ω 

14 

C4 

47µF 

GND 

C2 

47µF 

GND 

J1 

HDR1X4 

Stegmotor



Grön sladd Grön-vit sladd Röd sladd Röd-vit sladd 

1 0 1 0 

1 0 0 1 

0 1 0 1 

0 1 1 0 

Tabell 1. Sekvensen som upprepas flertalet gånger för att motorn skall ta helsteg 

Halvsteg innebär som tidigare nämnt att det blir dubbelt så många steg, vilket gör att 

aktiveringen av lindningarna behöver utformas annorlunda nämligen enligt följande 

sekvens: 

Grön sladd Grön-vit sladd Röd sladd Röd-vit sladd 

1 0 1 0 

1 0 0 0 

1 0 0 1 

0 0 0 1 

0 1 0 1 

0 1 0 0 

0 1 1 0 

0 0 1 0 

Tabell 2. Sekvensen som upprepas flertalet gånger för att motorn skall ta halvsteg 

För att åstadkomma detta är H-bryggorna tvungna att ge och få rätt signaler. Vilka 

signaler det var kan läsas ut ur H-bryggans sanningstabell (se figur 14). Eftersom två 

H-bryggor användes kopplades en H-brygga till respektive lindning i motorn, vilket 

gör att OUTA och OUTB motsvarar grön respektive grön-vit för ena H-bryggan och 

röd respektive röd-vit för den andra bryggan(se figur 15). Exakt hur programmet ser 

ut går att se i bilaga 3. 

Mikrosteg däremot var mycket svårare att åstadkomma då Vref var tvungen att regleras 

och för att göra det behövdes en A/D omvandlare, något som tyvärr inte hanns med då 

det blev tidsbrist mot slutet. 

Resultat 

Önskat resultat uppnåddes nästintill utan några problem. Motorn kan nu ta helsteg och 

halvsteg, däremot mikrosteg var betydligt värre att åstadkomma och något som inte 

lyckades. Kopplingen gjordes på ett breadboard som till stor del kopplades samman 

15



med STK500-kortet. Två H-bryggor kopplades in på PORTB (fyra portar vardera) 

och beroende på hur signaler skickades till dessa drev motorn på olika sätt, se figur 14 

sanningstabell för H-bryggan. För att H-bryggorna skulle fungera kopplades en RC- 

krets, ett effektmotstånd och en kondensator till den. RC-kretsen bestod av ett 

motstånd på 30k ohm och en kondensator på 470 pF som kopplades in på H-bryggans 

3:e och 4:e ben. Effektmotståndet på 0,5 ohm kopplades in mellan ben 11 och 13 på 

H-bryggan. Kondensatorn på 47 µF kopplades in mellan H-bryggans ben 13 och 16. 

Figur 16. Kopplingen från breadboard, dock saknas +5V och GND till breadboardet 

För att se den exakta kopplingen se kopplingsschemat figur 15 och den slutgiltiga 

programkoden finns i bilaga 3. 

16

Erfarenheter 



Det har varit väldigt lärorikt att arbeta på det här sättet för att förstå hur stegmotorer 

fungerar. Jag började med att läsa in teorin vilket jag anser att jag tjänade väldigt 

mycket på när jag väl skulle börja koppla de olika komponenterna visste jag redan på 

ett ungefär hur det skulle göras. Dock missbedömde jag tidsåtgången för att 

programmera framförallt mikrosteg vilket ledde till att det tyvärr inte hanns med, även 

om jag visste vad som krävdes för att få det att fungera. Mikrostegen hade fungerat 

om jag haft tid att koppla in en A/D-omvandlare för att styra referensspänningen Vref, 

då hade önskad strömförändring uppnåtts då man hade kunnat öka och minska 

strömmen i spolarna så att de påminde om sinusvågor som var 90° fasförskjutna. 

När helsteg och halvsteg skulle programmeras var det betydligt lättare, det handlade 

enbart om att ha rätt rörelsesekvens och en anpassad fördröjning när den skulle byta 

från ett läge till ett annat. Att jag säger väl anpassat beror på att om det inte görs 

korrekt riskerar man att det blir stora vibrationer i motorn och att det då låter väldigt 

mycket när motorn körs. 

Förslag till förbättringar 

Det finns flera sätt att förbättra stegmotorers utförande, framförallt gäller det att 

anpassa motorn efter ändamålet och i vissa fall kan det vara bättre med en servomotor 

även om återkoppling från systemet krävs. Stegmotorn är den optimala motorn då 

man vill känna till rörelsen utan att behöva ha en återkoppling till systemet, det är 

också en av få motorer som är helt elektrisk. Det är också en stor fördel att den inte 

kräver underhåll och att den inte kan överbelastas mekaniskt. 

Angående det som genomförts och redovisats i denna rapport finns det flertalet saker 

man skulle kunna ändra på. Hade tiden planerats bättre hade jag hunnit få ordning på 

mikrostegen också. Programkoden hade kunnat utformas annorlunda till exempel 

hade det varit mer lämpligt att använda sig av en timer och en interrupt funktion 

istället för den delay funktion som nu användes, detta då man i sådant fall hade kunnat 

köra flera motorer samtidigt vilket kan vara bra om motorn skall användas i någon 

annan tillämpning. 

H-bryggorna är en annan del man kan fundera på om det hade varit värt att utforma 

17



dem annorlunda det finns dubbla H-bryggor vilket hade gjort att det förmodligen 

skulle blivit mindre komponenter. Dock är det väldigt enkelt att förstå hur H- 

bryggorna styr motorn då en H-brygga kopplades till respektive spolars lindningar. 

Vilket också var den huvudsakliga anledningen till att jag valde att ha två H-bryggor 

istället för en dubbel H-brygga. 

18

Referenser 

Information är hämtad från följande sidor: 



http://www.stepperworld.com/Tutorials/pgBipolarTutorial.htm (2011-03-27) 

http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/index.html (2011-03-18) 

http://www.allegromicro.com/en/Products/Design/compumot/a04a08.pdf (2011-03- 

26) 

http://www.ict.kth.se/courses/IL1390/elmotorstyr/hbrygga/ (2011-03-25) 

http://www.allmotion.se/UserFiles/AMT_Stegmotorteknik%282%29.pdf (2011-03- 

27) 

http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00907a.pdf (2011-03-27) 

http://www.drivteknik.nu/skolan/motor/stegmotor (2011-03-27) 

figurer är antingen egenhändigt framtagna eller hittade enligt fotnoten. 

19

Bilagor 

Bilaga 1: Stegmotorns datablad 

Bilaga 2: H-bryggans datablad 




20

Technical data 

 

Dimensions 

 

 

[] 

 

 

[mH] 

 

 

[A] 

 

 

 

Hybrid stepper motors 

 

power 

 

6540-13-2-2 2 2.7 1.12 130 5 

6540-13-2-9 9 13 0.52 130 5 

6540-13-2-36 36 37 0.26 130 5 

6540-13-4-2 2 1.5 1.12 90 5 

6540-13-4-9 9 5.6 0.52 90 5 

6540-13-4-36 36 21 0.26 90 5 

 

 

 

 

 

 

 

Drawing not to scale. All dimensions in mm. 

h8 

0 

Ø 22 - 0.033 

h6 

0 

Ø 5 - 0.008 

6 ±0.5 

0 

2 - 0.25 

24 ±0.5 

32.5 ±0.5 

h6) 

0 

(Ø 5 -0.008 

9.5 

42 

31 ±0.25 

160 ±5 

4 ±1 

31 ±0.25 

42 

Cables AWG26 UL1007 

M3 (2x) 

Steps/rev. 

Step accuracy ± 5 % 

Rotor inertia 

Insulation class 

Protection 

 

Test voltage 

Detent torque

Dynamic characteristics 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

U = 24V 

U = 40V 

0 

0 2000 4000 6000 8000 10000 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

0 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

Speed [pps] 

U = 24 V 

U = 40 V 

2000 4000 6000 8000 10000 

Speed [pps] 

0 

0 2000 4000 6000 8000 10000 

Speed [pps] 

SONCEBOZ SA 

2605 Sonceboz - Switzerland 

Tel. +41(0) 32 488 11 11 

Fax +41(0) 32 488 11 00 

E-mail : info@sonceboz.com 

Internet : www.sonceboz.com 

U = 24 V 

U = 40 V 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

0 2000 4000 6000 8000 10000 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

Speed [pps] 

Speed [pps] 

U = 24 V 

U = 40 V 

U = 24 V 

U = 40 V 

0 

0 2000 4000 6000 8000 10000 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

[ Hybrid stepper motors 2/3 ] 

0 

0 2000 4000 6000 8000 10000 

Speed [pps] 

U = 24 V 

U = 40 V 

[pps] = pulses per second 

Special requirements upon customer specifications. Right to change reserved. < 1.0 >

MR [mNm] 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

Static characteristics 

 

0 

0 20 40 60 80100 120 140 160 

Iph [%] 

Electrical Interface 

 

green 

green-white 

U 1 

red 

M 

U 2 

red-white 

SONCEBOZ SA 


Tel. +41(0) 32 488 11 11 

Fax +41(0) 32 488 11 00 



MR [mNm] 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

green 

0 

white 

green-white 

0 20 40 60 80 

Iph [%] 

100 120 140 160 

U 1 

U 2 


M 

U3 U4 black 

red red-white 


BRAKE 

REF 

RC 

GROUND 

GROUND 

LOGIC 

SUPPLY 

PHASE 

ENABLE 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

V CC 

LOGIC 

V BB 

VBB 8 9 

MODE 

Note the A3953SB (DIP) and the A3953SLB 

(SOIC) are electrically identical and share a 

common terminal number assignment. 

LOAD 

SUPPLY 

OUT B 

GROUND 

GROUND 

SENSE 

OUT A 

LOAD 

SUPPLY 

Dwg. PP-056 

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 

Load Supply Voltage, V BB . . . . . . . . . . 50 V 

Output Current, I OUT 

(Continuous) . . . . . . . . . . . . . . ±1.3 A* 

Logic Supply Voltage, V CC . . . . . . . . . 7.0 V 

Logic/Reference Input Voltage Range, 

V IN . . . . . . . . . . . -0.3 V to V CC + 0.3 V 

Sense Voltage, V SENSE 

(V CC = 5.0 V) . . . . . . . . . . . . . . . . 1.0 V 

(V CC = 3.3 V) . . . . . . . . . . . . . . . . 0.4 V 

Package Power Dissipation, 

P D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . See Graph 

Operating Temperature Range, 

T A . . . . . . . . . . . . . . . . -20°C to +85°C 

Junction Temperature, T J . . . . . . . +150°C† 

Storage Temperature Range, 

T S . . . . . . . . . . . . . . . -55°C to +150°C 

* Output current rating may be limited by duty 

cycle, ambient temperature, and heat sinking. 

Under any set of conditions, do not exceed the 

specified current rating or a junction temperature 

of 150°C. 

†Fault conditions that produce excessive junction 

temperature will activate the device’s thermal 

shutdown circuitry. These conditions can be 

tolerated but should be avoided. 

16 

15 

14 

13 

12 

11 

10 

3953 

FULL-BRIDGE PWM MOTOR DRIVER 

Designed for bidirectional pulse-width modulated (PWM) current control 

of inductive loads, the A3953S— is capable of continuous output currents to 

±1.3 A and operating voltages to 50 V. Internal fixed off-time PWM currentcontrol 

circuitry can be used to regulate the maximum load current to a desired 

value. The peak load current limit is set by the user’s selection of an input 

reference voltage and external sensing resistor. The fixed off-time pulse 

duration is set by a user- selected external RC timing network. Internal circuit 

protection includes thermal shutdown with hysteresis, transient-suppression 

diodes, and crossover current protection. Special power-up sequencing is not 

required. 

With the ENABLE input held low, the PHASE input controls load current 

polarity by selecting the appropriate source and sink driver pair. The MODE 

input determines whether the PWM current-control circuitry operates in a slow 

current-decay mode (only the selected source driver switching) or in a fast 

current-decay mode (selected source and sink switching). A user-selectable 

blanking window prevents false triggering of the PWM current-control 

circuitry. With the ENABLE input held high, all output drivers are disabled. 

A sleep mode is provided to reduce power consumption. 

When a logic low is applied to the BRAKE input, the braking function is 

enabled. This overrides ENABLE and PHASE to turn off both source drivers 

and turn on both sink drivers. The brake function can be used to dynamically 

brake brush dc motors. 

The A3953S— is supplied in a choice of two power packages; a 16-pin 

dual-in-line plastic package with copper heat-sink tabs, and a 16-pin plastic 

SOIC with copper heat-sink tabs. For both package styles, the power tab is at 

ground potential and needs no electrical isolation. Each package type is 

available in a lead (Pb) free version (100% matte tin plated leadframe). 

FEATURES 

■ ±1.3 A Continuous Output Current 

■ 50 V Output Voltage Rating 

■ 3 V to 5.5 V Logic Supply Voltage 

■ Internal PWM Current Control 

■ Saturated Sink Drivers (Below 1 A) 

■ Fast and Slow Current-Decay Modes 

■ Automotive Capable 

■ Sleep (Low Current Consumption) 

Mode 

■ Internal Transient- 

Suppression Diodes 

■ Internal Thermal- 

Shutdown Circuitry 

■ Crossover-Current and 

UVLO Protection 

R R 

Part Number Pb-free* θJA 

θJT Package Packing 

(°C/W) (°C/W) 

A3953SB-T Yes 43 6 16-Pin DIP 25 per Tube 

A3953SLB-T Yes 43 6 16-Lead SOIC 47 per Tube 

A3953SLBTR-T Yes 67 6 16-Lead SOIC 1000 per reel 

*Pb-based variants are being phased out of the product line. The variants cited in this 

footnote are in production but have been determined to be LAST TIME BUY. This 

classification indicates that sale of this device is currently restricted to existing 

customer applications. The variants should not be purchased for new design 

applications because obsolescence in the near future is probable. Samples are no 

longer available. Status change: October 31, 2006. Deadline for receipt of LAST TIME 

BUY orders: April 27, 2007. These variants include: A3953SB, A3953SLB, and 

A3953SLBTR. 

Data Sheet 

29319.8e

2 

3953 

FULL-BRIDGE 

PWM MOTOR DRIVER 

X = Irrelevant 

LOGIC 

SUPPLY 

MODE 

PHASE 

ENABLE 

BRAKE 

GROUND 

6 

14 

7 

8 

1 

VCC 

FUNCTIONAL BLOCK DIAGRAM 

SLEEP & 

STANDBY MODES 

INPUT LOGIC 

UVLO 

& TSD 

BLANKING 

PWM LATCH 

Q 

4 

VCC 

RC + – 

12 

5 3 

2 

13 

R T 

TRUTH TABLE 

BRAKE ENABLE PHASE MODE OUT A OUT B DESCRIPTION 

H H X H Off Off Sleep Mode 

H H X L Off Off Standby 

H L H H H L Forward, Fast Current-Decay Mode 

H L H L H L Forward, Slow Current-Decay Mode 

H L L H L H Reverse, Fast Current-Decay Mode 

H L L L L H Reverse, Slow Current-Decay Mode 

L X X H L L Brake, Fast Current-Decay Mode 

L X X L L L Brake, No Current Control 

R 

S 

LOAD 

SUPPLY 

VBB 

115 Northeast Cutoff, Box 15036 

Worcester, Massachusetts 01615-0036 (508) 853-5000 

Copyright © 1995, 2000, 2005 Allegro MicroSystems, Inc. 

C T 

9 

V TH 

OUT A 

+ 

– 

10 

15 

REF 

OUT B 

LOAD 

SUPPLY 

16 

11 

SENSE 

R S 

GROUND 

Dwg. FP-036-2A

www.allegromicro.com 

ALLOWABLE PACKAGE POWER DISSIPATION IN WATTS 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

25 

R = 6.0°C/W 

θJT 

SUFFIX 'B', R = 43°C/W 

θJA 

SUFFIX 'LB', R = 63°C/W 

θJA 

50 75 100 125 150 

TEMPERATURE IN °C 

Dwg. GP-049-2A 

3953 

FULL-BRIDGE 


ELECTRICAL CHARACTERISTICS at TJ = 25˚C, VBB = 5 V to 50 V, VCC = 3.0 V to 5.5 V 

(unless otherwise noted.) 

Limits 

Characteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units 

Power Outputs 

Load Supply Voltage Range V BB Operating, I OUT = ±1.3 A, L = 3 mH V CC — 50 V 

Output Leakage Current I CEX V OUT = V BB —

3953 

FULL-BRIDGE 



(unless otherwise noted.) 

4 

PWM RC Fixed Off-time t OFF RC C T = 680 pF, R T= 30 kΩ, V CC = 3.3 V 18.3 20.4 22.5 µs 

PWM Turn-Off Time t PWM(OFF) Comparator Trip to Source Off, — 1.0 1.5 µs 

I OUT = 25 mA 

Comparator Trip to Source Off, — 1.8 2.6 µs 

I OUT = 1.3 A 

PWM Turn-On Time t PWM(ON) I RC Charge On to Source On, — 0.4 0.7 µs 

I OUT = 25 mA 

I RC Charge On to Source On, — 0.55 0.85 µs 

I OUT = 1.3 A 

PWM Minimum On Time t ON(min) V CC = 3.3 V, R T ≥ 12 kΩ, C T = 680 pF 0.8 1.4 1.9 µs 

Propagation Delay Times t pd I OUT = ±1.3 A, 50% to 90%: 

V CC = 5.0 V, R T ≥ 12 kΩ, C T = 470 pF 0.8 1.6 2.0 µs 

ENABLE On to Source On — 1.0 — µs 

ENABLE Off to Source Off — 1.0 — µs 

ENABLE On to Sink On — 1.0 — µs 

ENABLE Off to Sink Off (MODE = L) — 0.8 — µs 

PHASE Change to Sink On — 2.4 — µs 

PHASE Change to Sink Off — 0.8 — µs 

PHASE Change to Source On — 2.0 — µs 

PHASE Change to Source Off — 1.7 — µs 

Crossover Dead Time t CODT 1 kΩ Load to 25 V, V BB = 50 V 0.3 1.5 3.0 µs 

Maximum PWM Frequency f PWM(max) I OUT = 1.3 A 70 — — kHz 



Limits 


AC Timing 

Continued next page…


3953 

FULL-BRIDGE 



(unless otherwise noted. ) 

Limits 


Control Circuitry 

Thermal Shutdown Temp. T J — 165 — °C 

Thermal Shutdown Hysteresis ∆T J — 8.0 — °C 

UVLO Enable Threshold 2.5 2.75 3.0 V 

UVLO Hysteresis 0.12 0.17 0.25 V 

Logic Supply Current I CC(ON) V ENABLE = 0.8 V, V BRAKE = 2.0 V — 42 50 mA 

I CC(OFF) V ENABLE = 2.0 V, V MODE = 0.8 V — 12 15 mA 

I CC(Brake) V BRAKE = 0.8 V — 42 50 mA 

I CC(Sleep) V ENABLE = V MODE = V BRAKE = 2.0 V — 500 800 µA 

Motor Supply Current I BB(ON) V ENABLE = 0.8 V — 2.5 4.0 mA 

(No Load) I BB(OFF) V ENABLE = 2.0 V, V MODE = 0.8 V — 1.0 50 µA 

I BB(Brake) V BRAKE = 0.8 V — 1.0 50 µA 

I BB(Sleep) V ENABLE = V MODE = 2.0 V — 1.0 50 µA 

Logic Supply Voltage Range V CC Operating 3.0 5.0 5.5 V 

Logic Input Voltage V IN(1) 2.0 — — V 

V IN(0) — — 0.8 V 

Logic Input Current I IN(1) V IN = 2.0 V —

6 

3953 

FULL-BRIDGE 


FUNCTIONAL DESCRIPTION 

Internal PWM Current Control During Forward and 

Reverse Operation. The A3953S— contains a fixed offtime 

pulse-width modulated (PWM) current-control circuit 

that can be used to limit the load current to a desired 

value. The peak value of the current limiting (ITRIP) is set 

by the selection of an external current sensing resistor 

(RS) and reference input voltage (VREF). The internal 

circuitry compares the voltage across the external sense 

resistor to the voltage on the reference input terminal 

(REF) resulting in a transconductance function approximated 

by: 

VREF ITRIP ≈ – ISO RS where I SO is the offset due to base drive current. 

