步进电机环形分配器 （1）工作原理 步进电机控制主要有三个重要参数即转速、转过的角度和转向。由于步进电机的转动是由输入脉冲信号控制，所以转速是由输入脉冲信号的频率决定，而转过的角度由输入脉冲信号的脉冲个数决定。转向由环形分配器的输出通过步进电机A、B、C相绕组来控制，环形分配器通过控制各相绕组通电的相序来控制步电机转向。 如图1给出了一个双向三相六拍环形分配器的逻辑电路。电路的输出除决定于复位信号RESET外，还决定于输出端Q A、Q B、Q C的历史状态及控制信号－EN使能信号、CON正反转控制信号和输入脉冲信号。其真值表如表1所示。 图1 步进电机环形分配器 表1 真值表
（2）程序设计 程序设计采用组合逻辑设计法，由真值表可知： 当CON＝0时，输出Q A、Q B、Q C的逻辑关系为： 当CON＝1时，输出Q A、Q B、Q C的逻辑关系为： 当CON＝0，正转时步进机A、B、C相线圈的通电相序为： 当CON＝1，反转时各相线圈通电相序为： Q A、Q B、Q C的状态转换条件为输入脉冲信号上升沿到来，状态由前一状态转为后一状态，所以在梯形图中引入了上升沿微分指令。 PLC输入/输出元件地址分配见表2。 表2 PLC输入/输出元件地址分配表 根据逻辑关系画出步进电机机环形分配器的PLC梯形图，如图2所示。 CON10 Z EN CLK A B C A B C 1ΦΦ100100 01↑101110 01↑001010 01↑011011 01↑010001 01↑110101 01↑100100 PLC IN代号PLC OUT代号 X0CLK Y0Q A X1EN Y1Q B X2RESET Y2Qc X3CON
目录 摘要 (1) 1设计任务与要求 (2) 1.1设计目的 (2) 1.2设计要求和设计指标 (2) 2方案分析 (3) 3系统硬件部分 (4) 3.1主控模块 (4) 3.2键盘输入模块 (7) 3.3电机模块 (8) 3.4显示模块 (11) 4系统软件部分 (13) 4.1整体流程图及主程序 (13) 4.2按键流程图及程序 (14) 4.3显示模块程序 (19) 4.4电动机模块流程图及程序 (20) 4.5中断程序 (22) 5仿真运行 (24) 6心得体会 (25) 参考文献 (26) 附录一：Protues硬件仿真图 (27) 附录二：系统程序 (27)
摘要 步进电机在控制系统中具有很广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器或角位移发生器等。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 此次设计使用C语言作为编程语言。C语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件、三维、二维图形和动画，具体应用例如单片机以及嵌入式系统开发。 硬件部分使用89C51作为主控芯片，并使用ULN2003A将单片机的信号放大以控制步进电机，同时使用4位数码管显示转动角度及次数。 关键词：步进电机C语言AT89C51 ULN2003A 转动角度
步进电机控制实验 一、实验目的： 了解步进电机工作原理，掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法，熟悉步进电机驱动程序的设计与调试，提高单片机应用系统设计和调试水平。 二、实验容： 编写并调试出一个实验程序按下图所示控制步进电机旋转： 三、工作原理： 步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一，例如在机械装置中可以用丝杠把角度变为直线位移，也可以用步进电机带螺旋电位器，调节电压或电流，从而实现对执行机构的控制。步进电机可以直接接收数字信号，不必进行数模转换，用起来非常方便。步进电机还具有快速启停、精确步进和定位等特点，因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。 步进电机实际上是一个数字/角度转换器，三相步进电机的结构原理如图所示。从图中可以看出，电机的定子上有六个等分磁极，A、A′、B、B′、C、C ′，相邻的两个磁极之间夹角为60o，相对的两个磁极组成一相（A-A′，B-B′，C-C′），当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿，电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布的圆周上，相邻两个齿之间夹角为9°。 当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子形成磁路，如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子将转动一定的角度，使转子和定子的齿相互对齐。由此可见，错齿是促使步进电机旋转的原因。 三相步进电机结构示意图 例如在三相三拍控制方式中，若A相通电，B、C相都不通电，在磁场作用下使转子齿和A相的定子齿对齐，我们以此作为初始状态。设与A相磁极中心线对齐的转子的齿为0
