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1、北京工业大学课程设计报告 学院 电控 专业 通信工程 班级 通信工程242 组号 10 题目 步进电机控制电路 基于运放的信号发生器设计 姓名 学号 09024226 同组人 指导老师 成绩 2011年5月步进电机控制电路提纲：一、 设计要求二、 电路设计三、 步进电机的实际连接及测量四、 实验中遇到的问题及解决方案五、 收获体会六、 参考资料一、设计要求步进电机控制电路（一）、设计任务本课题要求设计一个步进电机控制电路，该电路能对步进电机的运行状态进行控制。（二）、基本要求1、能控制步进电机正转和反转及运行速度，并由LED显示运行状态。（步进电机工作方式可为单四拍或双四拍）。2、测量步进电机
2、的步距角。(通过实测步进电机旋转一周所需要的脉冲数，推算出步进电机的步距角)。（三）、扩展要求设计步进电机工作方式为四相八拍。（四）、设计框图步进电机控制电路主要由脉冲发生电路、环行脉冲分配电路、控制逻辑及正反控制门、功率放大器（驱动电路）和步进电机等组成。脉冲发生电路环形脉冲分配电路控制电路驱动电路脉冲显示步进电机（五）、参考元器件NE555，计数器74LS161，74LS08，74LS74，74LS14（04），74LS138（74LS153），四相步进电机，发光二极管，续流二极管IN4004，复合三极管TIP122，5（1W）电阻，其他电容、电阻若干。补充说明：a、 本实验提供的是四相步
3、进电机，它对外有六条引线， 其中二条为公共端、另外四条分别为A相、B相、C相、D相，但引脚具体排序未知，故在使用前需要对步进电机进行分析，测试，并判断出具体的相序。b、 四相步进电机磁激励方式基本有三种：i、单四拍方式，通电顺序为ABCDA；ii、双四拍方式，通电顺序为ABBCCDDAAB；iii、四相八拍方式，通电顺序为AABBBCCCDDDAA。如果按上述三种通电方式和通电顺序进行通电，则步进电机将正向转动。若通电顺序与上述相反，如单四拍方式，通电顺序ADCBA，则步进电机将反向转动。如下表所示为步进电机的单四拍和双四拍的励磁方式及A、B、C、D相的输入逻辑信号。有关步进电机的工作原理及使
4、用方法请自己查阅资料。工作方式励磁方式D B C A单四拍方式A1 1 1 0B1 1 0 1C1 0 1 1D0 1 1 1A1 1 1 0双四拍方式AB1 1 0 0BC1 0 0 1CD0 0 1 1DA0 1 1 0AB1 1 0 0二、 电路设计脉冲发生电路环形脉冲分配电路控制电路驱动电路脉冲显示步进电机根据框图：（一） 、脉冲发生电路：1、设计目标：设计一个可以产生占空比和周期可调的方波信号的脉冲发生器。2、基本思路：利用NE555构成的多谐振荡器产生所需信号。3、选用原件：NE555、5K欧电位器、300欧电阻、50微法电容、0.01微法电容。4、电路原理图：原理公式：T1=(R
5、1+R2)Cln2、T2=R2Cln2 为使脉冲频率为几赫兹，电阻和电容应选择恰当的数值，通过计算和实际测试，我们选用了5K欧电位器、300欧电阻、50微法电容、0.01微法电容。电路图如下：5、 仿真波形 6、 实际电路图：（二） 、环形脉冲分配电路设计目标：设计一个可以生成四路如图表所示变化的脉冲信号，其状态变化由NE555产生的脉冲控制。并能通过开关切换单四拍或双四拍模式。双向移位寄存器74LS194的功能很接近步进电机的运行的逻辑信号：74LS194的功能表： RDS1 S0工作状态0X X置零10 0保持10 1右移11 0左移11 1并行输入 输出信号逻辑如下： A、单四，双四拍方
6、式工作方式励磁方式D B C A单四拍方式A1 1 1 0B1 1 0 1C1 0 1 1D0 1 1 1A1 1 1 0双四拍方式AB1 1 0 0BC1 0 0 1CD0 0 1 1DA0 1 1 0AB1 1 0 074LS194本身具有双向移位的功能，但在启动前需要预先对4个输入端进行置数，来控制输出波形占空比。由于步进电机的驱动有单四拍，双四拍两种方式，所以需要三个开关，其中两个控制S1 S0 的点位高低来控制寄存器的工作状态，另一个开关用来切换单四和双四拍两种状态。其中QA、QB、QC、QD分别控制步进电机的A、B、C、D四相，CLK接NE555产生的脉冲信号。B、四相八拍1片74
7、LS194 最多只能产生4种不同状态的信号，而四相八拍励磁方式有八种状态，所以至少要用两片74LS194才能实现。我们用两片74LS194接成了8位双向移位寄存器。其真值表如下：74LS194的8路并行输出单四拍输出双四拍输出四相八拍输出12345678ABCDABCDABCD01111111011100110111101111110111001100111101111110111001101111101111101110011001111101111101110011011111101111011100110011111101111001101110111111101110011001103
8、种状态的逻辑关系不同，如果在输出端控制三种状态的切换，则需要大量开关，在实际电路中很不容易实现，所以我们尝试在置数端切换。74LS194的8路并行输出单四拍输出12345678ABCD01111111011110111111011111011111101111101111101111110111110111111011110111111101111011111110111074LS194的8路并行输出双四拍输出12345678ABCD000111110011100011110011110001111001111000111001111100011100111110001100011111000
9、11000111110011074LS194的8路并行输出四相八拍输出12345678ABCD0011111101111001111100111100111110111110011110011111001111011111100111001111110011100111111001103种状态的逻辑关系相同，这样只需要在8位移位寄存器的输入端设置连个开关对其进行置数就可以实现3种状态的切换。环形脉冲分配电路图如下：实际电路图：最终的电路图如下：（三）、驱动电路：1、设计目的： 由于门电路所输出的电流远不足以驱动步进电机的转动，这里需要一个具有功率放大能力的驱动电路，它由环形脉冲电路所产生的脉冲信号控制，产生一个足以驱动步进电机的电流。2、选用元件：复合三极管（TIP122）、续流二极管、发光二极管、5欧电阻、300欧电阻、1K欧电阻。3