In forward or reverse mode the current-control circuitry 

limits the load current as follows: when the load 

current reaches I TRIP, the comparator resets a latch that 

turns off the selected source driver or selected sink and 

source driver pair depending on whether the device is 

operating in slow or fast current-decay mode, respectively. 

In slow current-decay mode, the selected source 

driver is disabled; the load inductance causes the current 

to recirculate through the sink driver and ground clamp 

diode. In fast current-decay mode, the selected sink and 

source driver pair are disabled; the load inductance 

causes the current to flow from ground to the load supply 

via the ground clamp and flyback diodes. 

Figure 1 — Load-Current Paths 

R S 

V 

BB 

DRIVE CURRENT 

RECIRCULATION (SLOW-DECAY MODE) 

RECIRCULATION (FAST-DECAY MODE) 

Dwg. EP-006-13A 

The user selects an external resistor (R T) and capacitor 

(C T) to determine the time period (t OFF = R T x C T) 

during which the drivers remain disabled (see “RC Fixed 

Off-Time” below). At the end of the RC interval, the 

drivers are enabled allowing the load current to increase 

again. The PWM cycle repeats, maintaining the peak 

load current at the desired value (see figure 2). 

ENABLE 

MODE 

LOAD 

CURRENT 

Figure 2 

Fast and Slow Current-Decay Waveforms 

I TRIP 

INTERNAL PWM CURRENT CONTROL 

DURING BRAKE-MODE OPERATION 

Brake Operation - MODE Input High. The brake circuit 

turns off both source drivers and turns on both sink 

drivers. For dc motor applications, this has the effect of 

shorting the motor’s back-EMF voltage resulting in current 

flow that dynamically brakes the motor. If the back-EMF 

voltage is large, and there is no PWM current limiting, the 

load current can increase to a value that approaches that 

of a locked rotor condition. To limit the current, when the 

I TRIP level is reached, the PWM circuit disables the 

conducting sink drivers. The energy stored in the motor’s 

inductance is discharged into the load supply causing the 

motor current to decay. 

As in the case of forward/reverse operation, the 

drivers are enabled after a time given by t OFF = R T x C T 

(see “RC Fixed Off-Time” below). Depending on the 

back-EMF voltage (proportional to the motor’s decreasing 

speed), the load current again may increase to I TRIP. If so, 

the PWM cycle will repeat, limiting the peak load current 

to the desired value. 



RC 

RC 

Dwg. WP-015-1

During braking, when the MODE input is high, the 

peak current limit can be approximated by: 

I TRIP BRAKE MH ≈ 

CAUTION: Because the kinetic energy stored in the motor 

and load inertia is being converted into current, which 

charges the V BB supply bulk capacitance (power supply 

output and decoupling capacitance), care must be taken 

to ensure the capacitance is sufficient to absorb the 

energy without exceeding the voltage rating of any 

devices connected to the motor supply. 

Brake Operation - MODE Input Low. During braking, 

with the MODE input low, the internal current-control 

circuitry is disabled. Therefore, care should be taken to 

ensure that the motor’s current does not exceed the 

ratings of the device. The braking current can be measured 

by using an oscilloscope with a current probe 

connected to one of the motor’s leads, or if the back-EMF 

voltage of the motor is known, approximated by: 

I PEAK BRAKE ML ≈ 

RC Fixed Off-Time. The internal PWM current-control 

circuitry uses a one shot to control the time the driver(s) 

remain(s) off. The one-shot time, t OFF (fixed off-time), is 

determined by the selection of an external resistor (R T) 

and capacitor (C T) connected in parallel from the RC 

timing terminal to ground. The fixed off-time, over a range 

of values of C T = 470 pF to 1500 pF and R T = 12 kΩ to 

100 kΩ, is approximated by: 


V REF 

t OFF ≈ R T x C T 

The operation of the circuit is as follows: when the 

PWM latch is reset by the current comparator, the voltage 

on the RC terminal will begin to decay from approximately 

0.60V CC. When the voltage on the RC terminal reaches 

approximately 0.22V CC, the PWM latch is set, thereby 

enabling the driver(s). 

R S 

V BEMF – 1V 

R LOAD 

3953 

FULL-BRIDGE 


RC Blanking. In addition to determining the fixed off-time 

of the PWM control circuit, the C T component sets the 

comparator blanking time. This function blanks the output 

of the comparator when the outputs are switched by the 

internal current-control circuitry (or by the PHASE, 

BRAKE, or ENABLE inputs). The comparator output is 

blanked to prevent false over-current detections due to 

reverse recovery currents of the clamp diodes, and/or 

switching transients related to distributed capacitance in 

the load. 

During internal PWM operation, at the end of the t OFF 

time, the comparator’s output is blanked and C T begins to 

be charged from approximately 0.22V CC by an internal 

current source of approximately 1 mA. The comparator 

output remains blanked until the voltage on C T reaches 

approximately 0.60V CC. 

When a transition of the PHASE input occurs, C T is 

discharged to near ground during the crossover delay 

time (the crossover delay time is present to prevent 

simultaneous conduction of the source and sink drivers). 

After the crossover delay, C T is charged by an internal 

current source of approximately 1 mA. The comparator 

output remains blanked until the voltage on C T reaches 

approximately 0.60V CC. 

When the device is disabled, via the ENABLE input, 

C T is discharged to near ground. When the device is reenabled, 

C T is charged by an internal current source of 

approximately 1 mA. The comparator output remains 

blanked until the voltage on C T reaches approximately 

0.60V CC. 

For 3.3 V operation, the minimum recommended 

value for C T is 680 pF ± 5 %. For 5.0 V operation, the 

minimum recommended value for C T is 470 pF ± 5%. 

These values ensure that the blanking time is sufficient to 

avoid false trips of the comparator under normal operating 

conditions. For optimal regulation of the load current, the 

above values for C T are recommended and the value of 

R T can be sized to determine t OFF. For more information 

regarding load current regulation, see below. 

7

8 

3953 

FULL-BRIDGE 


LOAD CURRENT REGULATION 

WITH INTERNAL PWM 

CURRENT-CONTROL CIRCUITRY 

When the device is operating in slow current-decay 

mode, there is a limit to the lowest level that the PWM 

current-control circuitry can regulate load current. The 

limitation is the minimum duty cycle, which is a function of 

the user-selected value of t OFF and the minimum on-time 

pulse t ON(min) max that occurs each time the PWM latch is 

reset. If the motor is not rotating (as in the case of a 

stepper motor in hold/detent mode, a brush dc motor when 

stalled, or at startup), the worst case value of current 

regulation can be approximated by: 

I AVE ≈ 

[(V BB – V SAT(source+sink)) x t ON(min)max] – (1.05(V SAT(sink) + V F) x t OFF) 

1.05 x (t ON(min)max + t OFF) x R LOAD 

where t OFF = R T x C T, R LOAD is the series resistance of the 

load, V BB is the motor supply voltage and t ON(min)max is 

specified in the electrical characteristics table. When the 

motor is rotating, the back EMF generated will influence 

the above relationship. For brush dc motor applications, 

the current regulation is improved. For stepper motor 

applications, when the motor is rotating, the effect is more 

complex. A discussion of this subject is included in the 

section on stepper motors below. 

The following procedure can be used to evaluate the 

worst-case slow current-decay internal PWM load current 

regulation in the system: 

Set V REF to 0 volts. With the load connected and the 

PWM current control operating in slow current-decay 

mode, use an oscilloscope to measure the time the output 

is low (sink on) for the output that is chopping. This is the 

typical minimum on time (t ON(min) typ) for the device. The 

C T then should be increased until the measured value of 

t ON(min) is equal to t ON(min) max as specified in the electrical 

characteristics table. When the new value of C T has been 

set, the value of R T should be decreased so the value for 

t OFF = R T x C T (with the artificially increased value of C T) is 

equal to the nominal design value. The worst-case loadcurrent 

regulation then can be measured in the system 

under operating conditions. 

PWM of the PHASE and ENABLE Inputs. The PHASE 

and ENABLE inputs can be pulse-width modulated to 

regulate load current. Typical propagation delays from 

the PHASE and ENABLE inputs to transitions of the 

power outputs are specified in the electrical characteristics 

table. If the internal PWM current control is used, the 

comparator blanking function is active during phase and 

enable transitions. This eliminates false tripping of the 

over-current comparator caused by switching transients 

(see “RC Blanking” above). 

Enable PWM. With the MODE input low, toggling the 

ENABLE input turns on and off the selected source and 

sink drivers. The corresponding pair of flyback and 

ground-clamp diodes conduct after the drivers are 

disabled, resulting in fast current decay. When 

the device is enabled the internal current-control 

circuitry will be active and can be used to limit the 

load current in a slow current-decay mode. 

For applications that PWM the ENABLE input and 

desire the internal current-limiting circuit to function in the 

fast decay mode, the ENABLE input signal should be 

inverted and connected to the MODE input. This prevents 

the device from being switched into sleep mode when the 

ENABLE input is low. 

Phase PWM. Toggling the PHASE terminal selects which 

sink/source pair is enabled, producing a load current that 

varies with the duty cycle and remains continuous at all 

times. This can have added benefits in bidirectional brush 

dc servo motor applications as the transfer function 

between the duty cycle on the PHASE input and the 

average voltage applied to the motor is more linear than in 

the case of ENABLE PWM control (which produces a 

discontinuous current at low current levels). For more 

information see “DC Motor Applications” below. 

Synchronous Fixed-Frequency PWM. The internal 

PWM current-control circuitry of multiple A3953S— 

devices can be synchronized by using the simple circuit 

shown in figure 3. A 555 IC can be used to generate the 

reset pulse/blanking signal (t 1) for the device and the 

period of the PWM cycle (t 2). The value of t 1 should be a 

minimum of 1.5 ms. When used in this configuration, the 

R T and C T components should be omitted. The PHASE 

and ENABLE inputs should not be PWM with this circuit 

configuration due to the absence of a blanking function 

synchronous with their transitions. 


Worcester, Massachusetts 01615-0036 (508) 853-5000

Figure 3 

Synchronous Fixed-Frequency Control Circuit 

t 

2 

t 1 

Miscellaneous Information. A logic high applied to both 

the ENABLE and MODE terminals puts the device into a 

sleep mode to minimize current consumption when not in 

use. 

An internally generated dead time prevents crossover 

currents that can occur when switching phase or braking. 

Thermal protection circuitry turns off all drivers should 

the junction temperature reach 165°C (typical). This is 

intended only to protect the device from failures due to 

excessive junction temperatures and should not imply that 

output short circuits are permitted. The hysteresis of the 

thermal shutdown circuit is approximately 15°C. 


APPLICATION NOTES 

Current Sensing. The actual peak load current (I PEAK) 

will be above the calculated value of I TRIP due to delays in 

the turn off of the drivers. The amount of overshoot can 

be approximated by: 

where V BB is the motor supply voltage, V BEMF is the back- 

EMF voltage of the load, R LOAD and L LOAD are the resistance 

and inductance of the load respectively, and 

t PWM(OFF) is specified in the electrical characteristics table. 

The reference terminal has a maximum input bias 

current of ±5 µA. This current should be taken into 

account when determining the impedance of the external 

circuit that sets the reference voltage value. 

20 kΩ 

2N2222 

V CC 

1N4001 

(VBB – [(ITRIP x RLOAD) + VBEMF]) x tPWM(OFF) IOS ≈ 

L LOAD 

100 kΩ 

RC1 

RC N 

Dwg. EP-060 

3953 

FULL-BRIDGE 


To minimize current-sensing inaccuracies caused by 

ground trace I x R drops, the current-sensing resistor 

should have a separate return to the ground terminal of 

the device. For low-value sense resistors, the I x R drops 

in the printed wiring board can be significant and should 

be taken into account. The use of sockets should be 

avoided as their contact resistance can cause variations in 

the effective value of R S. 

Generally, larger values of R S reduce the aforementioned 

effects but can result in excessive heating and 

power loss in the sense resistor. The selected value of R S 

should not cause the absolute maximum voltage rating of 

1.0 V (0.4 V for V CC = 3.3 V operation), for the SENSE 

terminal, to be exceeded. 

The current-sensing comparator functions down to 

ground allowing the device to be used in microstepping, 

sinusoidal, and other varying current-profile applications. 

Thermal Considerations. For reliable operation it is 

recommended that the maximum junction temperature be 

kept below 110°C to 125°C. The junction temperature can 

be measured best by attaching a thermocouple to the 

power tab/batwing of the device and measuring the tab 

temperature, T TAB. The junction temperature can then be 

approximated by using the formula: 

T J ≈ T TAB + (I LOAD x 2 x V F x R θJT) 

where V F may be chosen from the electrical specification 

table for the given level of I LOAD. The value for R θJT is 

given in the package thermal resistance table for the 

appropriate package. 

The power dissipation of the batwing packages can be 

improved by 20% to 30% by adding a section of printed 

circuit board copper (typically 6 to 18 square centimeters) 

connected to the batwing terminals of the device. 

The thermal performance in applications that run at 

high load currents and/or high duty cycles can be improved 

by adding external diodes in parallel with the 

internal diodes. In internal PWM slow-decay applications, 

only the two ground clamp diodes need be added. For 

internal fast-decay PWM, or external PHASE or ENABLE 

input PWM applications, all four external diodes should be 

added for maximum junction temperature reduction. 

PCB Layout. The load supply terminal, V BB, should be 

decoupled with an electrolytic capacitor (>47 µF is recom- 

9

10 

3953 

FULL-BRIDGE 


mended) placed as close to the device as is physically 

practical. To minimize the effect of system ground I x R 

drops on the logic and reference input signals, the system 

ground should have a low-resistance return to the motor 

supply voltage. 

See also “Current Sensing” and “Thermal Considerations” 

above. 

Fixed Off-Time Selection. With increasing values of t OFF, 

switching losses will decrease, low-level load-current 

regulation will improve, EMI will be reduced, the PWM 

frequency will decrease, and ripple current will increase. 

The value of t OFF can be chosen for optimization of these 

parameters. For applications where audible noise is a 

concern, typical values of t OFF are chosen to be in the 

range of 15 µs to 35 µs. 

Stepper Motor Applications. The MODE terminal can 

be used to optimize the performance of the device in 

microstepping/sinusoidal stepper-motor drive applications. 

When the load current is increasing, slow decay mode is 

used to limit the switching losses in the device and iron 

losses in the motor. This also improves the maximum rate 

at which the load current can increase (as compared to 

fast decay) due to the slow rate of decay during t OFF. 

When the load current is decreasing, fast-decay mode is 

used to regulate the load current to the desired level. This 

prevents tailing of the current profile caused by the back- 

EMF voltage of the stepper motor. 

In stepper-motor applications applying a constant 

current to the load, slow-decay mode PWM is typically 

used to limit the switching losses in the device and iron 

losses in the motor. 

DC Motor Applications. In closed-loop systems, the 

speed of a dc motor can be controlled by PWM of the 

PHASE or ENABLE inputs, or by varying the reference 

input voltage (REF). In digital systems (microprocessor 

controlled), PWM of the PHASE or ENABLE input is used 

typically thus avoiding the need to generate a variable 

analog voltage reference. In this case, a dc voltage on the 

REF input is used typically to limit the maximum load 

current. 

In dc servo applications, which require accurate 

positioning at low or zero speed, PWM of the PHASE 

input is selected typically. This simplifies the servo control 

loop because the transfer function between the duty cycle 

on the PHASE input and the average voltage applied to 

the motor is more linear than in the case of ENABLE 

PWM control (which produces a discontinuous current at 

low current levels). 

With bidirectional dc servo motors, the PHASE 

terminal can be used for mechanical direction control. 

Similar to when braking the motor dynamically, abrupt 

changes in the direction of a rotating motor produces a 

current generated by the back-EMF. The current generated 

will depend on the mode of operation. If the internal 

current control circuitry is not being used, then the maximum 

load current generated can be approximated by 

I LOAD = (V BEMF + V BB)/R LOAD where V BEMF is proportional to 

the motor’s speed. If the internal slow current-decay 

control circuitry is used, then the maximum load current 

generated can be approximated by I LOAD = V BEMF/R LOAD. 

For both cases care must be taken to ensure that the 

maximum ratings of the device are not exceeded. If the 

internal fast current-decay control circuitry is used, then 

the load current will regulate to a value given by: 

I LOAD = V REF/R S. 

CAUTION: In fast current-decay mode, when the direction 

of the motor is changed abruptly, the kinetic energy stored 

in the motor and load inertia will be converted into current 

that charges the V BB supply bulk capacitance (power 

supply output and decoupling capacitance). Care must be 

taken to ensure that the capacitance is sufficient to absorb 

the energy without exceeding the voltage rating of any 

devices connected to the motor supply. 

See also “Brake Operation” above. 

BRAKE 

470 pF 

REF 

PHASE 

ENABLE 

30 kΩ 

Figure 4 — Typical Application 

+5 V 



1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

V CC 

LOGIC 

V BB 

16 

15 

14 

13 

12 

11 

10 

VBB 8 9 

V BB 

+ 

47 µF 

0.5 Ω 

MODE 

Dwg. EP-047-2A

Soldering Considerations. The lead (Pb) free (100% 

matte tin) plating on lead terminations is 100% backwardcompatible 

for use with traditional tin-lead solders of any 

composition, at any temperature of soldering that has 

been traditionally used for that tin-lead solder alloy. 

Further, 100% matte tin finishes solder well with tin-lead 

solders even at temperatures below 232°C. This is because 

the matte tin dissolves easily in the tin-lead. Additional 

information on soldering is available on the Allegro 

Web site, www.allegromicro.com. 


3953 

FULL-BRIDGE 


11

0.280 

0.240 

0.210 

MAX 

7.11 

6.10 

5.33 

MAX 

0.015 

MIN 

0.39 

MIN 


16 

16 

A3953SB 

Dimensions in Inches 

(controlling dimensions) 

1 8 

0.070 

0.045 

Dimensions in Millimeters 

(for reference only) 

1 8 

1.77 

1.15 

0.022 

0.014 

0.558 

0.356 

NOTE 4 

0.775 

0.735 

NOTE 4 

19.68 

18.67 

0.100 

BSC 

NOTES: 1. Exact body and lead configuration at vendor’s option within limits shown. 

2. Lead spacing tolerance is non-cumulative. 

3. Lead thickness is measured at seating plane or below. 

4. Webbed lead frame. Leads 4, 5, 12, and 13 are internally one piece. 

5 Supplied in standard sticks/tubes of 25 devices. 

2.54 

BSC 

9 

9 

0.005 

MIN 

0.150 

0.115 

0.13 

MIN 

3.81 

2.93 

3953 

FULL-BRIDGE 


0.020 

0.008 

0.508 

0.204 

0.430 

MAX 

0.300 

BSC 

Dwg. MA-001-17A in 

7.62 

BSC 

10.92 

MAX 

Dwg. MA-001-17A mm 

12

13 

3953 

FULL-BRIDGE 


0.2992 

0.2914 

0.020 

0.013 

0.0926 

0.1043 

7.60 

7.40 

0.51 

0.33 

2.65 

2.35 

16 9 

1 2 3 

0.0040 MIN. 

16 

1 

2 3 

0.10 MIN. 

0.4133 

0.3977 

10.50 

10.10 

A3953SLB 

Dimensions in Inches 

(for reference only) 

0.050 

BSC 

Dimensions in Millimeters 

(controlling dimensions) 

0.419 

0.394 

0° TO 8° 

0° TO 8° 

0.0125 

0.0091 

0.050 

0.016 

Dwg. MA-008-17A in 

NOTES: 1. Exact body and lead configuration at vendor’s option within limits shown. 

