课程设计三相步进电机.docx
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课程设计三相步进电机
南华大学电气工程学院
《电子技术课程设计》任务书
设计题目：
步进电机控制电路
专 业：
本10电力02班
学生姓名:
邓鹏 学 号:
20104450226
起迄日期:
2012年9月28日—2012年12月28日
指导教师:
刘原 欧阳宏志
教研室主任：
苏泽光
1 设计任务和要求………………………………………………………2
2电路原理分析………………………………………………………………3
3矩形波产生电路（含555电路）…………………………………4
4三相三拍脉冲分配器………………………………………………………5
5三相六拍脉冲分配器………………………………………………………5
6功放电路部分…………………………………………………………………7
7电路总原理图…………………………………………………………………7
8三相三拍脉冲分配器仿真图及PCB……………………………………8
9三相六拍脉冲分配器部分仿真图及PCB图…………………………9
10元件清单………………………………………………………………………11
11心得体会……………………………………………………………………12
步进电动机的控制电路
1、设计任务和要求
1、设计任务
设计制作步进电机的控制电路。
2、设计要求
（1）使用D触发器或主从JK触发器设计一个兼有三相六拍、三相三拍两
种工作方式的脉冲分配器。
（2）能控制步进电机作正向和反向运动。
（3）设计电路工作的时钟信号频率为10-100Hz。
（4）设计驱动步进电机的脉冲放大电路，使之能驱动一个相电压为24V，
相电流为0.2A的电机工作。
二．电路原理分析
1.设计要求分析
图1三相步进电机原理图
步进电动机是一种用脉冲控制的电动机，它能将脉冲信号转换成相应的角位移。
下面以反应式步迸电动机为例，说明它的结构和工作原理。
如图是三相步进电动机的结构图。
从图中可以看出，电动机的定子上有六个等分的磁极，AA'、BB'、CC'，每两个相对的齿构成一相。
每相上绕有一组线圈。
转子有四个齿，上边不绕线圈。
当A相通电，B、C相都不通电时，那么由于AA'线圈申的电流，将产生虚线所示的磁场，在这个磁场作用下，迫使转子的齿1、3跟U相的定子齿对齐。
如果在脉冲信号的作用下，A相断开，B相通电，产生磁场，这时转子齿将逆时针转过30°，使转子齿2、4跟V相定子对齐。
再来一个脉冲，使B相断电，C相通电，于是转子齿再转30°，使1、3跟相定子对齐，。
如果我们按A-B-C-A-B-C……方式不断按脉冲形式给各相线圈通电、断电，转子就会按逆时针方向旋转。
反之，按A-B-C-A-B……来改变各相绕组上的电流，转子就会按顺时针方向旋转。
像这样使A、B、C相轮流通电作为一个周期的状态称为"三拍"。
如果按A-AB-B-BC-C-CA-A六种通电方式给各绕组通电就称为"六拍"。
步迸电动机的结构虽然郁有不同，但其基本工作原理都是一样的。
使用步迸电动机，必须有脉冲信号源，现在大多数步进电动机都和单片机连在一起，因单片机提供给步进电动机的脉冲信号源是很方便的。
2.脉冲触发电路
多谐振荡器：
主要由555芯片组成
工作原理：
低电平时间:
Tpl=R1C2ln2=0.7R2C2
高电平时间：
Tph=（R1+R2）C2ln2=0.7（R1+R2）C2
振荡频率：
f=1.43/（R1+2R2）/C2
所以可以通过调节R3阻值来调节振荡频率，从而调节输出脉冲频率和宽度。
555芯片功能：
1地GND
2触发
3输出
4复位
5控制电压
6门限（阈值）
7放电
8电源电压Vcc
3.三相三拍脉冲分配器：
分析：
三拍脉冲为A—B—C—A,即100—010—001—100.由于步进电机的脉冲输入不能为111,000两种状态，所以必须进行预置端和清零端的控制。
由2片74LS74芯片中取三个D触发器构成。
电路如下图：
表174LS74N芯片真值表
~PRE
~CLR
CLK
D
Q
~Q
0
1
X
X
1
0
1
0
X
X
0
1
0
0
X
X
1
1
1
1
-
1
1
0
1
1
-
0
0
1
1
1
0
X
HOLD
4.三相六拍脉冲分配器
由两片74LS112中取3个JK触发器，一个74LS04中取4个非门，三个74LS00中取9个与非门构成。
三相六拍脉冲分配器:
E
六拍环形分配器真值表
E
~RD
J1
K1
J2
K2
J3
K3
U1
V1
W1
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
E控制三相六拍电机正反转，E为1时，步进电机正转，
工作状态为：
W1--U1W1--U1--U1V1--V1--V1W1--W1
（001—101—100—110—010—011—001）
反转时：
E=1，工作状态：
W1—W1V1-V1—V1U1—U1—U1W1.
5.功率放大电路
由于脉冲分配器的脉冲无法驱动三相步进电机，所以使用三个NPN功放管将信号放大（即将信号驱动电流放大），同时在与电源连接处并联三个续流二极管，防止过大电流。
.
6.三相三拍脉冲分配器仿真图及PCB板图
三相三拍仿真波形
三相三拍PCB图
7.三相六拍脉冲分配器部分仿真图及PCB图
三相六拍原理图
三相六拍仿真波形
元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U1
LM555CN
1、供应电压：
4.5-18V
2、供应电流：
3-6mA
3、输出电流：
225mA（max）
4、上升/下降时间：
100ns
1
555定时器
U2、U3
74LS74N
Vcc:
4.75-5.25V
Ta:
0-70oC
Io:
-0.4-8mA
2
双D触发器芯片
D4-D6
LED0
3
发光二极管
D1-D3
SMC
3
二极管
Q1-Q3
NPN
3
三极管
M
37BYJ
额定电压：
5-12VDC
步距角：
5.625°
静转矩：
34.3mN.m
直流电阻：
200欧
噪声<40dB
重量32g
1
三相四线步进电动机
R1-R7
AXIAL-0.4
7
电阻
C1、C2
RAD-0.3
2
电容
S1
SW-PB
4
开关
U7
CD4053
额定电压：
5+0.5V
1
模拟开关
U8
74LS112
额定电压：
5+0.5V
2
触发器
U9
74LS20
额定电压：
5+0.5V
1
芯片
U4
74LS14
额定电压：
5+0.5V
1
芯片
U5
74LS00
额定电压：
5+0.5V
3
芯片
U6
74LS04
额定电压：
5+0.5V
1
芯片
9.心得与体会
通过这次课程设计，我不仅回顾了以前的知识，将它学以致用，而且学到了很多书本上没有的知识，提高了自身动手能力，更重要的是对电子产品的设计和制作有了更加浓厚的兴趣。
我对一些芯片有了比较清晰的认识，比如555，74LS系列，4053模拟开关，知道了它们可以实现的基本功能；也学会使用一些常用的电子作图及仿真软件，比如AD,MUTISIUM等；同时也知道了并亲自接触了感光，洗铜板，焊接等电子制作常见过程。
我认识到大学的知识必须要学活，要会学以致用，要理论联系实际，我以后要加强动手能力的培养，感觉自己在这方面很薄弱。
这次课程设计也使我明白团队合作的重要性，大家一起讨论一起学习，解决问题。
同时也感谢老师给了我很多好的建议与帮助，使我树立了兴趣。
我会在以后的日子努力学好科学知识的同时，多去学习制作小电子产品。
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