课程设计说明书 课程设计名称：数字电路课程设计 课程设计题目：步进电机简单的控制电路 学院名称：南昌航空大学信息工程学院 专业：班级： 学号：姓名： 评分：教师： 2013 年 9 月 9 日 数字电路课程设计任务书 20 13－20 14 学年第 1 学期第 2 周－ 4 周
注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
步进电机是一种原理为利用电子电路的电脉冲信号转变为角位移或线位移的感应电机。通过简单的数字电路来控制它的转速并可以利用数码管来计算其转动的圈数，便可以实现电机的正反向转动，并且在数码管上精确的显示出它转动的圈数，从而广泛应用于实际生活当中。其中涉及到计算机，数字电路，电机，机械，完成了简单的自动化控制流程，将所学知识应用于工程中，增加实践动手能力。 关键词：分频、时序控制、脉冲计数
前言 (1) 第一章设计内容及要求 (1) 第二章系统的组成及工作原理 (2) 第三章单元电路设计 (2) 3.1多谐振荡器 (2) 3.2 步进电机信号控制电路 (3) 3.3转速的测量及显示电路 (4) 第四章调试 (5) 4.1电路排板及制作 (5) 4.2电路的调试 (5) 第五章总结 (6) 附录1：设计原理图 (7) 附录2：PCB电路图 (8) 附录3: 元件清单 (9)
前言 步进电机最早出现于上世纪，源于资本主义的造船工业，是一种可以自由转动的电磁铁，其工作原理和如今的反应式电机差不多，是依靠磁导来产生电磁矩，从而实现转动。 到了80年代之后，微型计算机逐步的应用于工业与生活中，使得步进电机的控制更加的灵活多样，最主要的是利用分立元件或者小型的集成电路来控制，但是对元件的需求量很大，调试也很复杂，出现问题需要花大量的精力来调试，因此，通过计算机软件来控制步进电机是必然的趋势，以提高工作效率。 现在的步进电机主要是由数字电路组成，也是利用集成电路来控制电路，但是大大的提高了其精度，更好的满足工业发展的需要。目前用到最多的是混合式步进电机，并具有很好的发展前景。 步进电机按照工作原理可分为永磁式、磁阻式和永磁感应子式三种。 今后步进电机将会有以下四个方面的发展，为减小其占用的空间从而会往小型方向发展，以更加的适用于工业制造当中；为增加力矩，从而会将圆形改为方形，以提高其工作效率；为体现其优越的控制性能，从而会偏向于一体化设计，以实现电子自动化控制，更加灵活方便；为降低其成本，增加其性能，从而会向三相和五相的方向发展，以充分实现其优越性能。 步进电机以其显着的特点，在电子数字化时代将发挥重大作用，将广泛应用于数控车床、机器人、航空工业和电子领域中，可完成工作量大，任务复杂、精度高的制造业以及代替人类完成不利于身体健康的工业中，为生活带来更多的便利。 第一章设计内容及要求 基本要求：1、利用proteus软件设计步进电机的工作原理图，并进行仿真。 2、调试及实现。 （1）实现步进电机根据输入的脉冲旋转的相应圈数。 （2）可以实现复位，正反转控制，由4个LED代替4个线圈。 （3）实现步进电机的加速、减速功能。
减速步进电机28BYJ-48的原理如下图：中间部分是转子，由一个永磁体组成，边上的是定子绕组。当定子的一个绕组通电时，将产生一个方向的电磁场，如果这个磁场的方向和转子磁场方向不在同一条直线上，那么定子和转子的磁场将产生一个扭力将定子扭转。 依次改变绕组的磁场，就可以使步进电机正转或反转(比如通电次序为 A->B->C->D正转，反之则反转)。而改变磁场切换的时间间隔，就可以控制步进电机的速度了，这就是步进电机的驱动原理。 由于步进电机的驱动电流较大，单片机不能直接驱动，一般都是使用 ULN2003达林顿阵列驱动，当然，使用下拉电阻或三极管也是可以驱动的，只不过效果不是那么好，产生的扭力比较小。 参考：减速步进电机28BYJ-48最简单的驱动方法 28BYJ-48的内部结构请见这里 下面是一个步进电机的演示程序： #include
//八拍方式驱动，顺序为A AB B BC C CD D DA unsigned char code clockWise[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x0d}; void delay(unsigned char z) { unsigned char x,y; for(x=0;x 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、可靠,通过按键控制，操作方便，节省成本。 关键词：步进电机，单片机控制，AT89S52，L297，L298目录 单片机控制步进电机驱动器工作原理 步进电机在控制系统中具有广泛的应用。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。 有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般没有损坏)要改作它用，一般需自己设计驱动器。