2. Lead spacing tolerance is non-cumulative. 

3. Webbed lead frame. Leads 4, 5, 12, and 13 are internally one piece. 

4. Supplied in standard sticks/tubes of 47 devices or add “TR” to part number for tape and reel. 

9 

1.27 

BSC 

10.65 

10.00 

0.32 

0.23 

1.27 

0.40 

Dwg. MA-008-17A mm 



14 

3953 

FULL-BRIDGE 


The products described here are manufactured under one or more 

U.S. patents, including U. S. Patent No. 5,684,427, or U.S. patents 

pending. 

Allegro MicroSystems, Inc. reserves the right to make, from time to 

time, such departures from the detail specifications as may be required 

to permit improvements in the performance, reliability, or 

manufacturability of its products. Before placing an order, the user is 

cautioned to verify that the information being relied upon is current. 

Allegro products are not authorized for use as critical components 

in life-support devices or systems without express written approval. 

The information included herein is believed to be accurate and 

reliable. However, Allegro MicroSystems, Inc. assumes no responsibility 

for its use; nor for any infringement of patents or other rights of 

third parties which may result from its use. 



14 

3953 

FULL-BRIDGE 




MOTOR DRIVERS 

Function Output Ratings* Part Number † 

INTEGRATED CIRCUITS FOR BRUSHLESS DC MOTORS 

3-Phase Power MOSFET Controller — 28 V 3933 



2-Phase Hall-Effect Sensor/Driver 400 mA 26 V 3626 

Bidirectional 3-Phase Back-EMF Controller/Driver ±600 mA 14 V 8906 

2-Phase Hall-Effect Sensor/Driver 900 mA 14 V 3625 

3-Phase Back-EMF Controller/Driver ±900 mA 14 V 8902–A 

3-Phase Controller/Drivers ±2.0 A 45 V 2936 & 2936-120 

INTEGRATED BRIDGE DRIVERS FOR DC AND BIPOLAR STEPPER MOTORS 

Dual Full Bridge with Protection & Diagnostics ±500 mA 30 V 3976 

PWM Current-Controlled Dual Full Bridge ±650 mA 30 V 3966 






PWM Current-Controlled Full Bridge ±1.3 A 50 V 3953 

PWM Current-Controlled Dual Full Bridge ±1.5 A 45 V 2917 

PWM Current-Controlled Microstepping Full Bridge ±1.5 A 50 V 3955 

PWM Current-Controlled Microstepping Full Bridge ±1.5 A 50 V 3957 

PWM Current-Controlled Dual DMOS Full Bridge ±1.5 A 50 V 3972 

Dual Full-Bridge Driver ±2.0 A 50 V 2998 

PWM Current-Controlled Full Bridge ±2.0 A 50 V 3952 

DMOS Full Bridge PWM Driver ±2.0 A 50 V 3958 

Dual DMOS Full Bridge ±2.5 A 50 V 3971 

UNIPOLAR STEPPER MOTOR & OTHER DRIVERS 

Voice-Coil Motor Driver ±500 mA 6 V 8932–A 

Voice-Coil Motor Driver ±800 mA 16 V 8958 

Unipolar Stepper-Motor Quad Drivers 1 A 46 V 7024 & 7029 

Unipolar Microstepper-Motor Quad Driver 1.2 A 46 V 7042 

Unipolar Stepper-Motor Translator/Driver 1.25 A 50 V 5804 

Unipolar Stepper-Motor Quad Driver 1.8 A 50 V 2540 

Unipolar Stepper-Motor Quad Driver 1.8 A 50 V 2544 

Unipolar Stepper-Motor Quad Driver 3 A 46 V 7026 

Unipolar Microstepper-Motor Quad Driver 3 A 46 V 7044 

* Current is maximum specified test condition, voltage is maximum rating. See specification for sustaining voltage limits or 

over-current protection voltage limits. Negative current is defined as coming out of (sourcing) the output. 

† Complete part number includes additional characters to indicate operating temperature range and package style. 

Also, see 3175, 3177, 3235, and 3275 Hall-effect sensors for use with brushless dc motors.


//fördjupningsarbete i mekatronik MF106X, Annie Gustafsson 2011-03-27 

//programmet skall styra en stegmotor på olika sätt beroende på vilken knapp som trycks in skall 

motsvarande LED tändas och motorn köra på ett specifikt sätt. 

#define F_CPU 1000000UL 

#include 

#include 

int main(void) 

{ 

//definierar vilka portar som skall användas och vilka variabler som behövs 

DDRB = 0xff; // Port B utgångar, skickar signaler till H-bryggorna om hur motorn skall 

köras 

DDRA = 0x00; // Port A ingångar, läser av vilken knapp som är intryckt coh ger 

instruktioner därefter 

DDRC = 0xff; // Port C utgångar, tänder LED som motsvarar vilken knapp som tryckts in 

unsigned char stegtyp = -1, intryckt_knapp; //stegtyp bestämmer hur motorn skall köras, 

intryckt_knapp talar om vilken knapp som tryckts in 

while(1) 

{ 

intryckt_knapp = PINA; 

if (intryckt_knapp == 0xFE) //knapp 0 intryckt kör stegmotorn med helsteg tills dess en ny knapp 

tryckts in 

{ 

stegtyp = 1; 

} 

if (intryckt_knapp == 0xFD) //knapp 1 intryckt kör stegmotorn med halvsteg tills dess en ny 

knapp tryckts in 

{ 

stegtyp = 2; 

} 

if (intryckt_knapp == 0xFB)//knapp 2 intryckt kör stegmotorn med mikrosteg tills dess en ny 

knapp tryckts in 

{ 

stegtyp = 3; 

} 

if (intryckt_knapp == 0xF7) //knapp 3 intryckt ställ stegmotorn i standby tills dess en ny knapp 

tryckts in 

{ 

stegtyp = 4; 

} 

switch (stegtyp) 

{ 

case 1: //helsteg 

PORTC = 0xFE; 

PORTB = 0x9B; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0xBB; 

_delay_ms(5);

PORTB = 0xB9; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0x99; 

_delay_ms(5); 

break; 

case 2: //halvsteg 

PORTC = 0xFD; 

PORTB = 0x90; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0x9B; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0x0B; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0xBB; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0xB0; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0xB9; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0x09; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0x99; 

_delay_ms(5); 

break; 

case 3: //mikrosteg 

PORTC = 0xFB; 

PORTB = 0x10; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0x13; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0x03; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0x33; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0x30; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0x31; 

_delay_ms(5); 

PORTB = 0x01; 

_delay_ms(5);

} 

} 

} 

PORTB = 0x11; 

_delay_ms(5); 

break; 

case 4: //avbryt körning och ställ motorn i standby 

PORTC = 0xF7; 

PORTB = 0xAA; 

break; 

default: //blir något fel tänd alla dioder och ställ motorn i standby 

PORTC = 0x00; 

PORTB = 0xAA; 

break;

Bilaga L. 

Individuell rapport, Stegmotor – Ett fördjupningsarbete i mekatronik 

Av Mazda Imani

KUNGLIGA TEKNISKA HÖGSKOLAN 

Stegmotor 

Ett fördjupningsarbete i mekatronik 

Mazda Imani, 890803-0151 

28/3//2011 

Institution: KTH Maskinkonstruktion 

Kurs: MF106X 

Handledare: Martin Grimheden

Abstract 

This report describes the theory of how a stepper motor works and can be controlled. The 

report also describes the development of a working prototype that fulfills the following three 

desired main features: 

1. The ability to, with the help of a keyboard, control how many degrees the stepper 

motor will rotate with a resolution of at least 1 degree. The stepper motor will also 

have the possibility to rotate backwards. The rotational velocity should be adjustable 

while running. 

2. Have a mode where the stepper motor is rotating continuous with the ability of 

changing the step modes. The velocity and rotational direction should also be able to 

be adjusted while running. 

3. A mode with an unusual implementation of the stepper motor, for example the ability 

to play a simple song by generating tones. 

The part of the report where the prototype is constructed is written as an argumentative text in 

which each choice of component is justified by both the pros and cons. The prototype is lastly 

built as a standalone unit to demonstrate that everything works as it should.


I denna rapport avhandlas teorin om hur en stegmotor fungerar och kan styras. Rapporten 

avhandlar även utvecklandet av en fungerande prototyp med följande tre huvudfunktioner 

som krav: 

1. Att med hjälp av ett tangentbord kunna mata in hur många grader motorn ska vrida 

sig. Detta med en upplösning av minst 1 grad. Motorn ska även kunna snurra 

baklänges. Hastigheten som motorn vrider sig med ska kunna justeras. 

2. Ha ett läge där motorn snurrar konstat med olika sorters steglägen. Hastigheten ska 

kunna ändras och rotationsriktningen ska även kunna vändas. 

3. Ett läge med en ovanlig användning av stegmotorn, exempelvis att kunna spela en låt 

eller toner. 

Prototypdelen av rapporten är skriven som en argumenterande text där varje komponentval 

motiveras med både för och nackdelar. Slutligen byggdes en fristående prototyp på 

experimentkort för att kunna demonstrera att allting fungerar.

Innehåll 

Innehåll ....................................................................................................................................... 2 

Inledning ..................................................................................................................................... 3 

Teoretisk fördjupning ................................................................................................................. 4 

Vad är en stegmotor? .............................................................................................................. 4 

Olika varianter ........................................................................................................................ 5 

Variabel reluktansmotor ..................................................................................................... 5 

Permanentmagnetiserad stegmotor .................................................................................... 5 

Hybrid stegmotor ................................................................................................................ 6 

Problemdefinition och lösning ................................................................................................... 7 

Kravspecifikation ................................................................................................................... 7 

Lösning ................................................................................................................................... 7 

Stegmotor ........................................................................................................................... 7 

Drivkretsen ......................................................................................................................... 8 

Tangentbordet ................................................................................................................... 17 

Potentiometern ................................................................................................................. 19 

Mikrokontrollern .............................................................. Error! Bookmark not defined. 

Spänningsregulatorn ......................................................................................................... 20 

Mjukvara .......................................................................................................................... 21 

Prototypen ........................................................................................................................ 22 

Slutsats och Diskussion ............................................................................................................ 24 

Referenser ................................................................................................................................. 25 

Källor .................................................................................................................................... 25 

Bilder .................................................................................................................................... 25 

Bilagor ...................................................................................................................................... 27 

Komponentlista .................................................................................................................... 27 

Kopplingsschema ................................................................................................................. 28 

Mikrokontrollern (Bättre bild finns i slutet) .................................................................... 28 

Motordrivaren (Bättre bild finns i slutet) ......................................................................... 29 

Flödesschema ....................................................................................................................... 30 

Huvudprogrammet ........................................................................................................... 30 

Interruptrutiner ................................................................................................................. 31 

2

Inledning 

Denna rapport är ett resultat av ett individuellt projektarbete gjord under kursen MF106X i 

mekatronik. Projektet har varit utformat så att man ska välja någon teknisk modul som har 

med mekatronik att göra och bli expert på den. Denna expertis ska därefter kunna kombineras 

i ett mycket större projekt där varje delttagare är expert på sitt område. 

Jag valde att lära mig mer om stegmotorer och det är just detta som rapporten behandlar. 

Rapporten är indelad i två delar, en teoretisk del som beskriver hur olika slags stegmotorer 

fungerar. Den andra delen är skriven som en argumenterande text där den praktiska 

arbetsgången är beskriven. 

3


Vad är en stegmotor? 

För att förstå nyttan med en stegmotor kan man börja med att kolla på den enklaste sortens 

motor, en helt vanlig likströmsmotor. En likströmsmotor består av en rotor och stator. Rotorn 

har en spole på sig som bildar en elektromagnet när ström går igenom den, statorn befinner 

sig runt rotorn och ger upphov till ett magnetiskt fält, ofta består statorn av ett 

permanentmagnetiserat material. När en ström går igenom spolen kommer den som tidigare 

nämnt att bli tillfälligt magnetiserad och samtidigt försöka vrida sig så att det magnetiska 

flödet blir så litet som möjligt. När rotorn har vridit sig ett halvt varv vänds polariteten 

mekaniskt i motorn och spolen kommer att försöka vrida sig ett halvt varv tillbaka. 

(Wikipedia, Brushed DC electric motor) . Denna teknik ger både snabba och små motorer, 

problemet är att vid en eventuell styrning av hur fort eller mycket en sådan motor skall vrida 

sig krävs det någon sorts återkopplad reglering. 

Bild 1. Illustration över en drivcykel för en likströmsmotor. Bild tagen från Wikipedia. 

För en stegmotor är däremot grundprincipen att ha en extern styrning av motorn istället för en 

automatiskt mekanisk lösning för motordrivningen som likströmsmotorn har. Detta innebär att 

en eventuell reglering av en stegmotor inte nödvändigtvis kräver någon form av återkoppling 

eftersom det redan är känt hur och när motorn styrs. Detta gäller endast om stegmotorn med 

säkerhet är rätt dimensionerad för lasten, därför är det viktigt att använda rätt stegmotor för 

rätt arbete. 

Denna egenskap gör att med rätt sorts drivning kan en väldigt hög precision av både hastighet 

och vinkel nås. En annan egenskap av att styrningen sker separat är att en stegmotor med 

enkelhet kan hållas statisk trots variabel pålagd last. 

4

Typiska användningsområden för stegmotorer är där noggrann styrning av mekanik krävs, 

exempelvis i skrivare, hårddiskar, CNC-fräsar mm.(Wikipedia, Stepper motor) (Industrial 

Circuits Application Note, Stepper Motor Basics) 

Olika varianter 

Variabel reluktansmotor 

Är kanske den enklaste sortens stegmotor. Principmässigt påminner den om likströmsmotorn, 

men istället består rotorn av ett grovt tandat svänghjul i järn som påverkas av ett magnetfält 

skapat av ett flertal spolar i statorn. Beroende på vilka spolar som det flyter ström igenom 

kommer rotorn att ställa in sig så att reluktansen blir så liten som möjligt (Wikipedia, 

Reluctance motor ). 

Fördelen med denna typ av motor är att de både är billiga och kan uppnå hög precision. 

Nackdelen med dessa motorer är att eftersom rotorn är indelad i grova steg på oftast tiotals 

grader, krävs det både avancerad styrning och oftast kombinerad med någon sorts återkopplad 

reglering för att få bra precision (Wikipedia, Stepper motor)(All About Circuits, Reluctance 

motor) 

Permanentmagnetiserad stegmotor 

En permanentmagnetiserad stegmotor fungerar ganska likt en variabel reluktansmotor. Men 

istället för en ferromagnetiskt tandad rotor används istället en cylindrisk 

permanentmagnetiserad rotor. Ofta har rotorn fler än bara två poler. 

Ett magnetfält, skapat en eller flera spolar, får rotorn att ställa in sig i en viss vinkel. Fördelen 

med denna design är att eftersom en permanentmagnetiserad kärna används kommer det 

magnetiska flödet och därmed även kraften på rotorn att öka. Detta innebär att 

permanentmagnetiserade stegmotorer ofta kan ge ett högre vridmoment än reluktansmoterer. 

Denna typ av motor är ofta ett billigare alternativ och kräver vanligtvis ingen återkopplad 

reglering. 

Nackdelen är att om rotorn inte har tillräckligt många poler kommer en stor steglängd att 

uppstå vilket leder till att det är svårt att uppnå hög precision av vinkelutslag utan någon 

avancerad styrning. (All About Circuits, Stepper motors) 

5

Hybrid stegmotor 

En hybrid stegmotor är som namnet kanske antyder en kombination av en reluktansmotor och 

permanentmagnetiserade stegmotor. Rotorn består av ett fint tandat magnetiserat hjul omgivet 

av vanligtvis två olika spolar. Eftersom rotorn är fint tandat och magnetiserad kan både en 

väldigt hög precision av vinkeländringen uppnås, utan vidare avancerad styrning, samtidigt 

som motorn blir stark. Dessa motorer är vanligtvis dyrare då de är svårare att tillverka. 

Typiskt brukar dessa motorer kunna gå 100-400 helsteg per varv. 

(All About Circuits, Stepper motors) 

Det finns två vanliga typer av hybrida stegmotorer: 

Unipolär motor 

Denna typ av hybrida stegmotor har två lindingar per fas. Detta innebär att varje fas, eller 

spole, kan köras så att magnetfältet som den ger upphov till går att vända utan att behöva 

vända polaritet. Denna lösning innebär att styrkretsen kan vara väldigt enkel, det kan till och 

med räcka med en transistor eller ett relä. Dessvärre kommer en unipolär motor att bli svagare 

jämfört med en lika stor bipolär motor eftersom endast hälften av varje fas lindingar kan 

användas åt gången. (Wikipedia, Stepper motor) 

Bild 2. En principskiss äver en unipolär motor. Bilden är tagen från Wikipedia. 

Bipolär motor 

En bipolär motor har till skillnad från den unipolära motorn endast en lindning per fas. Detta 

innebär att om en fas ska kunna vända magnetfältet måste även spänningen göra det. 

Styrkretsen kommer att bli något svårare men i gengäld är bipolära motorer vanligtvis starkare 

eftersom varje fas kan utnyttjas fullt ut. Vanligtvis sker drivningen med någon form av Hbrygga.(Wikipedia, 

Stepper motor) 

6

Problemdefinition och lösning 

Kravspecifikation 

I detta projekt har vikt lagts på att med stor exakthet kunna styra en stegmotor, mindre vikt 

har lagts på att implementera styrningen eller integrera styrningen i ett färdigt paket. Detta då 

det hamnar lite utanför projektets huvudområde som är att att lära sig om, behärska och 

slutligen kunna utveckla en eller flera moduler. 

Tre huvudfunktioner önskades av stegmotorn: 

1. Att med hjälp av ett tangentbord kunna mata in hur många grader motorn ska vrida 

sig. Detta med en upplösning av minst 1 grad. Motorn skall även kunna snurra 

baklänges. Hastigheten som motorn vrider sig med skall kunna justeras. 

2. Ha ett läge där motorn snurrar konstat med olika sorters steglägen. Hastigheten skall 

kunna ändras och rotationsriktningen skall även kunna vändas. 

3. Ett läge med en ovanlig användning av stegmotorn, exempelvis att kunna spela en låt 

eller toner. 

Det skall även vara möjligt att kunna bläddra mellan de olika funktionerna och stegläget skall 

även också kunna ändras var som helst i programmet. Se bifogat flödesschema över hur 

programmet är tänkt att fungera. 

En fristående fungerande prototyp skall slutligen tillverkas för att demonstrera 

funktionaliteten. 

Lösning 

För att lösa ett sådant stort projekt utforskades varje del för sig för att slutligen integrera varje 

del i en produkt. 

Stegmotor 

Den stegmotorn som erhölls var av märket Soncebroz med serienumret 6540R377, se bilaga. 

En sökning på internet gav inga resultat. Hos tillverkarens hemsida hittades till slut en till det 

yttre likadan motor med samma egenskaper utmärkta på den egna motorn. Enligt databladet 

rör det sig som en bipolär hybrid stegmotor. Detta bekräftades även genom att det tydligt går 

att känna att motorn hackar i små steg fram när man vrider på den för hand, detta tyder på att 

7

det rör sig om något som är permanentmagnetiserat och uppdelat i många småsteg, vilket även 

en hybrid stegmotor är. På den fyrpoliga kontakten mättes både resistansen och induktansen 

och den framgick att det rör sig om två olika spolar med liknande egenskaper, detta gäller 

vanligtvis för en bipolär stegmotor. 

Enligt databladet klarar motorn av 0.52 A/fas där varje fas har en resistans på 9 ohm. Enligt 

ohms lag innebär det att motorn ska drivas med en spänning på maximalt ca 5 V. Det har inte 

tagits någon hänsyn till eventuell påverkan av spolarnas induktans eftersom motorn ändå ska 

klara av att vara statisk. 