环形振荡器 设计要求： 设计一环形振荡器，频率在120KHz 左右，尽量降低振荡频率和电源电压的相关性。 设计： 环形振荡器是有奇数个反相器构成的环形回路。电路如下图所示： 本设计中，由于振荡频率要求在120KHz 的低频，根据提供的工艺，寄生电容和电阻都很小，要实现如此之低的振荡频率需要非常多的反相器串联，电路冗长庞大。所以采用需要外加阻容元件降低工作频率。电路如下图所示。 反相器内部电路： 本设计要求尽量降低振荡频率和电源电压的相关性。造成这个相关性的原因主要来自电路的寄生电阻电容： 1． 对管的输出电阻Rn 或Rp 。 2 ()2n n THN VDD R KP W VDD V L =-可见VDD 越大，此电阻越小，振荡频率越高。 2． 寄生电容Cgd ，Cgs 。这两个参数对电源的相关性较小，但是也受一定的影响。 可见， 要有效降低振荡频率和电源电压的相关性，可采用外部的远大于寄生参数的元件来吸收寄生参数以达到目的。经分析，电路受电源影响较大的是对管的输出电阻Rn 或Rp, 它们的阻值大约为几千欧，这里，把外部的电阻取在400K 可以有效地降低相关性。根据振荡频率120KHz ，计算出τ=0.00833ms ，每一级的平均时延为/3τ=0.00278ms ，需要的电容
大小为3C R τ ==6.94pF 。这里设计的反相器输出端本身就有800fF 的电容，再考虑到寄生 电阻，电容，这里将外接电容的值取为5.5pF 。 Spice 网表文件： * Waveform probing commands .probe .options probefilename="ring_my1.dat" + probesdbfile="E:\Program Files\Tanner EDA\S-Edit\tutorial\schematic\ring_my1.sdb" + probetopmodule="ring_my1" .lib "E:\Gspice\HSPICE2002\H06MIXDDCT10V02.LIB" tt .lib "E:\Gspice\HSPICE2002\H06MIXDDCT10V02.LIB" resistor .lib "E:\Gspice\HSPICE2002\H06MIXDDCT10V02.LIB" bjt .SUBCKT inv in out Gnd Vdd c2 out Gnd 800ff m1p out in Vdd Vdd pmos L=5u W=12u mn1 out in Gnd Gnd nmos L=5u W=8u .ENDS * Main circuit: ring_my1 C1 N3 Gnd 5.5pF C2 N2 Gnd 5.5pF C3 a7 Gnd 5.5pF Xinv7 a7 OUT Gnd Vdd inv Xinv_1 N3 N5 Gnd Vdd inv Xinv_2 N2 N1 Gnd Vdd inv .print tran OUT R4 N2 OUT 400K TC=0.0, 0.0 R5 N1 N3 400K TC=0.0, 0.0 R6 N5 a7 400K TC=0.0, 0.0 .tran 50n 14000000n start=800000n VCC Vdd GND PWL (0 5 8000000n 4.5 9000000n 4 10000000n 3.5 11000000n 3 12000000n 2.5 13000000n 2) * End of main circuit: ring_my1 这里用的仿真软件是Tanner 系列的T-Spice 。 仿真：
摘要 进步电机是几点数字控制系统中常用的控制元件之一。由于其精度高，体积小，控制方便灵活，因此在智能仪表和位置中得到广泛的应用。 步进电机是机电控制中一种常见的执行机构。步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。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。他易于实现与计算机或其他数字元件接口，适用于数字控制系统。
1 课程设计任务和要求 课程设计任务 设计一个三相步进电机控制系统，设计一个计算机步进电机程序控制系统，可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。通过设计，掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。 要求完成的主要任务: （1）设计接口电路和驱动电路，对步进电机进行控制。 （2）选择控制算法，编写控制程序，实现三相步进电机在双三拍工作方式下先正转90度，然后再反转60度，要求其速度可调，转向可控。 （3）写出设计说明书。 课程任务要求 （1）查阅资料，确定设计方案 （2）选择器件，设计硬件电路，并画出原理图和PCB图 （3）画出流程图，编写控制程序 （4）撰写课程设计说明书 2 步进电机的概述 2.1 步进电机的特点 1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 2）步进电机外表允许的温度高。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。 3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的