本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。 本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。 1. 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 图1 四相步进电机步进示意图 开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。 当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示： a. 单四拍 b. 双四拍 c八拍 图2.步进电机工作时序波形图 2.AT89C2051 步进电机驱动器系统电路原理如图3： 实用的步进电机驱动电路(图) 概述 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，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。 目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。本设计选用第三种方案，用PMM8713三相或四相步进电机的脉冲分配器、SI-7300A 两相或四相功率驱动器，组成四相步进电机功率驱动电路，以提高集成度和可靠性，步进电机控制框图见图1。 图1 步进电机控制系统框图 硬件简介 ● PMM8713原理框图及功能 PMM8713是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器，适用于控制三相或四相步进电机。控制三相或四相步进电机时都可以选择3种励磁方式，每相最小吸入与拉出电流为20mA，它不仅满足后级功率放大器的输入要求，而且在其所有输入端上均内嵌施密特触发电路，抗干扰能力强，其原理框图如图2所示。 图2 PMM8713的原理框图 在PMM8713的内部电路中，时钟选通部分用于设定步进电机的正反转脉冲输入发。PMM8713有两种脉冲输入法：双脉冲输入法和单脉冲输入法。采用双脉冲输入法时，CP、CU两端分别输入步进电机正反转的控制脉冲。当采用单脉冲输入时，步进电机的正反转方向由U/D的高、低电位决定。 激励方式控制电路用来选择采用何种励磁方式。激励方式判断电路用于输出检测；而可逆环形计数器则用于产生步进电机在选定的励磁方式下的各相通断时序信号。 ● SI-7300A的结构及功率驱动原理 SI-7300A是日本三青公司生产的高性能步进电机集成功率放大器，该器件为单极性四相驱动，采用SIP18封装。 步进电机功率驱动级电路可分为电压和电流两种驱动方式。电流驱动方式最常用的是PWM恒流斩波驱动电路，也是最常用的高性能驱动方式，其中一相的等效电路图如图3所示。 https://www.doczj.com/doc/d617595558.html,/gykz/2010/0310/article_2772.html 引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先，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；其次，通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到涮速的目的。目前，步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，在机电一体化产品中应用广泛，常用作定位控制和定速控制。步进电机驱动电路常用的芯片有l297和l298组合应用、3977、8435等，这些芯片一般单相驱动电流在2 a左右，无法驱动更大功率电机，限制了其应用范围。本文基于东芝公司2008年推出的步进电机驱动芯片tb6560提出了一种步进电机驱动电路的设计方案 1步进电机驱动电路设计 1.1 tb6560简介 tb6560是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片。其主要特点有：内部集成双全桥mosfet驱动；最高耐压40 v，单相输出最大电流3.5 a(峰值)；具有整步、1／2、1／8、1／16细分方式；内置温度保护芯片，温度大于150℃时自动断开所有输出；具有过流保护；采用hzip25封装。tb6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路：控制信号隔离电路、主电路和自动半流电路。 1.2步进电机控制信号隔离电路 步进电机控制信号隔离电路如图1所示，步进电机控制信号有3个(clk、cw、enable)，分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能，均须用光耦隔离后与芯片连接。