步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器 學(xué)院 電子信息工程學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班級 學(xué)號(hào) 姓名 指導(dǎo)教師 時(shí)間 2014年12月步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器 一 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)一個(gè)兼有三相六拍、三相三拍兩種工作方式的脈沖配器。1.能控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作正向和反向運(yùn)轉(zhuǎn)。2.設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作的脈沖放大電路，使之能驅(qū)動(dòng)一個(gè)相電壓為24伏、相電流為0.2A的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作。3.設(shè)計(jì)步數(shù)顯示和步數(shù)控制電路，能控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到預(yù)置的步數(shù)時(shí)即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，或運(yùn)轉(zhuǎn)到預(yù)定圈數(shù)時(shí)停轉(zhuǎn)。4.設(shè)計(jì)電路工作的時(shí)鐘信號(hào)，頻率為10HZ-10KHZ,且連續(xù)可調(diào)。二 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器原理及總體框圖 1. 工作原理 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)接

2、受步進(jìn)脈沖而一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，可以帶動(dòng)機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)精密的角位移和直線移位，被廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)控制系統(tǒng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式主要取決于輸出步進(jìn)脈沖的控制器電路。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子組成，定子上繞制了三相繞組，而轉(zhuǎn)子上沒有繞組。當(dāng)三相定子繞組輪流接通驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)，產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，每次的角度稱為步距，其中，三相三拍方式的步距為3°，三相六拍方式的步距為1.5°。根據(jù)不同的信號(hào)頻率形成不同的轉(zhuǎn)速。由三相脈沖加入的不同相序形成正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。下面是兩種工作方式的脈沖加入次序： 正轉(zhuǎn)CABCAB 反轉(zhuǎn)CABCAB·· 正轉(zhuǎn)A ABBBCCCA 反轉(zhuǎn) A ABBBCC

3、CA 2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器原理框圖控制電路時(shí)鐘電路工作方式選擇轉(zhuǎn)動(dòng)方選擇向 脈沖分配器步數(shù)計(jì)數(shù)器脈沖放大器譯碼器步數(shù)顯示XY三 選擇器件 器件清單：序號(hào)器件個(gè)數(shù)1邊沿D觸發(fā)器74LS7432非門74LS04103選擇器74LS15164四輸入或門74LS32115編碼器74LS14726加減法計(jì)數(shù)器74LS19227LM55518十進(jìn)制加法器74LS1602 表3-1 器件清單1.邊沿D觸發(fā)器74LS74 內(nèi)部原理圖如下： 圖3-1 74LS74原理圖 管腳圖如下： 圖3-2 74LS74管腳圖管腳介紹：CP 時(shí)鐘輸入端；D 數(shù)據(jù)輸入端；Q、輸出端；S 指數(shù)端；R 清零端。邏輯符號(hào)：圖3-3

4、D觸發(fā)器邏輯符號(hào)D觸發(fā)器功能表如下： 表3-2 D觸發(fā)器功能表2. 非門 非門管腳圖： 圖3-4 非門管腳圖非門邏輯符號(hào)：圖3-5 非門邏輯符號(hào)3.8選1數(shù)據(jù)選擇器（有選通輸入端，互補(bǔ)輸出）（74LS151) 74LS151管腳圖如下： 圖3-6 74LS151管腳圖 引出端符號(hào)：  A、B、C     選擇輸入端  D0-D7      數(shù)據(jù)輸入端 STROBE   選通輸入端（低電平有效） W      

5、0;反碼數(shù)據(jù)輸出端 Y        數(shù)據(jù)輸出端 74LS151內(nèi)部原理圖如下 圖3-7 74LS151內(nèi)部原理圖74LS151功能表如下： 表3-3 74LS151功能表4. 四2輸入或門74LS32 74LS32管腳圖如下： 圖3-8 74LS32管腳圖引出端符號(hào)1A4A輸入端1B4B輸入端1Y4Y輸出端 74LS32功能表如下 表3-4 74LS32功能表5.10線-4線BCD優(yōu)先編碼器74LS147 74LS147內(nèi)部原理圖如下： 圖3-9 74LS147內(nèi)部原理圖 74LS147管腳圖如下： 圖3-10 74LS1

6、47管腳圖 引出端符號(hào) 1-9 編碼輸入端（低電平有效） ABCD 編碼輸入端（低電平有效） 引出端符號(hào) 1-9 編碼輸入端（低電平有效） ABCD 編碼輸入端（低電平有效） 74LS147功能表如下： 表3-5 功能表6. 加減法計(jì)數(shù)器74LS192 74LS192內(nèi)部原理圖如下： 圖3-11 74LS192內(nèi)部原理圖 74LS192管腳圖如下： 圖3-12 74LS192管腳圖 輸入端符號(hào)： 減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端 加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸出端 CLR 異步清零端 P0-P3 并行數(shù)據(jù)輸入端 異步并行置入控制端 輸出端符號(hào)： Q0-Q3 輸出端 借位輸出端 進(jìn)位輸出端74LS194功能表如下： 表3-6 7

