步進(jìn)電機(jī)地簡單電路控制(DOC

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱：數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目： 步進(jìn)電機(jī)簡單的控制電路學(xué)院名稱：南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院專業(yè)： 班級：學(xué)號： 姓名：評分： 教師：2013 年 9 月 9 日和4元空士厚數(shù)字電路 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書20 13 -20 14 學(xué)年第 1學(xué)期 第 2周一4周題目步進(jìn)電機(jī)的簡單控制電路內(nèi)容及要求基本要求：采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的簡單控制，能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)根據(jù)輸入的脈沖旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的圈數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位、正反轉(zhuǎn)控制。實(shí)際試驗(yàn)由可以使用4個(gè)LED代替4個(gè)線圈。提高要求：顯示輸入的脈沖數(shù)目，從而顯示轉(zhuǎn)速。進(jìn)度安排2013.9.9-2013.9.15:查閱資料，方案分析與設(shè)計(jì)，電

2、路仿真；2013.9.16-2013.9.22:完成系統(tǒng)的制作、焊接、調(diào)試；2013.9.23-2013.9.27: 畫 PCB 線路板圖，完成報(bào)告。學(xué)生姓名：指導(dǎo)時(shí)間：周一、周二、周五指導(dǎo)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)大樓南310、E610任務(wù)下達(dá)2013年9月9日任務(wù)完成2013年9月27日考核方式1.評閱2.答辯3.實(shí)際操作 4.其它口指導(dǎo)教師系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計(jì)小組組長一份；任課教師授課時(shí)自帶一份備查。并交院教務(wù)存檔2 、課程設(shè)計(jì)結(jié)束后與“課程設(shè)計(jì)小結(jié)” 、“學(xué)生成績單”文檔摘要步進(jìn)電機(jī)是一種原理為利用電子電路的 電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移 的感應(yīng)電機(jī)。通過簡單的數(shù)字電路來控

3、制它的轉(zhuǎn)速并可以利用數(shù)碼管來計(jì)算其轉(zhuǎn) 動的圈數(shù)，便可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反向轉(zhuǎn)動，并且在數(shù)碼管上精確的顯示出它轉(zhuǎn)動 的圈數(shù)，從而廣泛應(yīng)用于實(shí)際生活當(dāng)中。其中涉及到計(jì)算機(jī)，數(shù)字電路，電機(jī)， 機(jī)械，完成了簡單的自動化控制流程，將所學(xué)知識應(yīng)用于工程中，增加實(shí)踐動手 能力。關(guān)鍵詞：分頻、時(shí)序控制、脈沖計(jì)數(shù)目錄前言1第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 2第二章系統(tǒng)的組成及工作原理3-第三章單元電路設(shè)計(jì)43.1多諧振蕩器43.2步進(jìn)電機(jī)信號控制電路 53.3轉(zhuǎn)速的測量及顯示電路 7-第四章調(diào)試84.1電路排板及制作84.2電路的調(diào)試8第五章 總結(jié)9附錄 1 ：設(shè)計(jì)原理圖11附錄 2：PCB 電路圖12附錄 3: 元件清單13

4、前言步進(jìn)電機(jī)最早出現(xiàn)于上世紀(jì)，源于資本主義的造船工業(yè)，是一種可以自由轉(zhuǎn) 動的電磁鐵，其工作原理和如今的反應(yīng)式電機(jī)差不多， 是依靠磁導(dǎo)來產(chǎn)生電磁矩， 從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。到了 80 年代之后，微型計(jì)算機(jī)逐步的應(yīng)用于工業(yè)與生活中，使得步進(jìn)電機(jī) 的控制更加的靈活多樣，最主要的是利用分立元件或者小型的集成電路來控制， 但是對元件的需求量很大，調(diào)試也很復(fù)雜，出現(xiàn)問題需要花大量的精力來調(diào)試， 因此，通過計(jì)算機(jī)軟件來控制步進(jìn)電機(jī)是必然的趨勢，以提高工作效率。 現(xiàn)在的步進(jìn)電機(jī)主要是由數(shù)字電路組成， 也是利用集成電路來控制電路， 但是大 大的提高了其精度， 更好的滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 目前用到最多的是混合式步進(jìn) 電機(jī)

