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1、工业大学电子课程设计报告学号：学院：电控学院专业：电子信息工程题目：步进电机控制电路测量放大器第一局部步进电机控制电路一、设计要求一、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展控制。二、根本要求1、能控制步进电机正转和反转与运行速度，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、控制逻辑与正反控制门、功率放大器驱动电路和步进电机等组成。脉冲发生电
2、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74LS161，74LS08，74LS74，74LS1404，74LS13874LS153，四相步进电机，发光二极管，续流二极管IN4004，复合三极管TIP122，51W电阻，其他电容、电阻假设干。说明：a、 本实验提供的是四相步进电机，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展分析，测试，并判断出具体的相序。b、 四相步进电机磁激励方式根本有三种：i、单四拍方式，通电顺序为ABCDA；ii、双四拍方式，通电顺序为ABBCCDDAA
3、B；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展通电，那么步进电机将正向转动。假设通电顺序与上述相反，如单四拍方式，通电顺序ADCBA，那么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与A、B、C、D相的输入逻辑信号。有关步进电机的工作原理与使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、电路设计一、脉冲发生器：1、设计目标
4、：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、根本思路：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、电路原理原理公式：T1=(R1+R2)Cln2、T2=R2Cln25、 仿真波形：二、环形移位信号发生电路1、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。2、 选用元件：74LS194、74LS08。 3、设计方案：双向移位存放器74LS194考虑到双向移位存放器74LS194的本身功能与步进电机的驱动电路
5、极为接近，又因为此方案用芯片较少，可以使后期布线工作省时间，所以我们最终决定采用以双向移位存放器为根底的脉冲信号分配电路。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74LS194本身具有双向移位的功能，但在启动前需要预先对4个输入端进展置数，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 的点位上下来控制存放器的工作状态，另一个开关用来切换单四和双四拍两种状态。使用1片74LS194，虽然可以非常简单的产生单四拍和双四拍的控制信号，电路图如下：但在增加扩展功能时却遇
6、到了很大的困难，1片74LS194 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。在原来电路图的根底上，我们增加了另一片74LS194，希望通过两路不同频率的脉冲信号得叠加来产生四相八拍的脉冲信号。在8位存放器的置数端设置开关来切换3种励磁状态的思路：74LS194的8路并行输出单四拍输出12345678ABCD01111111100010111111100011011111010011101111010011110111001011111011001011111101000111111110000174LS194的8路并行输出双四拍输出
7、12345678ABCD00011111110010001111110011000111011011100011011011110001001111111000001101111100100100111110100174LS194的8路并行输出四相八拍输出12345678ABCD001111111000100111111100110011110100111001110110111100110010111110010011111111000001011111101001按图表所示列出逻辑表达式，并最终化简得：单四拍状态：A=12、B=34、C=56、D=78双四拍状态：A=12、B=34、C=5
8、6、D=78四相八拍状态：A=12、B=34、C=56、D=783种状态的逻辑关系一样，这样只需要在8位移位存放器的输入端设置连个开关对其进展置数就可以实现3种状态的切换，这样整个电路总共需要4个开关，比拟方便操作。最终的电路设计图如下：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、 电路图：图中1K欧电阻接门电路的输出，D1为续流二极管，LED1为发光
9、二极管，M代表步进电机的任意一相。将驱动电路与前两局部相连。至此，所有电路设计完成，可以连接步进电机了。四、步进电机：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，但步进电机并不能像普通的直流电机，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，它涉与到机械、电机、电子与计算机等许多专业知识。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
10、系统中。随着微电子和计算机技术的开展，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。本实验提供的是四相步进电机,它对外有六条引线,其中两条为公共端,另四条分别为 A相.B相.C相.D相,但引线具体排序未知,故在使用前需对步进电机进展。测量每两根引线之间的电阻，不同绕组之间的电阻为无穷大。同一绕组中，中心引线到两边的电阻约为7.5Ohm。判断出两组绕组的中心引线后，剩下的四根即为A,B,C,D四个项。中心引线即为公共端，接+5V。三、步进电机的测试与连接：一、测试步进电机的引脚功能和顺序：本实验提供的是四相步进电机，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
11、，但引脚具体排序未知，故在使用前需要对步进电机进展分析，测试，并判断出具体的相序。1、 判断公共端：在不明引脚功能的情况下，不能贸然通电测试，以免损坏电机。应采用其他方法。根据步进电机的部构造，永磁感应子式步进电机一共六根引线，共分为两组，测量每两根引线之间的电阻，不同绕组之间的电阻为无穷大。同一绕组中，中心引线到两边的电阻约为7.5。判断出两组绕组的中心引线后，剩下的四根即为A、B、C、D四个项。中心引线即为公共端，接+5V。2、判断A、B、C、D四相的顺序：我们试着用“随便选取四条引线中的一根设为A相，接低电平。再另取一根引线触低电平，假设电机正转，那么该项为B,；反转，该项为D；否那么，该项为C。进展测试。二、连接步进电机测试电路功能：将控制电路与驱动电路和步进电机相连最终电路包括的元件：步进电机1个NE555芯片1个74LS194芯片双向移位存放器2个74LS08芯片4与门1个达灵顿三极管TIP122)4个发光二极管4个续流二极管4个51W电阻4个300电阻5个1K电阻4个5K电位器1个50f电容1个10nf电容1个单刀双置开关4个导线假设干三步进电机步距角的测量：励磁方式单四拍双四拍四相八拍转一周所需步数202202404步距角1度46分1度46分0度54分四、参考资料步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号转换成线
