步进电机驱动器设计Word文档格式.docx
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5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
设计说明书字数不得少于3000字。
参考文献
1.康华光.电子技术基础（模拟部分）.北京高等教育出版社,2005
2.曾建唐.电工电子基础实践教程（下册）实习.课程设计.北京机械工业出版社,2003
3.史敬灼.步进电动机伺服控制技术.北京科学出版社,2006
4.曹汉房，陈耀奎.数字技术教程.北京电子工业出版社，1995
5.李士雄，丁康源.数字集成电子技术教程.北京高等教育出版社，2003
1、整体方案与原理说明.................................1
二、方波的产生设计...................3
3、脉冲环形分派电路设计........................................6
4、功率放大电路设计........................................9
五、整体电路原理相关说明..................................10
六、整体电路原理图......................................11
7、元件清单；
..........................................12
八、参考文献........................................13
九、设计心得体会......................................14
一、整体方案与原理说明
步进电机介绍
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
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。
能够通过操纵脉冲个数来操纵角位移量，从而达到准确信位的目的；
同时能够通过操纵脉冲频率来操纵电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电性能够作为一种操纵用的特种电机，利用其没有积存误差（精度为100%）的特点，普遍应用于各类开环操纵。
设计方案的确信
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，能够通过操纵脉冲个数来操纵角位移量，从而达到准确信位的目的；
目前，对步进电机的操纵要紧有由分散器件组成的环形脉冲分派器、软件环形脉冲分派器、专用集成芯片环形脉冲分派器等。
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派器、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，以提高集成度和靠得住性，步进电机操纵框图见图1。
图1
步进电机操纵系统框图
通常来讲（如下所述），步进电机驱动器所要实现的功能简单来讲确实是操纵电机的转动方向和转速。
步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。
当步进电动机驱动器接收到一个脉冲信号（来自操纵器），它就驱动步进电动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。
依据本次设计的具体要求，步进电机驱动电路整体框图如图2。
→→
图2步进电机驱动器整体框图
设计思想与设计原理
它由方波产生电路，脉冲环形分派电路和功率放大电路三大要紧电路组成。
方波产生电路要紧为脉冲环形分派电路提供方波脉冲信号，使得驱动信号发生电路输出四相驱动信号，通过功率放大电路，为电机提供足够的电流，从而操纵电机的运转。
二、方波产生电路设计
方波产生电路的功能很简单，确实是为后续电路提供方波脉冲。
结合数电教材上的理论知识，很容易想到用555按时器来组成方波产生器。
555按时器内部结构的简化原理图和引脚图如图3所示。
它由3个阻值为5千欧的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C二、大体RS触发器、放电BJTT缓和冲器G组成。
图3555按时器原理图和引脚图
555为一8脚封装的器件，其各引脚的名称和作用如下：
1脚—GND,接地脚
2脚—TL,低电平触发端
3脚—Q,电路的输出端
4脚—/RD,复位端，低电平有效
5脚—V_C,电压操纵端
6脚—TH,阈值输入端
7脚—DIS，放电端
8脚—VCC,电源电压端，其电压范围为：
3～18V
按时器的要紧功能取决于比较器，比较器的输出操纵RS触发器和放电BJT的状态。
图中4为复位输入端，当4为低电平常，不管其他输入端的状态如何，输出V0为低电平。
因此在正常工作时，应将其接高电平。
由图可知当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压别离为2/3Vcc和1/3Vcc。
当V6>
2/3Vcc,V2>
1/3Vcc时,比较器C1输出低电平,比较器C2输出高电平,大体RS触发器被置0,放电三极管T导通,输出端V0为低电平。
当V6<
2/3Vcc,V2<
1/3Vcc时,比较器C1输出高电平,比较器C2输出低电平,大体RS触发器被置1,放电三极管T截止,输出端V0为高电平。
1/3Vcc时,大体RS触发器R=1,S=1,,触发器状态不变，电路亦维持原状态不变。
其功能表如表1所示。
表1555按时器功能表
鉴于555按时器的工作原理，我设计出的方波信号产生电路的电路图如图4所示。
图4方波信号产生电路
其工作原理：
接通电源后，电容C1被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位同时放电BJT导通，现在V0为低电平，电容C1通过R2和T放电，使Vc下降。
当Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被置位，V0翻转为高电平。