光耦的作用有两个：首先，防止电机干扰和损坏接口板电路；其次，对控制信号进行整形。对clk、cw信号，要选择中速或高速光耦，保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动，且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。本设计中选择2片6n137高速光耦隔离clk、cw，其信号传输速率可达到10 mhz，1片tlp521普通光耦隔离enable信号。应用时注意：光耦的同向和反向输出接法；光耦的前向和后向电源应该是单独隔离电源，否则不能起到隔离干扰的作用。 一．方案设计 本设计采用电压为DC12V的四相八拍步进电机35BYJ46型电机，用ULN2803作为步进电动机驱动电路主芯片，以8255A作为8088并行输出接口，8088对步进电机的控制信号则通过8255A送到ULN2803. 关于转向与转速，通过查表的方式实现，以逐次递增方向查表，依次输出表中数据，则步进电机正转；以逐次递减方向查表，则步进电机反转，即通过一个表实现步进电机的正转与反转。转速则通过调用延时子程序，当调用延时较长的子程序时，则步进电机转速慢，当调用延时较短的子程序时，步进电机转速加快。 二、硬件系统的基本原理 在工业控制系统里步进电动机是主要的控制元件之一。步进电机具有快速启动停止，精确定位和能够使用数字信号进行控制，能够实现脉冲-角度转换的特点，因此得到广泛的应用。在使用步进电机的控制系统里，脉冲分配器产生周期的控制脉冲序列，步进电机驱动器每接收一个脉冲就控制步进电机沿给定方向步进一步。 实验使用型号为35BYJ46的四相步进电机，采用四相八拍控制方式工作。步进电机的转角和转动方向取决于各相中通电脉冲的个数和顺序。8088控制机控制步进电机的电路见图1-1。计算机将表1－1所示的各种通电方式转换成相应的状态控制字，通过计算机将各种状态字依次送到接口电路，并根据速度的要求作相应的延时处理。由接口电路输出所需的控制脉冲通过驱动电路路使步进电机按要求动作。驱动电路使用ULN2803A达林顿晶体管，反相驱动，驱动电流可以达到500mA。驱动电路的作用是对控制脉冲进行放大，产生步进电机工作所需要的激励电流。 图1-1 步进电机控制实验原理图 35BYJ46型步进电机使用DC12V 电压，采用四相八拍控制相序。励磁线圈和励磁顺序如图1-2，控制相序如表1-1。表中的PB10～PB13对应并行接口8055的B 口0～3位。如果使用8255B 口的其它位则相应的状态字也要改变。 表1-1 步进电机四相八拍相序表 步 序 相 序 通电相 对应PB 口的输出值 （状态字） PB13 PB12 PB11 PB10 1 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 1 1 AB 03H 3 0 0 1 0 B 02H 4 0 1 1 0 BC 06H 5 0 1 0 0 C 04H 6 1 1 0 0 CD 0CH 7 1 0 0 0 D 08H 8 1 0 1 DA 09H 1 2 3 4 5 6 7 8 5 + + + + + + + + 4 - - - 3 - - - 5 （黑） 4 （黄） 3 （棕） 2 （蓝） 1 （红） +12V A ’ B ’ C ’ D ’ A B C D PB0 PB1 PB2 PB3 8255 驱动单元 步进电动机 一种新的五相步进电机驱动电路开发 T.S. 维拉孔和 T. 萨马拉纳亚克 斯里兰卡,佩勒代尼耶大学工程学院,电子与电气工程学院 付自刚译 摘要 本文详细地介绍了一种新的五相步进电机驱动电路。这种新的驱动电路是由商业上现成的,廉价的,标准的步进电机驱动 IC 搭建,它能实现由内部电流回路驱动的闭环速度和位置控制。经证明, 这种驱动电路能推广到任何更多相数的奇数相的步进电机。 这种驱动电路具有速度控制和方向控制,包括全步、半步、顺时针、逆时针控制模式。 一、概述 在大多数机器人和自动化工程设计中, 各种各样步进电机都被广泛应用来得到需要的运动姿态。步进电机倍受人们青睐是因为它不需要频繁的维护并能在苛刻的环境中运行。步进电机及其驱动器的选择要根据具体应用中需要的效果来决定。市场上最常见的是两相和四相步进电机。 可是,实际应用中要求高精度,低噪声和低震动,因此五相步进电机得以应用。因为步距角较小, 五相步进电机有较高的分辨率, 较低的震动和良好的加速与减速特性。因此, 确保设计的驱动电路能使步进电机充分发挥这些优点非常重要。 因为在机器人应用中是很少见得类型,而且结构很复杂,很难找到它们的驱动IC ,只能专门定做。结果导致五相步进电机的驱动电路产品异常昂贵。用普通步进电机如二相与四相步进电机的驱动控制 IC 来制作其它步进电机的驱动电路是一种经济有效的方法。 L297继承了控制单极性和双极性步进电机所需要的所有控制电路系统。 L298N 双 H 桥驱动器形成了一个完善的步进电机微处理器接口。