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1、多路序列信号发生器设计多路序列信号发生器设计一、学习目标：一、学习目标：设计由设计由555定时器、移位寄存器、存储器等器件构成的多路定时器、移位寄存器、存储器等器件构成的多路序列信号输出电路，用于控制步进电机或彩灯循环。用序列信号输出电路，用于控制步进电机或彩灯循环。用Proteus软件进行仿真并安装实际电路。软件进行仿真并安装实际电路。二、设计任务：二、设计任务：（1）设计多路序列信号输出电路，用于控制步进电机；）设计多路序列信号输出电路，用于控制步进电机；（2）用数码管的上四段或下四段模拟步进电机的工作；）用数码管的上四段或下四段模拟步进电机的工作；（3）步数控制：四相八拍和四相四拍两种工
2、作方式。）步数控制：四相八拍和四相四拍两种工作方式。（4）能控制步进电机的正转和反转能控制步进电机的正转和反转；（5）步数显示；）步数显示；（6）对设计电路进行仿真和修改，并安装和调试实际电路。）对设计电路进行仿真和修改，并安装和调试实际电路。快眼看书三、设计思路：三、设计思路：（1）步进电机介绍步进电机介绍步进电机接收步进脉冲而一步一步地转动，并带动机械装置步进电机接收步进脉冲而一步一步地转动，并带动机械装置实现精密的角位移和直线位移。广泛应用于各种自动控制和实现精密的角位移和直线位移。广泛应用于各种自动控制和计算机系统中如：数控机床、机器人、打印机、光驱等。计算机系统中如：数控机床、机器人
3、、打印机、光驱等。如图三相如图三相步进电机，它步进电机，它由转子和定子组成，定由转子和定子组成，定子上绕制了子上绕制了A A、B B、C C三三个线圈构成三个不同的个线圈构成三个不同的绕组。绕组。不同绕组上所加脉冲的不同绕组上所加脉冲的不同，形成不同的步距不同，形成不同的步距和转速。和转速。（2 2）基本设计思路）基本设计思路四相步进电机有四相步进电机有四相八拍四相八拍和和四相四拍四相四拍两种工作方两种工作方式。按照如下状态转换图的顺序工作：式。按照如下状态转换图的顺序工作：下面以四相八拍四相八拍工作方式工作方式为例，说明其设计思路，为例，说明其设计思路，即即如何产生四相八拍方式的状态转换图。
4、如何产生四相八拍方式的状态转换图。八状态转换产生电路：八状态转换产生电路：方案方案1：采用触发器设计：设计复杂，且存在不能自启采用触发器设计：设计复杂，且存在不能自启动问题。动问题。方案方案2：采用集成计数器设计：可产生递增或递减，且采用集成计数器设计：可产生递增或递减，且状态连续，不存在自启动问题。状态连续，不存在自启动问题。方案方案3：采用移位寄存器设计：不是递增或递减，状态采用移位寄存器设计：不是递增或递减，状态不连续，存在自启动问题。不连续，存在自启动问题。八状态八状态转换产转换产生电路生电路时钟产时钟产生电路生电路码组码组变换变换电路电路步进电步进电机所要机所要求的八求的八状态转状态
5、转换图换图即多路即多路序列信序列信号输出，号输出，设计的原理框图：设计的原理框图：码组变换电路：码组变换电路：方案方案1：译码器门电路译码器门电路方案方案2：存储器存储器八状态八状态转换产转换产生电路生电路时钟产时钟产生电路生电路码组码组变换变换电路电路步进电步进电机所要机所要求的八求的八状态转状态转换图换图即多路即多路序列信序列信号输出，号输出，设计的原理框图：设计的原理框图：八状态转换产生电路设计八状态转换产生电路设计（1）采用集成计数器设计：可采用熟悉的采用集成计数器设计：可采用熟悉的74LS161产生连产生连续的八个状态：续的八个状态：00000111。（2）采用移位寄存器设计：移位寄
6、存器可构成两种类型的）采用移位寄存器设计：移位寄存器可构成两种类型的计数器：环形和计数器：环形和扭环形计数器扭环形计数器。这里只介绍。这里只介绍扭环形计数器：扭环形计数器：将集成移位寄存器将集成移位寄存器74LS194的最高位反馈到右移输入端的最高位反馈到右移输入端DSR产生不连续的八个状态：产生不连续的八个状态：0000、0001、0011、0111、1111、1110、1100、1000码组变换电路设计码组变换电路设计“码组变换电路码组变换电路”的作用：的作用：将将“八状态转换产生电路八状态转换产生电路”的状态转换图（连续或的状态转换图（连续或不连不连续续）变换成变换成步进电机所要求的状态
