5相10拍步进电机控制器.docx
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5相10拍步进电机控制器
课程设计
课程名称电子技术综合设计与实践
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
专业班级电子科学与技术（电子信息材料
与元器件）
（2）班
学号
学生姓名
指导教师
2014年6月20日
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
电子科学与技术（电子信息材料与元器件）
（2）班
姓名
学号
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5相10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。
摘要
本设计是用Quartus作为开发环境，以DE2板为硬件平台实现的一个多功能步进电机控制器。
设计过程方便。
实现了实现了步进电机的正转反转，三相三拍，三相六拍，正转，反转等控制器的基本功能。
此外，该设计还实现了步数显示和步数控制，能控制步进电机转动指定拍数后停止转动，还可以控制电机转速，具有很强的可控制性。
用DE2板实现具有电路简洁，开发周期短的优点。
充分利用了EDA设计的优点。
开发过程用了原理图输入方法来进行描述，从底层设计，充分提高了设计者的数字逻辑设计的概念。
关键词：
EDA数字电路设计，步进电机控制器，Quartus,DE2版，CPLD
1.1设计的目的1
1.2设计的要求2
2.1步进电机实现五相十拍和正反转功能2
2.2时钟分频模块3
2.3步数显示和控制电路4
2.4启动控制电路4
3.1设计思想和方案5
3.2原理框图5
3.3设计的流程图6
4.1测试步骤7
4.2实验现象7
5.1完成设计要求的程度7
5.2遇到的问题及解决方法7
5.3存在的不足和改进思路8
5.4心得体会8
参考文献9
附录9
1设计任务目的与要求
1.1设计的目的
通过这次课程设计，锻炼学生的独立设计数字逻辑的设计的能力和独立解决问题的能力。
并熟悉EDA开发的流程，为以后学习，工作打下基础。
本设计在FPGA上实现。
应用可编程逻辑器件（ProgrammableLogicDevicePLD）实现数字系统设计和单片系统的设计，是目前利用EDA技术设计数字系统的潮流。
学生在设计过程中能对一个数字系统有个很好的理解。
在DE2板上进行开发，则让学生充分的发挥自己的创新能力。
1.2设计的要求
1）要求学生独立完成整个分析任务，确定方案，设计，仿真修改，验证，下载的设计过程。
1．控制器可控制步进电机进行正转和反转；
2．设计步数显示和控制电路，能显示相应的步数；
3．设置一个开关，使控制器控制电机具有5相10拍
4.应有启动、停止功能，可以使电机启动和停止。
2）对本次设计要有个总结，提交一份报告说明书。
用以提高学生的总结，整理设计的能力。
有利于学生学习的条理性
3）在学有余力的情况下，可以自己添加一些特定的功能，充分利用DE2板上的资源，提高自己的学习能力。
2模块及其原理介绍
2.1步进电机实现五相十拍和正反转功能
该部分实现步进电机的正反转和五相十拍功能。
原理图为图2.1所示。
用五个D触发器加逻辑门实现。
每当复位端有低电平脉冲输入，该电路自动置入初始相位ABC（11100）。
正转通电顺序为：
ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB反转通电顺序为：
AB→EAB→EA→DEA→DE→CDE→CD→BCD→BC→ABC
图2.1
2.2时钟分频模块
时钟分频模块。
由CLOCK端输入系统自带时钟50MHZ,经过分频器74292。
把50MHZ分频为2HZ由Q端输出,原理图如2.2所示，频率与电机转动的快慢息息相关，因此，只要改变分频器ABCDE的值设置，就可以分出不同的频率，从而可以实现步进电机转动速度的.
