1、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2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
2、步进电动机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：正转反转 正转A AB B BCCCA 反转AB BC CAAB BC CA3A AB B BCCCA 2.步进电动
3、机控制器原理框图时钟电路工作方式选择 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：表 3-1 器件清单1.边沿 D 触发器 74LS74内部原理图如下：序号 器件 个数1 边沿 D 触发器 74LS74 32 非门 74LS04 103 选择器 74LS151 64 四输入或门 74LS32 115 编码器 74LS147 26 加减法计数器 74LS192 27 LM555 18 十进制加法器 74LS160 2控制电路4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
4、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：5表 3-2 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6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
5、2 输入或门 74LS3274LS32 管脚图如下：图 3-8 74LS32 管脚图7引出端符号1A4A 输入端1B4B 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 74LS14774LS147内部原理图如下： 图3-9 74LS147内部原理图74LS147管脚图如下：8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74LS1
6、9274LS192内部原理图如下：图3-11 74LS192内部原理图974LS192管脚图如下：图3-12 74LS192管脚图输入端符号：减计数时钟输入端DCP加计数时钟输出端UCLR 异步清零端P0-P3 并行数据输入端异步并行置入控制端_LOAD输出端符号：Q0-Q3 输出端借位输出端_B进位输出端CO74LS194功能表如下：表3-6 74LS192功能表7.LM555555内部原理图如下图3-13 LM555内部原理图 10LM555CN 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
7、步计数器（异步清除） 74LS16074LS160内部原理图如下：图3-15 74LS160内部原理图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）11MR 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：2ln)(2CRpTf1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
8、 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方式和不同转向可列出以下状态转换表XY ABC 000 001 011 010 110 111 101 10000 101 011 110 01 110 101 011 1211 011 010 110 100 001 10110 101 001 011 010 100 110的状态装换表AXY ABC 000 001 011 010 110 111 101 10000 1 1 1 1 0 1 1 101 1 1 1 1 1 1 0 111 1 0 0 1 1 1 0 110
9、 1 1 0 0 0 1 1 1的状态装换表BXY ABC 000 001 011 010 110 111 101 10000 1 0 0 1 1 1 1 101 1 0 1 1 0 1 1 111 1 1 1 1 0 1 0 010 1 0 0 1 1 1 0 1状态装换表CXY ABC 000 001 011 010 110 111 101 10000 0 1 1 0 1 0 0 001 0 1 0 0 1 0 1 011 0 1 0 0 0 0 1 110 0 1 1 1 0 0 0 0根据 A、B、C 的状态装换表可列出 、 、 的状态方程ABC XYXY CBAXYACB CABY
10、YBCAABC XYXYX CAB脉冲分配器的整个电路连接图13图 4-1 脉冲分配器14图 4-2 脉冲计数器15X=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 时控制电动机停止。步数控制电路可以由一个 74LS160 的计数器，步
11、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16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17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。3.脉冲分配器X=0,Y
12、=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：18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：195.总体框图（图 5-3 总体图）211（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,要是芯片
13、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，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。5、此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。6、在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！