7、4LS192功能表 7.LM555 555內(nèi)部原理圖如下 圖3-13 LM555內(nèi)部原理圖 LM555CN管腳圖如下： 圖3-14 LM555管腳圖引腳編號(hào)： TR 觸發(fā) OUT 輸出 RES 復(fù)位 CV 控制電壓 TH 閥值 DIS 放電 8.十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（異步清除） 74LS160 74LS160內(nèi)部原理圖如下： 圖3-15 74LS160內(nèi)部原理圖 74LS160管腳圖如下： 圖3-16 74LS160管腳圖引出端符號(hào)： TC 進(jìn)位輸出端 CEP 計(jì)數(shù)控制端 Q0Q3 輸出端 CET 計(jì)數(shù)控制端 CP 時(shí)鐘輸入端（上升沿有效） MR 異步清除輸入端（低電平有效） PE 同步并行置入控

8、制端（低電平有效） 74LS160功能表如下： 表3-7 74LS160功能表四 功能模塊 1.時(shí)鐘電路 圖4-1 時(shí)鐘電路 時(shí)間T： 脈沖頻率： 頻率變化范圍近似為：10Hz-10000Hz。2.脈沖分配器 變量賦值 X=0表示三拍 X=1表示六拍 Y=0表示正轉(zhuǎn) Y=1表示反轉(zhuǎn) A、B、C表示三相的脈沖信號(hào) 列狀態(tài)方程根據(jù)不同的工作方式和不根據(jù)不同的工作方式和不同轉(zhuǎn)向可列出以下狀態(tài)轉(zhuǎn)換表XY ABC00000101101011011110110000××101×011×110×01××110×101×

9、011×11×011010110100×00110110×101001011010×100110的狀態(tài)裝換表XY ABC0000010110101101111011000011110111011111110111100111011011000111的狀態(tài)裝換表XY ABC0000010110101101111011000010011111011011011111111101001010011101 狀態(tài)裝換表XY ABC000001011010110111101100000110100001010010101101000011100111000

10、0根據(jù)A、B、C的狀態(tài)裝換表可列出、的狀態(tài)方程脈沖分配器的整個(gè)電路連接圖圖4-1 脈沖分配器圖4-2 脈沖計(jì)數(shù)器 X=0,Y=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)作三相三拍正轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) X=0,Y=1時(shí)，電動(dòng)機(jī)作三相三拍反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) X=1,Y=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)作三相六拍正轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) X=1,Y=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)作三相六拍反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)3.脈沖計(jì)數(shù)器步數(shù)控制電路，能控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到預(yù)置的步數(shù)時(shí)即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，或運(yùn)轉(zhuǎn)到預(yù)定圈數(shù)時(shí)停轉(zhuǎn)。預(yù)置電路由74LS147、74LS192和一些門電路組合而成，74LS147輸入數(shù)字后預(yù)置入由74LS192，74LS192減到0時(shí)控制電動(dòng)機(jī)停止。步數(shù)控制電路可以由一個(gè)74LS160的計(jì)數(shù)器，步數(shù)顯示電路可以由一個(gè)數(shù)

11、碼管譯碼器顯示。電路圖如圖4-2所示 說明：輸入脈沖之前，輸入數(shù)字后按下開關(guān)Z再打開開關(guān)置入數(shù)字。置數(shù)時(shí)， 0-9輸入為個(gè)位，A-I輸入為十位的1-9，十位的0為字母O。4.脈沖放大器脈沖放大器由二極管、三極管、穩(wěn)壓管、電機(jī)繞組組成?？咳龢O管的放大作用將信號(hào)放大。電路圖 圖4-3 脈沖放大器 通過控制三極管的通斷，控制繞組的通斷。五 總體設(shè)計(jì)電路圖 （一）Multism2001仿真結(jié)果1.時(shí)鐘電路 圖5-1 時(shí)鐘電路仿真2. 步數(shù)計(jì)數(shù)器 圖5-2步數(shù)計(jì)數(shù)器仿真說明：當(dāng)輸入數(shù)字為22時(shí)，開啟脈沖計(jì)數(shù)器到達(dá)二十二后脈沖停止。3. 脈沖分配器 X=0,Y=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)作三相三拍正轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) X=0,Y=

12、1時(shí)，電動(dòng)機(jī)作三相三拍反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) X=1，Y=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)作三相六拍正轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：X=1,Y=1時(shí)，電動(dòng)機(jī)作三相六拍反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：說明：第一層為脈沖，第二層為A，第三層為B，第四層為C4. 脈沖放大器A相繞組導(dǎo)通時(shí)： B相繞組導(dǎo)通：C相繞組導(dǎo)通時(shí)：5. 總體框圖（圖5-3 總體圖）（2） 硬件連接電路圖結(jié)論與心得 通過在數(shù)字電路試驗(yàn)箱上進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn), 我更進(jìn)一步驗(yàn)證了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器各部分所要實(shí)現(xiàn)的功能.連接電路后, 植入數(shù)字，打開脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到預(yù)置步數(shù)后即停止接線的時(shí)候一定要細(xì)心,不要接錯(cuò),同時(shí)也要學(xué)會(huì)如何判別芯片的好壞,要是芯片壞了即使接線再正確也出不來結(jié)果。對設(shè)計(jì)圖要仔細(xì)考慮電極不能接錯(cuò)，每個(gè)芯片的管腳一定要看清楚。例如電容器上的標(biāo)記方向要易看可見。六 實(shí)驗(yàn)感言1、 通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們通過這個(gè)方案包括設(shè)計(jì)了一套電路原理和PCB連接圖，和芯片上的選擇。2、 在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。3、 我沉得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)