步进电动机控制器

1、.电子技术课程设计步进电动机控制器 学院 电子信息工程学院 专业 电气工程及其自动化 班级 学号 姓名 指导教师 时间 2014年12月步进电动机控制器 一 设计任务与要求 设计一个兼有三相六拍、三相三拍两种工作方式的脉冲配器。1.能控制步进电动机作正向和反向运转。2.设计驱动步进电动机工作的脉冲放大电路，使之能驱动一个相电压为24伏、相电流为0.2A的步进电动机工作。3.设计步数显示和步数控制电路，能控制电动机运转到预置的步数时即停止转动，或运转到预定圈数时停转。4.设计电路工作的时钟信号，频率为10HZ-10KHZ,且连续可调。二 步进电动机控制器原理及总体框图 1. 工作原理 步进电动机

2、接受步进脉冲而一步一步地转动，可以带动机械装置实现精密的角位移和直线移位，被广泛应用于各种自动控制系统。步进电动机的工作方式主要取决于输出步进脉冲的控制器电路。步进电动机由转子和定子组成，定子上绕制了三相绕组，而转子上没有绕组。当三相定子绕组轮流接通驱动脉冲时，产生磁场吸引转子转动，每次的角度称为步距，其中，三相三拍方式的步距为3，三相六拍方式的步距为1.5。根据不同的信号频率形成不同的转速。由三相脉冲加入的不同相序形成正转反转。下面是两种工作方式的脉冲加入次序： 正转CABCAB 反转CABCAB 正转A ABBBCCCA 反转 A ABBBCCCA 2.步进电动机控制器原理框图控制电路时钟

3、电路工作方式选择转动方选择向 脉冲分配器步数计数器脉冲放大器译码器步数显示XY三 选择器件 器件清单：序号器件个数1边沿D触发器74LS7432非门74LS04103选择器74LS15164四输入或门74LS32115编码器74LS14726加减法计数器74LS19227LM55518十进制加法器74LS1602 表3-1 器件清单1.边沿D触发器74LS74 内部原理图如下： 图3-1 74LS74原理图 管脚图如下： 图3-2 74LS74管脚图管脚介绍：CP 时钟输入端；D 数据输入端；Q、输出端；S 指数端；R 清零端。逻辑符号：图3-3 D触发器逻辑符号D触发器功能表如下： 表3-2

4、 D触发器功能表2. 非门 非门管脚图： 图3-4 非门管脚图非门逻辑符号：图3-5 非门逻辑符号3.8选1数据选择器（有选通输入端，互补输出）（74LS151) 74LS151管脚图如下： 图3-6 74LS151管脚图 引出端符号： A、B、C选择输入端 D0-D7 数据输入端 STROBE 选通输入端（低电平有效） W 反码数据输出端 Y 数据输出端 74LS151内部原理图如下 图3-7 74LS151内部原理图74LS151功能表如下： 表3-3 74LS151功能表4. 四2输入或门74LS32 74LS32管脚图如下： 图3-8 74LS32管脚图引出端符号1A4A输入端1B4B

5、输入端1Y4Y输出端 74LS32功能表如下 表3-4 74LS32功能表5.10线-4线BCD优先编码器74LS147 74LS147内部原理图如下： 图3-9 74LS147内部原理图 74LS147管脚图如下： 图3-10 74LS147管脚图 引出端符号 1-9 编码输入端（低电平有效） ABCD 编码输入端（低电平有效） 引出端符号 1-9 编码输入端（低电平有效） ABCD 编码输入端（低电平有效） 74LS147功能表如下： 表3-5 功能表6. 加减法计数器74LS192 74LS192内部原理图如下： 图3-11 74LS192内部原理图 74LS192管脚图如下： 图3-1