毕业设计（论文）开题报告 学生专业 学号姓名班级 指导教师及职称 题目步进电机控制设计结合毕业设计（论文）课题情况，根据所 查阅的文献资料，每人撰写500 字左右的文献综述： 一、选题的背景和意义： 步进电动机是数字控制系统中一种十分重要的自动化执行元件，在工业自动化装备，办公自 动化设备中有着广泛的运用，近年来，控制技术、计算机技术以及微电子技术的迅速发展，有力 地推动了步进电动机控制技术的进步，提高了步进电动机运动控制装置的应用水平。过去电动机 的控制多用模拟法，随着计算机应用技术的迅速发展，电动机的控制也发生了深刻的变化，步进 电机常常和计算机一起组成高精度的数字控制系统。模拟控制已经逐渐被使用单片机为主的混合 控制和全数字控制所取代。 步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的执行机构，其转子角位移与输入脉冲的频率成 正比，通过改变脉冲频率可以实现大范围的调速；同时，步进电机易于与计算机和其他数字元件 接口，因此被应用于各种数字控制系统中[2] ，本设计的步进电动机控制系统由单片机（控制电路），脉冲分配电路、功率放大电路（驱动电路）、步进电动机及电源系统组成组成。 步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动 机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反 转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自 动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展， 步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。
数控 数显 硬件脉冲环形分配器的设计 河北省农业工程学校 孙继山 在对一台数控机床维修中,发现其步进电动机 的环形分配器损坏,在原配件买不到的情况下,我用 D触发器和与非门电路进行代换,取得了成功。下 面将电路设计过程作一介绍。 1.根据电机的相数,选择D触发器的数量。一 个触发器控制步进电动机的一相。我们所用的步进 电动机是三相电动机,需用三个D触发器,分别用 F A、F B、F C表示。其状态分别用Q A、Q B、Q C表示。 2.根据步进电动机的通电方式,列出带方向控 制的真值表。三相步进电动机的通电方式有三相单 三拍、三相双三拍和三相单双六拍。由原电路集成 块YB013的3、4接高电平说明其工作在单双六拍。 用D作为方向控制,D=1电机正转、D=0电机反 转。列出的真值表如表1。 表1 真值表 D Q A N Q B N Q C N Q A N+1Q B N+1Q C N+1 1100110 1110010 1010011 1011011 1001101 1101100 0100101 0101001 0001011 0011010 0010110 0110100 3.根据真值表,利用卡诺图得每个触发器的次 态方程。以F A为例,画出卡诺图,由真值表添入数 值后结果如图1。 D Q A n Q B n Q C n000111 10 00x0 01 0110x1 1111x0 10x100 图1 卡诺图 经化简得: Q A n+1=D Q C n+DQ B n=D Q C n D Q B n Q B n+1和Q C n+1可用同样方法得出。也可根据三相电路的对称性,由Q A n+1的表达式推出: Q B n+1=D Q C n D Q B n Q C n+1=D Q B n DQ A n 4.对照D触发器的特性方程:Q n+1=D,得到每个触发器的驱动方程: D A=D Q C n D Q B n D B=D Q A n D Q C n D C=D Q B n D Q A n 5.由驱动方程画出脉冲分配器电路如图2。 图2 脉冲分配器电路 图3 原电路接线图 6.应用:原电路接线如图3所示。图中8031单片机用P1口的三根口线P1 0、P1 1、P1 2实现对环分电路的控制,其中: P1 0:方向控制输出端,接至代换电路的D端。 P1 1:输出控制信号,可用其封锁代换电路的CP 脉冲。 P1 2:环分电路复位控制,接至代换电路的R。代换电路的CP脉冲直接接8155定时器的定时输出。 (收稿日期:2000-12-15) ! 11 ! 数控 数显 机床电器2001No.6
课程设计 课程名称微型计算机控制技术 题目名称步进电机角度控制（1） 学生学院自动化学院 专业班级自动化（4）班 学号 学生姓名 指导教师 2012 年 6 月26 日