在这里,我们通过给 L297和 L298N 加上微处理器和逻辑控制系统研究开发出了一种新的五相步进电机驱动电路。 第二部分解释了元器件特性。第三部分介绍了控制逻辑电路设计。第四部分是接口设计,结果在第五部分。最后,第六部分加以总结。 二、主要元器件特性分析 如图一所示,集成块 L297可以与 H 桥集成电路一起使用作为步进电机驱动器。在该设计中, H 桥的功能用 L298N 或者 L293E 实现。这要根据步进电机的额定功率而定。输入 L297的控制信号可能来自为控制器或者外部开关。一个 IC 能驱动一个两相双极性永磁式步进电机, 一个四相单极性永磁式步进电机或者一个四相变磁阻式步进电机。因为用到的电子元器件非常少, 该设计好处颇多, 比如,花费少,可靠性高,占用的空间相对较小。按照接收到的输入信号的不同, L297产生三种不同模式的相位序列,即半步模式,全步模式和波形模式。 四相步进电机原理图 本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。 1. 步进电机的工作原理 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 图1 四相步进电机步进示意图 开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相 绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。 当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示： a. 单四拍 b. 双四拍 c八拍 图2.步进电机工作时序波形图 2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理 步进电机驱动器系统电路原理如图3： 图3 步进电机驱动器系统电路原理图 AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。图中L1为步进电机的一相绕组。AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。 图3中的RL1~RL4为绕组内阻，50Ω电阻是一外接电阻，起限流作用，也是一个改善回路时间常数的元件。D1~D4为续流二极管，使电机绕组产生的反电动势通过续流二极管（D1~D4）而衰减掉，从而保护了功率管TIP122不受损坏。 步进电机驱动电路讲解 打印机的字车电机、走纸电机、头间隙控制电机大多采用步进电机。步进电机具有控制精度高，控制方便的特点。只要通过控制步进电机转动的步数，就可以控制步进电机的转动角度实现对纸张移动、字车移动定位、打印头间隙的精确控制。 步进电机的驱动主要有以下三点： 1)由cpu产生4相控制信号，这4个相位控制信号的相位顺序不同，将控制电机正向或反向转动。输出相位信号 脉冲的个数来控制步进电机转动的角度。 2)通过控制电机驱动电流的大小来控制转动力矩。 3)在打印间隙步进电机不转的时候需要一个比较小的电流来使电机产生一个静力矩。来保证字车，纸张的位置精 度不被破坏。 以上三条是要控制步进电机的必须具备的条件。其中第一项式打印机cpu通过程序运算来实现的，并且4个相位的控制信号也是从cup输出的。在电路图中只能看到有4条信号线从cup或者门阵输出到驱动电路，在这里我们就不做进一步的讨论了。我们在这里讲解的步进电机驱动电路将只解决后两项要求的问题，这是我们的重点和核心。（如何控制电机的工作电流包括：开启、稳定调整电流、锁定电流） 根据实现方法不同步进电机驱动电路主要分下列常见的是3种电路形式，这三种电路形式在不同型号的打印机里有被用于字车电机的驱动电路，也有被用于走纸电机的驱动电路。下面我们将逐一为大家进行介绍： 1高压驱动低压锁定电路 1.1 电路组成 1.2 工作原理 电机是一个4相步进电机，采用1—2相激励方式工作，当接收到一个驱动脉冲时，电机转过一定角 度，如图4-33、4-34分别是送纸电机驱动电路和1—2相激励方式产生的送纸电机控制信号图。 图4-34 送纸电机驱动信号 送纸电机电压使用情况如下： 状态电压作用 操作+35 V 电机驱动 准备+5V 保持偏压，锁定电机 通过设置门阵列的PCMN口为高或低电平，及三极管TR1和三极管阵列TA1的导通与截止，输入送纸电机的电压可被改变。当TA1被打开，+35V电压供给送纸电机，电机被驱动，进行送纸；当TA1被断开，+5V电压经二极管D1供给送纸电机，给送纸电机一个偏压，该偏压使步进电机产生静转矩阻止轴摆动，使字车锁定在该位置，以保证送纸精度，这就是所谓的“高压驱动、低压锁定”的驱动原理。 1.3 特点总结 这种电路的优点是比较简单，他没有单独的电流控信号，其工作电流的控制是通过控制公共通路三极管的导通与截止实现的，缺点是如果输出功率太大时，需要使用太多的大功率元器件成本较高。