步进电机驱动与控制实验装置制作开放性实验课程教学指导书.doc

四 川 理 工 学 院步进电机驱动与控制实验装置制作开放性实验课程教学指导书何 庆 中 编四川理工学院机电工程系机械设计制造及自动化教研室二00五年十月步进电机驱动与控制实验装置制作开放性实验课程指导书1、实验指导书制定的依据本实验指导书制定的主要依据机械设计制造及自动化（机电方向）专业培养方针，针对数控技术、机电一体化系统设计、计算机系统控制等课程的教学特点等所制定的步进电机驱动与控制实验装置制作开放性实验课程教学大纲为依据。2、实验总学时数及学分：17小时，0.5学分3、实验类型与类别：类型开放性验证实验； 类别专业实验。4、适用专业：机械设计制造及其自动化本科各专业方向（67学期任选）测控技术与仪器本科（67学期任选）注：申请选修学生主要专业课程平均成绩达70分以上，经实验指导教师评定是否同意该申请学生选修该开放性实验课程。5、实验项目： 实验一、TTL型二相双极性步进电机驱动与控制实验装置制作。实验二、TTL型四相单极性步进电机驱动与控制实验装置制作。实验三、CMOS型二相双极性步进电机驱动与控制实验装置制作。实验四、CMOS型四相单极性步进电机驱动与控制实验装置制作。说明：每次开设实验8组，16人。 （实验一：2组4人；实验二：2组4人；实验三：2组4人；实验四：2组4人。）6、实验目的步进电机驱动与控制实验装置制作实验是机电传动与控制实验的重要组成部分之一。目的在于培养学生进一步认识和掌握机电传动与控制技术的基础知识，认识步进电机在机电传动与控制应用中的特点和基本方法，使学生具有一定的工程意识和动手实践能力，能较好地掌握和完成步进电机驱动与控制实验装置制作过程。7、实验内容及要求7.1 实验所需元件、工具及仪器实验所需元件、工具及仪器见表1。表1 实验课程各实验所需元件、工具及仪器一览表硬 件 名 称实验一2组4人实验二2组4人实验三2组4人实验四2组4人合计双极性步进电机（3.5软驱电机）2只2只4只单极性步进电机（5软驱电机）2只2只4只7486/LS86四触发器集成块2块2块4块7476/LS76环行分配集成块2块2块4块4070/LS70四触发器集成块2块2块4块4027/LS27环行分配集成块2块2块4块L293功率放大集成块2块2块4块TIP120/TIP122功放三极管4只4只8只1N4148二极管4只4只8只NE555定时器集成块1块1块1块1块4块16脚集成块插座6只4只6只4只20只8脚集成块插座1只1只1只1只4只1K电阻4只4只2.2 K电阻4只4只10 K电阻1只1只1只1只4只100 K电阻1只1只1只1只4只10 K可变电阻1只1只1只1只4只0.01uf 电容3只3只3只3只12只实验专用印刷电路板1块1块1块1块4块万用表1块1块1块1块4块示波器1台1台1台1台4台多功能电源1台1台1台1台4台尖嘴30W电烙铁1只1只1只1只4只镊子1只1只1只1只4只尖嘴钳1只1只1只1只4只焊锡和松香若干若干若干若干若干7.2 实验一、TTL型二相双极性步进电机驱动与控制实验装置制作（每组2人完成）实验每组学生在指导教师（实验室教师）的指导下，完成实验装置的制作并检测相关的电特性参数。图1 实验一、TTL型二相双极性步进电机驱动与控制电路图（1）实验装置制作：依据图1电路图，完成二相双极性步进电机驱动与控制实验装置制作。包括：由NE555定时器构成脉冲信号发生器，7486/LS86四位触发器构成电机方向控制器，7476/LS76构成驱动二相双极性步进电机的脉冲信号环行分配器，L293/L298构成功率放大器，二相双极性步进电机等元件构成完整的实验装置。（2）实验内容及要求a: 检测NE555定时器构成脉冲信号发生器的电特性参数当R2 =100K时，用示波器检测脉冲信号发生器在70130PPS脉冲频率范围内的脉冲频率、信号的占空比、工作电压并记录。当R2 =10K时，用示波器检测脉冲信号发生器在120550PPS脉冲频率范围内的脉冲频率、信号的占空比、工作电压并记录。b: 检测由7486四“与”门构成方向控制器电路的电特性参数在方向控制开关处于正向控制和反向控制条件下，用示波器检测7486集成元件输出端6、7的电特性参数，包括：电压、电流特性，并记录。