一、概述
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。若在其输入端加入一个脉冲信号，该电机就会转过一个步距角。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，在定子的6个磁极上分别绕有绕组，对称的绕组形成一相绕组，三相电机有A、B、C三相绕组。每给一相绕组通电一次称为一拍。三相六拍步进电机工作的正转次序为A—AB—B—BC—C—CA—A，反转次序为A—AC—C—CB —B—BA—A。步进电机每步旋转的角度大小，称为步距角。它是由电动机本身转子的齿数和每一个通电循环内通电节拍决定的，三相六拍模式的步距角为15°。
脉冲信号按规定的方式分配给步进电机各相绕组，使各相绕组轮流接受脉冲信号的控制，通常是由环形分配器来实现的。它是一个中间转换环节，前面与时钟脉冲电路相接，后面接驱动电路。三者组成了步进电机的控制器。环形脉冲分配器是本次课程设计的重点和难点。
二、方案论证
利用数字逻辑电路设计一个三相六拍步进电机控制器，可以实现正转、反转、单步运行、停车等功能。
方案一：
本方案由直流稳压电源电路提供电源；时钟脉冲电路是555定时器芯片组成的多谐振荡器；环形分配器部分由74LS191加减可逆计数器和与非门电路用置数法组成6进制计数器，分别控制步进电机的正转、反转，再通过74LS138译码器和3个与非门电路实现六拍的组合逻辑函数，实现三相六拍步进电机的六拍循环。步进电机的单步运行功能的实现只需通过按动开关进行高低电平信号的转换即可，停车功能只要停止脉冲就能实现。
三相六拍步进电机控制器由直流稳压电源电路、时钟脉冲电路、环形分配器、驱动电路组成，其原理框图如图1所示。
图1 方案一原理框图 步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机停止，在输入端加入一个脉冲信号，该步进电机就会转过一个步距角。改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。该电路的时钟脉冲电路给环形分配器提供输入脉冲，环形分配器将输入时钟脉冲信号转换成A 、B 、C 三相绕组所需的顺序控制信号，经驱动电路后，加到电机的三相绕组上，驱动三相六拍步进电机转动。改变脉冲信号的输入顺序，就可以实现三相六拍步进电机的正转和反转。
方案二：
本方案由555定时器芯片组成的施密特电路作为脉冲源；六拍循环电路部分由JK 触发器组成的可逆计数器和必要的门电路组成6进制计数器，再通过74LS138译码器和必要的门电路实现六拍的组合逻辑函数，就能实现三相六拍步进电机的正转、反转；通过按动开关进行高低电平信号的转换实现单步运行功能，停车功能的实现通过停止脉冲源提供脉冲即可。 步进电机输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，就能改变步进电机的转动方向。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。给电机加一个脉冲信号，电机就能转过一个步距角。
三相六拍步进电机控制器由直流稳压电源电路、脉冲源、单步运行电路、六拍循环电路、驱动电路组成，其原理框图如图2所示。 时钟
脉
冲
电路环形分配器驱动电路步进电机
A
B C
直流稳压电源电路
图2 方案二原理框图
脉冲源根据要求控制步进电机运转，脉冲源给六拍循环电路提供输入脉冲，JK 触发器组成的加减可逆计数器、74LS138译码器与非门电路构成六拍循环电路。JK 触发器是数字电路触发器中的一种电路单元，具有置0、置1、保持和翻转功能，利用JK 触发器的翻转功能，计数器实现加法或减法计数，脉冲分配器的正反转工作方式由JK 触发器的输出端按其要求进行组合。
本设计采用的是方案一，555构成的多谐振荡电路作为脉冲源不需要外加信号，只要接通供电电源，就能自动产生矩形脉冲信号；74LS191做可逆计数器，电路比较简单，性价比较高。
三、电路设计
1、直流稳压电源电路
直流稳压电源主要由三部分组成：电源变压器、整流滤波电路和稳压电路。 该电路采用电源变压器将220V ，50Hz 电网交流电压u 1变为整流电路所需的交流电压u 2；由单相全波桥式整流电路将变压器次级交流电压u 2变为单向的直流电压u 3；由滤波电路滤除脉动电压u 3中的谐波分量，输出比较平滑的直流电压u 4；由稳压电路C 1抵消输入线较长时产生的电感效应，防止电路自激振荡；C 2用于消除输出电压中的高频噪声。电路如图3所示。 六拍