另外他的锁定电流是从5V 逻辑回路电源共给的，如果锁定电流过大的话会影响逻辑电路工作的稳定性。 以前的老型号打印机中使用的比较多，打印机中字车电机和走纸电机驱动电路使用的都是这种电路。在新型号打印机种主要用于小功率电机（例如走纸电机、打印头间隙电机等）的控制。 1.4 应用电路介绍 在DS1700打印机中，送纸电机是一个4相步进电机，采用1—2相激励方式工作，当接收到一个驱动脉冲时，电机转过一定角度，如图3-1是送纸电机驱动电路。 ` 基于L297系列芯片的步进电机驱动器 设计说明书 一：概述 步进电动机是用脉冲信号进行控制，将点脉冲信号转换成相应的角位移和线位移的微电机，广泛地应用于打印机等办公知道设备以及各种控制装置。 步进电机和一般的电机不同，之接电源步进电机不能转动，而每加一个点脉冲仅转动一定的角度，另外，改变脉冲的频率时，步进电机的速率也跟着改变。 步进电机按电磁转距产生机理的不同可以分为反应式步进电机，永磁式步进电机和混合式步进电机，而按绕组的相数又可以分为单相，两相，三相。五相……… 二：步进电机的驱动方式 由于篇幅有限和设计的实际情况，在这我只介绍和设计方式相关的二相步进电机的励磁方式和驱动方式。 （一）驱动器结构简介 步进电机驱动器主要结构可以由下图表示 各部分的主要作用为 1：环行分配器：根据输入信号的要求产生电机在不同状态下的开关波形 2：信号处理：对环行分配器产生的开关信号波形进行PWM调制以及对相关的波形进行滤波整形处理 3：推动级：对开关信号的电压，电流进行放大提升 4：主开关电路：用功率元器件直接控制电机的各相绕组 5：保护电路：当绕组电流过大时产生关断信号对主回路进行关断，以保护电机驱动器和电机绕组 6：传感器：对电机的位置和角度进行实时监控，传回信号的产生装置。 （二）：励磁方式 本设计对二相双极性电机进行的，所以介绍二相电机的励磁方式 1：一相励磁：通电的绕组只有一相，依次切换相电流产生旋转步距角为1。8度，对这种励磁方式，每个脉冲到来时的旋转角的响应有振动，若频率过高，有时会产生失步现象 2：两相励磁：两相同时流通电流，也采用依次切换相电流的方法，二相励磁的步距角为1.8度，二相历次的总电流增大2倍，则最高启动频率增大，能获得高的转速，另外，过度性能也好。 3：一，二相励磁：这是一种交替进行一相励磁，二相励磁的方法，启动电流每两个始终切换依次，因此步距角为0。9度，励磁电流变大，过度性能也好，最大启动频率也高。 （三）：驱动方式 单极性和双极性是步进电机最常采用的两种驱动架构。单极性驱动电路使用四颗晶体管来驱动步进电机的两组相位，电机结构则如图1所示包含两组带有中间抽头的线圈，整个电机共有六条线与外界连接。这类电机有时又称为四相电机，但这种称呼容易令人混淆又不正确，因为它其实只有两个相位，精确的说法应是双相位六线式步进电机。六线式步进电机虽又称为单极性步进电机，实际上却能同时使用单极性或双极性驱动电路。 单极性步进电机驱动电路 双极性步进电机的驱动电路则如图2所示，它会使用八颗晶体管来驱动两组相位。双极性驱动电路可以同时驱动四线式或六线式步进电机，虽然四线式电机只能使用双极性驱动电路，它却能大幅降低量产型应用的成本。双极性步进电机驱动电路的晶体管数目是单极性驱动电路的两倍，其中四颗下端晶体管通常是由微控制器直接驱动，上端晶体管则需要成本较高的上端驱动电路。双极性驱动电路的晶体管只需承受电机电压，所以它不像单极性驱动电路一样需要箝位电路。 实习名称：电子设计制作与工艺实习 学生姓名：周文生 学号：201216020134 专业班级：T-1201 指导教师：李文圣 完成时间： 2014年6月13日 报告成绩： 步进电机控制驱动电路设计 摘要： 本设计在根据已有模电、物电知识的基础上，用具有置位，清零功能的JK 触发器74LS76作为主要器件来设计环行分配器，来对555定时器产生的脉冲进行分配，通过功率放大电路来对步进电机进行驱动，并且产生的脉冲的频率可以控制，从而来控制步进电机的速度，环形分配器中具有复位的功能，在对于异常情况可以按复位键来重新工作。 关键字：555定时器脉冲源环行分配器功率放大电路 一、方案论证与比较： （一）脉冲源的方案论证及选择： 方案一：采用555定时器产生脉冲，它工作频率易于改变从而可以控制步进电机的速度并且工作可靠，简单易行。 C2 10uF 图一 555定时器产生的方法 方案二:采用晶振电路来实现，晶振的频率较大，不利于电机的工作，易失步，我们可以利用分频的方法使晶振的频率变小，可以使电机工作稳定，但分频电路较复杂，并且晶振起振需要一定的条件，不好实现。 X1 1kohm 1kohm 图二晶振产生脉冲源电路 综上所述，我们采用方案一来设计脉冲源。 （二）环形分配器的设计： 方案一：采用74ls194通过送入不同的初值来进行移位依此产生正确的值使步进电机进行转动。但此方案的操作较复杂，需要每次工作时都要进行置位，正反转的操作较复杂，这里很早的将此方案放弃。 方案二：使用单独的JK 触发器来分别实现单独的功能。 