一、系统设计说明 1.硬件设计 本次设计要求通过键盘按键实现对步进电机的转动次数和每次转动的角度的控制，并通过数码管显示出来。 本方案中通过按键对步进电机的转动角度进行设定，给各个按键设置不同的键值。按下按键时，给8255A一个信号设定步进电机下一步的动作。8086通过8255A的数据总线读取该信号，并作出反应，通过给8255A一系列的指令驱动其工作，从而驱动步进电机和LED 显示器 2.软件设计 3.显示模块设计说明： 为使显示程序具有通用性和灵活性，在8086内设置一个显示缓冲区，显示缓冲区的每个单元与LED的各位一一对应。当主程序需要显示，只需将要显示的字符送入显示缓冲区，然后调用显示子程序。显示子程序的任务则是逐一取出显示缓冲区中的字符、查字形表转换成相应字型码，然后通过字段口输出显示。显示模块是用四位七段数码管来显示转动次数和每次转动的角度。给八个按键设置不同的子程序，当按下按键时，根据事先设定好的各个按键对应的转动角度的值输出到数码管进行显示。 步进电机模块设计说明： 在此设计中，采用的是八拍步进电机。步进电机控制程序就是完成环形分配器的任务，从而控制电动机的转动，以达到控制转动角度和位移的目的。控制模型可以以立即数的形式一一给出。对于步进电机模块的程序设计采用循环程序设计方法。先把转动的次数和角度的控制模型存放在内存单元中，然后再逐一从单元中取出控制模块并输出。首先启动，按下按键选择步进电机的角度，然后读入转动的控制模型驱动步进电机转动。 二、程序设计流程图
实验三：环形振荡器版图设计 一、实验目的 1、使用现有的布局实例创建新的布局； 2、仿真提取版图； 二、实验要求 1、打印出DRC报告； 2、输出CMOS环形振荡器的后置仿真结果，包括瞬态响应、振荡频率和平均功率。 三、实验工具 Virtuoso 四、实验内容 1、创建CMOS环形振荡器电路原理图； 2、创建CMOS环形振荡器的版图； 3、后仿真(Post-layout simulation,PLS)。
1、创建CMOS环形振荡器的电路原理图 在library manager界面选中lab1(自己创建的库)，并点击菜单栏上的file->new->cell view,创建CMOS环形振荡器的电路原理图。 图1 CMOS环形振荡器电路原理图的创建 因为CMOS环形振荡器是由几个CMOS反相器组成的，在前面两个实验中已经创建好了CMOS反相器的电路原理图，所以可以直接调用CMOS反相器，在schematic editing窗口利用快捷键’i’打开添加实例窗口，选择之前所创建的CMOS反相器，如图2所示，连续放置5个。 图2 添加CMOS反相器 将5个CMOS反相器一次首尾相连，接着创建一个输出引脚，放置在最后一个CMOS反相器后，并通过wire将它们连接起来，具体如图3所示：
图3 CMOS环形振荡器电路原理图 2、创建CMOS环形振荡器的版图 与创建CMOS反相器的版图类似，也是在library manager窗口先选中lab1,在选择file->new->cell view,在弹出的窗口中输入环形振荡器的信息如图4所示： 图4 CMOS环形振荡器版图的创建 在layout editing中添加5个CMOS反相器，并将它们摆放在一起，中间的金属正好相接，如图5所示： 图5 CMOS环形振荡器版图
步进电机论文：五相混合式步进电动机环形分配器的设计 2012年1月21日 五相混合式步进电机环形分配器的设计 徐殿国王宗培（哈尔滨工业大学） l引言 五相混合式步进电机具有许多优良的性能，因此在国内外都得到了较大发展，其驱动技术也取得了很大进步[1]。由于五相混合式步进电动机系统的研制和开发历史不长，电机驱动电源中的环形脉冲分配器专用芯片目前尚未见到，国内外厂家生产的五相混合式步进电动机驱动电源中的环形脉冲分配器大都是由数字逻辑集成电路或EPROM存贮器构成的[2．3]。由于电机的运行节拍和运行方式较多，采用这些方式设计的环形脉冲分配器结构复杂、功能较少、可靠性不高。近年来随着逻辑可编程器件的出现，为逻辑电路的设计提供了极大的灵活性，因此完全可以用逻辑可编程器件（例如PAL、GAL等）设计步进电动机的环形脉冲分配器。本文给出由两片GAL16V8构成的五相混合式步进电动机环形脉冲分配器的设计方法。 2五相混合式步进电机的励磁方式及环形脉冲分配逻辑 根据五相混合式步进电机韵工作原理，可以得到如表1所示的励磁方式。可见五相混合式步进电机的励磁方式很多，但是运行节拍只有两种即整步10拍和半步20拍。尽管该电机的励磁方式很多，但从电机运行的平稳陛和获得最大合成转矩的角庋出发，表1五相混合式步进电动
机的励磁方式常采用4-4相通电方式作为整步运行方式，4-5相通电方式作为半步运行方式。整步运行方式中的5-5相通电方式虽较4-4相通电方式的合成转矩大，但由于驱动电源中采用桥式电路时存在上下桥臂换向容易引起短路而较少采用。本文给出的是4-4相通电方式和5-5相通电方式的环形脉冲分配器设计方法。 根据五相混合式步进电机的合成转矩矢量图[4]，可以得到4-5相励磁方式和4-4相励磁方式下的逻辑通电状态变化顺序，如表2所示。与之对应的功放电路形式如图1所示。表2中的“1”代表功率管导通，“0”代表功率管关断。其中正转的逻辑通电状态变化顺序 为。 表2中序号为奇数的逻辑通电状态即为4-4相励磁方式。