循
环
电
路驱动电路步进电机A
B C
脉冲源单步运行电路直流稳压电源电路
图3 直流稳压电源电路图
计算公式如下：
电源变压器 u2=u1÷n=220÷10=22 V
整流滤波电路 u4=1.1×u2=22.4 V
稳压电路 u o=5 V
2、时钟脉冲电路
这里采用的是555定时器来作为时钟脉冲电路，产生一系列频率可调的方波脉冲，每当一个脉冲的上升沿到来时即可触发步进电机转过一个步距角。555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，由555定时器构成的多谐振荡器，组成信号产生电路。电路实现的原理是：通过对电容的充放电来得到一系列脉冲，改变充电或放电的时间即可改变脉冲的频率。具体设计电路如图4所示。
图4 时钟脉冲电路图
图4中R1=85kΩ,R1=100kΩ,C1=10nF,则
电路的振荡周期为
T=(R1+2×R2)×C1×ln2
T=1.995ms
振荡频率为
f=1÷T
f=501.2Hz
3、环形分配器电路
这一部分是整个电路的关键所在，这里利用4个逻辑与非门和1个74LS191和1个74LS138来实现环形脉冲分配。对步进电机三个绕组的通电方式进行控制，三相六拍步进电机的正转顺序：A-AB-B-BC-C-CA-A，反转顺序：A-AC-C-BC-B-AB-A，由此实现电机的步进。
用74LS191可逆计数器和必要的门电路组成6进制计数器。74LS191本身有16个状态，6进制则取其中的6个状态。根据表1可知当M接低电平，74LS191实现加法计数，即步进电机正转；反之，步进电机反转。
表1 74LS191功能表
译码器采用3线—8线74LS138芯片，由表2可得逻辑关系为（设A相为X，B相为Y，C相为Z）：
X(A,B,C,)=(Y0ˊY1ˊY5ˊ) ˊ
Y(A,B,C,)=(Y1ˊY2ˊY3ˊ) ˊ
Z(A,B,C,)=(Y3ˊY4ˊY5ˊ) ˊ
表2 74LS138译码器真值表
环形分配器电路图如图5所示
图5 环形分配器电路图
用74LS191可逆计数器和与非门电路用置数法连接成6进制计数器，QB、QC接与非门接到置数端（LOAD），在MAX/MIN端接一个开关S1，控制加减法计数。当MAX/MIN 接低电平时，实现加法计数，步进电机正转；当MAX/MIN接高电平时，实现减法计数，步进电机反转。由74LS191输出的逻辑信号为QA、QB、QC，经74LS138和与非门译码后输出A、B、C的六拍工作状态。三相六拍步进电机正转顺序：A-AB-B-BC-C-CA-A，其逻辑表示为A=000，AB=001，B=010，BC=011，C=101，CA=101。根据逻辑表示用与非门输出A、B、C的相（设A的相为X,B的相为Y,C的相为Z，X(A,B,C,)=(Y0ˊY1ˊY5ˊ) ˊ，Y(A,B,C,)=(Y1ˊY2ˊY3ˊ) ˊ，Z(A,B,C,)=(Y3ˊY4ˊY5ˊ) ˊ），接到驱动电路，控制三相六拍步进电机的转动。
4、单步运行电路
单步运行触发的原理跟连续运行触发的通电方式相同。如图6，在时钟脉冲电路的输出端设置一个单刀双掷开关S2，用来实现连续运行以及单步运行的控制。图中此时为连续运行方式，当S2开关切换至与按钮开关J1相连时，为单步运行方式电路。单步运行电路的设计思想是：利用J1按钮来控制高、低电平的切换。当按钮按下时，输出为高电平，当松开按钮时，变为低电平。按下或松开按钮J1即可实现脉冲信号的产生，脉冲信号的频率由按下按钮的频率决定。当S2打到与J1相连，J1处于低电平状态时，三相六拍步进电机实现停车功能。单步运行电路图如图6所示。
图6 单步运行电路图
5、驱动电路
驱动电路是主电路和控制电路之间，用来对控制电路的信号进行放大的中间电路。驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。
本设计用功率放大电路作为驱动电路，功率放大电路是放大电路的末级（即输出级）输出一定的功率，以驱动负载，能够向负载提供足够信号功率的放大电路。功率放大电路图如图7所示。
图7 甲乙互补功率放大电路
功放工作电压为Vcc=15V，饱和管压降为|Uces|=3V,电机负载为R=8欧。则电机最大不失真电压为：Uom=Vcc-|Uces|=12V,电流为I=Uom÷R=(Vcc-|Uces|)÷R= 1.5A ，功率为P=U×I=12×1.5=18W.