图三双三拍正转 图四单三拍正转 图五三相六拍正转 利用单独的做，电路图较简单，单具体操作时不方便，并且不利于工程设计。块分的较零散，无法统一。 方案三：利用JK触发器的自己运动时序特性设计，利用卡诺图来进行画简。 图六单，双三拍的电路图 单，双三拍的正，反转主要由键s1,s2的四种状态来决定四种情况的选择。 机电传动与控制综合课程设计设计说明书设计题目: 五相十拍（2/3）步进电机 控制程序设计 院系名称：机电工程学院专业班级：机制F09 学生姓名：学号： 20094805 指导教师：王宗才 2012年12 月05 日 内容摘要 本文主要是介绍采用可编程控制器(PLC) 对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。其中步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，是一种控制精度极高的电机,常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。可编程控制器是工业自动化设备的主导产品，具有控制功能强，可靠性高，适用于不同控制要求的各种控制对象等优点。 本文详细的介绍了用PLC控制步进电机系统的原理，及硬件和软件设计方法。其内容主要包括I/O地址分配、PIC外部接线图、控制流程图、主电路图、梯形图、元件清单以及语句表。本文设计过程中使用了十六位移位寄存器，大大简化了程序的设计，使程序更间凑，方便了设计。在实际应用中表明此设计是合理有效的。 关键词: PLC;梯形图；元件清单；五相十拍步进电机 目录 第1章引言 (1) 第2章系统总体方案设计 (2) 2.1 程序设计的基本思路 (2) 2.2 五相步进电动机的控制要求 (2) 2.3 方案原理分析 (2) 第3章 PLC控制系统设计 (4) 3.1 设计流程分析 (4) 3.1.1 控制流程图 (4) 3.1.2电机工作过程图 (5) 3.2 I/O地址分配表 (5) 3.3 PLC外部接线图 (6) 3.4 主电路 (7) 3.5 元件清单 (8) 3.6 程序设计 (8) 3.6.1 步进控制设计 (8) 3.6.2 梯形图设计 (10) 3.7 调试说明 (11) 第4章设计总结 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 附录 (15) 附录一程序梯形图 (15) 附录二程序语句表 (20) 1 北京工业大学电子课程设计报告 （数电部分） 题目：步进电机 目录 一、设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3 二、设计任务和设计要求 1.设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.设计技术指标及设计要求----------------------------------------------------------------------------3 三、电路设计------------------------------------------------------------------------------------------------4 1.脉冲发生电路-------------------------------------------------------------------------------------------4 2.环形脉冲分配电路-------------------------------------------------------------------------------------5 3.控制电路-------------------------------------------------------------------------------------------------6 4.驱动电路-----------------------------------------------------------------------------------------------10 5.步进电机-----------------------------------------------------------------------------------------------11 四、电路的组装和调试------------------------------------------------------------------------------------12 1.电路的组装----------------------------------------------------------------------------------------------12 2.