课程设计任务书 设计题目：微机步进电机控制系统设计 设计目的： 1.巩固和加深课堂所学知识； 2.学习掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的能力； 3.通过步进电机控制系统设计与制作，深入了解与掌握步进电机的运行方式、方向、速 度、启/停的控制。 设计任务及要求：（在规定的时间内完成下列任务） 任务：控制四相步进电机按双八拍的运行方式运行。按下开关SW1时启动步进电机，按ESC键停止工作。采用循环查表法，用软件来实现脉冲循环分配器的功能 对步进电机绕组轮流加电。 要求对题目进行功能分析（四项功能：快速顺时针旋转，慢速顺时针旋转， 快速逆时针旋转和慢速逆时针旋转），进行步进电机远程控制系统硬件电路设 计，画出电路原理图、元器件布线图、实验电路图；绘制程序流程图，进行 步进电机控制程序设计（采用8086汇编语言）；系统调试、运行，提交一个 满足上述要求的步进电机控制系统设计。 时间安排：(部分时间,某些工作可以自己安排重叠进行) 具体要求：设计报告撰写格式要求（按提供的设计报告统一格式撰写）， 具体内容如下： ①设计任务与要求②总体方案与说明 ③硬件原理图与说明④实验电路图与说明 ⑤软件主要模块流程图 ⑥源程序清单与注释 ⑦问题分析与解决方案（包括调式记录、调式报告，即在调式过程中遇到的主要问 题、解决方法及改进设想）； ⑧小结与体会 附录：①源程序（必须有简单注释）②使用说明③参考资料 指导教师签名：08 年12 月01 日 教研室主任（或责任教师）签名：年月日
目录 第1章需求分析 (1) 1.1课程设计题目 (1) 1.2步进电机介绍 (1) 1.3课程设计任务及要求 (1) 1.4软硬件运行环境及开发工具 (1) 第2章概要设计 (2) 2.1设计原理及实现方法 (2) 2.1.1 步进电机控制原理 (2) 2.1.2微机步进电机控制系统原理图 (2) 2.1.3 运行方式与方向的控制——循环查表法 (3) 2.1.4步进电机的启/停控制——设置开关 (4) 2.2微机步进电机控制系统设计流程图 (4) 第3章详细设计 (5) 3.1 硬件设计与实现 (5) 3.2软件设计 (5) 3.2.1正向慢转子程序 (5) 3.2.2正向快转子程序 (6) 3.2.3反向慢转子程序 (6) 3.2.4反向快转子程序 (6) 3.2.5长延时子程序 (7) 3.2.6短延时子程序 (7) 第4章系统调试与操作说明 (7) 4.1系统调试 (7) 4.2 操作说明 (8) 第5章课程设计总结与体会 (8) 参考文献 (9) 附录微机步进电机控制系统源程序 (9)
步进电机驱动电路设计 摘要 随着数字化技术发展，数字控制技术得到了广泛而深入的应用。步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速起动和停止的特点。因为步进电动机组成的控制系统结构简单，价格低廉，性能上能满足工业控制的基本要求，所以广泛地应用于手工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器件以及各种可控机械工具等等。直流电机广泛应用于计算机外围设备( 如硬盘、软盘和光盘存储器) 、家电产品、医疗器械和电动车上, 无刷直流电机的转子都普遍使用永磁材料组成的磁钢, 并且在航空、航天、汽车、精密电子等行业也被广泛应用。在电工设备中的应用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直流电动机。此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。他们都是利用电和磁的相互作用来实现向机械能能的转换。 介绍了步进电机和直流电机原理及其驱动程序控制控制模块，通过AT89S52单片机及脉冲分配器(又称逻辑转换器)L298完成步进电机和直流电机各种运行方式的控制。实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。整个系统采用模块化设计,结构简单、可
集成电路设计实践报告 题目：基于Cadence的反相器设计 班级： 学号： 姓名： 1.关于Cadence EDA软件
Cadence EDA软件是当前在各类工作站上广泛使用的一种功能最为完备的电子设计自动化辅助工具，其布局/布线工具与电路仿真工具的性能超群，世界上绝大多数IC生产厂商都可以直接接收由它们生成的IC版图和仿真结果。 对于全定制的设计，首先应输入电路原理图，然后对其要完成的功能进行仿真，以便对设计功能进行验证并对设计参数进行优化。仿真结束后，进行电路的IC版图设计，设计完成后要进行版图的设计规则检查和设计参数的提取，以检查版图设计是否符合工艺要求。完成了版图的设计后，还要将版图电路与原理图电路进行对比，即LVS(Layout Versus Schematic)。确定无误后，用从版图中提取的包括各种寄生参数在内的数据进行所谓的后仿真(Post Simulation)，该后仿真能够比较好地反映IC制造完成后电路的实际工作情况。一旦仿真结果满足设计要求，就可以将版图数据提交给生产厂商进行流片生产。 2.