數(shù)電課程設(shè)計(jì)

課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 課程名稱 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 題目名稱 5 相 10 拍步進(jìn)電機(jī)控制器 學(xué)生學(xué)院 材料與能源學(xué)院 專業(yè)班級 微電子學(xué) 1 班 學(xué) 號 3112007312 學(xué)生姓名 魏梁 指導(dǎo)教師 徐迎暉 2014 年 6 月 19 日 I 廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目名稱 5 相 10 拍步進(jìn)電機(jī)控制器 學(xué)生學(xué)院 材料與能源學(xué)院 專業(yè)班級 微電子學(xué) 1 班 姓 名 魏梁 學(xué) 號 3112007312 一 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個 5 相 10 拍步進(jìn)電機(jī)控制器 二 課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)要求包括 1 控制器可控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn) 2 設(shè)置一個開關(guān) 使控制器控制電機(jī)具有 5 相 10 拍 3 設(shè)計(jì)步數(shù)顯示電路 顯示相應(yīng)的步數(shù) 4 設(shè)有啟動 停止按鈕 注 五相步進(jìn)電動機(jī)有五個繞組 A B C D E 五相十拍的勵磁方式是 正轉(zhuǎn)順序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 反轉(zhuǎn)順序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 三 課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作 1 利用各種電子器件設(shè)計(jì) 6 相 12 拍步進(jìn)電機(jī)控制器 2 利用 DE2 板對所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行驗(yàn)證 3 總結(jié)電路設(shè)計(jì)結(jié)果 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告 四 課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排 II 序號設(shè)計(jì)各階段內(nèi)容地點(diǎn)起止日期 1 Quartus II 入門學(xué)習(xí) 熟悉設(shè)計(jì)流程 實(shí) 2 214 212 11 12 2 進(jìn)一步學(xué)習(xí) Quartus II 講解各設(shè)計(jì)任務(wù)及 其要求 分配設(shè)計(jì)任務(wù) 實(shí) 2 214 212 11 12 3 通過查閱資料 獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì) 提交 紙質(zhì)電路原理圖草稿 實(shí) 2 214 212 11 13 4 在 Quartus II 和 DE2 板上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) 實(shí) 2 214 212 11 14 16 5 演示和驗(yàn)收 實(shí) 2 214 212 11 15 16 6 完成設(shè)計(jì)報(bào)告 11 16 18 五 應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 查閱步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)材料 理解步進(jìn)電機(jī)的主要原理 本設(shè)計(jì)中運(yùn)用到的各種 芯片的功能 真值表和相應(yīng)的邏輯表達(dá)式 由于本實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室的 DE2 板上 進(jìn)行模擬的 因此必須查閱相應(yīng)的使用說明 以及引腳分配 發(fā)出任務(wù)書日期 2014 年 6 月 5 日 指導(dǎo)教師簽名 計(jì)劃完成日期 2014 年 6 月 19 日 基層教學(xué)單位責(zé)任人簽章 主管院長簽章 摘 要 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件 在非超載的 情況下 電機(jī)的轉(zhuǎn)速 停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù) 而不受負(fù)載變化的影 響 當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號 它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角 度 稱為 步距角 它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的 可以通過控制脈沖個數(shù)來 控制角位移量 從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的 同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速 度和加速度 從而達(dá)到調(diào)速的目的 本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用 quartus 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析 并在 DE2 板上 實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的模擬功能 