电路的调试----------------------------------------------------------------------------------------------13 五、收获和体会---------------------------------------------------------------------------------------------14 六、附录------------------------------------------------------------------------------------------------------15 1.列表-------------------------------------------------------------------------------------------------------15 2.参考资料-------------------------------------------------------------------------------------------------15 3.部分芯片管脚图----------------------------------------------------------------------------------------16 四相步进电机驱动电路及驱动程序设计 我们用一个单片机控制多个步进电机指挥跳舞机器人的双肩、双肘和双脚伴着音乐做出各种协调舒缓充满感情的动作，荣获一等奖。电路采用74373锁存，74LS244和ULN2003作电压和电流驱动，单片机（Atc52）作脉冲序列信号发生器。程序设计基于中断服务和总线分时利用方式，实时更新各个电机的速度、方向。整个舞蹈由运动数据所决定的一截截动作无缝连接而成。本文主要介绍一下这个机器人的四相五线制步进电机驱动电路及程序设计. 1、步进电机简介 步进电机根据内部线圈个数不同分为二相制、三相制、四相制等。本文以四相制为例介绍其内部结构。图1为四相五线制步进电机内部结构示意图。 2、四相五线制步进电机的驱动电路 电路主要由单片机工作外围电路、信号锁存和放大电路组成。我们利用了单片机的I/O端口，通过74373锁存，由74LS244驱动，ULN2003对信号进行放大。8个电机共用4bit I/O端口作为数据总线，向电机传送步进脉冲。每个电机分配1bit的I/O端口用作74373锁存信号，锁存步进电机四相脉冲，经ULN2003放大到12V驱动电机运转。 电路原理图（部分）如图2所示。 （1）Intel 8051系列单片机是一种8位的嵌入式控制器，可寻址64K字节，共有32个可编程双向I/O口，分别称为P0～P3。该系列单片机上集成8K的ROM，128字节RAM可供使用。 （2）74LS244为三态控制芯片，目的是使单片机足以驱动ULN2003。 ULN2003是常用的达林顿管阵列，工作电压是12V，可以提供足够的电流以驱动步进电机。关于这些芯片的详细介绍可参见它们各自的数据手册。 （3）74373是电平控制锁存器，它可使多个步进电机共用一组数据总线。我们用P1.0～P1.7作为8个电机的锁存信号输出端，见表1。 这是一种基于总线分时复用的方式，以动态扫描的方式来发送控制信号，这和高级操作系统里的多任务进程调度的思想一致。这种方法明显的好处是节省I/O口，使系统可以控制更多的步进电机。本电路设计为控制8个。 3 、程序设计 传统的步进电机驱动程序利用简单的条件循环来发送脉冲序列，但当电机数目发生变化时，编程繁杂，冗余代码较多，难以做到信号占空比一致，进而产生“抖动” 现象。下面提出一种基于中断服务方式，面向舞蹈动作，可实时改变各个电机速度和方向（每200ms可改变一次）的程序设计方法。 3.1 速度归一化和线性关系 我们将速度量化成一个-128～127内可变的数，正号代表正转，负号代表返转，称之归一化速度（-128～127为一个字节）。给每个电机分 舞蹈机器人步进电机驱动电路和程序设计 摘要：介绍了舞蹈机器人步进电机驱动电路和程序设计。电路采用74373锁存,74LS244和ULN2003作电压和电流驱动,单片机AT89C52作工作脉冲序列信号发生器。程序设计基于中断服务和总线分时复用方式,实时更新各个电机的速度和方向。 关键词：单片机,中断服务,速度累加计数器,归一化速度 在机器人舞蹈时,我们用一个单片机控制多个步进电机指挥跳舞机器人的双肩、双肘和双脚伴着音乐做出各种协调舒缓充满感情的动作。电路采用74373锁存,74LS244和ULN2003作电压和电流驱动,单片机（Atc52）作脉冲序列信号发生器。程序设计基于中断服务和总线分时利用方式,实时更新各个电机的速度、方向。整个舞蹈由运动数据所决定的一截截动作无缝连接而成。 1 步进电机简介 步进电机根据内部线圈个数不同分为二相制、三相制、四相制等。