Drivkretsen 

Eftersom stegmotorn är bipolär och har två likadana faser sker drivningen genom att på något 

sätt få spänning genom faserna. Då det finns två faser och det även går att vända polariteten 

måste motorn kunna drivas genom en kombinering av dessa fyra olika lägen. För att förenkla 

dokumenteringen gavs den ena fasen namnet ”fas A” och den andra fasen namnet ”fas B”. De 

fyra olika drivsteg är: 

fas A positiv 

fas A negativ 

fas B positiv 

fas B negativ 

Eftersom en mikrokontroller endast klarar av att ge antingen positiv spänning eller 0 måste 

någon typ av spänningsväxlande krets användas. Till att börja med byggdes en enkel 

spänningsväxlande krets där man manuellt med hjälp av tre brytare kan växla spänningen för 

båda faserna. Denna gjordes manuell för att in i detalj kunna studera vilken ordning som 

drivlägena ska komma i för att få stegmotorn att rotera åt ett håll. 

Efter lite experimenterande drogs följade slutsats för en fungerande drivsekvens: 

Drivsteg Fas A Fas B 

1 Positiv 0 

2 0 Positiv 

3 Negativ 0 

4 0 Negativ 

Tabell 1. Drivsekvensen för helsteg. 

8

Genom att vända på drivstegen kan även motorn byta riktning. Detta är ett helt rimligt resultat 

som även andra har kommit fram till. Denna typ av drivsekvens kallas vanligtvis för 

helsteg.(Piclist.com, Driving Bipolar Stepper Motors) 

När drivsekvensen hade blivit bestämd var nästa steg att få en automatiskt styrning. En 

lämplig krets för detta är en H-brygga eftersom denna typ av krets enkelt klarar av att vända 

utgående polaritet. Motordrivaren UDN2916B från Allegro valdes då har två integrerade Hbryggor 

som klarar av de utträknade lasterna, vilket behövs för de två faserna. Dessutom 

klarar den av att strömbegränsa utgående ström, vilket kom till användning när exaktare 

styrning av drivsekvensen krävdes. 

Motordrivarens funktionalitet bekräftades med en enkel koppling på en s.k ”breadboard”. 

Som kopplingsschema användes tillverkarens egna förslag på typisk inkoppling, se bifogat 

datablad. Några val av diskreta komponenter för motordrivarens funktionalitet var tvungna 

att göras: 

Utgående strömbegränsning 

Enligt datablad är motorn dimensionerad för 0.52 A/fas. Enligt motordrivarens datablad ska 

detta förhållande gälla mellan strömbegränsningen I och det strömbegränsade motståndet Rs. 

 

Ekvation 1 

· 

 

·, 

1,04 Ω Ekvation 2 

 

Beslutet togs att driva motordrivaren med 5 V och ha samma spänning som referenspänning. 

Detta då både mikrokontrollern och motordrivaren skulle kunna dela på samma 

spänningskälla. Då inga sådana motstånd kunda hittas valdes närmast lägsta tillgängliga 

motståndet på 0,82 Ω. 

PWM-frekvens 

En sorts tidskonstant för motordrivarens PWM-signal var tvungen att väljas. Enligt databladet 

skulle dessa väljas så att tidskonstanten toff blir så liten att inga oljud kan höras, dvs 

frekvensen blir över den mänskligt hörbara frekvensen på ca 20 kHz. Då: 

Och 

Ekvation 3 

 

20 000 Ekvation 4 

9

Ger att 

50·10 Ekvation 5 

Från tillgängliga komponenter valdes RT på 56 Ω och CT på 820 pF vilket ger en frekvens på 

ca 22 kHz, dvs en acceptabel nivå. 

Lågpassfilter 

Enligt databladet rekommenderades det att sätta in ett enkelt lågpassfilter för 

strömbegränsningen för att förhindra högfrekventa störningar. För ett lågpassfilter som 

använder en resistor Rc och en kondensator Cc gäller förhållandet för brytfrekvensen. 

(Wikipedia, Low-pass filter) 

 

 

10 

Ekvation 6 

Då det var väldigt svårt att veta vilket frekvens som en störning har och med vilken frekvens 

som h-bryggan skulle styras med valdes Rc till 1000 Ω och Cc till 1 nF. Detta ger en 

brytfrekvens på ca 160 kHz. Vid behov skulle dessa komponenter eventuellt kunna bytas ut. 

Valen av de diskreta komponenterna för motordrivarens funktionalitet visade sig vara 

tillfredställande när kretsen provkördes. Inga störande missljud uppstod och stegmotorn 

betedde sig som förväntat. När komponenterna på prov en och en togs bort, fungerade motorn 

fortfarande, men kunde ibland bete sig konstigt och ryckigt. Därför fattades beslutet att ha 

kvar samtliga diskreta komponenter på den slutliga lösningen. 

Slutligen löddes en separat krets på ett experimentkort med uttag för styrsignaler och 

strömförsörjning från mikrokontrollern, uttag strömkällan för drivning av motorn och ett uttag 

för motorn. Allting fungerade bra och det färdiga kortet kändes stabilt och rent nog för att inte 

behöva göra ett till etsat kort.

Steg 

Bild 3. Den färdiga motordrivaren, ansluten till mikrokontrollern i bakgrunden. 

Som tidigare nämnt har en drivsekvens för helsteg åstadkommits. Vad som menas med 

helsteg är att kuggarna på den magnetiserade rotorn ställer in sig i ett visst läge när en fas har 

en viss polaritet över sig. Eftersom motorn har 2 faser med två möjliga polariteter kan totalt 4 

helsteg göras per driftsekvens. Närmare undersökning visade att motorn går 200 helsteg eller 

50 driftsekvenser för varje varv. Eftersom motorn endast går 200 steg per varv kommer den 

att upplevas som ”ryckig” om den rör sig långsamt. En lösning på problemet är att ha 

mellansteg. Dvs. istället för att hoppa från ett steg till ett annat gör motorn små hopp 

däremellan. För att åstadkomma detta görs det övergångar mellan de fyra huvudstegen. Detta 

går att göra genom att antingen stegvis höja och sänka spänningen eller strömmen, istället för 

att göra direkta hopp. Om motorn anses vara linjär kommer motorns moment att bero linjärt 

på den tillförda effekten. Om spolarnas induktans försummas kommer enligt ohms lag den 

inmatade effekten att bero kvadratiskt på en inmatade strömmen eller spänningen. Spolarnas 

induktans valdes att försummas eftersom det ännu inte är känt med vilket hastighet som 

stegmotorn ska snurra. 

Med andra ord måste den kvadratiska summan av de tillförda strömmarna eller spänningarna 

över faserna vara så konstant som möjligt för att få ett jämnt moment. 

11

Ekvation 7 

Ekvation 8 

Som tidigare observerats i tabell 1 ligger fas A alltid, beroende på hur motorn ska snurra, 

antingen en kvarts drivsekvens före eller efter fas B. 

Med detta som underlag drogs slutsatsen att det antagligen rör sig om en sinusfunktion 

eftersom likt en sinusfunktion ändrar sig spänningen eller strömmen för varje fas i 

drivsekvensen cykliskt, där den går från 0 till ett positivt värde till 0 igen och därefter ett 

negativt värde för att slutligen ändras gå tillbaka till 0. Detta jämnt fördelat över hela 

drivsekvensen. Dessutom är fasförskjutningen mellan en sinus och cosinusfunktion en 

fjärdedels cykel och enligt definition gäller: 

1 Ekvation 9 

Vilket även gäller för ekvation 7 och 8. 

Vidare studier visade att antagandet att stegmotorn idealt bör matas med en sinus- eller 

cosinus-formad ström eller spänning varit helt korrekt (StepperWorld.com, Stepper Motors 

and Control). För att göra jämförelserna med de trigonometriska funktionerna lättare gjordes 

definitionen att en driftcykel, likt en trigonometrisk funktion, går på 360 grader istället för 4 

steg. Se bild 4 och 5 som är plottar på hur strömmen kan varieras för att kunna få helsteg. Den 

ideala sinusfunktionen är även utritad. Observera att ingen enhet angivits i plottarna, utan 1 

har satts till det maximala värdet. 

Bild 4. En plott över helsteg för Fas A. 

12

Figur 5. En plott över helsteg för Fas B. 

Eftersom den valda motordrivaren har en inbyggd möjlighet att strömbegränsa till 2/3 eller 

1/3 av maximala strömmen togs beslutet att försöka få mellansteg med hjälp av 

strömbegränsningen. 

Drivsteg IFas A IFas B 

1 (0°- 45°) 100 % 0 

2(45°- 90°) 66 % 66 % 

3 (90°- 135°) 0 % 100 % 

4(135°- 180°) - 66 % 66 % 

5 (180°- 225°) -100 % 0 % 

6(225°- 270°) -66 % -66 % 

7 (270°- 315°) 0 -100 % 

8(315°- 360°) 66 % -66% 

Tabell 2. Schematisk skiss över halvsteg. 

I tabell 2 har halvsteg använts. Dvs. mellan varje helsteg har ett mellansteg satts in. 

Idealt borde fasströmmarna i mellanstegen ha storleken sin(45°) ≈ 0.71 för att motorn ska 

kunna snurra så jämnt som möjligt. I bild 7 har storleken på avvikelsen i effekt ritats ut som 

funktion av drivsekvensensen. I den kan det ses att den största avvikelsen blir ca 10 %. Detta 

ansågs som acceptabla nivåer. 

13

Bild 6. En plott över halvsteg för Fas A 

Bild 7. En plott över effektavvikelsen för halvsteg 

Eftersom stegmotorn går 200 helsteg för varje varv, innebär det att den går 400 halvsteg per 

varv. Detta är ett fullt acceptabelt resultat då kravet är att kunna styra motorn med en 

noggrannhet av 1°, med halvsteg är noggrannheten 0,9°. Trots detta testades även 

tredjedelssteg som har en teoretisk noggrannhet på 0,6°. 

14

Drivsteg IFas A IFas B 

1 (0°- 30°) 100% 0 

2 (30°- 45°) 66% 33% 

3 (45°- 60°) 33% 66% 

4 (60°- 90°) 0% 100% 

5 (90°- 120°) -33% 66% 

6 (120°- 150°) -66% 33% 

7 (150°- 180°) -100% 0 

8 (180°- 210°) -66% -33% 

9 (210°- 240°) -33% -66% 

10 (270°- 300°) 0 -100% 

11 (300°- 330°) 33% -66% 

12 (330°- 360°) 66% -33% 

Tabell 3. Schematisk skiss över tredjedelssteg. 

Tabell 3 visar hur tredjedelssteg har använts. Dvs. mellan varje helsteg tas nu 2 delsteg och 

därmed är ett motorvarv uppdelat i 600 småsteg. Problemet som uppstod här var att även om 

noggrannheten har ökats har även effektavvikelsen i mellanstegen ökat till över 40 % (se bild 

9). Detta innebär att om stegmotorn belastas med en större last kan en viss ojämnhet i gången 

uppstå. I praktiken uppstod faktiskt inga större ojämnhetsproblem och eftersom 

noggrannheten trots allt blivit högre, fattades beslutet att även ta med denna drivsekvens. 

Bild 8. En plott över tredjedelssteg för Fas A. Lägg märke till den trekantsvågiga formen. 

15

Mikrosteg 

Bild 9. En plott över effektavvikelsen för halvsteg. 

Som tidigare konstaterat kommer en sinusformad funktion på driftströmmen att ge den bästa 

drivsekvensen. Korrekt utfört kommer motorn att gå så mjukt att inga steg kommer att 

märkas. Problemet är att eftersom styrningen sker digitalt av en mikrokontroller, går det inte 

att få ut en rent analog sinussignal. En lösning är att ”hacka” upp en sinusvåg i flera delar. 

Detta är en okej då signalen blir väldigt sinuslik redan vid 32 uppdelningar per period. Vid 

128 kan utsignalen i stort sett betraktas som en sinus eller cosinusvåg, se bild 10 och 11. 

Bild 10. En plott över mikrosteg med 32 bitars upplösning. 

16

Bild 11. En plott över mikrosteg med 128 bitars upplösning. 

Enligt ekvation 1 beror den utmatade strömmen I på vad referensspänningen Vref för 

motordrivaren ligger på. En rimlig lösning vore att med hjälp av PWM ändra Vref så att I får 

blir sinusformad. 

Eftersom detta inte var med i den formulerade kravspecifikationen fattades beslutet att inte 

implementera mikrosteg i prototypen, men förutsättningarna finns i alla fall att med relativt 

små ingrepp att implementera mikrosteg. 

Tangentbordet 

Ett av kraven var att med hjälp av ett tangentbord kunna mata in numeriska värden för att 

styra motorn. Ett upphittat alfanumeriskt tangentbord passade perfekt för den uppgiften, se 

bild 12 och 14. 

För att slippa att ha lika många pinnar ut på tangentbordet som det finns tangenter, använder 

de flesta tangentbord en speciell teknik. Tekniken går ut på att istället ha knapparna ordnat i 

ett rutnät, där varje pinne motsvarar en rad eller kolumn. Tangenterna fungerar som brytare 

mellan raderna och kolumnerna. Om exempelvis knapp 1 trycks ner kommer rad 1 och 

kolumn 1 att kopplas samman. 

17

Bild 12. Det valda tangentbordet. 

Bild 13. En möjlig inkoppling till AVRen. 

Lägg märke till rutnätet i tangentbordet. 

©2001-2010 by Gerhard Schmidt 

Inkopplingen mot mikrokontrollern skedde genom att i en loop jorda 

kolumnerna 1 till 3 en och en samtidigt som samtliga rader blev 

ettställa med hjälp av mikrokontrollerns interna pullup. Om en 

tangent trycks ner samtidigt som dess kolumn är nollställd kommer 

även motsvarande rad att nollställas. Genom att ha koll på vilka 

kolumner och rader som är ettställda respektive nollställda går det 

att räkna ut vilken tangent som har blivit nedtryckt. 

Eftersom tangentbordet saknade datablad identifierades vilken pinne 

som går till vad med hjälp av en multimeter, se tabell 4. Pinnarna 

kopplades till port B på mikrokontrollern. därefter räknades det ut 

vilket värde på port B som varje tangent motsvarar. Då detta 

skiljer sig mellan tangentbord skrevs dessa värden in som 

definitioner, som lätt kan bytas ut, i en header-fil. 

Bild 14. Tangentbordets 

numrerade utgångar. 

18

Pinne på tangentbordet Funktion Kopplad till pinne på mikrokontroller 

0 Rad 2 (4, 5, 6) PA0 

1 Rad 3 (7, 8, 9) PA1 

2 Kolumn 3 (3, 6, 9, #) PA4 

3 Rad4 (#, 0, *) PA2 

4 Kolumn 1 (*, 7, 4, 1) PA5 

5 Rad 1 (1, 2, 3) PA3 

6 Kolumn 2 (2, 5, 8 0) PA6 

Tabell 4. Identifiering över vilka pinnar på tangentbordet som går vart och hur de är 

kopplade till kontrollern. 

Potentiometern 

För att kunna studera hur motorn stegar sig fram när vinkeländringen styrs av tangentbordet, 

anslöts en skjutpotentiometer för att steglöst kunna justera hastigheten. Det bedömdes att en 

8-bitars AD-omvandling var fullt tillräckligt. 

Bild 15. Den valda skjutpotentiometern ansluten till den färdiga prototypen. 

Mikrokontrollern 

För att kunna styra samtliga moduler och logik krävs det någon form av mikrokontroller eller 

dator. Eftersom kursen huvudsakligen har behandlat grundläggande kunskaper om Atmels 8bitars 

mikrokontroller från ATMega-serien, var denna det självklara valet att börja arbeta 

med. Mikrokontrollern ATMega16 visade sig vara fullt tillräcklig då det inbyggda minnet på 

19

16 kB rymde programmet samtidigt som antalet analoga och digitala utgångar, timers och 

interrupts räckte till. 

Bild 16. Schematisk skiss över 

mikrokontrollerns utgångar. 

Bilden är tagen från Atmel. 

Spänningsregulatorn 

Bild 17. Taget foto över den valda 

mikrokontrollern. 

Både kontrollern och motordrivarens logik kräver ström med rätt spänning för att fungera. 

Eftersom mikrokontrollern maximalt kan matas med 5,5 V och motordrivaren med 7 V valdes 

5 V som ett lämpligt värde. Eftersom det inte är helt säkert att alla spänningskällor är 

reglerade togs beslutet att använda en spänningsregulator. 

Spänningsregulatorn TS7805, se bilaga, valdes då den reglerar ingående spänning till 5 V och 

kräver relativt få komponenter. Som underlag för komponentval och kopplingsschema 

användes ett kopplingsschema från en tidigare övning gjord under kursens gång, (NI Design 

Suite Lathund / AK) . 

20

Bild 18. Spänningsregulatorn och tillhörande komponenter med mikrokontrollern i 

bakgrunden. 

Mjukvara 

För att mikrokontrollern ska fungera måste den självklart även programmeras. Eftersom 

grundkursen hittills endast har behandlat AVR-programmering med språket C och 

programmeringskunskaperna i lågnivåspråket Assembler var väldigt begränsade, fattades 

beslutet att skriva programmen till mikrokontrollern i språket C. 

Experimentkortet och programmeraren STK 500 användes för att programmera kontrollern då 

den klarar ISP (in circuit programming). Det medföljande programmet AVR studio 4 från 

Atmel användes som utvecklingsmiljö. Med WinAVR som kompilator. 

Programmet är uppbyggt kring ett huvudprogram som i en evighetsloop växlar mellan de fyra 

olika efterfrågade lägena. Växlingen av program och steglägena sker genom två externa 

interrupts. Ett separat program skrevs för inmatning från tangentbordet. 

Läge 1-Stega motorn med hjälp av ett tangentbord 

Detta löstes genom att anropa inmatningsfunktionen som registrerar och sparar intryckta 

tangenter i en variabel av typen ”double”. Om man trycker på fyrkant returnerar funktionen 

variabeln. 

21

Läge2-Kontinuerlig drift. 

Här användes istället en 16-bitars timer med intern interrupt där interrupflaggan bestäms av 

inmatningsfunktionen. 

Läge3-musik 

Det bestämdes att göra ett läge där stegmotorn kan ”spela” toner genom att den stegas så pass 

fort att istället för att börja snurra börjar den vibrera och därmed även ger ifrån sig en 

fyrkantsliknande ton. Detta ska kunna styras genom att knapparna på tangentbordet ska 

motsvara de vita tangenterna på ett piano. 

Även här användes samma timer som i läge 2. Genom att ta hänsyn till kontrollerns 

klockfrekvens på 8 MHz och en prescaler på 1 räknades ett värde ut vad interruptflaggan 

måste vara på för att få A-ton på 440 Hz, denna användes som grundton för att generera 

resterande toner. En oktav på ett piano består av 12 svarta och vita tangenter där den 

multiplicerande faktorn mellan varje hopp är lika stort mellan varje tangent. Då frekvensen 

ökar med en faktor 2 för varje oktav innebär detta innebär att frekvensen skiljer sig med en 

faktor 2 mellan varje tangetsteg. 

Bild 19. Schematisk bild över en oktav från ett piano och faktorn som varje tangent skiljer sig 

från grundtangenten A (till vänster). Bild tagen och ändrad från Wikipedia. 

Prototypen 

När samtliga moduler blivit bestämda och testade skapades en prototyp på ett experimentkort. 

För att ha möjligheten att kunna byta ut motordrivaren mot någon annan fattades beslutet att 

22

göra motordrivkretsen till separat enhet som sedan kan styras av mikrokontrollern från ett 

annat kretskort. Denna lösning gjorde även testning och utveckling av resten av 

komponenterna enklare då en redan färdig motordrivare kunde användas. Resten av 

modulerna monterades på samma kort som mikrokontrollern, dessutom lades två knappar för 

meny och stegval dit och lysdioder för att visa vilka val som har gjorts. 