四、性能的测试
1、直流稳压电源的测试
将直流稳压电源输出端接万用表，如图8所示。观测其输出值，由图9知输出直流为5.024V，理论值为5V，满足设计要求。
图8 直流稳压电源的测试电路图
图9 万用表测试结果图
2、时钟脉冲电路
将时钟脉冲电路输出端接示波器，如图10所示。观测其输出波形，由图11知脉冲周期T=2ms，f=500Hz，理论值： T=1.995ms，f=501.2Hz，满足设计要求。
理论值 T=(R1+2×R2)×C1×ln2=1.995ms
f=1÷T=501.2Hz
实验值由图10得T=2ms
f=1÷T=1÷0.002=500Hz
图10 脉冲源产生的测试电路图
图11 示波器测试结果图
3、连续运行电路测试
如图12，将开关S2置换到连续运行状态 ,用逻辑分析仪测试信号输出端的关系。
图12 连续运行的测试电路图
图13 逻辑分析仪测试正转结果图
图14 逻辑分析仪测试反转结果图
如图12中将S2接到连续运行状态，S1接到低电平时，步进电机实现正转，测试结果如图13所示；S1接到高电平时，步进电机实现反转，测试结果如图14所示。图13和图14中三个信号分别为A、B、C，由图13可看出正转顺序：A-AB-B-BC-C-CA-A，图14可看出反转顺序：A-AC-C-BC-B-AB-A，符合三相六拍步进电机的转动规则，满足连续运行状态的电路设计要求。
4、单步运行电路测试
把单刀双掷开关S2打到与J1相连，即单步运行状态，输出端接入三个小灯泡便于观察信号的变化，每按动一次开关J1，输出一个脉冲信号，三相六拍步进电机转动一次。S1接低电平实现电机正转，接高电平实现电机反转。三相六拍步进电机正转：A-AB-B-BC-C-CA-A，反转：A-AC-C-BC-B-AB-A。当S2打到与J1相连，J1处于低电平状态时，三相六拍步进电机实现停车功能。测试如图15所示。
图15 单步运行测试电路图
5、电路整体性能测试
用直流稳压电源电路提供电源，使三相六拍步进电机控制器实现正转、反转、单步运行、停车功能。直流稳压电源提供5V的电压给时钟脉冲电路（555定时器组成的多谐振荡器）、环形分配器（由74LS191加减可逆计数器和与非门电路用置数法组成6进制计数器，再通过74LS138译码器和3个与非门电路实现六拍的组合逻辑函数），时钟脉冲电路提供脉冲给环形分配器，实现三相六拍步进电机的正转、反转，用开关控制高低电瓶之间的转换，实现单步运行和停车功能。测试图如图16所示。
图16 整体性能测试电路图
五、结论
本次课程设计实现了题目所要求的以下功能：三相六拍步进电机能实现正转、反转、单步运行、停车功能，从而实现了对三相六拍步进电机控制器的设计。在这过程中也遇到了一些问题，比如单步运行实现不了，但经过老师的帮助，得到了很好的解决。虽然没有进行实物连接，但是通过仿真软件对电路进行了严格的仿真，可以说达到了预期的目的。
电路是由555构成的多谐振荡电路作为脉冲源不需要外加信号，只要接通供电电源，就能自动产生矩形脉冲信号关键部分是环形分配电路；最关键部分是脉冲分配器，我利用4个逻辑与非门和1个74LS191和1个74LS138来实现环形脉冲分配，通过开关进行控制单步运行和停车。整个电路简单可靠，操作方便，实用性高。
通过两周的课程设计，使我对数字电路有了进一步的了解，对各电路器件（如：555定时器、可逆计数器、译码器及与非门等）及原理有了更深一层次的认识，既增强了我对电路原理的理解能力,也使我能将所学的知识运用到实际当中去，而且加强了我的动手、思考和解决问题的能力。
六、性价比
本次课程设计用的芯片和电阻电容都是用了一些在平时做实验中用过的，555定时器芯片组成的多谐振荡器、与非门、可逆计数器74LS191、译码器74LS138及电压源等。电路中所用的器件都是易于购买且价格便宜，在能够完成相应要求的情况下较其他元件相比性价比较高,有很强的实用性。
七、课设体会及合理化建议
这次做课程设计的过程中，感觉自己的收获不少。通过这次课程设计使我对以前学过的模电、数电等知识又重新的复习了一遍，又学到了很多相关知识，掌握了可逆计数器74LS191、译码器74LS138、555定时器及一些门电路的内部结构及工作原理，并且对Multisim软件有了比较深入的学习和了解，对于我以后的学习和实践有很大的指导意义。
刚开始做这个课程设计的时候我对这个题目的了解不是很详细，通过查阅书籍收集了一些资料，我知道了步进电机的工作原理，也了解了三相六拍的含义。确定了最初的设计方案，在实际设计过程中，也遇到了许多的问题，比如单步运行实现不了，
但是通过查阅资料及老师的帮助后一一解决了，最终的结果基本上可以完成题目的要求。
我在整个设计过程中，通过对各个元件（555定时器、74LS191、74LS138芯片等）的比较和认识，找到了简单、正确的方法。对电路条件的限制、要求能更深次地理解各种器件的原理及使用规则，对具体的情况做到正确的判断，做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。在对陌生各种元件使用时，我们才了解到我们现在的知识水平还很有限，需要我们自己拓展，要多看一些关于其他类型的不同的见解。这次课程设计使我真的了解并学到了许多自己在理论课上学不到的东西，将我在课堂上学到的东西应用到实际当中，使自己对相关的知识学习的更加透彻，也从中明白了实践的重要性，明白光学习理论知识是不够的，我们还要与实际联系起来才能对知识有更好的了解。在实际设计过程中，我还意识到了还有一些地方掌握得不是很好，还需在以后的学习和实验中多加练习。在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。