7、转换图。步进电机所要求的状态转换图。上述转换关系很容易实现，这里只介绍如何用存上述转换关系很容易实现，这里只介绍如何用存储器实现上述转换关系：储器实现上述转换关系：实际电路中采用实际电路中采用E2 PROM 2817（2k）或或2864（8k），仿真时用仿真时用EPROM 2764（2817/2864不不能仿真）。能仿真）。（1）如何确定存储器的地址和写入数据：）如何确定存储器的地址和写入数据：将码组变换电路的码组变换电路的输入数据输入数据作为存储器的作为存储器的地址数据（低四位）地址数据（低四位）；输出数据输出数据作为该地址对应的存储单元的作为该地址对应的存储单元的写入数据（低四位）。写入数
8、据（低四位）。例如：集成计数器方案中，例如：集成计数器方案中，存储器的地址数据为：存储器的地址数据为：0000H0007H（连续）（连续），相应的写入数据为：，相应的写入数据为：01、03、02、06、04、0C、08、09(16进制数进制数)。集成移位寄存器方案中，集成移位寄存器方案中，存储器的地址数据为：存储器的地址数据为：0000H000FH(不连续，只用其中不连续，只用其中8个个)，相应的写入数据为：，相应的写入数据为：01、03、xx、02、xx、xx、xx、06、09、xx、xx、xx、08、xx、0C、04(16进制数进制数)。存储器的用法存储器的用法（2）如何生成数据文件：）如
9、何生成数据文件：用用VC软件或编程器本身附带的软件软件或编程器本身附带的软件SUPERPRO进行数进行数据的编辑，即点击据的编辑，即点击“数据缓冲区数据缓冲区”，在在HEXHEX栏栏键入对应的键入对应的1616进制数据，进制数据，完成后将文件存为如下类型：完成后将文件存为如下类型：BIN或或Hex。（3）如何将上述数据文件加载到存储器中。）如何将上述数据文件加载到存储器中。v在在编程器本身附带的软件编程器本身附带的软件SUPERPRO编辑界面中，选择器件编辑界面中，选择器件,装入上述数据文件，装入上述数据文件，点击点击“Program”Program”图标图标,则芯片座上的灯变则芯片座上的灯变
10、红，并显示红，并显示“正在烧录芯片正在烧录芯片”，即可将数据文件写入，即可将数据文件写入实际实际ICIC。v在在PROTEUS仿真软件中，为了使仿真的存储器能够正常工仿真软件中，为了使仿真的存储器能够正常工作，也必须将数据文件进行加载。其方法是：作，也必须将数据文件进行加载。其方法是：在在proteus中中将将鼠鼠标标指指向向IC，点点击击鼠鼠标标右右键键选选中中该该IC，再再按按左键就会出现一对话框，如左键就会出现一对话框，如图：图：在在Image FileImage File的文本编辑框的文本编辑框中键入要中键入要加载加载的数据文件名的数据文件名或点击右边的或点击右边的打开文件图标打开文件
11、图标选取文件即完选取文件即完成。成。电路原理图：电路原理图：（3 3）其它部分设计思路）其它部分设计思路v步进电机的正转和反转控制步进电机的正转和反转控制v步数控制：四相八拍和四相四拍两种工作方式步数控制：四相八拍和四相四拍两种工作方式采用存储器地址线中的采用存储器地址线中的A4、A5作为控制信号：作为控制信号：v步进电机的正转和反转：步进电机的正转和反转：如在如在“四相八拍工作方式四相八拍工作方式”的的集成计数器方案中，集成计数器方案中，把把原接地的原接地的A4A4改接改接1 1。此时存储器地址变化范围为。此时存储器地址变化范围为0010H0017H（连续），连续），在此范围内添加反序的数据
12、即可：在此范围内添加反序的数据即可：09、08、0C、04、06、02、03、01。v步数控制设计：步数控制设计：分为四相八拍和四相四拍两种工作方式，如实分为四相八拍和四相四拍两种工作方式，如实现现“四相四拍正转工作方式四相四拍正转工作方式”的的集成计数器方案中，集成计数器方案中，把原接地的把原接地的A5A5改接改接1 1、A4A4接接0 0。此时存储器地址变化。此时存储器地址变化范围为范围为0020H0027H（连续），连续），在此范围内添加在此范围内添加“四拍四拍”的数据即可：的数据即可：01、02、04、08、01、02、04、08（数据重复一遍）（数据重复一遍）。集成移位寄存器方案中，存储器的地址数据和写入数据：集成移位寄存器方案中，存储器的地址数据和写入数据：v步数显示：步数显示：