6、2 74LS192管脚图 输入端符号： 减计数时钟输入端 加计数时钟输出端 CLR 异步清零端 P0-P3 并行数据输入端 异步并行置入控制端 输出端符号： Q0-Q3 输出端 借位输出端 进位输出端74LS194功能表如下： 表3-6 74LS192功能表 7.LM555 555内部原理图如下 图3-13 LM555内部原理图 LM555CN管脚图如下： 图3-14 LM555管脚图引脚编号： TR 触发 OUT 输出 RES 复位 CV 控制电压 TH 阀值 DIS 放电 8.十进制同步计数器（异步清除） 74LS160 74LS160内部原理图如下： 图3-15 74LS160内部原理图

7、 74LS160管脚图如下： 图3-16 74LS160管脚图引出端符号： TC 进位输出端 CEP 计数控制端 Q0Q3 输出端 CET 计数控制端 CP 时钟输入端（上升沿有效） MR 异步清除输入端（低电平有效） PE 同步并行置入控制端（低电平有效） 74LS160功能表如下： 表3-7 74LS160功能表四 功能模块 1.时钟电路 图4-1 时钟电路 时间T： 脉冲频率： 频率变化范围近似为：10Hz-10000Hz。2.脉冲分配器 变量赋值 X=0表示三拍 X=1表示六拍 Y=0表示正转 Y=1表示反转 A、B、C表示三相的脉冲信号 列状态方程根据不同的工作方式和不根据不同的工作

8、方式和不同转向可列出以下状态转换表XY ABC00000101101011011110110000101011110011101010111101101011010000110110101001011010100110的状态装换表XY ABC0000010110101101111011000011110111011111110111100111011011000111的状态装换表XY ABC0000010110101101111011000010011111011011011111111101001010011101 状态装换表XY ABC000001011010110111101100000

9、1101000010100101011010000111001110000根据A、B、C的状态装换表可列出、的状态方程 脉冲分配器的整个电路连接图图4-1 脉冲分配器图4-2 脉冲计数器 X=0,Y=0时，电动机作三相三拍正转运动 X=0,Y=1时，电动机作三相三拍反转运动 X=1,Y=0时，电动机作三相六拍正转运动 X=1,Y=0时，电动机作三相六拍反转运动3.脉冲计数器步数控制电路，能控制电动机运转到预置的步数时即停止转动，或运转到预定圈数时停转。预置电路由74LS147、74LS192和一些门电路组合而成，74LS147输入数字后预置入由74LS192，74LS192减到0时控制电动机停

10、止。步数控制电路可以由一个74LS160的计数器，步数显示电路可以由一个数码管译码器显示。电路图如图4-2所示 说明：输入脉冲之前，输入数字后按下开关Z再打开开关置入数字。置数时， 0-9输入为个位，A-I输入为十位的1-9，十位的0为字母O。4.脉冲放大器脉冲放大器由二极管、三极管、稳压管、电机绕组组成。靠三极管的放大作用将信号放大。电路图 图4-3 脉冲放大器 通过控制三极管的通断，控制绕组的通断。五 总体设计电路图 （一）Multism2001仿真结果1.时钟电路 图5-1 时钟电路仿真2. 步数计数器 图5-2步数计数器仿真说明：当输入数字为22时，开启脉冲计数器到达二十二后脉冲停止。

11、3. 脉冲分配器 X=0,Y=0时，电动机作三相三拍正转运动 X=0,Y=1时，电动机作三相三拍反转运动 X=1，Y=0时，电动机作三相六拍正转运动：X=1,Y=1时，电动机作三相六拍反转运动：说明：第一层为脉冲，第二层为A，第三层为B，第四层为C4. 脉冲放大器A相绕组导通时： B相绕组导通： C相绕组导通时：5. 总体框图（图5-3 总体图）（2） 硬件连接电路图结论与心得 通过在数字电路试验箱上进行硬件实验, 我更进一步验证了步进电动机控制器各部分所要实现的功能.连接电路后, 植入数字，打开脉冲，电动机转到预置步数后即停止接线的时候一定要细心,不要接错,同时也要学会如何判别芯片的好坏,要

12、是芯片坏了即使接线再正确也出不来结果。对设计图要仔细考虑电极不能接错，每个芯片的管脚一定要看清楚。例如电容器上的标记方向要易看可见。六 实验感言1、 通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。2、 在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。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、 经过两个星期的实习