電工電子技術(shù)課程設(shè)計步進電機驅(qū)動器

1、課題名稱 步進電機驅(qū)動器 班 級 09材成(一)班 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)老師 王老師 時 間 2010年06月20日 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院電工電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書姓名 班級 材料成型（一）班 指導(dǎo)老師 王老師 設(shè)計課題：步進電機驅(qū)動器設(shè)計任務(wù)與要求查找一個感興趣的電工電子技術(shù)應(yīng)用電路，要求電子元件超過3050個或以上，根據(jù)應(yīng)用電路的功能，確定封面上的題目，然后完成以下任務(wù)：1、 分析電路由幾個部分組成，并用方框圖對它進行整體描述；2、 對電路的每個部分分別進行單獨說明，畫出對應(yīng)的單元電路，分析電路原理、元件參數(shù)、所起的作用、以及與其他部分電路的關(guān)系等等；3、 用簡單的電路圖繪圖軟件繪出整體電路圖，

2、在電路圖中加上自己的班級名稱、學(xué)號、姓名等信息；4、 對整體電路原理進行完整功能描述；5、 列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；設(shè)計步驟1、 查閱相關(guān)資料，開始撰寫設(shè)計說明書；2、 先給出總體方案并對工作原理進行大致的說明；3、 依次對各部分分別給出單元電路，并進行相應(yīng)的原理、參數(shù)分析計算、功能以及與其他部分電路的關(guān)系等等說明；4、 列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；5、 總體電路的繪制及總體電路原理相關(guān)說明；6、列出設(shè)計中所涉及的所有參考文獻資料。設(shè)計說明書字數(shù)不得少于3000字。參考文獻1 童詩白, 華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京:高等教育出版社2 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）.北京：高等教育出版社，2005.

3、3 秦曾煌. 電工學(xué)下冊. 北京：高等教育出版社，2010（3）.4 曹漢房，陳耀奎. 數(shù)字技術(shù)教程. 北京：電子工業(yè)出版社，1995.5 邱光源.電路，5版. 北京：高等教育出版社.6 李士雄，丁康源. 數(shù)字集成電子技術(shù)教程. 北京：高等教育出版社，2003.目 錄 1、 總體方案與原理說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12、 方波產(chǎn)生電路圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、. .33、 環(huán)形分配電路圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54、 功率放大電路圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65、 總體電路原理相關(guān)說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76、 總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87、 電子元件清單. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98、 參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109、 設(shè)計心得體會. . . . . . . . . . .

6、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111、總體方案與原理說明（1）步進電機介紹步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(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行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的

7、特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。（2）設(shè)計方案步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 目前，對步進電機的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。本設(shè)計選用第三種方案，用pmm8713三相或四相步進電機的脈沖分配器、si-7300a兩相或四相功率驅(qū)動器，組成四相步進電機功率驅(qū)動電路，以提高集成度和可靠性，步進電機控制框圖見圖1。圖1 步進電機控制系統(tǒng)框圖通常來說（如下所述），步進電機驅(qū)動器所要實現(xiàn)的功能簡單

8、來說就是控制電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。步進電動機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行元件。11當(dāng)步進電動機驅(qū)動器接收到一個脈沖信號（來自控制器），它就驅(qū)動步進電動機按設(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行的。依據(jù)本次設(shè)計的具體要求，步進電機驅(qū)動電路整體框圖2。圖2 步進電機驅(qū)動器整體框圖（3）設(shè)計思想與設(shè)計原理它由方波產(chǎn)生電路，脈沖環(huán)形分配電路和功率放大電路三大主要電路組成。方波產(chǎn)生電路主要為脈沖環(huán)形分配電路提供方波脈沖信號，使得驅(qū)動信號發(fā)生電路輸出四相驅(qū)動信號，經(jīng)過功率放大電路，為電機提供足夠的電流，從而控制電機的運轉(zhuǎn)。2、方波產(chǎn)生電路圖圖3 方波產(chǎn)生電路

9、圖方波產(chǎn)生電路工作原理：接通電源后，電容c1被充電，vc上升，當(dāng)vc上升到2/3vcc時，觸發(fā)器被復(fù)位同時放電bjt導(dǎo)通，此時v0為低電平，電容c1通過r2和t放電，使vc下降。當(dāng)vc下降到1/3vcc時，觸發(fā)器又被置位，v0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器c1放電所需時間為：t1=0.7r2c當(dāng)c放電結(jié)束時，t截止，vcc將通過r1和r2向電容器c1充電，vc由1/3vcc上升到2/3vcc所需的時間為：t2=0.7(r1+r2)c當(dāng)vc上升到2/3vcc時，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為：f=1/(t1+t2)=1.43/(r1+2r2)c通過調(diào)節(jié)r2，改變頻