c: 检测7476脉冲信号环行分配器的电特性参数在方向控制开关处于正向控制和反向控制条件下，用示波器检测7476脉冲信号环行分配器的两路输出电特性参数，包括：输出频率、信号的占空比、输出电压等，并与输入控制脉冲信号比较，说明差异所具有的特点。d: 检测L293功率放大集成元件的功率放大特性检测L293功率放大集成元件两输出端输出电压和电流，计算出功率放大因子。e: 测试验证控制脉冲信号与电机转速、角位移之间的关系用示波器和转速计测试验证控制脉冲信号与步进电机（3/ 软驱步进电机）转速、角位移之间的关系。（3）完成实验报告依据实验一的实验结果，完成实验一、实验报告的相关内容。附：实验报告书。7.3 实验二、TTL型四相单极性步进电机驱动与控制实验装置制作（每组2人完成）实验每组学生在指导教师（实验室教师）的指导下，完成实验装置的制作并检测相关的电特性参数。（1）实验装置制作：依据图2电路图，完成四相单极性步进电机驱动与控制实验装置制作。包括：由NE555定时器构成脉冲信号发生器，7486/LS86四位触发器构成电机方向控制器，7476/LS76构成驱动四相单极性步进电机的脉冲信号环行分配器，TIP120/TIP122三极管构成单功率放大器，四相单极性步进电机驱动连接等。（2）实验内容及要求a: 检测NE555定时器构成脉冲信号发生器的电特性参数当R2 =100K时，用示波器检测脉冲信号发生器在70130PPS脉冲频率范围内的脉冲频率、信号的占空比、工作电压并记录。当R2 =10K时，用示波器检测脉冲信号发生器在120550PPS脉冲频率范围内的脉冲频率、信号的占空比、工作电压并记录。图2 实验二、TTL型四相单极性步进电机驱动与控制电路图b: 检测由7486四“与”门构成方向控制器电路的电特性参数在方向控制开关处于正向控制和反向控制条件下，用示波器检测7486集成元件输出端6、7的电特性参数，包括：电压、电流特性，并记录。c: 检测7476脉冲信号环行分配器的电特性参数在方向控制开关处于正向控制和反向控制条件下，用示波器检测7476脉冲信号环行分配器的两路输出电特性参数，包括：输出频率、信号的占空比、输出电压等，并与输入控制脉冲信号比较，说明差异所具有的特点。d: 检测TIP120组成的单功率放大器的功率放大特性检测TIP120组成的单功率放大器四输出端输出电压和电流，并计算出功率放大因子。e: 测试验证控制脉冲信号与电机转速、角位移之间的关系用示波器和转速计测试验证控制脉冲信号与步进电机（5/ 软驱步进电机）转速、角位移之间的关系。（3）完成实验报告依据实验二的实验结果，完成实验二、实验报告的相关内容。附：实验报告书。7.4 实验三、CMOS型二相双极性步进电机驱动与控制实验装置制作（每组2人完成）实验每组学生在指导教师（实验室教师）的指导下，完成实验装置的制作并检测相关的电特性参数。（1）实验装置制作：依据图4电路图，完成二相双极性步进电机驱动与控制实验装置制作。包括：由NE555定时器构成脉冲信号发生器，4070/LS70四位触发器构成电机方向控制器，4027/LS27构成驱动二相双极性步进电机的脉冲信号环行分配器，L293/L298构成功率放大器，二相双极性步进电机等元件构成完整的实验装置。图3 实验三、CMOS型二相双极性步进电机驱动与控制电路图（2）实验内容及要求a: 检测NE555定时器构成脉冲信号发生器的电特性参数当R2 =100K时，用示波器检测脉冲信号发生器在70130PPS脉冲频率范围内的脉冲频率、信号的占空比、工作电压并记录。当R2 =10K时，用示波器检测脉冲信号发生器在120550PPS脉冲频率范围内的脉冲频率、信号的占空比、工作电压并记录。b: 检测由4070四“与”门构成方向控制器电路的电特性参数在方向控制开关处于正向控制和反向控制条件下，用示波器检测4070集成元件输出端6、7的电特性参数，包括：电压、电流特性，并记录。c: 检测4027脉冲信号环行分配器的电特性参数在方向控制开关处于正向控制和反向控制条件下，用示波器检测4027脉冲信号环行分配器的两路输出电特性参数，包括：输出频率、信号的占空比、输出电压等，并与输入控制脉冲信号比较，说明差异所具有的特点。d: 检测L293功率放大集成元件的功率放大特性检测L293功率放大集成元件两输出端输出电压和电流，计算出功率放大因子。