5相10拍步进电机控制器

摘 要
本设计是用Quartus作为开发环境，以DE2板为硬件平台实现的一个多功能步进电机控制器。设计过程方便。实现了实现了步进电机的正转反转，三相三拍，三相六拍，正转，反转等控制器的基本功能。此外，该设计还实现了步数显示和步数控制，能控制步进电机转动指定拍数后停止转动，还可以控制电机转速，具有很强的可控制性。用DE2板实现具有电路简洁，开发周期短的优点。充分利用了EDA设计的优点。开发过程用了原理图输入方法来进行描述，从底层设计，充分提高了设计者的数字逻辑设计的概念。
1.2
1)要求学生独立完成整个分析任务，确定方案，设计，仿真修改，验证，下载的设计过程。
1．控制器可控制步进电机进行正转和反转；
2．设计步数显示和控制电路，能显示相应的步数；
3．设置一个开关，使控制器控制电机具有5相10拍
4.应有启动、停止功能，可以使电机启动和停止。
2)对本次设计要有个总结，提交一份报告说明书。用以提高学生的总结，整理设计的能力。有利于学生学习的条理性
通过这次课程设计，通过这次五相十拍步进电动机的电路设计，本人在多方面都有所提高。通过这次五相十拍步进电动机的电路设计，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出自己单独设计电路的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
关键词：EDA数字电路设计，步进电机控制器，Quartus,DE2版，CPLD
1.1设计的目的1
1.2设计的要求2
2.1步进电机实现五相十拍和正反转功能2
2.2时钟分频模块3
2.3步数显示和控制电路4
2.4启动控制电路4
3.1设计思想和方案5
3.2原理框图5
3.3设计的流程图6
4.1测试步骤7
4.2实验现象7
另外，电路过于复杂，容易出错。改进思路是把电机电路改为使用74154译码器进行按顺序的连接输出端，进行输出分配。
还有，一个数码管只能从0到9，我们是用0代表第一步，9代表第十步。改进采用两个显示器来显示，做到1对应第一步。
5.4心得体会
两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了理解。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，最让我头疼的是在实际操作的过程中，我们经常会因为一个小的失误，比如线接错了，有些地方的线没有接上等等问题而让实验板上的灯无法亮起来。这些都是让我始料不及的。由于不细心的地方太多，当时甚至有过要放弃的念头。但是我坚持了下来，当最终看到成果的时候，我觉得这一切都是值得的。
2）电机翻转与步数显示加减法转换不能同时进行
解决方法：把电机翻转按钮和控制74192加减法按钮用一个与门连接起来，按下两个按钮后，电机与步数显示会同时变化。
5.3
首先，这次的电路设计主要从原理出发，明显与或非门过多，显得电路过于混乱和密集，改进思路是把5个D触发器换成3个7474双D触发器连接线路，可节省硬件资源。
图2.3
2.4启动控制电路
如图2.4，通过设定一个按钮控制整个电动机启动和停止。按下按钮后，电路如初始值启动，再次停止电路。另外，通过一个与门将控制步进机翻转电路的按钮和控制74192加减法按钮连接起来，只有两个按钮都按下才使步进电机和译码管显示步数同时翻转。
图2.4
3
3.1
本设计采用自顶向下的设计思想。先确定了系统的格局，再分模块实现的方案。
课程设计
课程名称电子技术综合设计与实践
题目名称5相10拍步进电机控制器
学生学院材料与能源学院
专业班级电子科学与技术（电子信息材料
与元器件）（2）班
学 号
学生姓名
指导教师
2014年6月20日
广东工业大学课程设计任务书
题目名称
5相10拍步进电机控制器
学生学院
材料与能源学院
专业班级
电子科学与技术（电子信息材料与元器件）（2）班
3）按下停止按钮，此时电机不再转动，代表ABCDE的五盏灯亮停止变化，译码管上显示的数字也停止变化。
5
5.1
本设计在完成了基本要求的所有功能。
5.2
1）设计电路不能自启动，处于五盏灯同时亮的状态不变化。
解决方法：设置一个键，具有启动与置位功能，根据正转初始状态ABC，连接输出端A，B，C的D触发器的PRN端，连接输出端D,E的CLRN端，设定电路初始状态输出为11100。