10、率的大小，從而改變電機的轉(zhuǎn)速.3、環(huán)形分配電路圖圖4 環(huán)形分配電路圖環(huán)形分配電路工作原理：方波信號產(chǎn)生電路輸出的時鐘脈沖從環(huán)形分配電路輸入端輸入，當(dāng)每送入一個時鐘脈沖，輸出端就向左或向右移動一位。開關(guān)s2和s3組成了一個簡單的正相/反相轉(zhuǎn)動控制電路，先使s2=1,s3=1，開始置數(shù)，a端輸入高電平，再使s2=1,s3=0,此時寄存器將左移，若將qaqbqcqd都接一個發(fā)光二極管，那么此時4個發(fā)光二極管的發(fā)光順序為qa-qd-qc-qb-qa,若使s2=0,s3=1,則將向右移。s1控制電路為單相或雙相激勵，s1斷開時，只有a端單相激勵，若s1閉合，則實現(xiàn)a端和b端雙相激勵。該電路將方波信號分配

11、給四個端口qaqbqcqd，從而與電機的四相相連。該部分電路其實包括了正相/反相轉(zhuǎn)動控制電路和單相或雙相激勵控制電路.4、功率放大電路圖電工圖 5 功率放大電路圖功率放大電路工作原理：由于電機各相繞組部是繞在鐵芯上的線圈，所以電感較大，繞組通電時，電流上升率受限制。因而影響電機繞組電流的大小。繞組斷電時，電感中磁場的儲能元件將維持繞組中已有的電流不能突變，在繞組斷電時會產(chǎn)生反電動勢。5、 總體電路原理相關(guān)說明總電路原理: 經(jīng)過以上分析，我們將各部分電路連接，并加以適當(dāng)控制，即得到了四相步進電機驅(qū)動器的總體電路圖。 原理：接通電源后，電容c1被充電，vc上升，當(dāng)vc上升到2/3vcc時，觸發(fā)器被

12、復(fù)位同時放電bjt導(dǎo)通，此時v0為低電平，電容c1通過r2和t放電，使vc下降。當(dāng)vc下降到1/3vcc時，觸發(fā)器又被置位，v0翻轉(zhuǎn)為高電平。方波信號產(chǎn)生電路輸出的時鐘脈沖從環(huán)形分配電路輸入端輸入。開關(guān)s2和s3組成了一個簡單的正相/反相轉(zhuǎn)動控制電路。s1控制電路為單相或雙相激勵，s1斷開時，只有a端單相激勵，若s1閉合，則實現(xiàn)a端和b端雙相激勵。該電路將方波信號分配給四個端口qaqbqcqd，從而與電機的四相相連。經(jīng)a相、b相、c相及d相連接的三極管放大，再通過電機線圈產(chǎn)生的電感控制電流大小，從而放大幾倍到幾十倍然后輸出，控制電機轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。6、總體電路原理圖7、 電子元件清單序號編號名

13、稱數(shù)量174194四位移位寄存器1片2555555定時器1片3s1s3單刀雙置開關(guān)3只4r11千歐7只5r2200千歐1只6d1二極管6只7d2穩(wěn)壓管4只8c11uf1只9c20.01uf1只10c3100uf1只11c40.1uf1只12t理想三極管4只13l1mh4只8、參考文獻【1】 童詩白，華成英. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.3版. 北京：高等教育出版社， 2010.【2】 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）m. 北京：高等教育出版社，2005.【3】 秦曾煌. 電工學(xué)下冊m. 北京：高等教育出版社，2005.【4】 曹漢房，陳耀奎. 數(shù)字技術(shù)教程m. 北京：電子工業(yè)出版社，1995.【5】

14、 邱光源. 電路m.5版. 北京：高等教育出版社,2010.【6】 李士雄，丁康源. 數(shù)字集成電子技術(shù)教程m. 北京：高等教育出版社,2003.9、設(shè)計心得體會以上為實習(xí)期間所分析的電機驅(qū)動電路，它經(jīng)過多次修改和整理，是一個比較不錯的設(shè)計，可以滿足人們的基本要求，但因為水平有限，分析中也存在一定的問題，譬如說這里只分析了大部分一些電路原理，某些過于復(fù)雜和編程之類的原理并未作出解釋，但過于復(fù)雜，本次設(shè)計未其中。這需要一段時間的進一步改進，如果有好的意見，希望老師給以支持。 在這次電子電工課設(shè)計中我遇到了許多問題：第一次所交的設(shè)計方案中我沒有嚴格按照老師所要求的格式書寫，而且有的圖是截圖，我抱著僥幸的心理等待老師批閱，但還是沒有逃過老師的眼睛，被退回來了，心里很不