步进电机的简单电路控制

课程设计说明书

课程设计名称：数字电路课程设计

课程设计题目：步进电机简单的控制电路

学院名称：南昌航空大学信息工程学院

专业：班级：

学号：姓名：

评分：教师：

2013 年 9 月 9 日

数字电路课程设计任务书

20 13－20 14 学年第 1 学期第 2 周－ 4 周

注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

步进电机是一种原理为利用电子电路的电脉冲信号转变为角位移或线位移的感应电机。通过简单的数字电路来控制它的转速并可以利用数码管来计算其转动的圈数，便可以实现电机的正反向转动，并且在数码管上精确的显示出它转动的圈数，从而广泛应用于实际生活当中。其中涉及到计算机，数字电路，电机，机械，完成了简单的自动化控制流程，将所学知识应用于工程中，增加实践动手能力。

关键词：分频、时序控制、脉冲计数

前言 (1)

第一章设计内容及要求 (1)

第二章系统的组成及工作原理 (2)

第三章单元电路设计 (2)

3.1多谐振荡器 (2)

3.2 步进电机信号控制电路 (3)

3.3转速的测量及显示电路 (4)

第四章调试 (5)

4.1电路排板及制作 (5)

4.2电路的调试 (5)

第五章总结 (6)

附录1：设计原理图 (7)

附录2：PCB电路图 (8)

附录3: 元件清单 (9)

前言

步进电机最早出现于上世纪，源于资本主义的造船工业，是一种可以自由转动的电磁铁，其工作原理和如今的反应式电机差不多，是依靠磁导来产生电磁矩，从而实现转动。

到了80年代之后，微型计算机逐步的应用于工业与生活中，使得步进电机的控制更加的灵活多样，最主要的是利用分立元件或者小型的集成电路来控制，但是对元件的需求量很大，调试也很复杂，出现问题需要花大量的精力来调试，因此，通过计算机软件来控制步进电机是必然的趋势，以提高工作效率。

现在的步进电机主要是由数字电路组成，也是利用集成电路来控制电路，但是大大的提高了其精度，更好的满足工业发展的需要。目前用到最多的是混合式步进电机，并具有很好的发展前景。

步进电机按照工作原理可分为永磁式、磁阻式和永磁感应子式三种。

今后步进电机将会有以下四个方面的发展，为减小其占用的空间从而会往小型方向发展，以更加的适用于工业制造当中；为增加力矩，从而会将圆形改为方形，以提高其工作效率；为体现其优越的控制性能，从而会偏向于一体化设计，以实现电子自动化控制，更加灵活方便；为降低其成本，增加其性能，从而会向三相和五相的方向发展，以充分实现其优越性能。

步进电机以其显着的特点，在电子数字化时代将发挥重大作用，将广泛应用于数控车床、机器人、航空工业和电子领域中，可完成工作量大，任务复杂、精度高的制造业以及代替人类完成不利于身体健康的工业中，为生活带来更多的便利。

第一章设计内容及要求

基本要求：1、利用proteus软件设计步进电机的工作原理图，并进行仿真。

2、调试及实现。

（1）实现步进电机根据输入的脉冲旋转的相应圈数。

（2）可以实现复位，正反转控制，由4个LED代替4个线圈。

（3）实现步进电机的加速、减速功能。

提高要求: 显示输入的脉冲数目，从而显示转速。

主要参考元器件: 74LS191,74LS138,74LS161,74LS248，NE555。

第二章系统的组成及工作原理

一部分用多谐振荡器产生脉冲信号，由NE555芯片构成简单的谐振电路，然后用信号控制电路来将脉冲转换为可控制步进电机的有用信号，由74LS191芯片作为加减计数器和74LS138作为译码器组成单元电路，从而控制电机转动。

另一部分为显示转动圈数以显示电机的转速，故用转速的测量及显示电路来实现，由单稳态的NE555芯片和74LS161芯片作为计数器组成的单元电路，以及一个数码显示管，将步进电机转动的圈数显示到数码管上。

第三章单元电路设计

3.1多谐振荡器

555多谐振荡产生连续的数据脉冲，控制74LS191加减计数器脉冲端。电路采用电阻、电容组成RC定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节R

W

或电容C，可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出，既脉冲信号。

脉冲宽度计算公式：Tw≈0.7 (R

1+R

W

+R

2

) C；

振荡周期计算公式：T≈0.7 (R

1+R

W

+2R

2

) C；

电容器C 的充电电阻是R 1+R W +R 2 ，放电电阻是R 2 。当V C 是低电平时，555

定时器低触发，V O 为高电平，放电管T 截止，电容器经（R 1+R W +R 2）充电，当充

电至V C =V TH >2/3Vcc 时，电路高触发，输出V O 变为低电平，放电管T 导通，电容

器经R 2放电，当放电至V C =V TR <1/3V CC 时，电路又进入低触发，V O 变为高电平，如

此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。

3.2 步进电机信号控制电路 该控制电路主要由74LS191构成。利用74LS191的加、减计数的原理来控制4个LED 的正反转。再利用74LS191上的清零管脚来控制LED 的复位。

74LS191的逻辑功能表

表3—1

图3.2 步进电机信号控制电路

图3.1 555自激多谐振荡器电路和波形图

(a) 自激多谐振荡器电路.

(b) 振荡波形

V1V2

V3