Bild 20. Den färdiga prototypen, med samtliga moduler inkopplade. 

23

Slutsats och Diskussion 

Möjliga Förbättringar 

Efter att ha färdigställt prototypen finns några möjliga förbättringar som skulle kunna göras 

om mer tid skulle finnas. 

Mikrosteg – Trots att tredjedelssteg används rör sig stegmotorn fortfarande lite hackigt vid 

lägre hastigheter. Om mikrosteg skulle implementeras måste en funktion skrivas för att kunna 

skapa en sinussignal, lämpligtvis med hjälp utav PWM och en interrupttimer. 

Prototypen – Eftersom målet var att kunna demonstrera att det är möjligt att uppfylla 

kravspecifikationen lades inte så mycket tid ner på att få en ren och fin prototyp, om en andra 

version skulle tillverkas skulle den både kunna etsats och ha kontakter för knapparna och 

lysdioderna för att kunna bygga in den i en låda. 

Tangentbordet – Den nuvarande lösningen, där tangentbordets knappar är hårdkodade i en 

header-fil, är en ganska tidsödande lösning. Eventuellt skulle ett identifieringsprogram kunna 

skrivas där man i tur och ordning trycker på knapparna för att programmera in deras värde. 

Erfarenheter 

Projektets mål har varit att förstå hur en stegmotor fungerar och att därefter kunna 

implementera den kunskapen i en prototyp. Eftersom den färdiga prototypen uppfyller de 

tidigare uppsatta kraven görs bedömningen att projektets mål har blivit uppfyllda. 

Erfarenheter från detta projekt är att saker och ting som vanligt tar längre tid att göra än vad 

man från början tror. Sedan har man varit tvungen att läsa in sig på hur varje komponent och 

modul fungerar, förstå databladens oftast väldigt kortfattade tekniska jargong, att kunna inse 

både möjligheterna och begränsningarna och slutligen kunna använda sig av den kunskapen 

för att skapa något annat. Detta har varit väldigt bra att göra eftersom i verkligheten finns det 

oftast ingen lärare som man kan fråga utan det gäller att kunna lösa problemet själv. 

Ett exempel var användningen av tangentbordet, denna modul visade sig svårare att använda 

än förväntat, men genom både infosökning och experimenterande kunde modulen till slut 

behärskas. Detta gav även en djupare insikt om hur vanliga tangentbord fungerar. 

24

Referenser 

Källor 

Wikipedia, Brushed DC electric motor, 20/3-2011 

http://en.wikipedia.org/wiki/Brushed_DC_electric_motor 

Wikipedia, Stepper motor, 20/3-2011 

http://en.wikipedia.org/wiki/Stepper_motor 

Industrial Circuits Application Note, Stepper Motor Basics, 20/3-2011 

http://www.solarbotics.net/library/pdflib/pdf/motorbas.pdf 

Wikipedia, Reluctance motor, 22/3-2011 

http://en.wikipedia.org/wiki/Reluctance_motor). 

All About Circuits, Reluctance motor, 22/3-2011 

http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_13/4.html 

All About Circuits, Stepper motors, 20/3-2011 

http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_13/5.html 

Piclist.com, Driving Bipolar Stepper Motors, 24/3-2011 

http://www.piclist.com/techref/piclist/jal/DrivingBipolarStepperMotors.htm) 

Wikipedia, Low-pass filter, 24/3-2011 

http://en.wikipedia.org/wiki/Low-pass_filter 

StepperWorld.com, Stepper Motors and Control, 24/3-2011 

http://www.stepperworld.com/Tutorials/pgMicrostepping.htm 

Bilder 

Bilder som inte är källhänvisade är antingen producerade eller tagna av artikelförfattaren. 

Bild 1. Wikipedia, Brushed DC electric motor, 20/3-2011 

http://en.wikipedia.org/wiki/Brushed_DC_electric_motor 

25

Bild 2. Wikipedia, Stepper motor, 20/3-2011 

http://en.wikipedia.org/wiki/Stepper_motor 

Bild 13. Avr-asm-tutorial.net, Connecting a keypad to an AVR, 24/3-2011 

http://www.avr-asm-tutorial.net/avr_en/keypad/keyboard.html 

Med uttalad tillåtelse från upphovsmannen förutsatt att även copyrightinformationen tas med. 

Bild 16. Databladet från Atmel. 

Bild 19. Wikipedia, Musical keyboard,, 26/3-2011 

http://en.wikipedia.org/wiki/Musical_keyboard 

26

Bilagor 

Komponentlista 

Komponent Antal (st) Ca pris. (kr/st) 

Resistor 10 kΩ 4 0,25 



Resistor 0,82 Ω 2 5 


Kondensator 0,1 µF 2 2 



Kondensator 820 pF 2 2 

Kondensator 1 nF 2 2 

Spänningsregulator LM7805 1 10 

Tryckknapp 2 5 

LED 7 2 

Skjutpotentiometer 10kΩ 1 30 

ATMega16 1 40 

Motordrivare 2916 1 50 

Stegmotor 1 500 (osäkert värde) 

Tangentbord 1 100 

Experimentkort 1 50 

Kablar, kontakter, lödtenn, etc -- 50 

Total kostnad: ca 900 kr. Vad man måste ta hänsyn till är att vissa av komponenterna 

antagligen är återvunna delar som inte har inneburit någon direkt kostnad. 

27


Mikrokontrollern (Bättre bild finns i slutet) 

28

Motordrivaren (Bättre bild finns i slutet) 

29

Flödesschema 

Huvudprogrammet 

Start 

Nej 

Nej 

State=0? 

State=1? 

State=2? 

Nej 

Läge 3 – 

Musikläge 

Ja 

Ja 

Ja 

Läge 0 - Paus 

Läge 1 – mata in 

hur mycket 

motorn ska vrida 

sig 

Nej 

State 

ändrad? 

Läge 2 – 

Kontinuerlig drift, 

mata in hur fort 

motorns ska röra 

sig. 

Nej 

State 

ändrad? 

Ja 

Ja 

30

Interruptrutiner 

Extern interrupt 0 

state=state+1 

State=4? 

state=0 

Ja 

Extern interrupt 1 

stegläge= stegläge +1 

stegläge =4? 

stegläge =0 

Ja 

31

C:\Documents and Settings\mazda\My Documents\Stegmotor16\Stegmotor.h 

#ifndef STEGMOTOR__H 

#define STEGMOTOR__H 

#define F_CPU 8000000 

#include 

#include 

#include 

volatile int state; 

extern int knapptryck(void); 

extern double inmatning(void); 

#endif 

Page: 1

C:\Documents and Settings\mazda\My Documents\Stegmotor16\keyboard.h 

#ifndef KEYBOARD__H 

#define KEYBOARD__H 

#define TGB0 59 // Definerar vad varje kod från tangentborde innebär. 

#define TGB1 87 // 

#define TGB2 55 // 

#define TGB3 103 







#define TGBfyr 107 

#define TGBstj 91 

#endif 

Page: 1

C:\Documents and Settings\mazda\My Documents\Stegmotor16\Stegmotor.c 

#include "Stegmotor.h" 

int Allstep[3][24] = {{0x0F, 0x0F,0x2B, 0x2B,0x1D, 0x1D,0x31, 0x31,0x15, 0x15,0x23, 0x2 

3,0x06, 0x06,0x22, 0x22,0x14, 0x14,0x38, 0x38,0x1C, 0x1C,0x2A, 0x2A}, 

{0x0F, 0x0F, 0x0F,0x2D, 0x2D,0x2D, 0x31, 0x31,0x31,0x25, 0x25,0x25,0x06, 0x06,0x06, 

0x24, 0x24,0x24,0x38, 0x38,0x38,0x2C, 0x2C, 0x2C}, 

{0x0F,0x0F,0x0F, 0x0F,0x0F,0x0F, 0x31,0x31,0x31, 0x31,0x31,0x31,0x06, 0x06, 0x06, 

0x06, 0x06, 0x06,0x38, 0x38, 0x38,0x38, 0x38, 0x38}};//Sparar de tre steglägena i en st 

egmatris. 24 är den minsta gemensamma nämnaren. 

unsigned int step=0; //För Timer 1. Håller koll på var i stegvektorn man är. 

int motsatt=0; //Håller koll på riktningen som motorn snurrar åt. Används i Timer 1. st 

älls i inmatning. 

volatile int stepmode=0; //stegsätt, 0=12-steg. 1=8-steg, 2=4-steg. Interrupt 2. 

ISR(SIG_OUTPUT_COMPARE1A){ 

if (motsatt==1){ 

PORTB=Allstep[stepmode][step]; 

}else{PORTB=Allstep[stepmode][23-step]; 

} 

step++; 

if (step==24) 

step=0; 

} 

ISR(SIG_INTERRUPT1){ //växlar state 

state++; 

if (state==4){ 

state=0; 

} 

PORTC|=0x0F; //Ändrar Lysdioder som indikerar menyval 

if (state == 0){ 

PORTC&=~8; 

}else if(state==1){ 

PORTC&=~1; 

}else if(state==2){ 

PORTC&=~2; 

}else{ 

PORTC&=~4; 

} 

} 

ISR(SIG_INTERRUPT0){ //växlar mellan 4,8-och 12-steg 

stepmode++; 

if(stepmode==3){ 

stepmode=0; 

} 

} 

PORTC|=0xF0; 

if(stepmode==0){ //Ändrar Lysdioder som indikerar stegval 

PORTC&=~32; 

}else if(stepmode==1){ 

PORTC&=~64; 

}else{ 

PORTC&=~128; 

} 


double vinkel=0; 

int j=0; 

state = 0; //Menyval 

DDRA=0x70; //Tangentbord och potentiometer 

DDRD=0x00; //Används av de externa interrupterna 

DDRC=0xFF; //Lysdioder 

DDRB=0xFF; //Utgång till H-brygga 

PORTA=0x0F; //Íntern Pullup 

PORTD=0xFF; 

Page: 1 

PORTC=~0x00; 

PORTC&=~8; //Tänder lysdioderna för att visa vad startvärdena är. 

PORTC&=~128;


igt 

Page: 2 

MCUCR|=0x0A; //Konfigurera interrupten, 

GICR|=0xC0; //Lokal enable INT0 

TCCR1A=0x00; //Timer 1 

TCCR1B=0x09; 

OCR1A=20; 

TIMSK|=0x00; //Timer disable 

sei(); //Global enable 

ADMUX = 0x27; //00100111 porta7 

while(1){ 

int adcdata; 

ADCSRA = 0xC0; //11000000 

adcdata = ADCH; 

if (state==0){ //MENYVAL 0: Paus 

TIMSK=0x00; 

PORTB=0x7F; //allt avstängt 

}else if (state == 1){ //MENYVAL 1: styra vridningen med tangentbord 

TIMSK=0x00; //timer disable 

double konst=360/5; 

int steg = 23; 

double inmatadvinkel=inmatning(); 

vinkel=inmatadvinkel*10/konst; 

if (vinkel0; i=i){ 

ADCSRA = 0xC0; //11000000 

adcdata = ADCH; 

if (steg >0){ 

PORTB=Allstep[stepmode][steg-j]; 

}else{ 

PORTB=Allstep[stepmode][j]; 

} 

j++; 

i--; 

if (adcdata>0){ 

_delay_ms(adcdata/4); 

}else{ 

_delay_us(400); 

} 

if (j==24){ 

j=0; 

} 

if(state_before!=state){ 

break; 

} 

} 

}else if(state==2){ //MENYVAL 2 : Motorn snurrar kontinuerl 

TCCR1B=0x0C; //ändrar prescaler till 256 

TIMSK=0x10; //Timer enable 

double intryckt = inmatning(); 

if (intryckt!=0){ 

if (intryckt65535){ //Maxgräns för timer2. 

intryckt = 65535;


} 

OCR1A=intryckt*5.2; //Vill att det det man matar in ska vara delayen me 

llan varje helsteg 

//En frekvens på 8 MHz prescaler på 256 och 6 st upprepning 

ar för 4-steg. Ger en faktor på 5.2. 

} 

} 

} 

} 

Page: 3 

}else if(state==3){ //MENYVAL 3:Musikläge 

TCCR1B=0x09; //Ändrar prescaler till snabbaste 

int tonerPot[]={0, 2, 3, 5, 7, 8, 10, 12, 14}; //Potenserna för tonerna. 

double Grundton= 379; 

signed int intryckt = knapptryck(); 

if (intryckt>0 && intryckt

C:\Documents and Settings\mazda\My Documents\Stegmotor16\keyboard.c 

#include "Stegmotor.h" 

#include "keyboard.h" //Drivrutinerna för tangentbordet 

int knapp; 

double vinkel=0; 

int j=0; 

extern int knapptryck(void){ 

knapp = -1; //retunderar -1 om ingen tangent är nedtryckt 

PORTA=0x5F; //Kolumn 1 aktiverad 

_delay_ms(5);//Kort delay för att det ska hinna att komma spänning raden. Utan dela 

y fungerar tangentbordets översta rad konstigt. 

if ((PINA&0x7F)==TGB1)//Om nedtryck och därmed jordad 

knapp=1; 

else if ((PINA&0x7F)==TGB4)//Om nedtryck och därmed jordad 

knapp=4; 

else if ((PINA&0x7F)==TGB7) 

knapp=7; 

else if ((PINA&0x7F)==TGBstj) 

knapp=128; 


_delay_ms(5); 


knapp=2; 

else if ((PINA&0x7F)==TGB5)//Om nedtryck och därmed jordad 

knapp=5; 


knapp=8; 


knapp=0; 


_delay_ms(5); 


knapp=3; 


knapp=6; 


knapp=9; 

else if ((PINA&0x7F)==TGBfyr) 

knapp=64; //fyrkant 

return knapp; 

} 

extern double inmatning(void){ 

int intryckt = knapptryck(); 

//int i=0; 

double registrering = 0; 

int riktning = 1; 

int state_before = state; //Kollar om staten byts i interupen. 

while(intryckt !=64){ //En evighetsslinga som hela tiden tar emot nya kna 

pptryck. Avbryts genom att man trycke på fyrkant. 

if (state_before !=state){ //Kollar om staten byts i interupen. 

break; 

} 

intryckt=knapptryck(); 

Page: 1 

if (intryckt !=-1 && intryckt!=64){ 

} 

if(intryckt==128){ //Om man har tryckt på minus. 

riktning=-1*riktning; 

}else{ 

registrering = registrering*10; 

registrering = registrering + intryckt; 

} 

while (knapptryck()==intryckt){} //Väntar på knappsläpp 

_delay_ms(20); //mot knappstuds. 

} 

if (riktning>0){

C:\Documents and Settings\mazda\My Documents\Stegmotor16\keyboard.c 

} 

Page: 2 

return (registrering); 

}else{ 

return (-1*registrering); 

}

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

A A 

GND 

Motordrivare 

B B 

C 

D 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

13 

14 

15 

16 

17 

18 

19 

20 

PB0 

PB1 

PB2 

PB3 

PB4 

PB5(MOSI) 

PB6(MISO) 

PB7(SCK) 

Reset 

VCC 

GND 

XTAL2 

XTAL1 

PD0(RXD) 

PD1(TXD) 

PD2(INT0) 

PD3(INT1) 

PD4(OC1B) 

PD5(OC1A) 

PD6(ICP1) PD7(OC2) 

C 

D 

21 

PC0 22 

PC1 23 

PC2 24 

PC3 25 

PC4 26 

PC5 27 

PC6 28 

PC7 29 

AVCC 30 

GND2 31 

AREF 32 

PA7(ADC7) 33 

PA6(ADC6) 34 

PA5(ADC5) 35 

PA4(ADC4) 36 

PA3(ADC3) 37 

PA2(ADC2) 38 

PA1(ADC1) 39 

PA0(ADC0) 40 

HDR1X8 

VCC R6 

5V 30kΩ 

R4 

30kΩ 

R5 

30kΩ 

R1 

10kΩ 

R2 

10kΩ 

R3 HDR1X8 

10kΩ 

LED1 

LED5 

E VCC 

Key = A 

E 

J2 

U2 

LM7805CT 

GND 

5V 

C3 C1 

C2 C4 

F 

HDR1X2 

100µF 0.1µF 

0.1µF 10µF 

LED3 

LED7 

F 

GND 

4 

J4 

Key = A 

U1 

5 

R8 

10kΩ 

Key=A 

ATMega16 

J3 

5 

40% 

VCC 

GND 

5V 

6 

6 

LED4 

LED2 

7 

7 

R7 

200 Ω 

8 

8 

LED6 

J1 

9 

9

0 

0 

1 

1 

2 

2 

3 

3 

4 

4 

5 

5 

6 

6 

7 

7 

8 

8 

9 

9 

A A 

B B 

C C 

D D 

E E 

F F 

U1 

2916 

OUT_1A 

OUT_2A 

E_2 

Sense_2 

OUT_2B 

GND 

GND 

I_02 

I_12 

PHASE_2 

V_REF2 

RC_2 Vcc 

RC_1 

V_REF1 

PHASE_1 

I_11 

GND 

GND 

I_01 

OUT_1B 

SENSE_1 

E_1 

LOAD_SUPPLY 

R1 

0.82Ω 

C1 

1nF 

C2 

820pF 

C3 

820pF 

R2 

56kΩ 

R3 

56kΩ 

Mikrokontroller 

HDR1X8 

GND 

VCC 

5V 

V_Motor 

HDR1X2 

Motor 

HDR1X4 

R4 

1kΩ 

GND 

GND 

GND 

R5 

0.82Ω 

C4 

1nF 

R6 

1kΩ 

GND 

GND 

GND 

GND GND 

VCC 

5V 

VCC 

5V 

C5 

100µF

Recommended Substitutions: 

Dual Full-Bridge PWM Motor Driver 

This device is in production, however, it has been deemed Pre-End 

of Life. The product is approaching end of life. Within a minimum of 

6 months, the device will enter its final, Last Time Buy, order phase. 

Date of status change: 

UDN2916B-T, UDN2916EBTR-T: November 1, 2010 

UDN2916LBTR-T, UDQ2916LBTR-T: January 31, 2011 

For existing customer transition, and for new customers or new applications, 

contact Allegro Sales. 

NOTE: For detailed information on purchasing options, contact your 

local Allegro field applications engineer or sales representative. 

2916 

Allegro MicroSystems, Inc. reserves the right to make, from time to time, revisions to the anticipated product life cycle plan 

for a product to accommodate changes in production capabilities, alternative product availabilities, or market demand. The 

information included herein is believed to be accurate and reliable. However, Allegro MicroSystems, Inc. assumes no responsibility 

for its use; nor for any infringements of patents or other rights of third parties which may result from its use.

Features and Benefits 

750 mA continuous output current 

45 V output sustaining voltage 

Internal clamp diodes 

Internal PWM current control 

Low output saturation voltage 

Internal thermal shutdown circuitry 

Similar to dual PBL3717 or UC3770 

Packages 

Package B 24-pin 

Batwing DIP 

Package LB 24-pin 

Batwing SOICW 

Package EB 44-pin PLCC 

with internally-fused leads 

29319.20R 

Not to scale 

'B' PACKAGE, 

CHANNEL 1 

PIN NUMBERS 

SHOWN. 

I 20 

0 

I 1 

17 

VREF 15 

40 k 

Dual Full-Bridge PWM Motor Driver 

Description 

The UDx2916 motor drivers drive both windings of a bipolar 

stepper motor or bidirectionally control two DC motors. 

Both bridges are capable of sustaining 45 V and include 

internal pulse-width modulation (PWM) control of the 

output current to 750 mA. The outputs have been optimized 

for a low output saturation voltage drop (less than 1.8 V 

total source plus sink at 500 mA). 

