2015武汉理工大学-数字电子线路课程设计--四相一拍-步进电机仿线 武汉理工大学-数字电子线 路课程设计--四相一拍-步进电 机仿真制作 目录 前言 ………………………………………………………………………………………1 1 设计技术指标与要求 …………………………………………………………………2 1.1 设计技术指标 ……………………………………………………………………2 1.2 设计要求 …………………………………………………………………………2 2 方案论证与选择 ………………………………………………………………………2 2.1 脉冲分配系统方案 ………………………………………………………………2 2.2 脉冲分配电路 ………………………………………………………………3 3 单元电路的设计和元器件的选择 ……………………………………………………4 3.1 步进电机实现四相四拍和正反转功能…………………………………………4 3.2 输出控制模块的设计……………………………………………………………4 3.3 步进电机工作原理的设计………………………………………………………5 3.4 主要元器件的选择………………………………………………………………6 4 系统电路总图及原理…………………………………………………………………6 5 电路连接测试 …………………………………………………………………………7 6 性能测试 ……………………………………………………………………………9 6.1 时钟脉冲电路…………………………………………………………………9 6.2 连续运行电路测试………………………………………………………10 7 结论……………………………………………………………………………12 8 性价比…………………………………………………………………………12 9 心得体会………………………………………………………………………13 参考文献 …………………………………………………………………………………14 0 武汉理工大学《数字电子线路》课程设计说明书 前言 步进电动机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机。 这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲电动机。步进电动机的转子由软 磁材料或永磁材料制成多极的形式，定子上装有多相不同连接的控制绕组。它的激励信号 有直流脉冲、方波、多相方波和逻辑序列多种。步进电动机的步距和速度不受电压波动、 环境温度和负载变化的影响，而仅与脉冲频率有关。改变脉冲频率就能在很大范围内准确 调节电动机的速度。因此步进电动机用于开环数字控制，可大大简化控制系统。步进电动 机配以位置检测元件时也可用于闭环数字控制，常用于打印机、带读出器、计数器、绘图 机、数控机床、阀门执行机构、定位平台和数模转换器等。步进电动机种类繁多，按运动 形式分为旋转式步进电动机和直线式步进电动机。步进电机作为执行元件，是机电一体化 的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展， 步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 步进电机若在其输入端加入一个脉冲信号，该电机就会转过一个步距角。它输出的角 位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反 转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。 四相四拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。它与普通电机一 样，分为定子和转子两部分，在定子的 4 个磁极上分别绕有绕组，对称的绕组形成一相绕 组，四相电机有 A、B、C、D 四相绕组。每给一相绕组通电一次称为一拍。四相四拍步进 电机工作的正转次序为 A——B—C—D，反转次序为 D—C—B—A。步进电机每步旋转的角 度大小，称为步距角。它是由电动机本身转子的齿数和每一个通电循环内通电节拍决定的， 四相四拍模式的步距角为 90°。 脉冲信号按规定的方式分配给步进电机各相绕组，使各相绕组轮流接受脉冲信号的控 制，通常是由环形分配器来实现的。它是一个中间转换环节，前面与时钟脉冲电路相接， 后面接驱动电路。三者组成了步进电机的控制器。环形脉冲分配器是本次课程设计的重点 和难点。 1 0 0 74LS191 功能表 74LS138 译码器真值表 环形分配器电路图如图所示 环形分配器电路图 3 单元电路的设计与元器件选择 0 武汉理工大学《数字电子线 步进电机实现四相四拍和正反转功能 用 74LS191 可逆计数器和与非门电路用置数法连接成 4 进制计数器，QC 接与非门接 到置数端（LOAD），在 U/D 端接一个开关 S1，控制加减法计数。当接低电平时，实现加法 计数，步进电机正转；当接高电平时，实现减法计数，步进电机反转。由 74LS191 输出的 逻辑信号为 QA、QB、QC、QD、，经 74LS138 和与非门译码后输出 A、B、C、D 的四拍工作状 态。四相四拍步进电机正转顺序：A-B-C-D,其逻辑表示为 A=000，B=001，C=010，D=011。 根据逻辑表示用与非门输出 A、B、C、D 的相（X(A,B,C,D)=(Y0ˊY1ˊY2ˊY3) ），接到驱 动电路，控制四相四拍步进电机的转动。 3.2 输出控制模块的设计 输出控制模块图 3.3 步进电机工作原理的设计 四相四拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。它与普通电机一 样，分为定子和转子两部分，在定子的 4 个磁极上分别绕有绕组，对称的绕组形成一相绕 组，四相电机有 A、B、C、D 四相绕组。每给一相绕组通电一次称为一拍。四相四拍步进 电机工作的正转次序为 A——B—C—D，反转次序为 D—C—B—A。步进电机每步旋转的角 1 武汉理工大学《数字电子线路》课程设计说明书 度大小，称为步距角。它是由电动机本身转子的齿数和每一个通电循环内通电节拍决定的， 四相四拍模式的步距角为 90°。 步
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