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1、精选优质文档-倾情为你奉上电子课程设计报告 题目名称： 步进电机的简单控制电路 姓 名： 专 业：电子信息工程班级学号： 同 组 人：指导教师： 南昌航空大学信息工程学院2010年 3 月 10 日摘要步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多
2、专业知识。 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。关键字：分时，多相，时序控制，双环形脉冲目录前言4第一章 设计内容及要求5第二章 设计方案6第三章 单元电路设计8第四章 实验、调试及分析10第五章 结论11第六章 心得体会12参考文献13附录A13附录B14 前言 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，
3、电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。每输入一个脉冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。步进电机控制一般基于单片
4、机控制，设计比较简单，性能更加稳定。 本次课设采用数字逻辑电路模拟步进电机的简单控制。由555产生CP脉冲，经过74LS191计其脉冲的个数，再经过74LS138译码器分频后来控制4个LED的工作。由开关控制74LS191的加、减计数和清零来实现4个LED的正反转和复位。另外由另一个555控制一个74LS161的工作使计数器在单位时间内计数，并由数码管显示。从而实现步进电机转速的测量。第一章 设计内容及要求基本要求：采用数字电路实现步进电机的简单控制，能够实现步进电机根据输入的脉冲旋转相应的圈数，可以实现复位、正反转控制。实际试验由可以使用4个LED代替4个线圈提高要求:显示输入的脉冲数目，从
5、而显示转速主要参考元器件:74LS74,74LS08,74LS157,7406第二章 设计方案步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械
6、、电机、电子及计算机等许多专业知识。如下所示的步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。图（1）步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组
7、磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。1、脉冲信号的产生。脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。2、信号分配器（又名脉冲分配器）感应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种，具体分配如下：二相四拍为 ,步距角为1.8度；二相八拍为 ,步距角为0.9度。四相电机工作方式也有二种，四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度；四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D- AB,(步距角为0.9度）。3、功率放大功率放大是驱动系统最为重要的部
8、分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。具体设计电路仿真图如下：第三章 单元电路设计1.多谐振荡器555多谐振荡产生连续的数据脉冲，控制74LS191加减计数器脉冲端。电路采用电阻、电容组成RC定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节RW或电容C，可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出，既脉冲信号。脉冲宽度计算公式：Tw0.7 (R1+RW+R2) C；图4-1 555自激多谐振荡器电路和波形图振荡周期计算公式：T0.7 (R1+RW+2R2)
9、 C；电容器C的充电电阻是R1+RW+R2 ，放电电阻是R2 。当VC是低电平时，555定时器低触发，VO为高电平，放电管T截止，电容器经（R1+RW+R2）充电，当充电至VC=VTHVCC时，电路高触发，输出VO变为低电平，放电管T导通，电容器经R2放电，当放电至VC=VTRVCC时，电路又进入低触发，VO变为高电平，如此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。2.步进电机信号控制电路此控制电路主要由74LS191担任。利用74LS191的加、减计数的原理来控制4个LED的正反转。再利用74LS191上的清零管脚来控制LED的复位。下面是74LS191的逻辑功能表：CTLDU/DCP功能000
10、置数010加计数011减计数1保持为驱动LED正常工作，采用灌电流驱动，原理图如下：3.转速的测量及显示电路此电路由单稳态电路，计数器和一个数码管显示电路组成。由555构成的单稳态电路控制计数器74LS161的计数时间，再由数码管显示在单位时间内所计的脉冲个数，即步进电机的转速。具体电路如下：第四章 实验、调试及分析4.1电路排板及制作.需进行整体布局的构思，使元器件分布合理、整体上更加美观；.先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊等等；.布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用；.最好分模块安装。此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温
11、， 电烙铁不能停留太久。4.2电路的调试电路焊接完毕后，首先应检查电路的电源线和地线的走向，防止因为电源线或地线接错而导致烧坏芯片或者是电源等现象；仔细检查安装好的电路，确定元件与导线连接无误后，然后接通电源上电调试。在调试的过程中，应该分块调试。逐步检查单元电路，检查每个单元电路的逻辑输出和电平大小。这样就可以逐步排除，更快的查到错误的地方。在检查的过程中，不仅仅排除了虚焊、假焊、漏焊等焊接上的失误，我还发现虽然电路原理没问题，但就是4个LED亮不起来，后来才发现是由于逻辑输出的电平过低，从而驱动不了4个发光二极管。经过修改原理，采用了灌电流驱动数码管的方式解决了这个问题。就是让发光二极管的
12、正极接上了VCC，因此逻辑输出为0的时候发光二极管才会亮。各个模块调试检查无误后，根据附录一原理图将各模块组合，检查无误后接通电源，观察记录结果。可看到四个数码管依次点亮，会观察到LED灯会依次点亮，按“复位”键之后会回到第一个灯，当按下“正/逆”键，时灯亮的顺序会与原来反向。按下测速键时，数码管有数字显示，计数持续一秒后停止，即显示电机预设时间内接收到的脉冲个数本次课设与上次模电有所区别，此次数电课设的主要目标是逻辑功能的实现，不是测具体的数据，所以不需要测出具体输出电压的大小。还可以通过一个发光二极管来测量各单位电路的逻辑输出。第五章 实验结论通过分析设计任务，本实验采用设计单元电路再组合
13、成步进电机的简易逻辑控制电路。先要用4个LED模拟步进电机的工作状态，从而确定其逻辑输出，再利用555产生一定频率的脉冲信号，通过计数器的计数和译码器的分频，最后实现其所需要的逻辑输出，从而到达模拟的效果。本次试验基本实现了步进电机的简易逻辑控制的目的，实现了设计的要求，并达到了提高要求的目标，总算是功德圆满。第六章 收获与体会1、通过这次课程设计，加强了动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，通过这个方案包括设计了一套电路原理和其他类型的各种电路原理。通过对他们的比较和认识，找到了简单、正确的方法。2、通过对电路条件的限制，要求能更深次地理解各种器件的原理及使用规则，对具体的情况做到正
14、确的判断，提高了我们对书本知识的掌握，也把我们从理论水平提高到实践水平。3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。4、在对各种方案进行排查时，我们才了解到我们现在的知识水平还很有限，需要我们自己拓展，要多看一些关于其他类型的不同的见解。5、从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通
15、过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 参考文献【1】.彭介华 ，电子技术课程设计指导 ，高等教育出版社 【2】.赵珂 彭嵩，电子技术实践3【3】.阎石，数字电路技术基础，高等教育出版社附录A 设计原理图附录B 元件清单类型型号数目芯片NE555274LS191174LS138174LS00174LS161174L481电位器100K2电阻1K21M11004电容100uF110uF10.01uF2其它七段共阴数码管1独立按键3专心-专注-专业