5、，并具有很好的發(fā)展前景。步進(jìn)電機(jī)按照工作原理可分為永磁式、磁阻式和永磁感應(yīng)子式三種。 今后步進(jìn)電機(jī)將會有以下四個(gè)方面的發(fā)展，為減小其占用的空間從而會往小 型方向發(fā)展，以更加的適用于工業(yè)制造當(dāng)中； 為增加力矩， 從而會將圓形改為方 形，以提高其工作效率；為體現(xiàn)其優(yōu)越的控制性能，從而會偏向于一體化設(shè)計(jì)， 以實(shí)現(xiàn)電子自動化控制，更加靈活方便；為降低其成本，增加其性能，從而會向 三相和五相的方向發(fā)展，以充分實(shí)現(xiàn)其優(yōu)越性能。步進(jìn)電機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在電子數(shù)字化時(shí)代將發(fā)揮重大作用，將廣泛應(yīng)用 于數(shù)控車床、機(jī)器人、航空工業(yè)和電子領(lǐng)域中，可完成工作量大，任務(wù)復(fù)雜、精 度高的制造業(yè)以及代替人類完成不利于身體健康

6、的工業(yè)中， 為生活帶來更多的便 利。第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求基本要求： 1、利用 proteus 軟件設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的工作原理圖， 并進(jìn)行仿真 2、調(diào)試及實(shí)現(xiàn)。（1）實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)根據(jù)輸入的脈沖旋轉(zhuǎn)的相應(yīng)圈數(shù)。（2）可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位，正反轉(zhuǎn)控制，由4個(gè)LED代替4個(gè)線圈（ 3）實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加速、減速功能。提高要求 : 顯示輸入的脈沖數(shù)目，從而顯示轉(zhuǎn)速。主要參考元器件 : 74LS191,74LS138,74LS161,74LS248 ， NE555 。第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理一部分用多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，由 NE555 芯片構(gòu)成簡單的諧振電路， 然后用信號控制電路來將脈沖轉(zhuǎn)換為可控制步進(jìn)電機(jī)的有

7、用信號，由 74LS191 芯片作為加減計(jì)數(shù)器和 74LS138 作為譯碼器組成單元電路， 從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動。另一部分為顯示轉(zhuǎn)動圈數(shù)以顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 故用轉(zhuǎn)速的測量及顯示電路來 實(shí)現(xiàn)，由單穩(wěn)態(tài)的 NE555 芯片和 74LS161 芯片作為計(jì)數(shù)器組成的單元電路， 以及一個(gè)數(shù)碼顯示管，將步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的圈數(shù)顯示到數(shù)碼管上。第三章 單元電路設(shè)計(jì)3.1 多諧振蕩器555 多諧振蕩產(chǎn)生連續(xù)的數(shù)據(jù)脈沖，控制 74LS191 加減計(jì)數(shù)器脈沖端。電路采用電阻、電容組成 RC定時(shí)電路，用于設(shè)定脈沖的周期和寬度。調(diào)節(jié) Rw或 電容C，可得到不同的時(shí)間常數(shù)；還可產(chǎn)生周期和脈寬可變的方波輸出，既脈沖信號。脈沖寬度計(jì)

8、算公式:振蕩周期計(jì)算公式:Tw0.7 (Ri+R w+R 2) C ;TVD.7 (R i+R w+2R 2) C;C11 03Q呃V555DNG H R T TVCC4C21 OuFVCC31 03嚴(yán)廠廠廠tV。t-TVoViV2V3（a）自激多諧振蕩器電路（b）振蕩波形圖3.1 555自激多諧振蕩器電路和波形圖電容器C的充電電阻是R1+RW+R2，放電電阻是R2。當(dāng)Vc是低電平時(shí)， 555定時(shí)器低觸發(fā)，V。為高電平，放電管T截止，電容器經(jīng)（R1+RW+R2）充 電，當(dāng)充電至Vc=Vth2/3Vcc時(shí)，電路高觸發(fā)，輸出 Vo變?yōu)榈碗娖?，放電?T導(dǎo)通，電容器經(jīng)R2放電，當(dāng)放電至Vc=Vtr1