反相器设计 2.1实验目的 1、掌握用Composer绘制倒相器的电路图； 2、掌握用Analog Artist进行倒相器的电路仿真。 3、通过Vrtuoso工具进行倒相器的版图设计，尺寸按照要求绘制； 4、对倒相器的版图进行DRC、ERC、LVS验证。 2.2实验步骤 2.2.1反相器原理图的绘制 1 在终端提示符下，键入icfb&，启动Cadence EDA软件。 2 在弹出的Library Manager窗口中执行File->New->Library，将会弹出如下图所示的窗口，在Name栏中输入设计库的名字，然后还需要为设计选择一个已经存在的工艺库。具体做法是点击Attach to existing tech library前面的按钮，然后选择相应的工艺文件，当然在进行电路设计及仿真时也可以不选定工艺文件，最后点击OK。 3、在Library Manager窗口中先选择刚才新建立的库，再在菜单文件选项中选择执行File->New->Cell View选择工具栏中的“添加元件”，弹出添加元件的窗口，点击Add Instance窗口中的Browse，会弹出Component Browser窗口，选定Library为analogLib，并使得Flatten的复选框选中，一些常用的元器件就在Analoglib库中列出来了。
课程数控实验 题目基于LPC2114的直流电机控制系统学院信息工程学院 专业13计算机测控 学号3113002316、3113002317、 3113002318、3113002319 姓名谢志鹏、杨光、叶国康、曾晖
基于LPC2114的步进电机控制器 一．实验要求 1.用一片LPC2000处理器或单片机设计步进电机驱动器，实现脉冲环形分配器和放大驱动电路功能，驱动步进电机运行。 2.用另外一片LPC2000处理器设计数控系统，设置步进电机步进运动方向选择开关、电位器输入步进运动速度、键盘输入步进运动步数，设置运动脉冲和方向信号输出给步进电机驱动器，实现对步进电机的运动控制信号给定。 二．实验原理 1.LPC2103部分（步进电机驱动部分）： （1）脉冲输入：利用LPC2103芯片的脉宽调制器（PWM）产生占空比为50%的方波信号。 （2）正反转：把L297的CW/CCW接到LPC2103的一个引脚，通过控制该引脚电平的高低即可实现控制电机正反转。 （3）步进步数控制：把步进电机控制器的定时器0设置成捕获计数模式，当捕获到一个脉冲时，TC 加1，直到TC等于给定步数时，停止方波输出。 2.LPC2114（信号输入部分） （1）步进运动速度输入：通过调节电位器，再经过LPC2114的AD转换，得到电位器触点的电压值。将电压值按照一定的比例换算成速度值，通过串口发送到LPC2103（步进电机控制器），以改变方波的频率。 （2）步进步数输入：通过键盘输入步进步数，将结果通过串口发送到LPC2103（步进电机控制器）。
三．硬件电路 图3.1 电路图 L297是步进电机控制器，适用于双极性两相步进电机或单极性四相步进电机的控制，可有半步、整步和波状三种驱动模式。片内斩波电路允许开关式控制绕组电流。该器件的一个显著特点是仅需时钟、方向和模式输入信号。步进电机所需相位由电路内部产生，大大减轻了的负担。 L297的引脚端功能如下： ◆引脚端10（使能端EN）为芯片的片选信号，高电平有效； ◆引脚端20（复位RST），低电平有效； ◆引脚端19（HALF/FULL）和引脚端17（CW/CCW）都通过上拉电阻链接到高电平； ◆引脚端18（时钟输入CLK）的最大输入时钟频率不能超过5KHz，控制时钟的频率，即可控制电机转 动速率； ◆引脚端19（HALF/FULL）决定电机的转动方式，HALF/FULL=0，电机按整步方式运转，HALF/FULL=1，
编制基于MCS51系列单片机汇编语言的能够实现3相6拍软件环形分配器正反转运行功能的程序。 正反转的识别由开关K7识别，设K7连接8031的P1.7，而三相电机的A、B、C通电状态由P1.0、P1.1、P1.2三条口线控制。 开关K7闭合，P1.7=1, 接正转，实现：A→AB→B→BC→C→CA→A 开关K7断开，P1.7=0, 接反转，实现：A→AC→C→CB→B→BA→A 硬件电路如图： ORG 0000H SJMP START ORG 0030H TABLE: DB 01H DB 03H DB 02H DB 06H DB 04H DB 05H ORG 0040H START:MOV SP, #60H SETB P1.7 JB P1.7, ZZH SJMP FZH ZZH: MOV DPTR, #TABLE
MOV R0, #0H LOOP1: MOV A, R0 MOVC A, @A+DPTR ORL P1, A ACALL DELAY CJNE R0, #05H, NEXT1 MOV R0, #0H SJMP LOOP1 NEXT1: INC R0 SJMP LOOP1 FZH: MOV DPTR, #TABLE MOV R0, #0H LOOP2: MOV A, R0 MOVC A, @A+DPTR ORL P1, A ACALL DELAY CJNE R0, #0H, NEXT2 MOV R0, #05H SJMP LOOP2 NEXT2: DEC R0 SJMP LOOP2 DELAY: MOV R7, #10H
