2022年步进电机+信号发生器设计 .pdf
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1、1 目录1、步进电机控制电路1.1 设计题目 -3 1.2 设计技术指标及设计要求-3(1)设计任务(2)基本要求(3)扩展要求(4)设计框图(5)参考元件1.3 实验分析 -4 1.4 设计方案及其选择 - 1.5 电路的组装与调试 - (1)电路的组装(2)电路的调试1.6 实验结果 -1.7 心得体会 -22 1.8 附录 -242、基于运放的信号发生器设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 17 页 - - - - - - - - - 2 脉冲发生电路
2、控制电路驱动电路步进电机脉冲显示环行脉冲分配电路1、步进电机控制电路一、 课题名称步进电机控制电路二、 设计任务本课题要求设计一个步进电机的控制电路,该电路能对步进电机的运行状态进行控制。三、 设计要求1、 基本要求(1). 能控制步进电机正转和反转及运行速度, 并由 LED显示运行状态。 (步进电机工作方式可为单四拍或双四拍) 。单四拍方式:通电顺序为ABCDA;双四拍方式:通电顺序为AB BC CD DA AB 。(2). 测量步进电机的步距角。 (通过实测步进电机旋转一周时所需要的脉冲数,推算出步进电机的步距角) 。2、 扩展要求设计步进电机的工作方式为四相八拍。四相八拍方式:通电顺序为
3、AAB BBC C CD DDA A。四、 设计方案及其选择1、设计框图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 17 页 - - - - - - - - - 3 2、参考元件NE555 , 计数器 74LS161 , 74LS08 , 74LS74 , 74LS14(04), 74LS138(74LS153),CD4017 ,74LS194 ,四相步进电机,发光二级管,整流二极管IN4007,复合三极管 TIP122,5 欧(1W )电阻,其他电阻、电容若干。3、
4、实验分析通过查阅相关资料, 我组成员得知: 步进电机的转角和转动方向取决于各相通电脉冲个数和顺序。控制脉冲的频率可改变电机的转动速度和加速度。正转:单四拍方式: ABC D A;双四拍方式: ABBC CD DA AB ;四相八拍方式: AAB BBC CCD DDA A。反转:单四拍方式: AD C BA;双四拍方式: ABDA CD BC AB ;四相八拍方式: ADA D CD CBC BAB A。脉冲发生电路是由NE555及外接阻容元件构成的多谐振荡器,用 NE555为74LS161提供时钟脉冲,使74LS161进行十六进制计数,将QA 、QB 、QC三个输出端的信号作为 74LS13
5、8芯片的输入信号由其进行译码工作, 进而组成环形脉冲控制电路。通过选择不同的输出从而得到控制电路,最后通过驱动电路连接步进电机得到实验结果。4、实验电路设计(1)脉冲发生电路脉冲发生电路是由NE555及外接阻容元件构成的多谐振荡器产生的,多谐振荡器是一种可以产生周期性的矩形脉冲信号的振荡电路。其电路图如下:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 17 页 - - - - - - - - - 4 仿真结果如下图:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -
6、- - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 17 页 - - - - - - - - - 5 根据公式 f=1/ln2(R1+2R2)C 和 q=(R1+R2)/(R1+2R2) 可分别计算出其频率和占空比:实际数据: R1=1K R2=1K C=1uF 计算数值: f=480.9Hz 实际数值: f=476.19Hz 占空比: q=66.7% 因控制脉冲的频率可改变电机的转动速度,而频率随R1的变化而变化,为了实现变速,将R1设为一个滑动变阻器。(2)环形脉冲分配电路环形脉冲分配电路是步进电机中一个重要环节,利用环形脉
7、冲分配电路可以产生所需要的脉冲波形, 以实现对步进电机的控制。 生成题目所要要求的单四拍,双四拍,和四相八拍三种工作模式。上图为 74LS161的管脚图。74LS161计数脉冲由单次脉冲源提供, 清零端 、置数控制端、工作状态控制端CTP 、CTT 、并行数据输入端D3 D0 分别接逻辑电平开关,进位信号输出端CO 、计数器状态输出端Q3 Q0均接逻辑电平显示。按如下逐项测试并判断该集成块的功能是否正常。 a 、异步清零功能:当 =0 时,这时 Q3Q2Q1Q0=0000,计数器清零。其名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -
8、 - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 17 页 - - - - - - - - - 6 它输入信号都不起作用,与CP无关,故称为异步清零。 b 、同步并行置数功能:当 =1, =0 时,在 CP上升沿操作下,并行输入数据 d3 d2 d1 d0置入计数器。 c 、二进制加法计数功能:当=1,若 CTP=CTT=1,则计数器对 CP信号按照 8421 码进行加法计数。 d 、保持功能:若CTP ?CTT=0 ,则计数器将保持原来状态不变;若CTP ?CTT=1 ,则计数器将保持正常工作状态,可以正常计数。用 NE555为 74LS161 提供时钟脉冲,使74LS161
9、进行十六进制计数,将QA 、QB 、QC三个输出端的信号作为74LS138芯片的输入信号由其进行译码工作。74LS161真值表: (Y表示取反 ) A B C Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7工作相0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 A 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 AB 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 B 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 BC 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 C 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 CD 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 D 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 DA 由表得:
10、A=Y0 Y1Y7 B=Y1Y2Y3 C=Y3Y4Y5 D=Y5Y6Y7名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 17 页 - - - - - - - - - 7 电路图如下:(3)控制电路下表所示为步进电机的单四拍、 双四拍和四相八拍的励磁方式及A、B、C、D相的输入逻辑信号。工作方式励磁方式D C B A 单四拍A 1 1 1 0 B 1 1 0 1 C 1 0 1 1 D 0 1 1 1 A 1 1 1 0 工作方式励磁方式D C B A 双四拍AB 1 1
11、0 0 BC 1 0 0 1 CD 0 0 1 1 DA 0 1 1 0 AB 1 1 0 0 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 17 页 - - - - - - - - - 8 工作方式励磁方式D C B A 四项八拍A 1 1 1 0 AB 1 1 0 0 B 1 1 0 1 BC 1 0 0 1 C 1 0 1 1 CD 0 0 1 1 D 0 1 1 1 DA 0 1 1 0 A 1 0 0 0 步进电机的每个相都由75LS138的 3 个输出端控制
12、,只要 3 个输出端有一个端输出为 0 时该端所控制的相工作。控制电路部分的电路图如下:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 17 页 - - - - - - - - - 9 因反转只需将原有的输出信号按相反顺序输入给步进电机的四个相即可得到,我们对以上电路图作如下改动:为实现反向,我组利用接线相反的两片138 芯片。为实现单四拍、双四拍、四相八拍的转换, 我组在 74LS138与 74LS08间加入控制开关, 以得到不同输出。我组此部分最终仿真电路图如下:(4
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