电工电子技术课程设计-步进电机驱动器.doc

课题名称 步进电机驱动器 班 级 09材成(一)班 学 号 姓 名 指导老师 王老师 时 间 2010年06月20日 景德镇陶瓷学院电工电子技术课程设计任务书姓名 班级 材料成型（一）班 指导老师 王老师 设计课题：步进电机驱动器设计任务与要求查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过3050个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：1、 分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；2、 对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；3、 用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；4、 对整体电路原理进行完整功能描述；5、 列出标准的元件清单；设计步骤1、 查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、 先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、 依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、 列出标准的元件清单；5、 总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计说明书字数不得少于3000字。参考文献1 童诗白, 华成英. 模拟电子技术基础. 北京:高等教育出版社2 康华光.电子技术基础（模拟部分）.北京：高等教育出版社，2005.3 秦曾煌. 电工学下册. 北京：高等教育出版社，2010（3）.4 曹汉房，陈耀奎. 数字技术教程. 北京：电子工业出版社，1995.5 邱光源.电路，5版. 北京：高等教育出版社.6 李士雄，丁康源. 数字集成电子技术教程. 北京：高等教育出版社，2003.目 录 1、 总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12、 方波产生电路图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33、 环形分配电路图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54、 功率放大电路图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65、 总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76、 总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87、 电子元件清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98、 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109、 设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111、总体方案与原理说明（1）步进电机介绍步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。（2）设计方案步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，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。 目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。本设计选用第三种方案，用pmm8713三相或四相步进电机的脉冲分配器、si-7300a两相或四相功率驱动器，组成四相步进电机功率驱动电路，以提高集成度和可靠性，步进电机控制框图见图1。图1 步进电机控制系统框图通常来说（如下所述），步进电机驱动器所要实现的功能简单来说就是控制电机的转动方向和转速。步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。11当步进电动机驱动器接收到一个脉冲信号（来自控制器），它就驱动步进电动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。依据本次设计的具体要求，步进电机驱动电路整体框图2。图2 步进电机驱动器整体框图（3）设计思想与设计原理它由方波产生电路，脉冲环形分配电路和功率放大电路三大主要电路组成。方波产生电路主要为脉冲环形分配电路提供方波脉冲信号，使得驱动信号发生电路输出四相驱动信号，经过功率放大电路，为电机提供足够的电流，从而控制电机的运转。2、方波产生电路图图3 方波产生电路图方波产生电路工作原理：接通电源后，电容c1被充电，vc上升，当vc上升到2/3vcc时，触发器被复位同时放电bjt导通，此时v0为低电平，电容c1通过r2和t放电，使vc下降。当vc下降到1/3vcc时，触发器又被置位，v0翻转为高电平。电容器c1放电所需时间为：t1=0.7r2c当c放电结束时，t截止，vcc将通过r1和r2向电容器c1充电，vc由1/3vcc上升到2/3vcc所需的时间为：t2=0.7(r1+r2)c当vc上升到2/3vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为：f=1/(t1+t2)=1.43/(r1+2r2)c通过调节r2，改变频率的大小，从而改变电机的转速.3、环形分配电路图图4 环形分配电路图环形分配电路工作原理：方波信号产生电路输出的时钟脉冲从环形分配电路输入端输入，当每送入一个时钟脉冲，输出端就向左或向右移动一位。开关s2和s3组成了一个简单的正相/反相转动控制电路，先使s2=1,s3=1，开始置数，a端输入高电平，再使s2=1,s3=0,此时寄存器将左移，若将qaqbqcqd都接一个发光二极管，那么此时4个发光二极管的发光顺序为qa-qd-qc-qb-qa,若使s2=0,s3=1,则将向右移。s1控制电路为单相或双相激励，s1断开时，只有a端单相激励，若s1闭合，则实现a端和b端双相激励。该电路将方波信号分配给四个端口qaqbqcqd，从而与电机的四相相连。该部分电路其实包括了正相/反相转动控制电路和单相或双相激励控制电路.4、功率放大电路图电工图 5 功率放大电路图功率放大电路工作原理：由于电机各相绕组部是绕在铁芯上的线圈，所以电感较大，绕组通电时，电流上升率受限制。因而影响电机绕组电流的大小。绕组断电时，电感中磁场的储能元件将维持绕组中已有的电流不能突变，在绕组断电时会产生反电动势。5、 总体电路原理相关说明总电路原理: 经过以上分析，我们将各部分电路连接，并加以适当控制，即得到了四相步进电机驱动器的总体电路图。 原理：接通电源后，电容c1被充电，vc上升，当vc上升到2/3vcc时，触发器被复位同时放电bjt导通，此时v0为低电平，电容c1通过r2和t放电，使vc下降。当vc下降到1/3vcc时，触发器又被置位，v0翻转为高电平。方波信号产生电路输出的时钟脉冲从环形分配电路输入端输入。开关s2和s3组成了一个简单的正相/反相转动控制电路。s1控制电路为单相或双相激励，s1断开时，只有a端单相激励，若s1闭合，则实现a端和b端双相激励。该电路将方波信号分配给四个端口qaqbqcqd，从而与电机的四相相连。经a相、b相、c相及d相连接的三极管放大，再通过电机线圈产生的电感控制电流大小，从而放大几倍到几十倍然后输出，控制电机转动方向和转速。6、总体电路原理图7、 电子元件清单序号编号名称数量174194四位移位寄存器1片2555555定时器1片3s1s3单刀双置开关3只4r11千欧7只5r2200千欧1只6d1二极管6只7d2稳压管4只8c11uf1只9c20.01uf1只10c3100uf1只11c40.1uf1只12t理想三极管4只13l1mh4只8、参考文献【1】 童诗白，华成英. 模拟电子技术基础m.3版. 北京：高等教育出版社， 2010.【2】 康华光. 电子技术基础（模拟部分）m. 北京：高等教育出版社，2005.【3】 秦曾煌. 电工学下册m. 北京：高等教育出版社，2005.【4】 曹汉房，陈耀奎. 数字技术教程m. 北京：电子工业出版社，1995.【5】 邱光源. 电路m.5版. 北京：高等教育出版社,2010.【6】 李士雄，丁康源. 数字集成电子技术教程m. 北京：高等教育出版社,2003.9、设计心得体会以上为实习期间所分析的电机驱动电路，它经过多次修改和整理，是一个比较不错的设计，可以满足人们的基本要求，但因为水平有限，分析中也存在一定的问题，譬如说这里只分析了大部分一些电路原理，某些过于复杂和编程之类的原理并未作出解释，但过于复杂，本次设计未其中。这需要一段时间的进一步改进，如果有好的意见，希望老师给以支持。 在这次电子电工课设计中我遇到了许多问题：第一次所交的设计方案中我没有严格按照老师所要求的格式书写，而且有的图是截图，我抱着侥幸的心理等待老师批阅，但还是没有逃过老师的眼睛，被退回来了，心里很不