图2.2
2.3步数显示和控制电路
步数显示和控制电路采用74192加减计数器，7447译码器和数码管实现。
通过一系列的与门和非门构成的逻辑电路与74192的DN和UP端连接，当按下按钮后，74192会进行减法计算。
74192和7447译码器连接使步数显示在数码管上。
图2.3
2.4启动控制电路
如图2.4，通过设定一个按钮控制整个电动机启动和停止。
按下按钮后，电路如初始值启动，再次停止电路。
另外，通过一个与门将控制步进机翻转电路的按钮和控制74192加减法按钮连接起来，只有两个按钮都按下才使步进电机和译码管显示步数同时翻转。
图2.4
3设计方案
3.1设计思想与方案
本设计采用自顶向下的设计思想。
先确定了系统的格局，再分模块实现的方案。
首先对步进电机的实际要求进行逻辑抽象，确定整个系统的输入与输出，输入有系统时钟，启动与停止，正反方向控制端，置数控制及置数端。
输出有A,B,C，D,E的组合来代表不仅电机的工作方式。
例如正转五相十拍：
（ABC-BC-BCD…）对应的输出为（11100-01100-01110-…），由输入与输出的关系，画出ABCDE的状态循环图及卡诺图，并设计自启动，列出正反转五相十拍QA、QB，QC，QD，QE的状态方程与驱动方程。
硬件方面选择D触发器实现，根据D触发器的特性与所列出的系统方程出其逻辑图，上机仿真。
3.2原理框图
3.3设计的流程图
4实验结果与数据分析
4.1测试步骤与实验现象
1）按下启动开始按钮，选择正转，择代表A,B,C的三盏LED灯亮起，然后代表ABCDE的五盏灯按照正转顺序依次亮起，并且百进制数码管上开始进行加法计数，代表步进电机所走的拍数。
2）按下控制电机正反转按钮，再按下控制计数器加减法按钮，
此时电机在反向转动，代表ABCDE的五盏灯按照反向顺序亮起，同时数码管上的显示的数目开始不断的往下减。
3）按下停止按钮，此时电机不再转动，代表ABCDE的五盏灯亮停止变化，译码管上显示的数字也停止变化。
5结论与问题讨论
5.1完成设计要求的程度
本设计在完成了基本要求的所有功能。
5.2遇到的问题及解决方法
1）设计电路不能自启动，处于五盏灯同时亮的状态不变化。
解决方法：
设置一个键，具有启动与置位功能，根据正转初始状态ABC，连接输出端A，B，C的D触发器的PRN端，连接输出端D,E的CLRN端，设定电路初始状态输出为11100。
2）电机翻转与步数显示加减法转换不能同时进行
解决方法：
把电机翻转按钮和控制74192加减法按钮用一个与门连接起来，按下两个按钮后，电机与步数显示会同时变化。
5.3存在的不足及改进思路
首先，这次的电路设计主要从原理出发，明显与或非门过多，显得电路过于混乱和密集，改进思路是把5个D触发器换成3个7474双D触发器连接线路，可节省硬件资源。
另外，电路过于复杂，容易出错。
改进思路是把电机电路改为使用74154译码器进行按顺序的连接输出端，进行输出分配。
还有，一个数码管只能从0到9，我们是用0代表第一步，9代表第十步。
改进采用两个显示器来显示，做到1对应第一步。
5.4心得体会
两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。
学会了合作，学会了理解。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，最让我头疼的是在实际操作的过程中，我们经常会因为一个小的失误，比如线接错了，有些地方的线没有接上等等问题而让实验板上的灯无法亮起来。
这些都是让我始料不及的。
由于不细心的地方太多，当时甚至有过要放弃的念头。
但是我坚持了下来，当最终看到成果的时候，我觉得这一切都是值得的。
通过这次课程设计，通过这次五相十拍步进电动机的电路设计，本人在多方面都有所提高。
通过这次五相十拍步进电动机的电路设计，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计电路的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
数电课程设计，不仅让我们的知识更加牢固，还让我意识到我们所学的知识可以与生活紧密的联系起来。
这让我对自己有了更多的信心，因为我们在大学里面不是混日子，而是在学习真正对我们的生活有帮助的知识和能力。
一个小小的课程设计，却让我有了大大的希望。
我会更加珍惜现在这么好的学习环境，努力学习知识，让自己在激烈的社会竞争中立足，也把自己所学的知识运到生活实际中来回报社会。
参考文献
[1]阎石数字电子技术基础高等教育出版社2006.5
[2]刘昌华数字逻辑EDA设计与实践——MAX+plusⅡ与QuartusⅡ双剑合璧
附录
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