步进电机控制电路的设计资料

《数字电子技术基础》课程设计报告题目：步进电机控制电路的设计专业：年级学号：学生姓名：联系电话：指导教师：完成日期：2014年11月20日摘 要步进电机能接受步进脉冲的控制一步一步地旋转，它是计算机应用项目中的主要执行元件之一，尤其在精确定位场合中得到了广泛的应用。本文介绍的是一种基于单片机的步进电机的系统设计，电机的正转、反转、加速、减速、停止程序，通过电机的驱动芯片74LS194以及相应的按键实现以上功能。本文内容介绍了步进电机以及单片机原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试，同时介绍了调试过程中出现的问题以及解决问题的方法。该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功能。关键词：步进电机、电机驱动ABSTRACTSteppermotorcanacceptthesteppulsecontrolrotateonestepatatime,anditisanoneofthemaincomponentsofthecomputerapplicationprogram,especiallyintheprecisepositioninghasbeenwidelyusedinoccasions.Inthispaperisasystemdesignbasedonsinglechipmicrocomputerofsteppermotor,themotorofforward,reverse,acceleration,deceleration,stoptheprogram,throughthemotordrivechip74ls194aswellasthecorrespondingbuttontoachievetheabovefunctions.Contentofthisarticleintroducestheprincipleofstepmotorandsinglechipmicrocomputer,thesystemhardwarecircuit,programcomposition,atthesametimeonthesoftwareandhardwaredebugging,andintroducesthedebuggingprocessproblemsandthemethodstosolvetheproblem.Thisdesignhasideasclearly,highreliability,strongstability,etc,throughdebuggingrealizedthefunction.Keywords:Steppermotor,motordrive目录摘 要 ⑼运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线。3.2主控制器部分图43.3驱动器部分驱动部分采用74LS194芯片，作为步进电机的驱动器。具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。图5为其引脚图。图53.4键盘部分图6图6为设计采用的独立键盘，接在单片机的开关口上，分别实现启动/停止，正转/反转，加速和减速功能。这种键盘结构简单，连线方便，但是没有物理去抖动功能，需要实现软件消抖。4系统软件设计4.1系统流程图图74.2软件说明程序包含主函数，延时函数，按键扫描函数,电机驱动函数，电机采用双相激励方式，在电机驱动函数中，包含一个转向速度缓冲的功能模块，即当按下转向键后，步进电机先按原转动方向缓慢减速，然后向反方向缓慢加速到速度设定值，这样避免了在高速运动时直接转向会产生失步问题，并有可能造成电机的损坏。同时在缓冲过程中，LED指示灯灭，提醒用户此时按键无效，缓冲结束后，指示灯重新亮起。采用外中断方式读按键，这样不会造成由于处理驱动电机程序而导致按键操作无法响应。5电路的调试最先完成的脉冲发生电路，可以在示波器上看到完美的方波，占空比近于40%，理论值约为33.3%。环形分配电路安装完毕后，我们进行调试，发现部分的LED灯并没有灭只是暗了。于是我们开始向前查线，发现时74LS138的输出端的电压在没给输入时电压并不是0，而是一个低电压，导致LED灯并没有完全暗下去，但实际原因并不清楚，只能重新连线，排除故障。再次调试，单四拍双四拍都可以进行了，正传反转似乎也可以了。于是开始接入步进电机。再接入电机前，我对电机的四个相进行了测量，用的比较土的办法。就是用学生电源正极（5V）分别接电源的四个相，负极接公共端，观察步进电机的转动情况，进行排列组合，如果接第二个端时电机反转了，说明这个端比较上一个端应先通电，以此类推，找出电机的四个相的顺序，连接电路。上电工作，经过调试，电机运转正常，正反转单拍四项八拍均能实现。转速也可以发生明显变化。6仿真图图8proteus仿真电路图9时钟信号100HZ时方波波形（黄）图10时钟信号10HZ时方波波形（黄）7完整电路原理图图98心得体会经过一个学期的数字电子技术的学习，对数字电子技术的知识有了初步的了解和掌握。为本次的课程设计作了理论基础的准备。大概经过一个星期的课程设计，收获不少。除了把所要求的电路按要求画出来了以外，更重要的是进一步了解了怎样去做好一份课程设计。刚开始拿到这个题目时，感到有点陌生，或许是因为太“专业”了。因为对电机不是很了解，所以一开始比较迷茫，不怎么知道该怎么去做。于是就上网查资料和讨教同学，第一步搞清楚步进电机到底是什么，它是怎样工作的，步进电机驱动器又是怎样驱动的，带着这些问题，我了解了一些知识，对它有了初步的了解。虽然这不是第一次做设计了，但相比于上一次的模拟电路的课程课设，我都觉得自己进步了不少，从第一次的茫然不知所措到这次的按顺序一步一步有规律的进行，通过这次的设计我掌握了课程设计的基本技能，同时也锻炼自己查找资料，认识新知识，了解新知识的基本能力，学会了怎样去解决所面临的问题，并从中吸取教训。我觉得这次设计重在过程，结果并不是最重要，只要认真做好设计的每个步骤，结果自然就出来了。关键是要提高我解决问题的能力，运用理论知识的能力，接受新事物新知识的能力。总之，通过这次课程设计我都对数字电子技术的理论知识有了更深的理解和掌握，同时也更灵活的应用了电路设计软件。9元件清单图10附录图112N3904图形符号、引脚图图12555定时器原理图和引脚图图1374LS194逻辑功能示意图图1474LS194引脚图图15PCB图参考文献[1]阎石.