e: 测试验证控制脉冲信号与电机转速、角位移之间的关系用示波器和转速计测试验证控制脉冲信号与步进电机（3/ 软驱步进电机）转速、角位移之间的关系。（3）完成实验报告依据实验三的实验结果，完成实验三、实验报告的相关内容。附：实验报告书。7.5 实验四、CMOS型四相单极性步进电机驱动与控制实验装置制作（每组2人完成）实验每组学生在指导教师（实验室教师）的指导下，完成实验装置的制作并检测相关的电特性参数。（1）实验装置制作：依据图3电路图，完成四相单极性步进电机驱动与控制实验装置制作。包括：由NE555定时器构成脉冲信号发生器，4070/LS70四位触发器构成电机方向控制器，4027/LS27构成驱动四相单极性步进电机的脉冲信号环行分配器，TIP120/TIP122三极管构成单功率放大器，四相单极性步进电机驱动连接等。（2）实验内容a: 检测NE555定时器构成脉冲信号发生器的电特性参数当R2 =100K时，用示波器检测脉冲信号发生器在70130PPS脉冲频率范围内的脉冲频率、信号的占空比、工作电压并记录。当R2 =10K时，用示波器检测脉冲信号发生器在120550PPS脉冲频率范围内的脉冲频率、信号的占空比、工作电压并记录。b: 检测由4070四“与”门构成方向门控控制器电路的电特性参数在方向控制开关处于正向控制和反向控制条件下，用示波器检测4070集成元件输出端6、7的电特性参数，包括：电压、电流特性，并记录。图4 实验四、CMOS型四相单极性步进电机驱动与控制电路图c: 检测4027脉冲信号环行分配器的电特性参数在方向控制开关处于正向控制和反向控制条件下，用示波器检测4027脉冲信号环行分配器的两路输出电特性参数，包括：输出频率、信号的占空比、输出电压等，并与输入控制脉冲信号比较，说明差异所具有的特点。d: 检测TIP120组成的单功率放大器的功率放大特性检测TIP120组成的单功率放大器四输出端输出电压和电流，并计算出功率放大因子。e: 测试验证控制脉冲信号与电机转速、角位移之间的关系用示波器和转速计测试验证控制脉冲信号与步进电机（5/ 软驱步进电机）转速、角位移之间的关系。（3）完成实验报告依据实验四的实验结果，完成实验报告的相关内容。附：实验报告书。8、实验电路印刷板图5 实验电路印刷板图编写：何庆中机电工程系机械设计制造及其自动化教研室四 川 理 工 学 院步进电机驱动与控制实验装置制作实 验 报 告 书实验项目： 指导教师： 学 生： 专 业： 实验地点： 实验时间： 四川理工学院机电工程系机械设计制造及自动化教研室编制二00五年十月步进电机驱动与控制实验装置制作实 验 报 告 书1、实验报告制定的依据本实验报告制定的主要依据是机械设计制造及自动化（机电方向）专业培养方针，针对数控技术、机电一体化系统设计、计算机系统控制等课程的教学特点等所制定的步进电机驱动与控制实验装置制作开放性实验课程教学大纲、步进电机驱动与控制实验装置制作开放性实验课程指导书等为主要依据。2、实验目的步进电机驱动与控制实验装置制作实验是机电传动与控制实验的重要组成部分之一。目的在于培养学生进一步认识和掌握机电传动与控制技术的基础知识，认识步进电机在机电传动与控制应用中的特点和基本方法，使学生具有一定的工程意识和动手实践能力，能较好地掌握和完成步进电机驱动与控制实验装置制作过程。3、实验总学时数及学分：17小时，0.5学分4、实验类型与类别：类型开放性验证实验； 类别专业实验。5、适用专业：机械设计制造及其自动化本科各专业方向（67学期任选）测控技术与仪器本科（67学期任选）注：申请选修学生主要专业课程平均成绩达70分以上，经实验指导教师评定是否同意该申请学生选修该开放性实验课程。6、实验项目： 实验一、TTL型二相双极性步进电机驱动与控制实验装置制作。实验二、TTL型四相单极性步进电机驱动与控制实验装置制作。实验三、CMOS型二相双极性步进电机驱动与控制实验装置制作。实验四、CMOS型四相单极性步进电机驱动与控制实验装置制作。说明：每次开设实验8组，16人。 （实验一：2组4人；实验二：2组4人；实验三：2组4人；实验四：2组4人。）7、完成实验报告的要求每位学生在完成步进电机驱动与控制实验装置制作开放性实验课程指导书所规定的实验内容后