數(shù)電課程設(shè)計(jì)---步進(jìn)電機(jī)控制電路

1、<p><b>　　物理與信息工程學(xué)院</b></p><p>　　數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)題目-------------------------------------------------------------------------

2、-----------------------3</p><p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1.設(shè)計(jì)題目------------------------------------------------------------------------------------------------3</p><p>　　2.設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)及設(shè)計(jì)要求

3、----------------------------------------------------------------------------3</p><p>　　三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容------------------------------------------------------------------------------------------------4</p><p

4、>　　1.步進(jìn)電機(jī)原理-------------------------------------------------------------------------------------------4</p><p>　　2.設(shè)計(jì)總體思想-----------------------------------------------------------------------------------

5、--------5</p><p>　　3.設(shè)計(jì)過(guò)程-------------------------------------------------------------------------------------------------6</p><p>　　4.電路邏輯圖------------------------------------------------------

6、----------------------------------------10</p><p>　　四、收獲和體會(huì)---------------------------------------------------------------------------------------------14</p><p>　　五、附錄--------------------------

7、----------------------------------------------------------------------------15</p><p>　　1.參考資料-------------------------------------------------------------------------------------------------15</p>&l

8、t;p>　　2.部分芯片管腳圖----------------------------------------------------------------------------------------16</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)控制電路</b></p>&l

9、t;p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)：本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制電路，該電路能對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。</p><p>　　2.設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)及設(shè)計(jì)要求：</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及該狀態(tài)的保持</p><p>　?。?）時(shí)鐘頻率f=1—60Hz</p><

10、p><b>　　三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p><b>　　1.步進(jìn)電機(jī)原理</b></p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應(yīng)的增量位移或步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。正常運(yùn)動(dòng)情況下，它每轉(zhuǎn)一周具有固定的步數(shù)；做連續(xù)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系

11、，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接受數(shù)字量的控制，所以特別適宜采用微機(jī)進(jìn)行控制。、</p><p><b>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類</b></p><p>　　目前常用的有三種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：</p><p>　　(1)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(VR)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角??；但動(dòng)態(tài)性能差。</p>

12、<p>　　(2)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(PM)。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)出力大，動(dòng)態(tài)性能好；但步距角大。</p><p>　　(3)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(HB)?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它有時(shí)也稱作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的基本原理:步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)

13、行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。</p><p>　　如右圖1所

14、示，設(shè)A相首先通電，轉(zhuǎn)子齒與定子A、A′對(duì)齊（圖3a）。然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相。這時(shí)定子B、B′極對(duì)轉(zhuǎn)子齒2、4產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，但是A、A′極繼續(xù)拉住齒1、3，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩個(gè)磁拉力平衡為止。這時(shí)轉(zhuǎn)子的位置如圖3b所示，即轉(zhuǎn)子從圖(a)位置順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)了15°。接著A相斷電，B相繼續(xù)通電。這時(shí)轉(zhuǎn)子齒2、4和定子B、B′極對(duì)齊（圖c），轉(zhuǎn)子從圖(b)的位置又轉(zhuǎn)過(guò)了15°。其位置如圖3d所示

15、。這樣，如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→A…的順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降剞D(zhuǎn)動(dòng)，步距角15°。電流換接六次，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進(jìn)了一個(gè)齒距角。如果按A→A、C→C→C、B→B→B、A→A…的順序通電，則電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。這種通電方式稱為六拍方式。</p><p>　　反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角可按下式計(jì)算：</p><p>　　θb=360º

16、;/NEr                                </p><p>　　

17、式中   Er——轉(zhuǎn)子齒數(shù)；</p><p>　　N——運(yùn)行拍數(shù)，N=km，m為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組相數(shù)，k=1或2。</p><p>　　如右圖所示，是一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，可以作為控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)三相六狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。</p><p>　　其中，用“1”表示電機(jī)繞組導(dǎo)通，“0”表示電機(jī)繞組截止。則三個(gè)繞組ABC的狀態(tài)抽象正如右圖的轉(zhuǎn)換關(guān)系。M為輸入控

18、制變量，當(dāng)M=1時(shí)，正轉(zhuǎn)；M=0時(shí)，反轉(zhuǎn)；顯然，沒(méi)有輸入時(shí)，電機(jī)保持。</p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)總體思想</b></p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)過(guò)程</b></p><p><b>　　4.電路邏輯設(shè)計(jì)圖</b></p><p>　　按圖連接電路，確認(rèn)無(wú)誤后接

19、通電源；按下時(shí)鐘脈沖，觀察邏輯電平顯示的變化是否符合狀態(tài)圖；按下使能端，重復(fù)以上步驟觀察逆序狀態(tài)圖。其狀態(tài)圖如下</p><p>　　100 110 010 100 110 010</p><p>　　101 001 011 101 001 011&l

20、t;/p><p>　　G=1（正轉(zhuǎn)） G=0（反轉(zhuǎn)）</p><p><b>　　四、收獲和體會(huì)</b></p><p>　　由于課程設(shè)計(jì)的題目是課后的習(xí)題，所以在電路設(shè)計(jì)的問(wèn)題上減小了不少的難度，由平時(shí)的作業(yè)做基礎(chǔ)，我們很快就畫出了邏輯連接圖。真正考驗(yàn)的部分就在于我們的連線環(huán)節(jié)。因?yàn)樵O(shè)備以及人

21、為因素，我們進(jìn)行了7次連線最后才成功得到預(yù)期目標(biāo)。每一次的失敗都為我們下一次的連線奠定了基礎(chǔ)，我們?cè)谑≈胁粩嗝鞑粩嗉橙∈〉慕?jīng)驗(yàn)，最終獲得了成功。要保證連線的正確，首先我們要了解的就是每塊芯片引腳的功能，然后在大家齊心協(xié)力的認(rèn)真配合下才能將線正確的連接起來(lái)，以達(dá)到最終目的。在連線過(guò)程中我們同樣要保持清晰的思路和頭腦，不然很容易出現(xiàn)連線的錯(cuò)誤。</p><p>　　通過(guò)這次數(shù)電課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多除開理論知識(shí)

22、以外的技巧，增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力，同時(shí)也深刻的感受到了理論與實(shí)踐之間的差距以及理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性。作為一個(gè)工科的學(xué)生，我們更重要的是要學(xué)會(huì)學(xué)以致用，將課本上的知識(shí)轉(zhuǎn)換到解決我們生活中的問(wèn)題上去，學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)。</p><p><b>　　五、附錄</b></p><p><b>　　1.參考資料</b></p><p&g

23、t;　　數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第三版） 余孟嘗主編 高等教育出版社</p><p>　　電工電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 操長(zhǎng)茂 主編 華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　2．不跟芯片管腳圖</p><p><b>　　74LS00</b></p><p><b>　　74LS04</b></p