在此，忠心感谢曹老师给我的教导和帮助，忠心感谢学校给我们提供这次机会。让我能够更好的更系统的学习数字电路和模拟电路这些课程，能够更好的理解电子设计的相关知识。加强了动手、思考和解决问题的能力。提高了我们对书本知识的掌握，也把我从理论水平提高到实践水平。
参考文献
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[10] 孙肖子、邓建国等主编. 电子设计指南. [M]北京：高等教育出版社，2006年
附录I 总电路图
附录II 元器件清单
序号编号名称型号数量
1 V
2 交流电源220V 50Hz 1
2 T2 变压器TS_IDEAL 1
3 D1 单相桥1B4B42 1
4 U12 三端集成稳压器LM7805CT 1
5 U7 555定时器TIMER-RATED 1
6 U1 可逆计数器74LS191D 1
7 U2 译码器74LS138D 1
8 U3 二输入与非门74LS01D 1
9 U4、U5、U6 三输入与非门74LS10D 3
10 C1 电容450uF 1
11 C2 电容10uF 1
12 C3、C4 电容10nF 2
13 R1 电阻85kΩ 1
14 R2 电阻100kΩ 1
15 S1 单刀双掷开关Key=A 1
16 S2 单刀双掷开关Key=C 1
17 J1 按动开关Key=B 1
18 XLA1 逻辑分析仪 1
19 XSC1 万用表 1
20 X1、X2、X3 小灯泡 2.5V 3
通过20进制计数器的输出端的E、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表
七、附录 555的内部结构 555定时器电路是一块介于模与数字电路的一种混合电路，由于这种特殊的地位，故5 55定时电路在报警电路、控制电路得到了广泛的应用。下图为555的内部电路，从图上可以看出，其仅有两个比较器、一个触发器、一个倒相器、放电管和几个电阻构成，由于比较器电路是一个模拟器，而触发器电路为数字电路，故其为混合器件。 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—/R D,复位端，低电平有效 5脚—V_C,电压控制端 6脚—TH,阈值输入端 7脚—DIS，放电端 8脚—V CC,电源电压端，其电压范围为：3～18V 555的功能描述
上图中当V_C不外接电压时，三个电阻对电源电压进行分压，每个电阻上的压降为1/3 V CC,则两个比较器的同相端的输出电压分别为：1/3CC,2/3V CC。从图上可以看出，其555的工作可分为下列3种情况加以讨论： 1.当触发输入端TL输入电压低于1/3V CC而阈值输入端电压大于2/3V CC时,其下面比较器输出为高电平，触发器输出高电平； 2.当触发输入端TL输入电压高于1/3V CC，而阈值输入端电压小于2/3V CC时,其两个比较器输出皆为低电平，触发器输出保持不变； 3.当触发输入端TL输入电压高于1/3V CC而阈值输入端电压大于2/3V CC时,其上面比较器输出为高电平，触发器输出低电平。 当然你在上面讨论时可同时对放电管进行讨论其状态，这里没有讨论，详情可能见有关资料，从上面的讨论，可列出下列表格： 输入输出 TH TL/RD Q放电管状态 ××00导通＞2/3V CC＞1/3V CC10导通 ＜2/3V CC＞1/3V CC1保持不变保持不变 ＞2/3V CC＞1/3V CC10导通 ＜2/3V CC＜1/3V CC11截止 一、芯片名称：同步可预置带清零二进制计数器 二、74LS163芯片的引脚图和引脚说明：
步进电机的控制实验报告 一、实验目的 1.学习步进电机的工作原理。 2.了解步进电机的驱动电路。 3.学会用单片机控制步进电机。 二、实验器件 1.T IVA C 系列芯片，电机模块和LCD显示模块。 2.电脑以及CCS开发软件。 三、实验内容 设计一个简单的程序驱动步进电机并控制转速，通过LCD板上的滚轮装置可以调节步进电机的转速。 四、实验原理 双极性四线步进电机：一般双极性四线步进电机线序是 A B A/ B/, 其中A 与A/是一个线圈，B和B/是一个线圈，一般这种驱动需要的是H桥电路。 H双极性四线步进电机驱动相序： 1.单相四拍通电驱动时序 正转： A/ B A B/ 反转： B/ A B A/ 2.双相通电四拍驱动时序 正转：A/B AB AB/ A/B/ 反转：A/B/ AB/ AB A/B 3.半步八拍驱动时序 正转：A/ A/B B AB A AB/ B/ A/B/ 反转：A/B/ B/ AB/ A AB B A/B A/
DRV8833驱动芯片： DRV8833为玩具、打印机及其他机电一体化应用提供了一款双通道桥式电机驱动器解决方案。该器件具有两个H 桥驱动器，并能够驱动两个直流(DC)电刷电机、一个双极性步进电机、螺线管或其他电感性负载。每个H桥的输出驱动器模块由N沟道功率MOSFET组成，这些MOSFET被配置成一个H桥，以驱动电机绕组。每个H桥都包括用于调节或限制绕组电流的电路。借助正确的PCB设计，DRV8833的每个H桥能够连续提供高达1.5-ARMS（或DC）的驱动电流（在25℃和采用一个5VVM电源时）。每个H桥可支持高达2A的峰值电流。在较低的VM电压条件下，电流供应能力略有下降。该器件提供了利用一个故障输出引脚实现的内部关断功能，用于：过流保护、短路保护、欠压闭锁和过热。另外，还提供了一种低功耗睡眠模式。 DRV8833内置于16引脚HTSSOP封装或采用PowerPAD?的QFN封装（绿色环保：RoHS和无Sb/Br）。 图1 H桥电路真值表 设计思路：使用单相四拍通电驱动时序驱动步进电机。用单片机生成四个占空比为25%相位逐个延迟90度的PWM信号，按照特定顺序输入到驱动芯片的AIN1、AIN2、BIN1、BIN2引脚。