For PWM current control, the maximum output current is 

determined by user selection of a reference voltage and sensing 

resistor. Two logic-level inputs select output current limits of 

0%, 33%, 67%, or 100% of the maximum level. A PHASE 

input to each bridge determines load current direction. 

The bridges include both ground-clamp and flyback diodes for 

protection against inductive transients. Internally generated 

delays prevent crossover currents when switching current 

direction. Special power-up sequencing is not required. Thermal 

protection circuitry disables the outputs if the chip temperature 

exceeds safe operating limits. 

The device is supplied in a 24-pin dual in-line plastic (DIP, 

package B) with two pairs of batwing leads as heat-sinkable 

tabs for enhanced power dissipation capabilities. The LB 

package is a 24-lead surface-mount wide SOIC with two pairs 

Continued on the next page… 

PWM Current-Control Circuitry 

20 k 

10 k 

1 

OUT A 

10 

R S 

V BB 

24 

23 

E 

OUTB 21 

R C 

SENSE 

22 

– 

+ 

C C 

R T 

ONE 

SHOT 

14 RC 

C T 

SOURCE 

DISABLE 

Dwg. EP-007B 

2916

2916 

Description (continued) 

of batwing leads. The EB package is a 44-lead power PLCC with 11 

internally-fused leads on two sides. Their webbed-lead construction 

provides for maximum package power dissipation in the smallest 

possible construction. 

The devices are available for operation from –20°C to 85°C (range N), 

and from –40°C to 105°C (range Q). All packages are lead (Pb) free, 

with 100% matte tin leadframe plating. 

Selection Guide 

Part Number Package Packing 

UDN2916B-T 1 24-pin batwing DIP 15 per tube 

Dual Full-Bridge Motor Driver 

Ambient Temperature 

(°C) 

UDN2916EBTR-T –20 to 85 

1 44-pin internally fused lead PLCC 450 per reel 

UDN2916LBTR-T2 24-pin batwing SOICW 1000 per reel 

UDQ2916LBTR-T2 24-pin batwing SOICW 1000 per reel –40 to 105 

1This variant is in production, however, it has been deemed Pre-End of Life. The product is approaching end of life. Within 

a minimum of 6 months, the device will enter its fi nal, Last Time Buy, order phase. Status change: November 1, 2010. 

2This variant is in production, however, it has been deemed Pre-End of Life. The product is approaching end of life. Within 

a minimum of 6 months, the device will enter its fi nal, Last Time Buy, order phase. Status change: January 31, 2011. 

Absolute Maximum Ratings 

Characteristic Symbol Notes Rating Units 

Motor Supply Voltage VBB 45 V 

Logic Supply Voltage VCC 7.0 V 

Input Voltage VIN –0.3 to VCC + 0.3 V 

Output Emitter Voltage VE 1.5 V 

Output Current* I OUT 

Peak Output current rating may be limited by duty 

cycle, ambient temperature, and heat sinking. 

Under any set of conditions, do not exceed the 

1.0 A 

Continuous specified current rating or TJ (max) 

750 mA 

Package Power Dissipation PD See graph — W 

Operating Ambient Temperature TA Range N 

Range Q 

–20 to 85 

–40 to 105 

ºC 

ºC 

Maximum Junction Temperature TJ(max) 150 ºC 

Storage Temperature Tstg –55 to 150 ºC 

Allegro MicroSystems, Inc. 


Worcester, Massachusetts 01615-0036 (508) 853- 

5000 


2

2916 

GND 

GND 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

13 

14 

15 

I 

02 

I 

12 

PHASE 2 

V REF 2 

RC 2 

GROUND 

GROUND 

LOGIC SUPPLY 

RC 1 

V REF 1 

PHASE 1 

I 11 

OUT 1A 

6 

18 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

5 

19 

1 

2 

V CC 

1 

4 

20 

3 

2 

21 

PWM 2 

PWM 1 

V BB 

2 

22 

1 

23 

2 

1 

44 

24 

43 

PWM 1 

16 

PWM 2 

30 

17 29 

OUT 2A 

E 1 

NO CONNECTION 

EB Package (PLCC) 

SENSE 1 

E 2 

OUT 1B 

SENSE 2 

VBB 

LOAD SUPPLY 

NC NC 

NO CONNECTION 

I 01 

OUT 2B 

I 11 

I 02 

PHASE 1 

1 

25 

I 12 

LB Package (SOIC) 

24 

23 

22 

21 

20 

19 

18 

17 

16 

15 

14 

13 

V REF 1 

42 

2 

26 

PHASE 2 

RC 1 

41 

27 

V REF 2 

LOAD SUPPLY 

OUT2B 

SENSE 2 

E2 

OUT 2A 

GROUND 

GROUND 

OUT1A 

E1 

SENSE 1 

OUT1B 

I 01 

LOGIC SUPPLY 

40 

VCC 

28 

RC 2 

Dwg. PP-047 

39 

38 

37 

36 

35 

34 

33 

32 

31 

GND 

GND 

Dwg. PP-006A 

ALLOWABLE PACKAGE POWER DISSIPATION IN WATTS 

5 

4 

3 

2 

1 


0 

25 

SUFFIX 'EB', R = 30°C/W 

JA 

SUFFIX 'LB', R JA = 55°C/W* 

R = 6.0°C/W 

JT 

SUFFIX 'B', R = 40°C/W 

JA 

50 75 100 125 150 

TEMPERATURE IN °C 

Dwg. GP-035B 

*Measured on a single-layer board, with 1 sq. in. of 2 oz copper area. 

For additional information, refer to the Allegro Web site. 

OUT1A 

OUT2A 

E 2 

SENSE 2 

OUT2B 

GROUND 

GROUND 

I 

02 

I 

12 

PHASE 2 

V REF 2 

RC 2 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

Power Dissipation 

B Package (DIP) 

2 

2 

PWM 2 

V BB 

1 

PWM 1 

1 

V CC 

24 

23 

22 

21 

20 

19 

18 

17 

16 

15 

14 

13 

LOAD 

SUPPLY 

E 1 

SENSE 1 

OUT1B 

I 01 

GROUND 

GROUND 

I 

11 

PHASE 1 

V REF 1 

RC 1 

LOGIC 

SUPPLY 

Dwg. PP-005 




5000 


3

2916 


ELECTRICAL CHARACTERISTICS at TA = +25°C, TJ 150°C, VBB = 45 V, VCC = 4.75 V to 5.25 

V, VREF = 5.0 V (unless otherwise noted). 

Limits 


Output Drivers (OUT A or OUT B ) 

Motor Supply Range V BB 10 — 45 V 

Output Leakage Current I CEX V OUT = V BB — < 1.0 50 A 

V OUT = 0 —

2916 

PWM CURRENT CONTROL 

The UDx2916 dual bridges drive both windings of a bipolar 

stepper motor. Output current is sensed and controlled 

independently in each bridge by an external sense resistor, RS , 

internal comparator, and monostable multivibrator. 

When the bridge is turned on, current increases in the motor 

winding and it is sensed by the external sense resistor until the 

sense voltage, VSENSE , reaches the level set at the comparator 

input: 

ITRIP = VREF /10 RS The comparator then triggers the monostable, which turns off 

the source driver of the bridge. 

The actual load current peak will be slightly higher than the 

trip point (especially for low-inductance loads) because of the 

internal logic and switching delays. This delay, td , is typically 

2 s. After turn-off, the motor current decays, circulating 

through the ground-clamp diode and sink transistor. The 

source driver off-time (and therefore the magnitude of the 

current decrease) is determined by the external RC timing 

components of the monostable: 

toff = RTCT where: 

RT = 20 to 100 k, and 

CT = 100 to 1000 pF. 

The xed off-time should be short enough to keep the current 

chopping above the audible range (< 46 s) and long enough 

to properly regulate the current. Because only slow-decay 

current control is available, short off times (< 10 s) require 

additional efforts to ensure proper current regulation. Factors 

that can negatively affect the ability to properly regulate the 

current when using short off times include: higher motorsupply 

voltage, light load, and longer than necessary blank 

time. 

When the source driver is re-enabled, the winding current (the 

sense voltage) is again allowed to rise to the comparator’s 

threshold. This cycle repeats itself, maintaining the average 

motor winding current at the desired level. 

Loads with high distributed capacitances may result in high 

turn-on current peaks. This peak (appearing across RS) will 

attempt to trip the comparator, resulting in erroneous current 

control or high-frequency oscillations. An external RCCC time delay should be used to further delay the action of the 

comparator. Depending on load type, many applications will 

not require these external components (SENSE connected to E). 

APPLICATIONS INFORMATION 


V PHASE 

I OUT 

+ 

0 

– 

PWM OUTPUT CURRENT WAVE FORM 

LOAD CURRENT PATHS 

R S 

t d 

V 

BB 

I 

TRIP 

Dwg. WM-003-1A 




5000 


t off 

BRIDGE ON 

SOURCE OFF 

ALL OFF 

Dwg. E P-006-1 

5

2916 

LOGIC CONTROL OF OUTPUT CURRENT 

Two logic level inputs (I0 and I1) allow digital selection of the motor 

winding current at 100%, 67%, 33%, or 0% of the maximum level per the 

table. The 0% output current condition turns off all drivers in the bridge and 

can be used as an OUTPUT ENABLE function. 

CURRENT-CONTROL TRUTH TABLE 

l 0 I 1 Output Current 

L L V REF /10 R S = I TRIP 

H L V REF /15 R S = 2/3 I TRIP 

L H V REF /30 R S = 1/3 I TRIP 

H H 0 

These logic level inputs greatly enhance the implementation of microprocessor 

controlled drive formats. 

During half-step operations, the I 0 and I 1 allow the microprocessor to 

control the motor at a constant torque between all positions in an eight-step se- 

FROM 

P 

V REF 

56 kΩ 

R T 

R S 

C C 

R C 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

820 pF 

C 

T 

TYPICAL APPLICATION 

θ 2 

2 

PWM 2 

V BB 

1 

PWM 1 

θ 1 

V CC 

24 

23 

22 

21 

20 

19 

18 

17 

16 

15 

14 

13 

R C 

+5 V 

R S 

C C 

V REF 

FROM 

P 

STEPPER 

MOTOR 

+ 

820 pF 56 kΩ 

C 

T 

R 

T 

Dwg. EP-008B1 


V BB 

quence. This is accomplished by digitally selecting 

100% drive current when only one phase is on and 

67% drive current when two phases are on. Logic 

highs on both I 0 and I 1 turn-off all drivers to allow 

rapid current decay when switching phases. This 

helps to ensure proper motor operation at high step 

rates. 

The logic control inputs can also be used to 

select a reduced current level (and reduced power 

dissipation) for "hold" conditions and/or increased 

current (and available torque) for start-up conditions. 

GENERAL 

The PHASE input to each bridge determines 

the direction motor winding current ows. An internally 

generated dead time (approximately 2 s) 

prevents crossover currents that can occur when 

switching the PHASE input. 

All four drivers in the bridge output can be 

turned-off between steps (I0 = I1 2.4 V), resulting 

in a fast current decay through the internal 

output clamp and yback diodes. The fast current 

decay is desirable in half-step and high-speed applications. 

The PHASE, I0,and I1 inputs oat high. 

Varying the reference voltage, VREF , provides 

continuous control of the peak load current 

for micro-stepping applications. 

Thermal protection circuitry turns-off all 

drivers when the junction temperature reaches 

+170°C. It is only intended to protect the device 

from failures due to excessive junction temperature 

and should not imply that output short circuits 

are permitted. The output drivers are re-enabled 

when the junction temperature cools to +145°C. 

The UDx2916 output drivers are optimized 

for low output saturation voltages—less than 1.8 V 

total (source plus sink) at 500 mA. Under normal 

operating conditions, when combined with the excellent 

thermal properties of the package designs, 

this allows continuous operation of both bridges 

simultaneously at 500 mA. 

TRUTH TABLE 

PHASE OUTA OUTB H H L 

L L H 




5000 


6

2916 

APPLICATION NOTES 

Current Sensing 

To minimize current sensing inaccuracies caused by ground trace 

IR drops, each current-sensing resistor should have a separate 

return to the ground terminal of the device. For low-value sense 

resistors, the IR drops in the PCB can be signi cant and should 

be taken into account. The use of sockets should be avoided as 

their contact resistance can cause variations in the effective value 

of RS . 

Generally, larger values of RS reduce the aforementioned effects 

but can result in excessive heating and power loss in the sense 

resistor. The selected value of RS should not cause the absolute 

maximum voltage rating of 1.5 V, for the SENSE terminal, to be 

exceeded. The recommended value of RS is in the range of: 

RS = 0.75 / ITRIP (max) ± 50% . 

If desired, the reference input voltage can be ltered by placing 

a capacitor from REFIN to ground. The ground return for this 

capacitor as well as the bottom of any resistor divider used 

should be independent of the high-current power-ground trace to 

avoid changes in REFIN due to IR drops. 

Thermal Considerations 

For reliable operation, it is recommended that the maximum 

junction temperature be kept below 110°C to 125°C. The 

junction temperature can be measured best by attaching a 

thermocouple to the power tab or batwing of the device and 

measuring the tab temperature, TTAB. The junction temperature 

can then be approximated by using the formula: 

TJ = TTAB + (2 × ILOAD × VF × RJT ) , 

where VF can be chosen from the electrical speci cation table 


for the given level of I LOAD. The value for R JT is approximately 

6°C/W for both package styles. 

The power dissipation of the batwing packages can be improved 

20% to 30% by adding a section of printed circuit board copper 

(typically 6 to 18 square centimeters) connected to the batwing 

terminals of the device. 

The thermal performance in applications that run at high load 

currents, high duty cycles, or both, can be improved by adding 

external diodes from each output to ground in parallel with the 

internal diodes. Fast-recovery (200 ns) diodes should be used to 

minimize switching losses. 

Load Supply Terminal 

The load supply terminal, VBB, should be decoupled with an 

electrolytic capacitor (47 F is recommended), placed as close 

to the device as is physically practical. To minimize the effect of 

system ground IR drops on the logic and reference input signals, 

the system ground should have a low-resistance return to the 

load supply voltage. 

Fixed Off-Time Selection 

With increasing values of t OFF, switching losses decrease, lowlevel 

load current regulation improves, EMI reduces, PWM 

frequency decreases, and ripple current increases. The value of 

t OFF can be chosen for optimization of these parameters. For 

applications where audible noise is a concern, typical values of 

t OFF should be chosen in the range of 15 to 35 s. 




5000 


7

2916 

24X 

0.10 C 

0.41 ±0.10 

24 

1 

A 

2 

A 

1.27 MIN 

1.52 +0.25 

–0.38 

24 

1 

Package B, 24-pin DIP 

External batwings, Pins 6, 7, 18, and 19 are fused internally 

2 

15.40±0.20 

0.018 

0.46 ±0.12 

30.10 +0.25 

–0.64 

2.54 


6.35 +0.76 

–0.25 

5.33 MAX 

3.30 +0.51 

–0.38 

10.92 +0.38 

–0.25 

For Reference Only 

(reference JEDEC MS-001 BE) 

Dimensions in millimeters 

7.62 

0.38 +0.10 

–0.05 

Dimensions exclusive of mold flash, gate burrs, and dambar protrusions 

Exact case and lead configuration at supplier discretion within limits shown 

A Terminal #1 mark area 

Package LB, 24-pin SOICW 


1.27 

7.50±0.10 

SEATING 

PLANE 

2.65 MAX 

0.20 ±0.10 

10.30±0.33 

C 

4° ±4 

0.25 

0.27 +0.07 

–0.06 

0.84 +0.44 

–0.43 

SEATING PLANE 

GAUGE PLANE 

2.20 

24 

B PCB Layout Reference View 



(Reference JEDEC MS-013 AD) 




B Reference pad layout (reference IPC SOIC127P1030X265-24M) 

All pads a minimum of 0.20 mm from all adjacent pads; adjust as necessary 

to meet application process requirements and PCB layout tolerances 

1 

2 

0.65 




5000 


9.60 

1.27 

8

2916 

UDN2916EB 


Package EB, 44-pin PLCC 

External batwings, Pins 7 through 17 and 29 through 39 are fused internally 

17.53 ±0.13 

44X 

16.59 ±0.08 

0.10 

0.74 ±0.08 

C 

0.43 ±0.10 

7.75 ±0.36 

17.53 ±0.13 

16.59 ±0.08 

2 1 44 


(reference JEDEC MS-018 AC) 

Dimensions in inches, metric dimensions (mm) in brackets, for reference only 




A 

7.75 ±0.36 

Copyright ©1994-2009, Allegro MicroSystems, Inc. 

Allegro MicroSystems, Inc. reserves the right to make, from time to time, such de par tures from the detail spec i fi ca tions as may be required to permit 

improvements in the per for mance, reliability, or manufacturability of its products. Before placing an order, the user is cautioned to verify that the 

information being relied upon is current. 

Allegro’s products are not to be used in life support devices or systems, if a failure of an Allegro product can reasonably be expected to cause the 

failure of that life support device or system, or to affect the safety or effectiveness of that device or system. 

The in for ma tion in clud ed herein is believed to be ac cu rate and reliable. How ev er, Allegro MicroSystems, Inc. assumes no re spon si bil i ty for its use; 

nor for any in fringe ment of patents or other rights of third parties which may result from its use. 

4.57 MAX 

SEATING 

PLANE 

For the latest version of this document, visit our website: 


1.27 

C 

0.51 

7.75 ±0.36 

7.75 ±0.36 




5000 


9

1 23 

TSC 

TS7800 

3-Terminal Fixed Positive Voltage Regulators 

TO-220 ITO-220 D-PAK 

Features 

1 23 

Pin: 1. Input 2. Ground 3. Output 

(Heatsink surface connected to Pin 2.) 

Output Current up to 1.5 Ampere 

No External Components Required 

Internal Thermal Overload Protection 

Internal Short-Circuit Current Limiting 

Output Transistor Safe-Area 

Compensation 

Output Voltage Offered in 2% 

Tolerance 

Absolute Maximum Ratings (Ta=25°C) 

Ratings Symbol TS7800 Series Unit 

Input Voltage Vin * 35 V 

Input Voltage Vin ** 40 V 

Power Dissipation TO-220 Without heatsink 2 

TO-220 Pt *** 15 °C/W 

TO-220F With 10 

TO-252 heatsink 10 

Operating Ambient Temperature Topr -20 to +85 °C 

Operating Junction Temperature Tj 0 to +125 °C 

Storage Temperature Tstg -25 to +150 °C 

Note: * TS7805 to TS7818 ** TS7824 *** Follow the derating curve 

Standard Application 

A common ground is 

required between the input 

and the output voltages. 

The input voltage must 

remain typically 2.0V above 

the output voltage even 

during the low point on the 

Input ripple voltage. 

1 

3 

2 

Voltage Range 

5 to 24 Volts 

Current 

1,5 Ampere 

Ordering Informations 

Device Operating Temperature Package 

(Ambient) 

TS78xxCZ TO-220 

TS78xxCI -20°C to +85°C TO-220F 

TS78xxCP TO-252 

Input Output 

78XX 

Cin* 

0,33μF 

XX = these two digits of the type number 

indicate voltage. 

- 1 - 

Co** 

0,1μF 

* = Cin is required if 

regulator is located 

an appreciable 

distance from 

power supply filter. 

** = Co is not needed 

for stability; 

however, it does 

improve transient 

response. 

Rev. 1 02/2003

TS7805 Electrical Characteristics 

(Vin=10V, Iout=500mA, 0°CTj125°C, Cin=0.33μF, Cout=0.1μF; unless otherwise specified.) 