9、/3V cc時(shí)，電路又進(jìn)入低觸發(fā)， Vo變?yōu)楦唠娖?，如此周而?fù)始，循環(huán)不止，輸出連續(xù)脈沖信號。3.2步進(jìn)電機(jī)信號控制電路該控制電路主要由74LS191構(gòu)成。利用74LS191的加、減計(jì)數(shù)的原理 來控制4個(gè)LED的正反轉(zhuǎn)。再利用 74LS191上的清零管腳來控制 LED的復(fù) 位。74LS191的邏輯功能表C；TLD3U/DCP功能0)00X置數(shù)0)10T加計(jì)數(shù)0)11T減計(jì)數(shù)1XXX保持具體電路如下圖:圖3.2步進(jìn)電機(jī)信號控制電路3.3轉(zhuǎn)速的測量及顯示電路該電路由構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路的555芯片和具有計(jì)數(shù)功能的74LS161芯片以及 具有譯碼的74LS248芯片和數(shù)碼管組成，數(shù)碼管顯示的數(shù)目由前面部分

10、電路控 制。具體的電路如下圖:圖3.3轉(zhuǎn)速的測量及顯示電路第四章調(diào)試4.1電路排板及制作1、需進(jìn)行整體布局的構(gòu)思，使元器件分布合理、整體上更加簡潔美觀。2、先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊等等。3、布線盡量使電源線和地線靠近實(shí)驗(yàn)電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用。4、 最好分模塊安裝。此外焊接時(shí)不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊, 因?yàn)橛行┢骷?，不能耐高溫，電烙鐵不能停留太久，本次采用已經(jīng)設(shè)計(jì)并制好 的電路板來進(jìn)行操作，使得焊接更加簡便。4.2電路的調(diào)試1、首先對電路進(jìn)行整體檢查，發(fā)現(xiàn)和原理圖一樣之后通電，觀察到現(xiàn)象和所要求達(dá)到的不一樣，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)是計(jì)數(shù)模塊出現(xiàn)了問題，TTL芯片中高

11、電平范圍為5-3.5V，低電平范圍為0-0.4V，故在CP脈沖接收端下拉電 阻后可正常計(jì)數(shù)。2、 各個(gè)模塊再調(diào)試檢查無誤后，接通電源，并觀察現(xiàn)象。會觀察到LED燈會依次點(diǎn)亮，按“復(fù)位”鍵之后會回到第一個(gè)燈，當(dāng)按下“正/逆”鍵，時(shí)燈亮的順序會與原來反向。按下測速鍵時(shí)，數(shù)碼管有數(shù)字顯示，即顯示電機(jī)接收到的 脈沖個(gè)數(shù)，本單元電路要控制 LED燈依次循環(huán)亮的快慢，如果過快或者過慢， 可以通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，得到適當(dāng)?shù)臒袅了俣葹橹埂?、對于顯示部分的電路也要注意一些細(xì)節(jié)問題，一是在實(shí)現(xiàn)功能之前要測 量高低電平是否符合電路要求，不然易燒壞芯片，二是數(shù)碼管是否能準(zhǔn)確的顯示 出電機(jī)轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，每當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈就要加 1，以此類推。4、對電路分模塊進(jìn)行檢測很容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并有針對性的進(jìn)行改正，逐個(gè)排除錯(cuò)誤，并達(dá)到所要求的結(jié)果。第五章總結(jié)步進(jìn)電機(jī)控制電路是利用多諧振蕩器電路產(chǎn)生脈沖， 再利用信號控制電路來 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，操作簡單且易于理解，能夠方便的利用于工業(yè)當(dāng)中，提高生產(chǎn) 效率，但是沒有充分的利用軟件來控制， 只是利用簡單的集成電路來控制，如果 能夠利用軟件來控制步進(jìn)電機(jī)，其功能將更加的強(qiáng)大，給工業(yè)的發(fā)展帶來更多的 方便，實(shí)現(xiàn)電子自動化控制是必然趨勢。2009.參考文獻(xiàn)1】陳金西 .數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)與綜合設(shè)計(jì) .廈門：廈門大學(xué)