通过调节LCD模块上的滚轮来调节PWM信号的周期从而控制步进电机的转速。调节的频率范围是25HZ-50HZ。步进电机的转速信息通过传感器采样送到单片机，信息处理后送到LCD显示模块显示。 实验主程序： int main(void) { uint32_t pui32ADC0Value[1]; // 保存ADC采样值 int speed = 0; uint32_t cur_Period, old_Period = 0; // 根据滚轮ADC转换值换算出当前的时间周期值 // 系统时钟设置 SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_64 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ); // 初始化滚轮 Init_ADCWheel();
机电工程学院 课程设计说明书设计题目: 三相六拍步进电动机控制程序的设计与调试 学生姓名： *** 专业班级：机制***** 学号：************ 指导教师： *** 2012年12 月08 日
内容摘要 步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点,所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。目前,比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。但采用单片机控制, 不仅要设计复杂的控制程序和I /O 接口电路, 实现比较麻烦, 而且对工业现场的恶劣环境适应性差, 可靠性不高。 使用PLC可编程控制器实现三相六拍步进电动机驱动，可使步进电动机东芝的抗干扰能力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结构十分灵活，而且编程语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。 本设计是利用PLC做三相六拍步进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对步进电机正,反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。其次可以通过对按钮的控制来实现对高，低速度的控制。充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计最重要的一条原则。本设计更加便于实现对步进电机的制动化控制。 关键词：PLC控制;三相六拍;步进电动机;电机正反转
目录 引言 (1) 第1章步进电动机和PLC简介 (2) 1.1步进电动机 (2) 1.1.1三相六拍步进电动机 (2) 1.2PLC简介 (3) 1.2.1可编程控器概述 (3) 1.2.2 可编程控制器的定义 (3) 1.2.3 PLC的特点 (3) 第2章三相六拍步进电动机控制程序的设计 (5) 2.1控制程序流程图及软件模块 (5) 2.2梯形图程序设计 (7) 2.2.1 CPU的选择 (7) 2.2.2输入输出编址 (7) 2.2.3状态真值表 (7) 2.3梯形图程序 (8) 2.4三相六拍步进电机控制语句表 (12) 2.5程序的运行及调试 (14) 2.6I/O接线图 (16) 结论 (17) 设计总结 (18) 谢辞 .................................................. 错误！未定义书签。参考文献............................................... 错误！未定义书签。
数电课程设计报告 姓名：李鹏鹏 学号：04113063 指导老师：董瑞军
目录 1.概述 ---------------------------------------------------3 2.原理图 --------------------------------------------------3 3.FPGA与ADC0809VHDL控制程序 ------------------------------3 4.FPGA中储存模块 -----------------------------------------7 5.储存器控制模块 ----------------------------------------8 6.FPGA与DAC0832的连接和控制 ------------------------------11 7.分频模块 ---------------------------------------14 8.顶层模块设计 ----------------------------------------15 9.RTL视图 ----------------------------------------------18 10.研究体会 -----------------------------------------------19