Characteristics Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Unit 

Output Voltage Vout Tj=25°C 4.90 5 5.10 V 

7VVin20V, 5mAIout1.5A, 

PD15W 

4.85 -- 5.15 V 

Line Regulation REGline Tj=25°C 7.5VVin25V -- 3 100 mV 

8VVin12V -- 1 50 mV 

Load Regulation REGload Tj=25°C 5mAIout1.5A -- 15 100 mV 

250mAIout750mA -- 5 50 mV 

Quiescent Current Iq Iout=0, Tj=25°C -- 4.2 8 mA 

Quiescent Current Change Iq 7VVin25V -- -- 1.3 mA 

5mAIout1.5A -- -- 0.5 mA 

Output Noise Voltage Vn 10Hzf100KHz, Tj=25°C -- 40 -- μV 

Ripple Rejection Ratio RR f=120Hz, 8VVin18V 62 78 -- dB 

Voltage Drop Vdrop Iout=1.0A, Tj=25°C -- 2 -- V 

Output Resistance Rout f=1KHz -- 17 -- m 

Output Short Circuit Current Ios Tj=25°C -- 750 -- mA 

Peak Output Current lo peak Tj=25°C -- 2.2 -- A 

Temperature Coefficient 

Output Voltage 

Vout/Tj Iout=5mA, 0°CTj125°C -- -0.6 -- mV/°C 






PD15W 

5.82 -- 6.18 V 

Line Regulation REGline Tj=25°C 8VVin25V -- 5 120 mV 

9VVin13V -- 1.5 60 mV 

Load Regulation REGload Tj=25°C 5mAIout1.5A -- 14 120 mV 

250mAIout750mA -- 4 60 mV 


Quiescent Current Change lq 8VVin25V -- -- 1.3 mA 

5mAIout1.5A -- -- 0.5 mA 






Peak Output Current Io peak Tj=25°C -- 2.2 -- A 

Temperature Coefficient of Vout/Tj 


Iout=5mA, 0°CTj125°C -- -0.7 -- mV/°C 

Pulse testing techniques are used to maintain the junction temperature as close to the 

ambient temperature as possible, and thermal effects must be taken into account separately. 

This specification applies only for DC power dissipation permitted by absolute maximum ratings. 

- 2 - 

TSC 

Rev. 1 02/2003

TSC 





10.5VVin23V, 5mAIout1.5A, 

PD 15W 

7.76 -- 8.24 V 

Line Regulation REGline 10.5VVin25V -- 6 160 mV 

Tj=25°C 11VVin17V -- 2 80 mV 

Load Regulation REGload 10mAIout1.5A -- 12 160 mV 

Tj=25°C 250mAIout750mA -- 4 80 mV 


Quiescent Current Change lq 10.5VVin25V -- -- 1 mA 

5mAIout1.5A -- -- 0.5 mA 















PD 15W 

8.73 -- 9.27 V 


Tj=25°C 11.5VVin17V -- 2 90 mV 





5mAIout1.5A -- -- 0.5 mA 


Ripple Rejection Ratio RR f=120Hz, 11.5VVin21.5V 55 72 -- dB 







Iout=5mA, 0°CTj125°C -- -1 -- mV/°C 




Rev. 1 02/2003 

- 3 -






PD 15W 

9.7 -- 10.3 V 


- 4 - 

TSC 

Tj=25°C 13VVin17V -- 2 100 mV 





5mAIout1.5A -- -- 0.5 mA 













Output Voltage Vout Tj=25°C 11.76 12.0 12.24 V 


PD 15W 

11.64 -- 12.36 V 

Line Regulation REGline 14VVin30V -- 10 240 mV 

Tj=25°C 15VVin19V -- 3 120 mV 



Quiescent Current Iq Tj=25°C, Iout=0 -- 4.3 8 mA 


5mAIout1.5A -- -- 0.5 mA 













Rev. 1 02/2003

TSC 






PD 15W 

14.55 -- 15.45 V 


Tj=25°C 18VVin22V -- 3 150 mV 





5mAIout1.5A -- -- 0.5 mA 















PD 15W 

17.46 -- 18.54 V 


Tj=25°C 22VVin26V -- 5 180 mV 




Quiescent Current Change lq 21VVin33V -- -- 1 mA 

5mAIout1.5A -- -- 0.5 mA 













- 5 - 

Rev. 1 02/2003






PD 15W 

23.28 -- 24.72 V 


- 6 - 

TSC 

Tj=25°C 27VVin32V -- 6 240 mV 




Quiescent Current Change lq 26VVin38V -- -- 1 mA 

5mAIout1.5A -- -- 0.5 mA 










Pulse testing techniques are used to maintain the junction temperature as close to the ambient temperature as 

possible, and thermal effects must be taken into account separately. 


FIG. 1 - WORST CASE POWER DISSIPATION 

versus AMBIENT TEMPERATURE 

FIG. 2 - PEAK OUTPUT CURRENT AS A FUNCTION OF 

INPUT-OUTPUT DIFFERENTIAL VOLTAGE 

Rev. 1 02/2003

TSC 

FIG. 3 - QUIESCENT CURRENT AS A FUNCTION 

OF TEMPERATURE 

FIG. 5 - OUTPUT VOLTAGE AS A FUNCTION 

OF JUNCTION TEMPERATURE 

FIG. 7 - RIPPLE REJECTION AS A FUNCTION 

OF OUTPUT VOLTAGE 

- 7 - 

FIG. 4 - INPUT OUTPUT DIFFERENTIAL AS A FUNCTION 

OF JUNCTION TEMPERATURE 

FIG. 6 - OUTPUT IMPEDANCE AS A FUNCTION 

OF OUTPUT VOLTAGE 

FIG. 8 - RIPPLE REJECTION AS A FUNCTION OF 

FREQUENCY 

Rev. 1 02/2003

TO-220 Mechanical drawing 

1. Top View 2. Side View 

TO-220F Mechanical drawing 


TO-252 Mechanical drawing 


- 8 - 

TSC 

TO-220 DIMENSION 

DIM MILLIMETERS INCHES 

MIN MAX MIN MAX 

A 10.00 10.50 0.394 0.413 

B 3.24 4.44 0.128 0.175 

C 2.44 2.94 0.096 0.116 

D 3.565 4.315 0.140 0.170 

E 0.68 0.92 0.027 0.036 

F 1.115 1.485 0.044 0.058 

G 2.345 2.715 0.092 0.107 

H 13.49 14.31 0.531 0.563 

I 4.475 5.225 0.176 0.206 

J 1.15 1.39 0.045 0.055 

K 27.78 29.62 1.094 1.166 

L 2.175 2.925 0.086 0.115 

M 0.297 0.477 0.012 0.019 

N 8.28 8.80 0.326 0.346 

O 14.29 15.31 0.563 0.603 

P 6.01 6.51 0.237 0.256 

TO-220F DIMENSION 



A 9.9 10.1 0.390 0.398 

B 6.2 6.2 0.244 0.244 

C 2.2 2.2 0.087 0.087 

D 1.4 1.4 0.055 0.055 

E 15.0 15.2 0.591 0.598 

F 0.48 0.72 0.019 0.028 

G 2.355 2.725 0.093 0.107 

H 13.49 14.31 0.531 0.563 

I 1.115 1.485 0.044 0.058 

J 2.6 2.8 0.102 0.110 

K 4.4 4.6 0.173 0.181 

L 1.115 1.15 0.045 0.045 

M 2.95 3.15 0.116 0.124 

N 2.6 2.8 0.102 0.110 

O 6.55 6.65 0.258 0.262 

TO-252 DIMENSION 



A 10.23 10.28 0.403 0.405 

B 9.92 9.96 0.391 0.392 

C 0.50 0.54 0.020 0.021 

D 1.83 1.96 0.072 0.077 

E 4.59 4.61 0.180 0.181 

F 0.49 0.51 0.019 0.020 

G 1.15 1.22 0.045 0.048 

H 0.43 0.47 0.017 0.019 

I 5.37 5.40 0.211 0.213 

J 1.33 1.39 0.052 0.055 

Rev. 1 02/2003

Technical data 

 

Dimensions 

 

 

[] 

 

 

[mH] 

 

 

[A] 

 

 

 

Hybrid stepper motors 

 

power 

 

6540-13-2-2 2 2.7 1.12 130 5 

6540-13-2-9 9 13 0.52 130 5 

6540-13-2-36 36 37 0.26 130 5 

6540-13-4-2 2 1.5 1.12 90 5 

6540-13-4-9 9 5.6 0.52 90 5 

6540-13-4-36 36 21 0.26 90 5 

 

 

 

 

 

 

 

Drawing not to scale. All dimensions in mm. 

h8 

0 

Ø 22 - 0.033 

h6 

0 

Ø 5 - 0.008 

6 ±0.5 

0 

2 - 0.25 

24 ±0.5 

32.5 ±0.5 

h6) 

0 

(Ø 5 -0.008 

9.5 

42 

31 ±0.25 

160 ±5 

4 ±1 

31 ±0.25 

42 

Cables AWG26 UL1007 

M3 (2x) 

Steps/rev. 

Step accuracy ± 5 % 

Rotor inertia 

Insulation class 

Protection 

 

Test voltage 

Detent torque

Dynamic characteristics 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

U = 24V 

U = 40V 

0 

0 2000 4000 6000 8000 10000 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

0 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

Speed [pps] 

U = 24 V 

U = 40 V 

2000 4000 6000 8000 10000 

Speed [pps] 

0 

0 2000 4000 6000 8000 10000 

Speed [pps] 

SONCEBOZ SA 


Tel. +41(0) 32 488 11 11 

Fax +41(0) 32 488 11 00 



U = 24 V 

U = 40 V 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

0 2000 4000 6000 8000 10000 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

Speed [pps] 

Speed [pps] 

U = 24 V 

U = 40 V 

U = 24 V 

U = 40 V 

0 

0 2000 4000 6000 8000 10000 

 

Md [mNm] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 


0 

0 2000 4000 6000 8000 10000 

Speed [pps] 

U = 24 V 

U = 40 V 

[pps] = pulses per second 


MR [mNm] 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

Static characteristics 

 

0 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 

Iph [%] 

Electrical Interface 

 

green 

green-white 

U 1 

red 

M 

U 2 

red-white 

SONCEBOZ SA 


Tel. +41(0) 32 488 11 11 

Fax +41(0) 32 488 11 00 



MR [mNm] 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

green 

0 

white 

green-white 

0 20 40 60 80 

Iph [%] 

100 120 140 160 

U 1 

U 2 


M 

U3 U4 black 

red red-white 


Bilaga M. 

Individuell rapport, LCD med touchpanel 

Av André Berglund

LCD med touchpanel 

Individuellt projekt inom FiM 


MF108X 

KTH VT 2011


FiM 2011 


Detta arbete behandlar ämnena LCD och pekskärm och ger en inblick i hur de fungerar 

rent tekniskt. Det är två tekniker som syns alltmer i samhället bland konsumentprodukter, 

såsom mobiltelefoner, läsplattor och TV-apparater. Förutom en teoretisk beskrivning 

innehåller arbetet även en praktisk del där en prototyp ska konstrueras, baserad på dessa 

två tekniker och hur de integreras med en mikrokontroller. Komponenterna består i 

huvudsak av en grafisk display av modell DOGM128S-6 från Electronic Assembly med 

tillhörande pekskärm TOUCH128-1 och mikrokontrollern ATMega644. 

Abstract 

This work addresses the topics of LCD and touchscreen and gives an insight into how they 

work from a technical point of view. These are two technologies that are growing rapidly in 

our society among consumer products, such as mobilephones, tablets and TVʼs. In 

addition to the theoretical description this work also includes a practical part where a 

prototype is built, based on these two technologies and how they are integrated with a 

microcontroller. The main components consist of a graphical display, DOGM128S-6 from 

Electronic Assembly aswell as a touchscreen TOUCH128-1 and a microcontroller 

ATMega644. 

2


FiM 2011 

Innehåll 

Inledning! 4 

Teoretisk fördjupning! 5 

Omvärldsanalys! 5 

LCD! 5 

Bakgrund" 5 

Teknik" 5 

Touchscreen! 7 

Bakgrund" 7 

Resistiv! 8 

Kapacitiv! 9 

Praktisk fördjupning! 9 

Prototyp! 9 

Utvecklingshjälpmedel! 9 

Hårdvara! 10 

Mjukvara! 12 

Diskussion! 13 

Slutsats! 13 

Referenser! 14 

Bilagor! 15 

3


FiM 2011 

Inledning 

Antalet produkter med LCD- och pekskärmsteknologi, främst för konsumenter, har 

exploderat de senaste åren. De tjocka och tunga TV-apparaterna har blivit ersatta av 

tunna och lätta med hög upplösning. De senaste mobiltelefonerna har fått en mycket 

större skärm och saknar knappsats. Nu kan användaren peka direkt på skärmen för att 

navigera runt i gränssnittet, vilket har gjort telefonen lätthanterlig och mångsidig. Den 

teoretiska fördjupningen tar upp tekniken bakom LCD och pekskärmar samt hur och var de 

används. 

I den senare delen redogörs för hur en prototyp skapas för att demonstrera möjligheterna 

med dessa två teknologier. Prototypen baseras på en grafisk LCD om 128x64 pixlar från 

Electronic Assembly med tillhörande pekskärm. Mikrokontrollern ATMega644 är hjärnan i 

systemet och innehåller de instruktioner som styr enheterna. 

4


FiM 2011 


Omvärldsanalys 

Dagligen kommer man i kontakt med skärmar med LCD-teknik och eventuellt tillhörande 

pekskärm. Vanligaste produkttypen med båda dessa tekniker är de senaste modellerna av 

mobiltelefoner, där knappsatsen har blivit ersatt av en pekskärm. Enbart LCD finns främst 

hos TV- och datorskärmar, vilket har lett till att produkterna blivit väsentligt mycket tunnare 

och lättare samt strömsnålare. 

Tillsammans har de båda teknikerna gett utrymme till nya produktlösningar som till 

exempel så kallade läs- och surfplattor. Den låga strömförbrukningen har gjort att tekniken 

går att använda i mobila enheter med batteriförsörjning. Enkelheten att navigera runt i 

användargränssnittet med sitt eget finger direkt på skärmen är en av anledningarna till att 

denna lösning blivit så populär. 

LCD 

Bakgrund 

LCD är förkortning för Liquid Crystal Display och som namnet antyder är det flytande 

kristaller som möjliggör funktionen hos skärmen. Tekniken togs fram under 1960- och 70- 

talet och introducerades i klockor och miniräknare. Idag sträcker sig tekniken från 

monokrom visning av en siffra i en miniräknare till att visa högupplöst video på en skärm 

med en diagonal uppemot 100 tum. 

Teknik 

Principen bakom LCD är en flytande kristall mellan två plattor. Dessa plattor består av tre 

olika lager som utifrån och in är uppbyggda av ett polariserande filter, glasskiva och en 

tunn film av ett ledande ämne. De två polariserande filtren läggs vinkelrätt mot varandra, 

vilket innebär att inget ljus kan passera genom skärmen då endast ljus i samma 

polarisationsriktning tillåts passera genom ett filter. På andra sidan av glasskivan finns en 

tunn film av indiumtennoxid (ITO), ett ämne som har god elektronisk ledningsförmåga och 

optisk transparens. Detta ämne fungerar som elektrod och beroende på hur det är utlagt 

5


FiM 2011 

kommer mönstret att avgöra vad som visas när LCD är påslagen. Oftast ges skärmen ett 

rutmönster och en ruta motsvarar då en pixel. Slutligen ligger flytande kristaller mellan de 

två plattorna som har skåror i inbördes olika riktningar. Kristallerna lägger sig i respektive 

skåror och skapar en skruvstruktur då de vrider sig från ena plattan till den andra. Ljuset 

som passerar det första polarisationsfiltret kommer att följa denna struktur och på så sätt 

passera ut genom det andra filtret. 

Kristallstrukturen ändras när en 

spänning läggs över ITO-filmerna och 

kristallerna ställer då in sig i en viss 

riktning enligt det elektriska fält som 

uppstår. Ljuset kan nu inte längre 

vrida sig på samma sätt som tidigare 

och därav inte heller passera genom 

båda polarisationsfilterna. En bild 

skapas på skärmen genom att 

bestämma var ljus ska släppas 

igenom, vilket regleras av spänningen 

över kristallerna. 

Det finns olika benämningar på LCD- 

skärmar beroende på hur kristallerna 

är vridna mellan plattorna. Twisted 

Nematic (TN) är den ursprungliga 

Figur 1. Principskiss för en TN-LCD utan spänning. 

Källa: Wikimedia, M. Schadt 

typen där vridningsvinkel för kristallerna är 90 grader. En vidareutveckling av TN-displayen 

är Super Twisted Nematic (STN), vilken har en ännu större vridningsvinkel som är mellan 

180 och 270 grader. Detta kräver mindre spänningsändringar för att slå på och av en pixel. 

Den extra vridningen ger även förbättrad betraktningsvinkel och kontrast. 

6


FiM 2011 

Förutom kristallernas struktur finns det andra egenskaper som skiljer LCD:er åt och det är 

bland annat vilken typ av ljuskälla som används. På reflektiva displayer sitter en spegelyta 

längst bak och reflekterar inkommande ljus. En sådan display går endast att läsa av om 

det finns omgivande ljus. En transmissiv display har en egen ljuskälla i form av 

bakgrundsbelysning, vilket ger bättre ljusstyrka och kontrast men samtidigt har den en 

högre strömförbrukning. Kombinationen av dessa två typer kallas för transflektiv display 

och kommer bäst till nytta då en display bör klara av både starka och svaga 

ljusförhållanden. 

Pekskärm 

Bakgrund 

Pekskärmen är en panel som reagerar på beröringar på dess yta. Panelen kan även 

avgöra var någonstans på panelens area som beröringen skedde. Vanliga appliceringar är 

datorskärmar, mobiltelefoner och automater. Teknologin blir allt mer vanlig då 

informationssamhället driver på utvecklingen och användningen. 

Tillämpningen av pekskärmar är stor. I stora drag finns det en väldig fördel med att 

använda en pekskärm istället för konventionella lösningar. Det är nämligen att en person 

kan interagera direkt med gränssnittet utan att använda sig av indirekta metoder såsom ett 

tangentbord. Med ett par enkla tryck på skärmen navigerar man sig fram och ett 

tangentbord blir med andra ord överflödigt. 

Den första tryckkänsliga panelen togs fram i början på 1970-talet av Dr. Sam Hurst i USA 

och fick namnet ”Elograph”. Förvisso skilde sig denna från dagens paneler då den inte 

vara transparent, men den har lett utvecklingen av modernare varianter och bara ett par år 

senare skapades transparenta paneler med resistiv teknologi, vilket idag är en av de två 

vanligaste typer av paneler som används. 

7


FiM 2011 

Resistiv 

En resistiv pekskärm består i huvudsak av 

två lager. Överst finns en plastfilm vars 

undersida är täckt med en transparent 

hinna av en ledande metal, ITO, (översidan 

av denna plastfilm är den yta där 

beröringen sker). Sedan ett hårdare lager 

av glas eller plast, som också har en hinna 

av ledande metall, vilken är riktad mot den 

andra hinnan. Mellan dessa lager finns en 

ram längs kanterna som håller isär ytorna 

vid vila och innanför ramen ligger även små 

isolerande korn. Allra underst finns 

Figur 9%&!5,*4)!,-!$,4)($)!"7*:*7&3+!&($%!6(;&1!*4!(!3&1*&3!1&3*3),1!4&)0,1 

2. Elektroder i en resistiv touchscreen. 

ytterligare en ram som skiljer panelen från Källa: =3&&!>*?21&!@/ABC!(47!(!$,44&$)*4?!1&3*3),1!D&)0&&4!)%&!)0,!6(;&13 

Atmel 

:,6)(?&!()!)%*3!5,*4)!)%&!23&1!?&)3!*4-,1'()*,4!(D,2)!)%&!5,3*)*,4!, 

displayen. Längs motsatta kanter vid ,1)%,?,4(6!),!)%&!:,6)(?&!?1(7*&4)8!9,!?&)!(!$,'56&)&!3&)!,-!$,,17 

?1(7*&4)!'23)!D&!(556*&7!,4$&!*4!:&1)*$(6!(47!)%&4!*4!%,1*F,4)(6!7*1& 

metallhinnorna sitter elektroder, vilka är vinkelrätt vridna mellan de två lagren. Då ytan 

:,6)(?&!'23)!D&!(556*&7!),!,4&!6(;&1!(47!(!'&(321&'&4)!,-!)%&! 

vidrörs sker en förändring i spänningen som ,)%&1!6(;&1!*3!5&1-,1'&7C!4&H)!)%&!32556;!*3!*43)&(7!$,44&$)&7!),! 

går genom panelen då lagren kommer i 

)%&! ,55,3*)&! 6(;&1! :,6)(?&! *3! '&(321&78! I4! 3)(47/D;! ',7&! ,4 

kontakt med varandra, vilket gör att systemet $,44&$)&7!),!(!6&:&6!)1*??&1&7!*4)&1125)!*4!,17&1!),!7&)&$)!),2$%!($)* 

reagerar och kan beräkna var på ytan som 

9(D6&!@/K!-,1!$,44&$)*,43!0%*6&!'&(321*4?!)%&!$,,17*4()&38! 

beröringen inträffade. Detta görs genom att först lägga en spänning över ena axeln och 

Table 2-1. ./0*1&!),2$%!3$1&&43!3$(44*4?! 

låta en av elektroderna på andra axeln läsa av denna. Proceduren upprepas sedan för 

motsatt axel. 

