步进电机控制电路.doc
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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
一、设计题目
步进电机控制电路
二、设计任务和设计要求
1.设计任务：
本课题要求设计一个步进电机的控制电路，该电路能对步进电机的运行状态进行控制。
2.设计技术指标及设计要求：
基本要求：
（1）.能控制步进电机正转和反转及运行速度，并由LED显示运行状态。
（步进电机工作方式可为单四拍或双四拍）。
A．单四拍方式，通电顺序为A—B—C—D—A
B．双四拍方式，通电顺序为AB—BC—CD—DA—AB
（2）.测量步进电机的步距角。
（通过实测步进电机旋转一周所需要的脉冲数，推算出步进电机的步距角）。
扩展要求：
设计步进电机的工作方式为四相八拍。
脉冲发生电路
控制电路
驱动电路
步进电机
脉冲显示
环行脉冲分配电路
C．四相八拍方式，通电顺序为A—AB—B—BC—C—CD—D—DA—A
（3）.设计框图
（4）.参考元器件：
步进电机，发光二极管，续流二极管IN4004，复合三极管TIP122；5Ω（1W）电阻，其它电容、电阻若干。
三、电路设计
1.脉冲发生电路
脉冲发生电路是由NE555及外接阻容元件构成的多谐振荡器产生的，多谐振荡器是一种可以产生周期性的矩形脉冲信号的自己振荡电路。
图3.1
根据公式f=1/[ln2（R1+2R2）C]和q=（R1+R2）/（R1+2R2）可分别计算出其频率和占空比
实际数据：
R1=1KΩR2=1KΩC=1uF
计算数值：
f=480.9HZ
实际数值：
f=493.42HZ
占空比：
q=33.3%
后面为了实现变速，将R1替换为一个滑动变阻器。
2.环形脉冲分配电路
环形脉冲分配电路是步进电机中一个重要环节，利用环形脉冲分配电路可以产生所需要的脉冲波形，以实现对步进电机的控制。
生成题目所要要求的单四拍，双四拍，和四相八拍三种工作模式。
图3.2
上图为74LS161的管脚图。
74LS161计数脉冲由单次脉冲源提供，清零端、置数控制端、工作状态控制端CTPCTT、并行数据输入端D3—D0分别接逻辑电平开关，进位信号输出端CO、计数器状态输出端Q3—Q0均接逻辑电平显示。
按如下逐项测试并判断该集成块的功能是否正常。
1、异步清零功能：
当=0时，这时Q3Q2Q1Q0=0000，计数器清零。
其它输入信号都不起作用，与CP无关，故称为异步清零。
2、同步并行置数功能：
当=1，=0时，在CP上升沿操作下，并行输入数据d3d2d1d0置入计数器。
3、步二进制加法计数功能：
当=1，若CTP=CTT=1，则计数器对CP信号按照8421码进行加法计数。
4、保持功能：
若CTP·CTT=0，则计数器将保持原来状态不变；若CTP·CTT=1，则计数器将保持正常工作状态，可以正常计数。
用NE555为74LS161提供时钟脉冲，使74LS161进行十六进制计数，将QA、QB、QC三个输出端的信号作为74LS138芯片的输入信号由其进行译码工作。
电路图如下：
3、控制电路
以下为单四拍、双四拍及四项八拍的所要输出地逻辑信号。
单四拍：
工作方式
励磁方式
D
C
B
A
单四拍
A
1
1
1
0
B
1
1
0
1
C
1
0
1
1
D
0
1
1
1
A
1
1
1
0
双四拍：
工作方式
励磁方式
D
C
B
A
双四拍
AB
1
1
0
0
BC
1
0
0
1
CD
0
0
1
1
DA
0
1
1
0
AB
1
1
0
0
四相八拍：
工作方式
励磁方式
D
C
B
A
四项
八拍
A
1
1
1
0
AB
1
1
0
0
B
1
1
0
1
BC
1
0
0
1
C
1
0
1
1
CD
0
0
1
1
D
0
1
1
1
DA
0
1
1
0
A
1
0
0
0
（1）四项八拍电路
根据74LS138的工作原理，ABCD四相即为要求的输出项，我们要求从74LS161输出从000到111的循环逻辑信号，从而可以列出74LS138的真值表。
如图3.3
图3.3
Y0’
Y1’
Y2’
Y3’
Y4’
Y5’
Y6’
Y7’
工作项
0
1
1
1
1
1
1
1
A
1
0
1
1
1
1
1
1
AB
1
1
0
1
1
1
1
1
B
1
1
1
0
1
1
1
1
BC
1
1
1
1
0
1
1
1
C
1
1
1
1
1
0
1
1
CD
1
1
1
1
1
1
0
1
D
1
1
1
1
1
1
1
0
DA
从图中可以分析出：
A=Y0’Y1’Y7’B=Y1’Y2’Y3’
C=Y3’Y4’Y5’D=Y5’Y6’Y7’
可以得出结论：
步进电机的每个相都由75LS138的3个输出端控制，只要3个输出端有一个端输出为0时该端所控制的相工作。
由此可以画出步进电机控制电路部分的电路图。
图3.4
图3.4电路只能实现四项八拍（单向）的工作方式，不能实现正转、反转切换的工作方式，为实现正转和反转能够同时在一个电路完成的目的，将对此电路进行改进。
（3）控制电机正反转的电路
为实现反转，只需将原有的输出信号按相反顺序输入给步进电机的四个相即可。
根据这个思路，我将实验电路的控制电路部分作如下改动：
图3.5
在这个电路中我加入了八个单刀双掷开关，在开关切换的时候从而将输入顺序改变，此时步进电机的四个相的工作顺序倒转，74LS138的输出端对应的相也发生改变。
A’=Y5’Y6’Y7’B’=Y3’Y4’Y5’
C’=Y1’Y2’Y3’D’=Y0’Y1’Y7’
四相八拍反转：
工作方式
励磁方式
A
B
C
D
四项
八拍
D
1
1
1
0
CD
1
1
0
0
C
1
1
0
1
BC
1
0
0
1
B
1
0
1
1
AB
0
0
1
1
A
0
1
1
1
DA
0
1
1
0
D
1
0
0
0
（4）电路简化
由于在图3.5所示电路中，涉及八个单刀双掷开关，过于繁杂，为去掉不必要的开关，电路作如下调整
图3.6
这个电路图的原理是将控制电路输出信号在输入步进电机前反向，而不是在图3.5中那样改变控制电路的逻辑关系从而实现反向。
这种方式相对与上一组的优点是减少了开关的使用量，简化了电路。
但在
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