一．概述 课题要求通过FPGA对A/D和D/A转换的控制,使得FPGA的输入量和输出量一致，根据原理设计出如下框架图。本报告主要内容从A/D转换器（ADC0809）前端的测温电路开始，经过取样保持电路，详细介绍了A/D转换器与FPGA芯片VHDL控制程序，以及FPGA的对数据的储存和控制模块，之后说明D/A转换器（DAC0832）控制程序和转换器后端的电路图，并完成顶层模块设计以各模块，主要过程在计算机上进行仿真，报告中附以详尽说明的仿真波形和统计报告。 二．原理图 若模拟信号变化速度较快，需要在A/D之前加入采样保持电路，以保证转换精度。在这里选择LF398（LF398是一个专用的采样保持芯片，它具有很高的直流精度和较高的采样速率，器件的动态性能和保持性能可以通过合适的外接保持电容达到最佳。）模拟输入量U0(t)从IP进入，采样输出量从OP口输出至ADC0809的IN口（IN0-IN7的选择由ADDA-ADDC决定），逻辑输入控制端与START连接。ADC0809和FPGA的连接和FPGA和DAC0832的连接如图，而在DAC0832后端，由于输出的为模拟电流量，若需输出电压量，则可加入如图电路。 三．FPGA与ADC0809VHDL控制程序 ADC0809的引脚图如下 IN0-IN7模拟量输入通道 ADDA,ADDB,ADDC---输入通道选择地址，按其状态选择输入通道。
步进电机结构简介 按照励磁方式分类，步进电机可分为反应式、永磁式和感应子式。其中反应式步进电机用的比较普遍，结构也较简单。本课题采用的也是此类电机。 反应式步进电机又称为磁阻式步进电机，其典型结构如图1所示。这是一台三相电机，定子铁心由硅钢片叠成，定子上有6个磁极，每个磁极上又各有5 个均匀分布的矩形小齿。三相电机共有三套定子控制绕组，绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相。转子也是由叠片铁心构成，转子上没有绕组，而是由40个矩形小齿均匀分布在圆周上，相邻两 齿之间的夹角为9度。 下面简述其工作原理。当某相绕组通 电时，对应的磁极就会产生磁场，并与转 子形成磁路。若此时定子的小齿与转子的 小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子 转动一定的角度使转子齿与定子齿对应。 由此可见，错齿是促使步进电机旋转的根 本原因。例如，在单三拍运行方式中，当 A相控制绕组通电，而B、C相都不通电时， 由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特 点，所以转子齿与A相定子齿对齐。若以此作为初始状态，设与A相磁极中心磁极的图1 步进电机剖面结构转子齿为0号齿，由于B相磁极与A相磁极相差120度,且120度/9度＝13.333不为整数，所以，此时13号转子齿不能与B相定子齿对齐，只是靠近B相磁极的中心线，与中心线相差3度。如果此时突然变为B相通电，而A、C相都不通电，则B相磁极迫使13号小齿与之对齐，整个转子就转动3度。此时称电机走了一步。 同理，我们按照A→B→C→A顺序通电一周，则转子转动9度。转速取决于各控制绕组通电和断电的频率（即输入脉冲频率），旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。如上述绕组通电顺序改为A→C→B→A······则电机转向相反。 这种按A→B→C→A······方式运行的称为三相单三拍，“三相”是指步进电机具有三相定子绕组，“单”是指每次只有一相绕组通电，“三拍”是指三次换接为一个循环。 此外，三相步进电机还可以以三相双三拍和三相六拍方式运行。三相双三拍就是按AB→BC→CA→AB······方式供电。与单三拍运行时一样，每一循环也是换接3次，共有3种通电状态，不同的是每次换接都同时有两相绕组通电。三相六拍的供电方式是A→AB→B→BC→C→CA→A······每一循环换接六次，共
1 引言 1.1课程设计任务和要求 课程设计任务: 设计一个三相步进电机控制系统，设计一个计算机步进电机程序控制系统，可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。通过设计，掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。 要求完成的主要任务: （1）设计接口电路和驱动电路，对步进电机进行控制。 （2）选择控制算法，编写控制程序，实现三相步进电机在六拍工作方式下先正转90度，然后再反转60度，要求其速度可调，转向可控。 （3）写出设计说明书。 课程任务要求: （1）查阅资料，确定设计方案 （2）选择器件，设计硬件电路，并画出原理图和PCB图 （3）画出流程图，编写控制程序 （4）撰写课程设计说明书 2 步进电机的概述 2.1 步进电机的特点 1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 2）步进电机外表允许的温度高。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。 3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步
进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。2.2 步进电机的工作原理 步进电机是一种用电脉冲进行控制 ,将电脉冲信号转换成相位移的电机,其机械位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比,每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度 ,脉冲的频率决定了电机运转的速度.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。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 2.3 步进电机的技术参数 1)空载启动频率 即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 2)电机固有步距角 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为 1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 3)步进电机的相数 是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。