DELAY1: MOV R6, #0FFH DELAY2: MOV R5, #0FFH DELAY3: DJNZ R5, DELAY3 DJNZ R6, DELAY2 DJNZ R7, DELAY1 RET END
指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 自动化学院 综合设计报告 设计题目：步进电机角度控制 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：2014年10 月 重庆邮电大学自动化学院制
摘要 本设计以STC12C5A60S2单片机为控制核心，主要由L298电机驱动模块，步进电机，按键输入等模块组成。步进电机的特性决定了其精确控制步进角的功能，在此次课程设计中我们采用了28BYJ48步进电机，其步进角为0.6°基本符合设计需求。系统由按键设定目标角度，之后将旋转角度折合为脉冲数驱动步进电机，从而达到角度控制的目的，在控制过程中同时将已给脉冲数折合回角度量，通过1602液晶显示实时显示，经检测控制系统基本达到题目要求。 关键词：51单片机步进电机 L298电机驱动
目录 摘要 ............................................................................................................................................................ I 一、设计题目 (3) 二、设计报告正文 (3) 2.1 系统设计思路及总体方案 (4) 2.1.1 设计思路 (4) 2.1.2 系统控制总体方案 (4) 2.2 总体方案论证 (4) 2.2.1 主控芯片的选择 (4) 2.2.2 电机选择........................................................................................ 错误！未定义书签。 2.2.3 驱动芯片选择 (5) 2.2.4液晶显示器选择 (6) 2.3 硬件电路设计 (6) 2.3.1 硬件设计总体方案 (6) 2.3.2 51单片机最小系统硬件设计 (7) 2.3.3按键设计 (8) 2.3.4显示单元硬件设计 (8) 2.3.5电机驱动硬件设计 (9) 2.3.6步进电机 (10) 2.3.7原理图与PCB板 (12) 2.4 程序设计 (13) 2.4.1 程序流程 (13) 2.4.2 LCD1602显示程序 (14) 2.4.3步进电机驱动程序 (15) 四、设计总结 (13) 参考文献 (18) 附录（源代码） (19) 附录一：主程序（main.c） (19) 附录二：LCD1602程序 (19)
环形脉冲分配器教案精 选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-
Ａ、导入新课 实物演示：演示环形脉冲分配器的电路功能，提出本次学习的任务，激发学生的兴趣。 B、新授课 7、1 环形脉冲分配器 基础知识 一、概述 按照逻辑功能和电路组成的不同，数字电子电路分成组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。本任务将介绍时序逻辑电路。 时序逻辑电路是由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，其方框图如图7-1所示。 图7-1 时序逻辑电路组成 时序逻辑电路的特点是：电路在任一时刻的输出状态不仅与该时刻输入信号状态有关，而且还与电路原有的状态有关。（如：指纹开门） 时序逻辑电路按状态转换情况可分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两大类。 同步时序逻辑电路是指在同一时钟脉冲CP的控制下，电路中所有触发器Q的状态都在同一时刻发生改变。而异步时序逻辑电路是在时钟脉冲CP 的控制下，各触发器Q的状态改变不在同一时刻发生。 最常用的时序逻辑电路是各种类型的寄存器和计数器。 寄存器 （一）概述 寄存器是常用于接收、暂存、传递数码及指令等信息的数字逻辑部件。 寄存器存放数码及指令等信息的方式有并行输入和串行输入两种： ⑴并行输入——数码及指令等信息从各对应位置的输入端同时输入到寄存器中。 ⑵串行输入——数码及指令等信息从一个输入端逐位输入到寄存器中。 寄存器传递数码及指令等信息的方式也有并行输出和串行输出两种： ⑴并行输出——数码及指令等信息同时出现在各对应位置的寄存器的输出端。 ⑵串行输出——数码及指令等信息在一个寄存器的输出端逐位出现。 寄存器分为数码寄存器和移位寄存器： ⑴数码寄存器——用于暂时存放数码的逻辑记忆电路。 ⑵移位寄存器——除具有存放数码的记忆功能外，还具有移位功能。（二）、数码寄存器演示法（结合演示讲解）举例法图片解释（结合演示讲解）连接线路 功能测试（结合演示讲解）连接与调试