电容器C1放电所需时刻为
t1=
当C放电终止时，T截止，Vcc将通过R1和R2向电容器C1充电，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时刻为
t2=（R1+R2）C
当Vc上升到2/3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就取得一个周期性的方波，其频率为
f=1/（t1+t2）=[（R1+2R2）C]
通过调剂R2，改变频率的大小，从而改变电机的转速。
3、脉冲环形分派电路设计
由于这部份电路要完成的功能是：
通过四相输出带动电机正相或反相转动。
因此本部份电路采纳的是双向移位寄放器74194。
74194是由四个触发器组成的功能很强的四位移位寄放器，其逻辑功能示用意和引脚图别离如图5和图6所示。
图574194逻辑功能示用意图674194引脚图
（1）异步清零。
当RD=0时即刻清零，与其他输入状态及CP无关。
（2）S1、S0是操纵输入。
当RD=1时74194有如下4种工作方式：
①当S1S0=00时，不论有无CP到来，各触发器状态不变，为维持工作状态。
②当S1S0=01时，在CP的上升沿作用下，实现右移（上移）操作，流向是SR→Q0→Q1→Q2→Q3。
③当S1S0=10时，在CP的上升沿作用下，实现左移（下移）操作，流向是SL→Q3→Q2→Q1→Q0。
④当S1S0=11时，在CP的上升沿作用下，实现置数操作：
D0→Q0，D1→Q1，D2→Q2，D3→Q3。
74194的功能表如表2所示。
表274194的功能表
输入
输出
工作模式
清零
控制
串行输入
时钟
并行输入
RD
S1S0
DSLDSR
CP
D0D1D2D3
Q0Q1Q2Q3
×
×
0000
异步清零
1
00
保持
11
01
1
0
↑
1
0
右移，DSR为串行输入，Q3为串行输出
10
1×
0×
左移，DSL为串行输入，Q0为串行输出
11
D0D1D2D3
并行置数
DSL和DSR别离是左移和右移串行输入。
D0、D1、D2和D3是并行输入端。
Q0和Q3别离是左移和右移时的串行输出端，Q0、Q1、Q2和Q3为并行输出端。
基于双向移位寄放器74194的工作原理及功能，设计出的脉冲环形分派电路图如图7所示。
图7环形分派电路
方波信号产生电路输出的时钟脉冲从环形分派电路输入端输入，当每送入一个时钟脉冲，输出端就向左或向右移动一名。
开关S2和S3组成了一个简单的正相/反相转动操纵电路，先使S2=1,S3=1，开始置数，A端输入高电平，再使S2=1,S3=0,现在寄放器将左移，假设将QAQBQCQD都接一个发光二极管，那么现在4个发光二极管的发光顺序为QA->
QD->
QC->
QB->
QA,假设使S2=0,S3=1,那么将向右移。
S1操纵电路为单相或双相鼓励，S1断开时，只有A端单相鼓励，假设S1闭合，那么实现A端和B端双相鼓励。
该电路将方波信号分派给四个端口QAQBQCQD，从而与电机的四相相连。
该部份电路其实包括了正相/反相转动操纵电路和单相或双相鼓励操纵电路。
4、功率放大电路设计
该部份电路的唯一功能确实是对前级电路的输出端的电流放大，从而足够驱动4相步进电机。
该部份电路图如图8所示。
由于脉冲分派器输出端输出电流很小，而步进电动机的驱动电流较大，如75BF001型步进电动机每相静态电流为3A，为了知足驱动要求，脉冲分派器输出的脉冲需经脉冲放大器（即功率放大器）后才能驱动步进电机。
图中利用三级晶体管放大，经A相、B相、C相三极管放大，在通过电机电源和电机线圈放大电流，由稳压管进行限流，大小随配电机不同而异。
由于电机各相绕组部是绕在铁芯上的线圈，因此电感较大，绕组通电时，电流上升率受到限制。
因此阻碍电机绕组电流的大小。
绕组断电时，电感中磁场的储能元件将维持绕组中已有的电流不能突变，在绕组断电时会产生反电动势。
图8功率放大电路
至此，方波信号产生电路，脉冲环形分派电路，功率放大电路三大要紧单元电路都已设计完成。
五、整体电路原理相关说明
通过以上分析，咱们将各部份电路连接，并加以适当操纵，即取得了四相步进电机驱动器的整体电路图，整体电路图如图9。
原理：
方波信号产生电路输出的时钟脉冲从环形分派电路输入端输入。
开关S2和S3组成了一个简单的正相/反相转动操纵电路。
经A相、B相、C相及D相连接的三极管放大，再通过电机线圈产生的电感操纵电流大小，从而放大几倍到几十倍然后输出，操纵电机转动方向和转速。
6、整体电路原理图
7、元件清单
表3元器件清单
序号
编号
名称
数量
74194
四位移位寄存器
1片
2
555
555定时器
3
S1—S3
单刀双置开关
3只
4
R1
1千欧
7只
5
R2
200千欧
1只
6
D1
二极管
6只
7
D2
稳压管
4只
8
C1
1uF
9
C2
10
C3
100uF
C4
12
T
理想三极管
13
L
1mH
1.康华光.电子技术基础（模拟部份）.北京高等教育出版社,2005
3.史敬灼.步进电动机伺服操纵技术.北京科学出版社,2006
设计心得体会
以上为实习期间所分析的电机驱动电路，它通过量次修改和整理，能够知足人们的大体要求，但因为水平有限，分析中也存在必然的问题，譬如说那个地址只分析了大部份一些电路原理，某些过于复杂和编程之类的原理并未作出说明，但过于复杂，本次设计未其中。
这需要一段时刻的进一步改良，若是有好的意见，希望教师给以支持。
通过这一周的学习，我感觉有专门大的收成：
第一，通过学习使自己对讲义上的知识能够应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对讲义知识的更好明白得，同时实习也段练了我个人的动手能力：
能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多讲义之外的知识。
能对protel9九、和EWB等仿真软件操作，能达到学以致用。
对咱们学生来讲，理论与实际一样的重要。
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