数字电路课程设计总结报告题目：交通灯控制器 班级：08通信工程1班 学号：0810618125 姓名：廖小梅 指导老师：张红燕 日期：2010年12月
目录 1、设计背景 2、设计任务书 3、设计框图及总体描述 4、各单元设计电路设计方案与原理说明 5、测试过程及结果分析 6、设计、安装、调试中的体会 7、对本次课程设计的意见及建议 8、附录 9、参考文献 10、成绩评定表格
一、设计背景 随着经济的快速发展，城市交通问题日益凸显严重，尤其在城市街道的十字叉路口，极其容易发生交通问题，为了保证交通秩序和人们的安全，一般在每条街上都有一组红、黄、绿交通信号灯。交通灯控制电路自动控制十字路口的红、黄、绿交通灯。交通灯通过的状态转换，指挥车辆行人通行，保证车辆行人的安全，实现十字路口交通管理自动化。 二、设计任务书 1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向（即 A车道）和东西方向（即B车道）两条交叉道路上的车辆 交替运行，每次通行时间都为30秒； 2、在绿灯转红灯时，先由绿灯转为黄灯，黄灯亮6秒后，再 由黄灯转为红灯，此时另一方向才由红灯转为绿灯，车辆 才开始通行。 三、设计框图及总体描述 1、分析系统的逻辑功能，画出其框图 交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。
图1交通灯控制系统原理框图 在图中， T30: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为30秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，T30 =1，否则，T30 =0。 T6：表示黄灯亮的时间间隔为6秒。定时时间到，T6=1，否则，T6=0。 S T：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。 由它控制定时器开始下个工作状态的定时。 交通系统的车道信号灯的工作状态转换如下所述： 状态1：A车道绿灯亮，B车道红灯亮。表示A车道上的车辆允许通行,B车道禁止通行。绿灯亮满规定的时间隔T30时， 控制器发出状态信号S T，转到下一工作状态。 状态2：A车道黄灯亮，B车道红灯亮。表示A车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，B车 道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发 出状态转换信号S T，转到下一工作状态。 状态3：A车道红灯亮，B车道黄灯亮。表示A A车道禁止通行，B车道上的车辆允许通行绿灯亮满规定的时间间隔T30 时，控制器发出状态转换信号S T，转到下一工作状态。
步进电机的种类、结构及工作原理 步进式伺服驱动系统是典型的开环控制系统。在此系统中，执行元件是步进电机。它受驱动控制线路的控制，将代表进给脉冲的电平信号直接变换为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。由于该系统没有反馈检测环节，它的精度较差，速度也受到步进电机性能的限制。但它的结构和控制简单、容易调整，故在速度和精度要求不太高的场合具有一定的使用价值。 1.步进电机的种类 步进电机的分类方式很多，常见的分类方式有按产生力矩的原理、按输出力矩的大小以及按定子和转子的数量进行分类等。根据不同的分类方式，可将步进电机分为多种类型，如表5-1所示。 表5-1 步进电机的分类 2.步进电机的结构
目前，我国使用的步进电机多为反应式步进电机。在反应式步进电机中，有轴向分相和径向分相两种，如表5--1所述。 图5--2是一典型的单定子、径向分相、反应式伺服步进电机的结构原理图。它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁心和定子绕组。定子铁心由电工钢片叠压而成，其形状如图中所示。定子绕组是绕置在定子铁心6个均匀分布的齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。图5--2所示的步进电机可构成三相控制绕组，故也称三相步进电机。若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极，其方向即图中所示的NS极。在定子的每个磁极上，即定子铁心上的每个齿上又开了5个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9°，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽也是等宽的，齿间夹角也是9°，与磁极上的小齿一致。此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距，如图5--3所示。当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前(或滞后)转子齿1/3齿距角，C相磁极齿超前(或滞后)转子齿2/3齿距角。 图5-2 单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图
