步进电机控制电路课程设计.docx
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步进电机控制电路课程设计.docx
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步进电机控制电路课程设计
数字电子技术课程设计
步进电机控制电路
班级学号
姓名
平时成绩
答辩成绩
报告成绩
总分
122033143
袁伟康
28
122033115
刘洁茹
28
122033120
许乃宁
28
122033106
张祥
25
一、设计要求
设计三相六拍环形分配器,是使电机正反转,并且能自启动。
二、设计过程
如上图所示,电路分为三个部分:
时钟电路、环形分配器(能实
现自启动)、步进电机驱动电路、通过EN、DR信号控制电机正反转。
1、步进电机
a、步进电机(三相六拍)结构及工作原理
上图为(三相六拍)步进电机的结构图。
步进电机控制主要有三个
重要参数即转速、转过的角度和转向。
由于步进电机的转动是由输入脉冲
信号控制,所以转速是由输入脉冲信号的频率决定,而转过的角度由输入
脉冲信号的脉冲个数决定。
转向由环形分配器的输出通过步进电机A、B
、C相绕组来控制,环形分配器通过控制各相绕组通电的相序来控制步电
机转向,步进电机的特点是来一个电脉冲,转一个步距角,控制脉冲频率
可以控制电机转速,改变脉冲顺序来改变方向。
b、步进电机的工作方式
步进电机A、B、C相绕组的通电顺序:
正转(即RD为高电平)
A ABBBCCCAA ,步进电机A、B、C绕组电平变
化顺序:
100110010011001101100 反转(即DR为低电
平)A ACCCBBBA,步进电机A、B、C绕组电平变化
顺序:
100101001011010110100 每来一个cp脉冲,
转子转过30度(360/12),改变三相线圈的通电顺序即可改变电机
转动方向。
2、时钟脉冲发生器
由555定时器芯片组成的多谐振荡器作为脉冲源,如果脉冲源的
振荡频率为500Hz,根据振荡频率f=1.44/[(R1+2R2)C],可取C=10nF,
R1=85kΩ,R2=100kΩ。
其电路如下:
3、脉冲环形分配器
根据三相六拍步进电机步进电机工作原理得到以下状态转换图:
为了不让电路进入无效循环(即死循环),当启动电路时,使得000
的次态变为111,111的次态变为010,从而实现自启动。
令Q2=A,Q1=B,Q0=C,
可得环形分配器的状态方程和驱动方程,其卡诺图如下:
00
01
11
10
00
111
011
010
110
01
101
001
010
100
11
110
100
010
010
10
111
101
001
011
选用D触发器可得:
Q2n+1=GQ0n+GQ1n=D2
Q1n+1=GQ2n+GQ0n+Q2nQ1nQ0n=D1
Q0n+1=GQ1n+GQ2n=D0
其电路图如下:
4、步进电机驱动电路
该部分电路的唯一功能就是对前级电路的输出端的电流放大,从而足够
驱动步进电机。
由于脉冲环形分配器输出端输出电流很小,而步进电动机的驱
动电流较大。
为了满足驱动要求,脉冲分配器输出的脉冲需经脉冲放大器(即
功率放大器)后才能驱动步进电机。
图中使用三级晶体管放大,经A相、B相、
C相三极管放大,在通过电机电源和电机线圈放大电流,由稳压管进行限流,
小随配电机不同而异。
其电路如下:
三、元器件清单
序号
编号
名称
数量
1
U1
NE555定时器
X1
2
U2,U3,U4
74LS00与非门
X3
3
U5,U6
74LS04非门
X2
4
U7,U8
74LS74D触发器
X2
5
D1,D2,D3,D4,D5
1N4007稳压管
X5
6
Q1,Q2,Q3
2N3906PNP三极管
X3
7
三相六拍步进电机
X1
8
J1,J2
单刀双掷开关
X2
9
C1,C2,C3
10uF电容
X3
10
C4,C5
10nF电容
X2
11
R1
10K电阻
X6
12
R2
85K电阻
X1
13
R3
100K电阻
X1
14
D6,D7,D8
发光二极管
X3
四、电路连线图
使用multisim仿真软件模拟的总电路图如下所示:
五、实验(仿真)结果
1、时钟脉冲波形
2、步进电机启动正转
3、步进电机启动反转
4、步进电机停止
六、出现问题及解决方法
做课程设计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。
在对陌生各种元件使用时,我们才了解到我们现在的知
识水平还很有限,需要我们自己拓展,要多看一些关于其他类型的不同的见解。
由于部分细节之前没有涉及过以及一些知识点的遗忘,所以进行该课程设计从
查资料到设计电路还是花了不少时间。
感受最大就是在课堂上我们的确了解到
了很多芯片的特性、功能也在实验课上进行了实践,但是要对一个实用的电路
进行方案设计到做出实物还是有一定的距离。
因为一个成功的设计不仅要求熟
练掌握数电知识、熟悉常用的芯片的使用方法,还需要对各个模块进行协调、
整合。
单从理论知识方面看,我们很容易理解三相六拍步进电机以及环形分配
器的工作原理。
但是实际处理的时候会产生很多问题。
首先,相同的方案在部
分实验箱可以正常工作,但在软件实现仿真时存在一些问题,这个时候就需要
对电路进行简单的改进,检验仿真电路连接是否根据自己设计的电路想法一样,
但是,第一个是由于时钟脉冲出现0.1ms的区别导致仿真电路测试其输出波形
时出现相序跳变的现象,后来直接利用仿真软件提供的5V/500Hz的时钟脉冲实
现了输出波形与理论值相同,第二个是步进电机驱动电路的实际电路在仿真软
件中就无法看出现象,后来经过简单的修改,直接利用LED等的闪烁很明显的
得到了结构。
其次,就是刚开始设计的电路一上电就出现了直接进入到000与
111的无效循环中去,这是之前设计方案时没有预料的情况,讨论之后认识到
了可能存在的原因,利用置数的方法来破坏死循环的状态从而引导环形分配器
进入有效循环,几次尝试之后问题最终得到了解决。
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- 步进 电机 控制电路 课程设计