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞應(yīng)為反映設(shè)計(jì)主題內(nèi)容的技術(shù)詞匯 一般為 4 個左右 五相十拍步進(jìn)電機(jī) Quartus DE2 板 III 目 錄 1 設(shè)計(jì)任務(wù)目的與要求設(shè)計(jì)任務(wù)目的與要求 1 1 1 設(shè)計(jì)一個 5 相 10 拍步進(jìn)電機(jī)控制器 1 2 模塊及其原理介紹模塊及其原理介紹 2 2 1 74292 分頻器 2 2 2 74190 加減計(jì)數(shù)器 2 3 7447 顯示譯碼器 2 4 7442 譯碼器 3 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 3 3 1 設(shè)計(jì)思路 3 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析 4 5 結(jié)論與問題討論結(jié)論與問題討論 5 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 6 1 設(shè)計(jì)任務(wù)目的與要求設(shè)計(jì)任務(wù)目的與要求 1 1 設(shè)計(jì)一個設(shè)計(jì)一個 5 5 相相 1010 拍步進(jìn)電機(jī)控制器 拍步進(jìn)電機(jī)控制器 設(shè)計(jì)要求包括 1 控制器可控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn) 2 設(shè)置一個開關(guān) 使控制器控制電機(jī)具有 5 相 10 拍 3 設(shè)計(jì)步數(shù)顯示電路 顯示相應(yīng)的步數(shù) 4 設(shè)有啟動 停止按鈕 注 五相步進(jìn)電動機(jī)有五個繞組 A B C D E 五相十拍的勵磁方式是 正轉(zhuǎn)順序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 反轉(zhuǎn)順序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 1 2 模塊及其原理介紹模塊及其原理介紹 2 1 分頻器 由于 DE2 板上的時(shí)鐘脈沖頻率是 50Mhz 為了觀察步進(jìn)電機(jī)控制器的模擬工作狀態(tài) 必須把 頻率降低 因此選擇適當(dāng)?shù)姆诸l器 所謂 分頻 就是把輸入信號的頻率變成成倍數(shù)地低于輸入頻率的輸出信號 2 2 22 2 計(jì)數(shù)器模塊計(jì)數(shù)器模塊 74190 加減計(jì)數(shù)器可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)從 0 到 9 的計(jì)數(shù) 它的功能簡介如下 3 2 3 7447 顯示譯碼器 為了顯示步進(jìn)電機(jī)的步數(shù) 需要從計(jì)數(shù)器的借口外接一個顯示譯碼器 再從譯碼器接出 7 段 數(shù)碼管 即可實(shí)現(xiàn)顯示步進(jìn)電機(jī)工作的顯示步數(shù)功能 由于 DE2 板的 LED 數(shù)碼管采用共陽極 接法 因此選擇 7447 顯示譯碼器 其功能表如下 4 5 2 4 7442 譯碼器 為了將計(jì)數(shù)器輸出的四位二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成高低電平 以驅(qū)動電機(jī) 實(shí)驗(yàn)中用 LED 燈代替 需要一個 4 線 8 線譯碼器 本實(shí)驗(yàn)采用 7442 譯碼器 其真值表如下 6 3 3 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 3 1 通過查閱資料可知 5 相 10 拍步進(jìn)電機(jī)控制器有 5 個線圈繞組 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)每輸入一個電脈沖 電 動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度前進(jìn)一步 它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比 轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比 改變繞 組通電的順序 電機(jī)就會反轉(zhuǎn) 所以可用控制脈沖數(shù)量 頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn) 電機(jī)的轉(zhuǎn)動 五相步進(jìn)電動機(jī)有五個繞組 A B C D E 五相十拍的勵磁方式是 正轉(zhuǎn)順序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 7 反轉(zhuǎn)順序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 實(shí)驗(yàn)中用 LED 代替線圈 LED 的亮和滅代表線圈的通電狀態(tài) 用 5 個 LED 代表 ABCDE 五個線圈繞組 而本實(shí)驗(yàn)步進(jìn)電機(jī)有 10 拍 并且實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn) 因此需要一個 74190 加減計(jì)數(shù)器和一個 4 線 10 線譯碼器 另外實(shí)驗(yàn)要求顯示相應(yīng)的步數(shù) 故需要一個 7 段字符顯示譯碼器 分頻器用來降低頻率 以便于模擬實(shí) 驗(yàn)的記錄和觀察 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析 4 1 利用 quartus 軟件繪制電路圖 電路圖如下 4 2 連接好電路后 在軟件上編譯 4 3 分配引腳 4 4 再次編譯 無錯誤以后再將電路下載 DE2 板上 4 5 測試電路 8 5 結(jié)論與問題討論結(jié)論與問題討論 5 1 分頻器不工作 沒有脈沖信號輸入 多次嘗試無效以后查閱資料 在此修改其線路接法 5 2 顯示器顯示數(shù)字不完整 原因有兩個 1 開始時(shí)選用的 74