目录 1 总体方案的确定 (1) 1.1 对步进电机的分析 (1) 1.2 电机的控制方案 (2) 1.3 控制算法的方案 (3) 1.4 串口通讯的模拟 (3) 2 硬件的设计与实现 (4) 2.1 微处理器的选择 (4) 2.2 控制电路的实现 (4) 2.3 键盘和显示电路 (6) 3 软件的设计与实现 (6) 3.1 控制信号输入程序 (7) 3.2 步进电机控制程序设计 (8) 3.3 程序分析及说明 (9) 4 系统的仿真与调试 (10) 4.1 程序的调试 (11) 4.2 串口通信的调试 (11) 4.3 调试结果及分析 (11) 5 设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)
步进电机速度控制系统设计报告 1 总体方案的确定 系统以单片机为核心，接收并分析来自键盘或串口的控制指令，经过CPU 的逻辑计算输出控制信息，让步进电机按要求转动。由于步进电机是开环元件，系统不需反馈环节，但也同时要求控制信号足够精确。此外，为实现单片机与电机之间信号对接，需要加入步进电机驱动单元。 1.1 对步进电机的分析 步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电式数模转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电机作为驱动元件。步进电机控制线路接收计算机发来的指令脉冲，控制步进电机做相应的转动，步进电机驱动数控系统的工作台或刀具。很明显，指令脉冲的总数就决定了数控系统的工作台或刀具的总位移量，指令脉冲的频率决定了移动的速度。因此，指令脉冲能否被可靠地执行，基本上取决于步进电机的性能。 步进电机的工作就是步进转动。在一般的步进电机工作中，其电源都是采用单极性的直流电源。要是步进电机转动，就必须对步进电机定子的各相绕组以适当的时序进行通电。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，即可达到调速的目的。本设计是用单片机输出可调脉冲作为单片机的控制信号，通过改写脉冲频率调节单片机转速。 常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，但噪声和振动都很大。混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点,它又分为两相和五相,应用最为广泛。单片机管脚输出电压一般不足以驱动步进电机转动，所以需要在单片机和步进电机之间加入驱动电路。
10.2 步进电动机位置控制系统 10.2.2 步进电动机的脉冲分配电路 1. 硬件脉冲分配器电路 步进电动机的脉冲分配可以由硬件和软件两种方法来实现。硬件环形分配器需要根据步进电动机的相数和要求的通电方式而设计专门的电路，图10.6所示为一个三相六拍的环形分配器。 分配器的主体是三个J-K触发器。三个J-K触发器的Q输出端分别经各自的功放线路与步进电动机A、B、C三相绕组连接。当QA＝1时，A相绕组通电；QB＝1时，B 相绕组通电；QC＝1时，C相绕组通电。DR+和DR-是步进电动机的正反转控制信号。 正转时，各相通电顺序：A－AB－B－BC－C－CA 反转时，各相通电顺序：A－AC－C－CB－B－BA 图10.6 三相六拍环形分配器 图10.6所示为的三相六拍环形分配器逻辑真值表如表10.1所示。
表10.1 三相六拍环形分配器逻辑真值表 2. 软件脉冲分配 对于不同的计算机和接口器件，软件环分有不同的形式，现以AT89C51单片机配置的系统为例加以说明。 （1）由P1口作为驱动电路的接口 控制脉冲经AT89C51的并行I/O接口P1口输出到步进电动机各相的功率放大器输入，设P1口的P1.0输出至A相，P1.1输出至B相，P1.2输出至C相。 （2）建立环形分配表 为了使电动机按照如前所述顺序通电，首先必须在存储器中建立一个环形分配表，存储器各单元中存放对应绕组通电的顺序数值，如表10.2所示。当运行时，依次将环形分配表中的数据，也就是对应存储器单元的内容送到P1口，使P1.0、P1.1、P1.2依次送出有关信号，从而使电动机轮流通电。 表10.2 三相六拍软件环形分配数据表
计算机控制技术课程设计报告《基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计》 专业及班级______ 09自动化（1）班_________ 姓名_____ 吴红田坤王林 指导老师_______ 丁健______________ 完成时间_______ _ 2012-6-17__________________
基于protues的步进电机控制系统设计 摘要：步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被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，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。