步进电机控制驱动电路设计 

方案二：达林顿管IC可以直接对步进电机进行驱动，一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器的，电流可以达到400毫安左右，符合驱动条件。

VCC12VD11N3663L11.5nH-SMT0805R11kohmQ1UPA1427H

方案三：使用L298N芯片驱动电机

L298N芯片可以驱动两个二相电机（如图1－1），也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。

图1－1

通过比较，使用L298N芯片充分发挥了它的功能，能稳定地驱动步进电机，且价格不高，但我们选用的为三相电机，不符合条件。

综上所述，我们采用方案二。

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二．系统的设计与理论依据：

1．系统框图：

根据题目要求和上述论证，本系统的整体电路如下图所示：

时钟电路 控 显示电路 复位电路 制 光电耦合电路 驱动电路 电 开关控制电路 路 步进电机 系统硬件的设计：

（1）脉冲源的设计:

在此电路中，当R1＝R3中，R2调至中心点，因充放电时间基本相等，其占空比约为50％，此时调节R5,仅改变频率，占空比不变，如果R2调至偏离中心点，在调R5，不仅频率改变，占空比也有一定的影响，R2仅对占空比有影响，对频率无影响。我们所设计的速度并不是很快，主要是为了使我们很明显的去发现正转与反转的变化，更加重要的是六拍与三拍的变化之后速度并不相同。三拍的速度明显慢于三拍，但六拍的力矩大与三拍的，可以带动更加大的器件。C3的变化对频率的变化影响较大，我们选用的是0.1UF的电容，如果将电容值变小，速度可以更加的快。 （2）环形分配器的设计

1．首先介绍一下步进电机的结构及工作原理。

电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。

0、1/3 て、2/3 て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A 与齿

1 相对齐，B 与齿2 向右错开1/3 て，C 与齿3 向右错开2/3 て，A'与齿5 相 对齐。

如A 相通电，B，C 相不通电时，由于磁场作用，齿1 与A 对齐，（转子不受任何力以下均同）。如B 相通电，A，C 相不通电时，齿2 应与B 对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3 与C 偏移为1/3 て，齿4 与A 偏移（て-1/3 て）=2/3 て。如C 相通电，A，B 相不通电，齿3 应与C 对齐，此时转子又向右移过1/3 て，此时齿4 与A 偏移为1/3 て对齐。如A 相通电，B，C 相不通电，齿4 与A 对齐，转子又向右移过1/3 て这样经过A、B、C、A 分别通电状态，齿4（即齿1 前一齿）移到A 相，电机转子向右转过一个齿距，如果

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不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步每脉冲）1/3 て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率一一对应关系。而方向由导电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A 这种导电状态，这样将原来每步1/3 て改变为1/6 て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3 て变为1/12 て，1/24 て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。不难推出：电机定子上有m 相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。 三相单三拍正转 A B C A B C 依次循环下去 三相单三拍正转 C B A C B A 依次循环下去 三相单三拍正转 AB BC CA AB BC CA 依次循环下去 三相单三拍正转 CA BC AB CA BC AB 依次循环下去 三相单三拍正转 A AB B BC C CA 依次循环下去 三相单三拍正转 CA C BC B AB A 依次循环下去

上面的为步进电机的通电的次序，上面的功能主要由JK触发器配合外围的异或门及二选一选择器来完成，单每一次的工作所需要的初始值并不相同，这里我们选择了具有置位功能的74LS76JK触发器，置位与清零配合使用，达到了需要的结果。