本文以四相制为例介绍其内部结构。图1为四相五线制步进电机内部结构示意图。 2 四相五线制步进电机的驱动电路 电路主要由单片机工作外围电路、信号锁存和放大电路组成。我们利用了单片机的I/O端口,通过74373锁存,由74LS244驱动,ULN2003对信号进行放大。8个电机共用4bit I/O端口作为数据总线,向电机传送步进脉冲。每个电机分配1bit的I/O端口用作74373锁存信号,锁存步进电机四相脉冲,经ULN2003放大到12V驱动电机运转。 电路原理图（部分）如图2所示。 （1）Intel 8051系列单片机是一种8位的嵌入式控制器,可寻址64K字节,共有32个可编程双向I/O口,分别称为P0～P3。该系列单片机上集成8K的ROM,128字节RAM可供使用。 （2）74LS244为三态控制芯片,目的是使单片机足以驱动ULN2003。ULN2003是常用的达林顿管阵列,工作电压是12V,可以提供足够的电流以驱动步进电机。关于这些芯片的详细介绍可参见它们各自的数据手册。 （3）74373是电平控制锁存器,它可使多个步进电机共用一组数据总线。我们用P1.0～P1.7作为8个电机的锁存信号输出端,见表1。 交直流电机控制课程设计 任务书 （09级） 步进电机控制 学生姓名沈滨彬 学号09143416 院系工学院机电系 专业自动化 指导教师叶军 填写日期2012-10-17 目录 1. 设计任务与要求 (3) 2．总体方案设计 (3) 2.1设计思路 (3) 2.2方案论证与比较 (3) 2.2.1驱动电路选择方案 (3) 2.2.2 显示模块选择方案 (3) 3 硬件设计 (4) 3.1 步进电机控制系统设计 (4) 3.2 5V稳压电路 (4) 3.3 电机驱动电路 (5) 3.4 人机交互界面 (6) 4 实物图 (7) 5.参考文献 (7) 6.致谢 (8) 7.元器件清单： (8) 附录一： (9) 1. 设计任务与要求 1.1、设计题目 步进电机控制 1.2、内容与要求 设计一步进电机控制系统，实现对电机的正转，反转和速度控制。 1.3、设计任务 1)画出系统原理图。 2）硬件电路设计及描述。 3）任选一种语言编写程序。 4）仿真实验。 5）编写设计说明书一份。 2．总体方案设计 2.1设计思路 本系统设计的步进电机控制系统，以单片机STC12C5A60S2为主控芯片，包括主控器、驱动电路以及人机交互界面。本设计主要通过单片机进行相序输出，经过ULN2803进行电流放大后驱动电机运行。。 2.2方案论证与比较 2.2.1驱动电路选择方案 方案一：采用mc3479，此芯片控制简单，可输出整步/半步相序，省去软件方面的很多麻烦，由于实验室暂无此元件，因此不选此方案。 方案二：采用ULN2803，此芯片主要是用来放大电流的，相对mc3479控制，比较麻烦，但价格便宜，身边正好有此元件因此采用此方案。 2.2.2 显示模块选择方案 方案一：采用SMS0801，驱动方便，但是无法显示中文，外观欠佳，因此不采用。 方案二：采用12864，可以显示中文文字、数字、英文字母等等，功能强大，故选择方案二。 课程实习报告 实习名称：电子设计制作与工艺实习 学生姓名：周文生 学号： 2 专业班级：T-1201 指导教师：李文圣 完成时间： 2014年6月13日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师日期 步进电机控制驱动电路设计 摘要： 本设计在根据已有模电、物电知识的基础上，用具有置位，清零功能的JK 触发器74LS76作为主要器件来设计环行分配器，来对555定时器产生的脉冲进行分配，通过功率放大电路来对步进电机进行驱动，并且产生的脉冲的频率可以控制，从而来控制步进电机的速度，环形分配器中具有复位的功能，在对于异常情况可以按复位键来重新工作。 关键字：555定时器脉冲源环行分配器功率放大电路 一、方案论证与比较： （一）脉冲源的方案论证及选择： 方案一：采用555定时器产生脉冲，它工作频率易于改变从而可以控制步进电机的速度并且工作可靠，简单易行。 C2 10uF 图一 555定时器产生的方法 方案二:采用晶振电路来实现，晶振的频率较大，不利于电机的工作，易失步，我们可以利用分频的方法使晶振的频率变小，可以使电机工作稳定，但分频电路较复杂，并且晶振起振需要一定的条件，不好实现。 X1 1k ohm 1k ohm 图二晶振产生脉冲源电路 综上所述，我们采用方案一来设计脉冲源。 （二）环形分配器的设计： 方案一：采用74ls194通过送入不同的初值来进行移位依此产生正确的值使步进电机进行转动。但此方案的操作较复杂，需要每次工作时都要进行置位，正反转的操作较复杂，这里很早的将此方案放弃。 方案二：使用单独的JK 触发器来分别实现单独的功能。 图三双三拍正转 图四单三拍正转步进电机驱动电路设计
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