《数字电子技术基础》
课程设计报告
题 目： 步进电机控制电路的设计 专 业： 年 级 学 号： 学生姓名： 联系电话： 指导教师：
完成日期： 2014 年 11 月 20 日
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摘 要
步进电机能接受步进脉冲的控制一步一步地旋转，它是计算机应用项目中的主要执行元件之一，尤其在精确定位场合中得到了广泛的应用。本文介绍的是一种基于单片机的步进电机的系统设计，电机的正转、反转、加速、减速、停止程序，通过电机的驱动芯片74LS194以及相应的按键实现以上功能。本文内容介绍了步进电机以及单片机原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试，同时介绍了调试过程中出现的问题以及解决问题的方法。该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功能。
关键词：步进电机、电机驱动
ABSTRACT
Stepper motor can accept the step pulse control rotate one step at a time, and it is an one of the main components of the computer application program, especially in the precise positioning has been widely used in occasions. In this paper is a system design based on single chip microcomputer of stepper motor, the motor of forward, reverse, acceleration, deceleration, stop the program, through the motor drive chip 74 ls194 as well as the corresponding button to achieve the above functions. Content of this article introduces the principle of step motor and single chip microcomputer, the system hardware circuit, program composition, at the same time on the software and hardware debugging, and introduces the debugging process problems and the methods to solve the problem. This design has ideas clearly, high reliability, strong stability, etc, through debugging realized the function.
Keywords: Stepper motor, motor drive
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目 录
摘
要 ................................................................................................................................................... 1
ABSTRACT .................................................................................................................................................... 1 1设计要求 ...................................................................................................................................................... 1 2工作原理及方案选择 .................................................................................................................................. 1
2.1 控制器的论证与选择 ..................................................................................................................... 1 2.2 驱动器的论证与选择 ..................................................................................................................... 2 2.3 系统总体方案 ................................................................................................................................. 2 3 电路设计及仿真 ......................................................................................................................................... 2
3.1 步进电机构造 ................................................................................................................................. 2 3.1.1 步进电机工作原理 ..................................................................................................................... 3 3.1.2 步进电机主要参数 ..................................................................................................................... 4 3.2 主控制器部分 ................................................................................................................................. 4 3.3 驱动器部分 ..................................................................................................................................... 4 3.4 键盘部分 ......................................................................................................................................... 6 4 系统软件设计 ............................................................................................................................................. 6
4.1系统流程图 ...................................................................................................................................... 6 4.2 软件说明 ......................................................................................................................................... 7 5电路的调试 .................................................................................................................................................. 7 6仿真图 .......................................................................................................................................................... 8 7 完整电路原理图 ......................................................................................................................................... 9 8 心得体会 ................................................................................................................................................... 10 9元件清单 .................................................................................................................................................... 11 附录 ............................................................................................................................................................... 11 参考文献 ....................................................................................................................................................... 14
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1设计要求
1利用数电知识设计一个步进电机驱动电路；
2能由两根线的输入电平组合使电机能向前进、后退、保持；
2工作原理及方案选择
根据实验要求，电路应包含电源，控制信号发生器（控制模块），步进电机，功率放大器（驱动模块），人机交互模块等。设计框图如下：
电源
人机交互模 控制器 驱动器 步进电机 块 图1
2.1 控制器的论证与选择
方案1：采用FPGA控制方案。FPGA内部具有独立的I/O接口和逻辑单元，使用灵活，适用性强，且相对单片机来说，还有速度快、外围电路较少和集成度高的特点，因此特别适用于复杂逻辑电路设计。但是FPGA的成本偏高，算数运算能力不强，而且由于本设计对输出处理的速度要求不高，所以FPGA高速处理的优势得不到充分体现。
方案2：采用集成移位寄存器、驱动器、555定时器和必要的门电路，以及所需电阻、电容、二极管、三极管、开关等元件连接电路简单，这种设计功能主要由硬件实现，减少了软件设计。
综上选择方案2。 2.2 驱动器的论证与选择
驱动模块电路结构设计需要脉冲信号、信号分配、功率放大三部分组成。控制模块产生一个脉冲序列和方向控制信号，使用脉冲分配器将脉冲序列分解形成四相正反相序，然后经功率放大驱动步进电机。使用多个功率放大器件驱动电机，通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大的要求，放大后能够得到较大的功率。但是由于使用的是四相的步进电机，就需要对四路信号分别进行放大，放大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制作也比较复杂，参数选择困难，且需要多级放大，同时又要考虑功率的放大。
2.3 系统总体方案
系统采用74LS194芯片作为控制器，选用普通5V六线四相步进电机，人机交互模块采用3个独立按键实现步进电机的起停、正反转、加速和减速。
3 电路设计及仿真
3.1 步进电机构造
步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠轴承），定子（绕组、定
子铁芯），前后端盖等组成。最典型两相混合式步进电机的定子有8个大齿，40个小齿，转子有50个小齿；三相电机的定子有9个大齿，45个小齿，转子有50个小齿。
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步进电机控制电路的设计资料