Den enklaste och billigaste varianten kräver endast Y-Coordinate fyra kablar, M*/N! en till varje M*/N!O!QRS! elektrod längs L47! 

! 

med kanterna. Eftersom spänningen behöver läsas av på båda lagren, kommer panelen 

Q!T/0*1&!),2$%!3$1&&4!,46;!23&!)%&!),53%&&)!-,1!'&(321*4?8!J6&(3 

bli obrukbar om en skada skulle uppstå på ett -,1!$,44&$)*,43!0%*6&!'&(321*4?!)%&!$,,17*4()&3!,4!T/0*1&!),2$%!3 

av lagren. Dyrare varianter med fem kablar 

är inte lika känsliga för skador på det övre lagret Table då 2-2. större T/0*1&!),2$%!3$1&&43!3$(44*4?8! 

delen av elektroniken befinner 

sig på det undre lagret. I detta fall läggs en jämn spänning på topplagret och då kretsen 

sluts läses spänningen av i hörnen av panelen. Denna teknik lämpar sig bättre till större 

displayer än vad varianten med fyra kablar gör. 

! 

4 AVR341 

8 

Figure 2-3. "#$%&'()*$+!,-!(!./0*1&!),2$%!3$1&&4!0%&4!51&3321&!*3 

X+Excite X-Excite Y+Excite 

Standby L47! M*/N! M*/N! 

X-Coordinate L47! P$$! M*/N! 

ULExcite URExcite LLExcite LRExcite 

Standby L47! M*/N! M*/N! M*/N! 

X-Coordinate L47! P$$! L47! P$$! 

Y-Coordinate L47! L47! P$$! P$$! 

9,!?&)!(!$,'56&)&!3&)!,-!$,,17*4()&3C!)%&!:,6)(?&!?1(7*&4)!*3!(556*& 

6(;&1!,4$&!*4!%,1*F,4)(6!7*1&$)*,4!),!7&)&1'*4&!)%&!U!$,,17*4()&!( 

7*1&$)*,4!),!7&)&1'*4&!)%&!V!$,,17*4()&8!I4!D,)%!$(3&3!)%&!),53%&&) 

(! %*?%/*'5&7(4$&! '&(321&'&4)! (-)&1! )%&! 3&43*4?! :,6)(?&! %(3!


FiM 2011 

Kapacitiv 

Denna typ av touchscreen är uppbyggd av en dielektrisk yta, såsom glas, som är täckt 

med ITO. En spänning läggs över hörnen vilket skapar ett jämnt elektriskt fält. Panelen 

reagerar då den vidrörs av exempelvis ett finger, eftersom fingrar leder ström, vilket skapar 

en förvrängning av det elektriska fältet. Till skillnad från en resistiv pekskärm går det inte 

att använda sig av tryck i form av beröring vid användandet. Denna teknik lämpar sig 

bättre till exempelvis mobiltelefoner och automater. 

Praktisk fördjupning 

Prototyp 

Denna praktiska fördjupning syftar till att integrera de båda teknikerna LCD och pekskärm 

till en prototyp. Målet är att få ett fristående och fungerande system som kan demonstrera 

vad dessa tekniker kan åstadkomma tillsammans. Den ursprungliga tanken var att skapa 

en fjärrkontroll med knappar illustrerade på displayen, men det övergick sedan till att göra 

en interaktiv pekskärm. 

Utvecklingshjälpmedel 

Till förfogande har det funnits ett antal verktyg, utöver de komponenter som ingår i själva 

prototypen, som behövts för att genomföra detta projekt. Programmering har skett i AVR 

Studio 4 och för att överföra koden till mikrokontrollern har Atmels STK500-kort använts. 

Kopplingsschemat är baserat på manualer för display samt touchscreen och har ritats, 

med vissa tillägg, i NI Multisim. Kretskortlayout har skapats från ett komponentbibliotek 

tillhandahållet av Electronic Assembly och ritats i Eagle. De bildfiler som är tänkt att visas 

på displayen är ritade i Paint och har sedan konverterats till kod med Image2Code. 

9


FiM 2011 

Hårdvara 

En av huvudkomponenterna i prototypen är en LCD av 

modell DOGM128-S från Electronic Assembly. Det är en 

grafisk display med en upplösning på 128x64 pixlar och 

är av typen FSTN transmissiv med negativ visning. 

Kommunikationen sker via styrkretsen ST7565R från 

Sitronix med ett SPI-interface. En transmissiv display 

behöver som bekant bakgrundsbelysning och det ges av 

tillhörande komponent för displayen, EA LED55x46-R. 

Pekpanelen är måttanpassad för displayen då även den 

kommer från Electronic Assembly, EA TOUCH128-1. Det är en analog resistiv panel med 

fyra kablar och har ett självhäftande material på undersidan som fäster samman panelen 

med displayen. Anslutning sker med en ZIF-kontakt. 

Mikrokontrollern som användes var ursprungligen en ATMega16, men den har endast 

minne motsvarande en bild (128x64) på displayen. Därför byttes den ut mot en 

ATMega644, som i stort sett är lika förutom att den har större minne. I korta drag är det en 

8-bitars kontroller med fyra portar varav en är AD-omvandlare. 

Innan ett eget kretskort tillverkades så monterades displayen tillsammans med övriga 

komponenter på ett breadbord och kopplades in enligt kopplingsschemat (se Bilaga 2). 

För enkelhetens skull valdes att förse hela systemet med en spänning om 3,3V, vilket 

innebar att tre extra kondensatorer behövdes till displayen eftersom den då får köras på så 

kallad Single Supply och låta displayen använda den inbyggda förstärkaren. En 

spänningsregulator, LM2937ES, användes för att omvandla spänningskällan till 3,3V. Två 

kondensatorer sattes på vardera sida om spänningsregulatorn för att få en stabil spänning 

enligt databladet för typen ovan. Vidare var bakgrundsbelysningen tvungen att ha en egen 

spänning annars skulle lysdioderna brinna upp och därför kopplades den in via resistans 

och sedan löddes displayens nedre komponentben (två rader om tre ben vardera) ihop 

med bakgrundsbelysningen. 

10 

Figur 3. Pekskärmens uppbyggnad. 

Källa: Electronic Assembly


FiM 2011 

Då systemet verkade fungerade på breadbord var det dags att tillverka ett eget enkelsidigt 

kretskort. Kretskortslayouten (se Bilaga 3) ritades i Eagle med kopplingsschemat som 

grund samt ett bibliotek innehållande bland annat en färdig modell av displayen. Tre kablar 

fick dras på ovansidan av kretskortet, då ledningarna annars skulle korsas. Ett speciellt 

kretskort designades även för att fästa ZIF-kontakten, då pinnarna på den låg väldigt tätt 

och att fästa kablar direkt på pinnarna ansågs för svårt. 

Figur 4. Egentillverkat 

kretskort med komponenter. 

Kommunikationen mellan enheterna sker genom mikrokontrollern. Till displayens drivkrets 

används SPI, Serial Peripheral Interface, med fyra olika pinnar. SPI med tillhörande 

preferenser måste först aktiveras i mikrokontrollens register innan det går att skicka data, 

vilket beskrivs i databladet. Displayen kan bara ta emot data och detta görs genom att 

skicka en byte i taget bitvis från mikrokontrollens MOSI-port (Master In Slave Out). För att 

data ska kunna läsas av så ser SCK-porten (Serial Clock) till att enheterna använder sig 

av samma frekvens och då endast data till displayen skickas över MOSI-pinnen behöver 

CS-pinnen (Chip Select) inte ändras, utan kan sättas till låg. Den sista pinnen, A0, talar om 

för drivkretsen om det är data eller kommando som skickas. Data är sådant som ska 

skrivas ut på displayen, medan ett kommando talar till exempel om var på displayen data 

ska visas. Det finns även en Reset-pinne mellan mikrokontrollen och drivkretsen, som 

sätts till hög, annars återställs alla inställningar. 

11


FiM 2011 

Upplösningen på displayen är 128x64 pixlar där varje pixel 

motsvarar en bit, men data skickas med en byte i taget och MSB 

(Most Significant Bit) först. Då displayen är uppdelad i åtta sidor 

(Page 0-7) och 128 kolumner med åtta rader per sida (D0-D7), 

kommer MSB att hamna på raden längst ned på sidan (D7). Efter 

att man skickat en byte går displayen vidare till nästa kolumn. För 

ett sidbyte behöver man skicka ett kommando som talar om för 

displayen att skriva på nästa sida. Man inser snabbt att med en 

upplösning om 128x64 blir det 8192 bitar, vilket omräknat i bytes är 

Figur 4. Skärmuppdelning. 

DATA 1024 TRANSFER bytes (1kB). Detta är anledningen till att mikrokontrollen byttes Källa: Electronic Assembly 

Data transfer is unidirectional. That means that data can only be written; it cannot be read again. In contrast to other 

ut till ATMega644 med 4kB SRAM. 

displays, a busy query is not necessary with this display. The clock-pulse rate of the SCL line can be up to 20 MHz, 

depending on the supply voltage. You will find more detailed information on timing on pages 64 and 65 of the data sheet 

of the ST7565R controller, which you will find on our website at 

Mjukvara 

http://www.lcd-module.de/eng/pdf/zubehoer/st7565r.pdf 

Displayen behöver instruktioner för att kunna fungera och mikrokontrollen innehåller dessa 

i form av maskinkod som ursprungligen är skrivet i C. Koden är uppdelad i två olika filer, 

en med själva anropen och den andra med logiken bakom anropen. Den har byggts främst 

ur databladen för mikrokontrollen och displayen, men också från de 

programmeringsexempel som Electronic Assembly tillhandahåller på sin hemsida. 

Programvaran börjar med att aktivera SPI på mikrokontrollern genom funktionen init_spi(), 

där pinnarna som ska skicka data till displayen sätts som utgångar. Ett par ändringar görs 

även i SPI-kontrollregistret. Sedan skapas funktionen för att skicka data och kommandon 

via SPI, send_spi(), som behövs då displayen ska initieras med kommandon, vilket nästa 

funktion gör, init_lcd(). Den börjar med att använda reset och sedan skickas kommandon 

som beskriver för displayen bland annat att det är Single Supply som gäller, vilken kontrast 

skärmen ska ha osv. Funktionen avslutas med att rensa skärmen från eventuella tända 

pixlar som kan förekomma vid uppstart. 

12


FiM 2011 

Diskussion 

Det har varit intressant att utforska dessa tekniker, främst praktiskt, men även få en 

förståelse för hur de är uppbyggda genom den teoretiska fördjupningen. Tyvärr har den 

praktiska delen kantats av en del problem då jag inte lyckats ta mig vidare och därmed 

fastnat på vissa plan. Jag har främst mig själv att skylla då jag försökt att lösa det själv 

utan att be om hjälp. Detta har resulterat i en prototyp som inte fungerar enligt önskan. 

Det som gick snett var att LCD:n aldrig lyckades att initiera sig. Spontant känns det som 

att felet ligger i programvaran och inte i hårdvaran. Jag misstänker att det kan vara något 

så enkelt som reset, men kan inte avgöra om det verkligen är det. 

En framtida prototyp skulle kunna ha ett par förbättringar som jag har upptäckt under 

projektets gång. Bland annat skulle kretskortslayouten designas om för att göra den 

kompaktare, dock var det lite struligt att göra layouten i Eagle eftersom programmet hade 

vissa begränsningar på hur man kunde placera komponenterna. Att kunna felsöka med 

JTAG vore också önskvärt, vilket innebär att nya ledningar behöver dras till Port C på 

mikrokontrollen. Annars behövs mest tid läggas på att se över programvaran." 

Slutsats 

Två tekniker som är väldigt lämpade för varandra. Pekskärmar är mer eller mindre gjorda 

för att användas med LCD eller andra typer av skärmar, medan LCD har en egen marknad 

som fristående produkt. Dock är pekskärmar på frammarsch och integreras i allt fler 

produkter och erbjuder fantastisk användarvänlighet. 

Trots att prototypen inte kan demonstrera teknikerna, så har mycket lärdom tagits in under 

projektets gång, både vad gäller genomförande och integration av flera enheter, vilket jag 

tar med mig till nästa projekt. 

13


FiM 2011 

Referenser 

Electronic Assembly. DOGM128-6, 

http://www.lcd-module.com/eng/pdf/grafik/dogm128e.pdf 

Atmel Corporation, AVR341: Four and five-wire Touch Screen Controller 

http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc8091.pdf 

David J. R. Cristaldi,Salvatore Pennisi, Francesco Pulvirenti, Liquid Crystal Display 

Drivers: Techniques and Circuits, Springer 2009, ISBN 978-90-481-2254-7 

Stefan Agamanolis, Liquid Crystal Displays: Past, Present, and Future, 

http://web.media.mit.edu/~stefean/liquid-crystals/ 

http://www.touchscreenguide.com/touchscreen/res.html 

http://www.pcworld.idg.com.au/article/355922/ 

capacitive_vs_resistive_touchscreens/ 

14


FiM 2011 

Bilagor 

Bilaga 1, komponentlista 

Artikel! ! ! ! ! Ca pris (kr/st)! ! 

EA DOGM128S-6" " " " " 200 

EA TOUCH128-1" " " " " 130" 

EA LED55x46-R" " " " " 45" 

ATMega644" " " " " " 75 

1st spänningsregulator LM2937ES" " 20 

3st motstånd 56 ohm" " " " 0,25 

1st motstånd 10k ohm" " " " 0,25 

9st kondensator 1μF" " " " 2 

3st kondensator 0,1μF" " " " 2 

1st kondensator 10μF" " " " 5 

Bilaga 2, använda pinnar på mikrokontrollen 

Pinne!! ! Ansluten till 

PA0" " " Touch128, Bottom 

PA1" " " Touch128, Left 

PA2" " " Touch128, Top 

PA3" " " Touch128, Right 

PB0" " " DOGM128, RST 

PB3" " " DOGM128, A0 

PB4" " " DOGM128, CS1B 

PB5" " " DOGM128, SI 

PB7" " " DOGM128, SCL 

VCC " " " Power in 

GND" " " GND 

AVCC " " VCC 

AREF"" " VCC 

15


FiM 2011 

Bilaga 2, kopplingsschema 

Bilaga 3, kretskortslayout 

16


FiM 2011 

Bilaga 4, C-kod 

//************************************************************ 

//! ! dogm128s.h 

//! ! Andre Berglund 

//! ! 

//************************************************************ 

//------------------------------------------------------------ 

//! ! ST7565 

//------------------------------------------------------------ 

#define DISP_START_LINE 0x40! ! // display start line = 0 

#define ADC_SET! ! ! 0xA1! // ADC reverse, 6o'clock viewing angle 

#define COM_OUT_MODE! 0xC0! ! // normal 

#define DISP_NORM! ! 0xA6!! // normal, no mirror 

#define LCD_BIAS ! 0xA2!! // bias 1/9 (duty 1/65) 

#define PWR_CTRL ! 0x2F! ! // booster, regulator and follower on 

#define BOOST1! ! ! 0xF8!! // internal booster x4 

#define BOOST2! ! ! 0x00! ! // internal booster x4 

#define CONTRAST1! ! 0x27!! // constrast set 

#define CONTRAST2! ! 0x81! ! // constrast set 

#define CONTRAST3! ! 0x16!! // constrast set 

#define INDICATOR1! ! 0xAC!! // no indicator 

#define INDICATOR2! ! 0x00! ! // no indicator 

#define! DISP_ON! ! 0xAF! ! // display on 

//------------------------------------------------------------ 

//! ! ATMega portdef 

//------------------------------------------------------------ 

#define MOSI PB5 

#define SCK PB7 

#define CS PB4 

#define A0 PB3 

#define RES PB0 

#define BOTTOM PA0 

#define LEFT PA1 

#define TOP PA2 

#define RIGHT PA3 

#define DATA (PORTB |= (1


FiM 2011 

//************************************************************ 

//! ! dogm128s.c 

//! ! André Berglund 

//! ! 

//************************************************************ 

#include 

#include ! 

#include 

#include 

#include "dogm128s.h" 

void init_spi(void){ 

! 

! DDRB = (1


FiM 2011 

void init_disp(void){ 

! RESET;!! ! ! ! ! ! // reset low -> high 

! 

! _delay_ms(200); 

! ENABLE;! ! ! ! ! ! // CS low, enable display 

! 

! _delay_ms(200);! 

! COMMAND;! ! ! ! ! ! // A0 low, command data 

! _delay_ms(200); 

! send_spi(DISP_START_LINE); 

! send_spi(ADC_SET); 

! send_spi(COM_OUT_MODE); 

! send_spi(DISP_NORM); 

! send_spi(LCD_BIAS); 

! send_spi(PWR_CTRL); 

! send_spi(BOOST1); 

! send_spi(BOOST2); 

! _delay_ms(200); 

! send_spi(CONTRAST1); 



! send_spi(INDICATOR1); 

! send_spi(INDICATOR2); 

! //send_spi(INDICATOR3); 

! send_spi(DISP_ON); 

! 

! DISABLE;! ! ! ! ! ! // CS high, disable display 

! ! ! ! ! ! 

} 

! 

19


FiM 2011 

void clear_disp(){ 

! ENABLE; 

! 

! uint8_t page; 

! for (page = 0; page < 8; page++){ 

! ! 

! ! COMMAND; 

! ! send_spi(0xB0 + page); 

! ! send_spi(0x10);! ! ! // column adress of 4 MSB 

! ! send_spi(0x00);! ! ! // column adress of 4 LSB 

! ! 

! ! uint8_t column; 

! ! for (column = 0; column < 128; column++){ 

! ! ! DATA; 

! ! ! send_spi(0x00); 

! ! } 

! } 

! 

! DISABLE; 

} 

void goto_xy(char xcol, char ypage) 

{ 

! char set[] = {0xB0, 0x10, 0x00}; 

! set[0] = set[0] + ypage; 

! set[2] = set[2] + (xcol & 0x0F); 

! set[1] = set[1] + (xcol >> 4); 

! 

! COMMAND; 

! 

! send_spi(set[0]); 



} 

20


FiM 2011 

//------------------------------------------------------------ 

//! ! ! ! ADC 

//------------------------------------------------------------ 

volatile unsigned char xpos(){ 

! 

! DDRA = 0x00;! ! ! ! // "reset" 

! PORTA = 0x00; 

! _delay_ms(20); 

! 

! DDRA = (1


FiM 2011 

! 

! 

! ! ! 

! PORTA = (1

Autonom robotväckarklocka med trådlös basstation - KTH

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?