参考文献
[1]阎石数字电子技术基础高等教育出版社2006.5
[2]刘昌华 数字逻辑EDA设计与实践——MAX+plusห้องสมุดไป่ตู้与QuartusⅡ双剑合璧
附录
五相十拍的励磁方式是：
正转顺序: ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
反转顺序: ABC←BC←BCD←CD←CDE←DE←DEA←EA←EAB←AB
三、课程设计应完成的工作
1.利用各种电子器件设计5相10拍步进电机控制器；
2.利用DE2板对所设计的电路进行验证；
3.总结电路设计结果，撰写课程设计报告。
首先对步进电机的实际要求进行逻辑抽象，确定整个系统的输入与输出，输入有系统时钟，启动与停止，正反方向控制端，置数控制及置数端。输出有A,B,C，D,E的组合来代表不仅电机的工作方式。例如正转五相十拍：（ABC-BC-BCD…）对应的输出为（11100-01100-01110-…），由输入与输出的关系，画出ABCDE的状态循环图及卡诺图，并设计自启动，列出正反转五相十拍QA、QB，QC，QD，QE的状态方程与驱动方程。硬件方面选择D触发器实现，根据D触发器的特性与所列出的系统方程出其逻辑图，上机仿真。
5.1完成设计要求的程度7
5.2遇到的问题及解决方法7
5.3存在的不足和改进思路8
5.4心得体会8
参考文献9
附录9
1
1.1
通过这次课程设计，锻炼学生的独立设计数字逻辑的设计的能力和独立解决问题的能力。并熟悉EDA开发的流程，为以后学习，工作打下基础。本设计在FPGA上实现。应用可编程逻辑器件（Programmable Logic Device PLD）实现数字系统设计和单片系统的设计，是目前利用EDA技术设计数字系统的潮流。学生在设计过程中能对一个数字系统有个很好的理解。在DE2板上进行开发，则让学生充分的发挥自己的创新能力。
3.2原理框图
3.3设计的流程图
4
4.1
1）按下启动开始按钮，选择正转，择代表A,B,C的三盏LED灯亮起，然后代表ABCDE的五盏灯按照正转顺序依次亮起，并且百进制数码管上开始进行加法计数，代表步进电机所走的拍数。
2）按下控制电机正反转按钮，再按下控制计数器加减法按钮，
此时电机在反向转动，代表ABCDE的五盏灯按照反向顺序亮起，同时数码管上的显示的数目开始不断的往下减。
姓名
学号
一、课程设计的内容
设计一个5相10拍步进电机控制器。
二、课程设计的要求与数据
设计要求包括：
1．控制器可控制步进电机进行正转和反转；
2．设置一个开关，使控制器控制电机具有5相10拍
3．设计步数显示电路，显示相应的步数；
4.设有启动、停止按钮。
注：
五相步进电动机有五个绕组: A、B、C、D、E ,
3)在学有余力的情况下，可以自己添加一些特定的功能，充分利用DE2板上的资源，提高自己的学习能力。
2
2.1
该部分实现步进电机的正反转和五相十拍功能。原理图为图2.1所示。用五个D触发器加逻辑门实现。每当复位端有低电平脉冲输入，该电路自动置入初始相位ABC（11100）。正转通电顺序为：ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB反转通电顺序为：AB→EAB→EA→DEA→DE→CDE→CD→BCD→BC→ABC
图2.1
2.2时钟分频模块
时钟分频模块。由CLOCK端输入系统自带时钟50MHZ,经过分频器74292。把50MHZ分频为2HZ由Q端输出,原理图如2.2所示，频率与电机转动的快慢息息相关，因此，只要改变分频器ABCDE的值设置，就可以分出不同的频率，从而可以实现步进电机转动速度的.
图2.2
2.3
步数显示和控制电路采用74192加减计数器，7447译码器和数码管实现。通过一系列的与门和非门构成的逻辑电路与74192的DN和UP端连接，当按下按钮后，74192会进行减法计算。74192和7447译码器连接使步数显示在数码管上。
数电课程设计，不仅让我们的知识更加牢固，还让我意识到我们所学的知识可以与生活紧密的联系起来。这让我对自己有了更多的信心，因为我们在大学里面不是混日子，而是在学习真正对我们的生活有帮助的知识和能力。一个小小的课程设计，却让我有了大大的希望。我会更加珍惜现在这么好的学习环境，努力学习知识，让自己在激烈的社会竞争中立足，也把自己所学的知识运到生活实际中来回报社会。