数电课程设计

课课 程程 设设 计计 课程名称 数字电子技术基础 题目名称 5 相 10 拍步进电机控制器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 微电子学 1 班 学 号 3112007312 学生姓名 魏梁 指导教师 徐迎晖 2014 年 6 月 19 日 I 广东工业大学课程设计任务书广东工业大学课程设计任务书 题目名称 5 相 10 拍步进电机控制器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 微电子学 1 班 姓 名 魏梁 学 号 3112007312 一 课程设计的内容 设计一个 5 相 10 拍步进电机控制器 二 课程设计的要求与数据 设计要求包括 1 控制器可控制步进电机进行正转和反转 2 设置一个开关 使控制器控制电机具有 5 相 10 拍 3 设计步数显示电路 显示相应的步数 4 设有启动 停止按钮 注 五相步进电动机有五个绕组 A B C D E 五相十拍的励磁方式是 正转顺序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 反转顺序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 三 课程设计应完成的工作 1 利用各种电子器件设计 6 相 12 拍步进电机控制器 2 利用 DE2 板对所设计的电路进行验证 3 总结电路设计结果 撰写课程设计报告 四 课程设计进程安排 II 序号设计各阶段内容地点起止日期 1 Quartus II 入门学习 熟悉设计流程 实 2 214 212 11 12 2 进一步学习 Quartus II 讲解各设计任务及 其要求 分配设计任务 实 2 214 212 11 12 3 通过查阅资料 独立完成电路设计 提交 纸质电路原理图草稿 实 2 214 212 11 13 4 在 Quartus II 和 DE2 板上实现设计 实 2 214 212 11 14 16 5 演示和验收 实 2 214 212 11 15 16 6 完成设计报告 11 16 18 五 应收集的资料及主要参考文献 查阅步进电机的相关材料 理解步进电机的主要原理 本设计中运用到的各种 芯片的功能 真值表和相应的逻辑表达式 由于本实验是在实验室的 DE2 板上 进行模拟的 因此必须查阅相应的使用说明 以及引脚分配 发出任务书日期 2014 年 6 月 5 日 指导教师签名 计划完成日期 2014 年 6 月 19 日 基层教学单位责任人签章 主管院长签章 摘 要 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 本实验运用 quartus 软件进行设计分析 并在 DE2 板上 实现相应的模拟功能 关键词 关键词应为反映设计主题内容的技术词汇 一般为 4 个左右 五相十拍步进电机 Quartus DE2 板 III 目 录 1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求 1 1 1 设计一个 5 相 10 拍步进电机控制器 1 2 模块及其原理介绍模块及其原理介绍 2 2 1 74292 分频器 2 2 2 74190 加减计数器 2 3 7447 显示译码器 2 4 7442 译码器 3 设计方案设计方案 3 3 1 设计思路 3 4 实验结果与数据分析实验结果与数据分析 4 5 结论与问题讨论结论与问题讨论 5 参考文献参考文献 6 1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求 1 1 设计一个设计一个 5 5 相相 1010 拍步进电机控制器 拍步进电机控制器 设计要求包括 1 控制器可控制步进电机进行正转和反转 2 设置一个开关 使控制器控制电机具有 5 相 10 拍 3 设计步数显示电路 显示相应的步数 4 设有启动 停止按钮 注 五相步进电动机有五个绕组 A B C D E 五相十拍的励磁方式是 正转顺序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 反转顺序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 1 2 模块及其原理介绍模块及其原理介绍 2 1 分频器 由于 DE2 板上的时钟脉冲频率是 50Mhz 为了观察步进电机控制器的模拟工作状态 必须把 频率降低 因此选择适当的分频器 所谓 分频 就是把输入信号的频率变成成倍数地低于输入频率的输出信号 2 2 22 2 计数器模块计数器模块 74190 加减计数器可以实现步进电机从 0 到 9 的计数 它的功能简介如下 3 2 3 7447 显示译码器 为了显示步进电机的步数 需要从计数器的借口外接一个显示译码器 再从译码器接出 7 段 数码管 即可实现显示步进电机工作的显示步数功能 由于 DE2 板的 LED 数码管采用共阳极 接法 因此选择 7447 显示译码器 其功能表如下 4 5 2 4 7442 译码器 为了将计数器输出的四位二进制代码转换成高低电平 以驱动电机 实验中用 LED 灯代替 需要一个 4 线 8 线译码器 本实验采用 7442 译码器 其真值表如下 6 3 3 设计方案设计方案 3 1 通过查阅资料可知 5 相 10 拍步进电机控制器有 5 个线圈绕组 步进电机的转每输入一个电脉冲 电 动机转动一个角度前进一步 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 五相步进电动机有五个绕组 A B C D E 五相十拍的励磁方式是 正转顺序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 7 反转顺序 ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 实验中用 LED 代替线圈 LED 的亮和灭代表线圈的通电状态 用 5 个 LED 代表 ABCDE 五个线圈绕组 而本实验步进电机有 10 拍 并且实现正反转 因此需要一个 74190 加减计数器和一个 4 线 10 线译码器 另外实验要求显示相应的步数 故需要一个 7 段字符显示译码器 分频器用来降低频率 以便于模拟实 验的记录和观察 4 实验结果与数据分析实验结果与数据分析 4 1 利用 quartus 软件绘制电路图 电路图如下 4 2 连接好电路后 在软件上编译 4 3 分配引脚 4 4 再次编译 无错误以后再将电路下载 DE2 板上 4 5 测试电路 8 5 结论与问题讨论结论与问题讨论 5 1 分频器不工作 没有脉冲信号输入 多次尝试无效以后查阅资料 在此修改其线路接法 5 2 显示器显示数字不完整 原因有两个 1 开始时选用的 74