123456U?AD132U?A174LS8632U?74LS861U?A74LS04U?A132U?A174LS86274LS86C1U?A74LS04174LS0421674LS0412U?A22356111014131151A1B2A2B3A3B4A4BA/BG74LS1571Y2Y3Y4Y479+5124116JD2U?ACLKKSDQ15CDQ1474LS76R?10KS?SW-PBVCCS?3U?A21CLKKSDSW-PB423U?AJQ15CCDQ1474LS76SW-PBS?+5SW-PBU?A132U?A174LS86274LS86B1+5R?10KR?10KR?S?SW-PBS?SW-PB510C?0.01uFS?SW-PBR?10K74LS04235611101413115U?1A1B2A2B3A3B4A4BA/BG74LS157+51Y2Y3Y4Y479124116J23S?U?A3U?A1U?A74LS0422CLKKSDQ15CDQ1474LS763BATitleASizeBDate:File:12345NumberRevision28-Jan-2007H:\\DIANLU\\My.ddbSheet of Drawn By6 图十一 环形分配器电路

CD（清零） SD（置位） Q 非Q

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0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 正常工作

上面的工作方式正好是我们所需要，单每一种状态，我们置位一次是比较复杂的，这里我们利用了电容的充放电来完成不同情况下的置位。

VCC5VR11kohmC110uF

图十二 基本充放电电路

上图电路中在通电的瞬间，电路中对电容充电，这时所引出的那条线的电位为低电位，单过了一段时间，电容充满电之后，这时那条线的电位为高电位，就靠这个功能，那起电的瞬间，我们置位成功，使JK触器成功的工作。 （3）功放电路的设计及与步进电机的配合

由于我们要驱动的电机需要较大的电流，使用简单的驱动电路ULN2003已经满足不了我们的要求了，这时我们采用了单独的驱动电路，对每一脚分别驱动，虽然在具体实现的过程中会出现不同步的现象，但这种出现的几率并不是很大，我们设计的电路具有复位功能，当出现异常情况时，可以及时的克服。

VCC12VD11N3663L11.5nH-SMT0805R11kohmQ1UPA1427H

图十三 功放及步进电机的配合使用

当对电阻的方向端送入信号时UPA1427H相当于一个反向器，假设送入1

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时，出来的为低电位，这时电感（相当于电机的内部结构）导通，相当于通电，反之，为断开。符合我们的工作模式。 （4）控制部分 1．可控的加速功能

在这里我们对脉冲的频率进行控制可使导通的速度变化，使此设计方案更具有实用性，通用性，可以定量的生产。555定时器的频率F=1\\T,T=1\\(R1+R2)C,这里可以改变电容或电阻来改变频率，由于条件的影响，我们采用改变电容来改变频率。 2．复位功能

在完美的系统也有走错的时候，这里我们完全克服了这样的错误，采取复位的功能，重新工作。

VCC5VR11kohmC110uF = SpaceKeyJ1

图十四 复位电路

当出现异常情况时，只需按下复位键，系统就可以重新的工作。

三．操作及部分说明

（从上到下依次） （从左到右）

短路环： 1 2 3 4 开关：1 4 工作模式： 断开 接通 断开 接通 0 0 三相单三拍正转

断开 接通 断开 接通 0 1 三相单三拍反转

断开 接通 断开 接通 0 0 三相六拍反转 断开 接通 断开 接通 0 1 三相六拍正转 接通 断开 接通 断开 0 0 三相双三拍正转

接通 断开 接通 断开 0 1 三相双三拍反

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转

上面的为具体的操作步骤，但也会有异常情况，请注意： 1．按键按下为0 向上为1。

2．如果在工作时有异常情况请按复位键。 3．调节变阻器2可以调节速度的大。 4．12V与5V电压一定要共地。

四．结论

在温习已有知识的基础上，并且在教员的指导下，基本顺利地完成了系统的设计和制作，实现了设计目标，达到了预期的目的。

参考文献

[1] proteus 入门实用教程 周润景 机械工业出版社.2007 [2] 数字电子技术 华成英 高等教育出版社.2006 [3] 电子技术基础模拟部分 童诗白 高等教育出版社.2006 [4] 单片微型计算机原理及应用 张毅坤 西安电子科技大学出版社 [5] 电子技术基础 课程设计 梁宗善 华中理工大学出版社

附录：

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