系统硬件设计 2010/2011学年第1学期专用周实训报告 课程名称：可编程控制器专用周 班级：计算机控制0901 姓名：齐珊 教学周数： 1 周 指导教师：吴洋、吴刚
目录 一、课题题目及要求 设计并制作一个基于32×32点阵LED模块的书写显示屏，其系统结构如图1-1所示。在控制器的管理下，LED点阵模块显示屏工作在人眼不易觉察的扫描微亮和人眼可见的显示点亮模式下；当光笔触及LED点阵模块表面时，先由光笔检测触及位置处LED点的扫描微亮以获取其行列坐标，再依据功能需求决定该坐标处的LED是否点亮至人眼可见的显示状态，从而在屏上实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示功能。 图1-1 LED点阵书写显示屏系统结构示意图 设计的最终要求是：在点亮功能下当光笔接触屏上某点LED时，能即时点亮该LED；在划亮功能下当光笔快速划过时，能同步点亮划过的各LED，其速度要求2S内能划过并点亮40点LED；在反显功能下能对屏上显示的信息实现反向显示；在屏幕擦除功能下能实现对屏上所显示信息整屏擦除；在笔画擦除功能下，能用光笔擦除屏上所显汉字的笔画；在连写多字功能下，能结合自选的擦除方式，在30S内以划亮方式写出四个汉字且存入机内；在对象拖移功能下，能用光笔将选定显示内容在屏上进行拖移，先用光笔以划亮方式在屏上圈定欲拖移显示对象，再用光笔将该对象拖移到屏上另一位置；当光强改变时，能自动连续调节屏上显示亮度；当光笔连续未接触屏面的时间超过1-5MIN 时，自动关闭屏上显示，并使系统进入休眠模式。
二、实训目的 1、运用Proteus中电子线路设计与仿真（了解电路分析、模拟电子技术和数字电 子技术） 2、熟练掌握电子线路设计与仿真的一般流程 3、进一步熟练Proteus电路仿真工具和Keil仿真软件进行系统联调 4、能够学会使用可编程控制器等其它应用系统的编程方法 5、熟练在Keil软件中熟练输入、设置、调试、排除错误、修改及调试程序的方法 6、对给定题目能进行系统设计，能画出硬件原理图及软件流程图 7、掌握识别元器件类型、引脚的极性、实物引脚排列方向 8、掌握焊接元器件的方法，学会规划、合理布局焊接路电路板方法 9、能进行电路板的焊接，并能检查存在的问题 10、掌握简单产品的开发流程和详细的设计过程。 11、提高和培养创新能力和团队协作能力 12、进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力， 为后续课程的学习打下基础 三、设计过程 1、系统整体设计 根据课题要求，LED点阵书写显示屏由主控模块，按键电路、LED点阵模块、光笔电路及LED点阵驱动显示等部分组成。系统框图如图2-1所示： 图2-1系统框图 2、核心控制模块的的设计 核心控制模块是系统的大脑，控制着系统的所有输入输出、计算、判断与决策。“LED点阵书写显示屏”检测精度要求高且数据存储容量大，选择适合的控制模块，能确保其快速是实现稳定及达到
三相六拍步进电动机 三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。定子铁芯由电工钢片叠压而成。定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串连在一起，构成一相控制绕组。三相步进电机可构成三相控制绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。在定子的每个磁极上，即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9o，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9o，与磁极上的小齿一致。此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮1/3齿距角，C 相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮2/3齿距角。 步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情况下，三相步进电机采用三相六拍运行方式。“三相三拍”中的“三相”指定子有三相绕组；“拍”是指定子绕组改变一次通电方式；“三拍”表示通电三次完成一个循环。
1.三相单三拍运行方式 图9-3所示为反应式步进电动机工作原理图，若通过脉冲分配器输出的第一个脉冲使a相绕组通电，b,c相绕组不通电，在a相绕组通电后产生的磁场将使转子上产生反应转矩，转子的1、3齿将与定子磁极对齐，如果9-3（a）所示。第二个脉冲到来，使b相绕组通电，而a、c相绕组不通电；b相绕组产生的磁场将使转子的2、4齿与b 相磁极对齐，如果9-3（b）所示，与图9-3（a）相比，转子逆时针方向转动了一个角度。第三个脉冲到来后，是c相绕组通电，而a、b 相不通电，这时转子的1、3齿会与c组对齐，转子的位置如图9-3（c)所示，与图9-3（b)比较，又逆时针转过了一个角度。 当脉冲不断到来时，通过分配器使定子的绕组按着a相--b相--c相--a相……的规律不断地接通与断开，这时步进电动机的转子就连续不停地一步步的逆时针方向转动。如果改变步进电动机的转动方向，只要将定子各绕组通电的顺序改为a相--c相--b相--a相，转子转动方向即改为顺时针方向。 控制绕组通、断电的方式，称为分配方式。上述按a 相--b 相--c 相--a相……的通电方式和a 相--c相--b 相--a相……的通电方式，没来到一个脉冲时，只有一个控制绕组（定子绕组）通电，在一个循环周期内有三种不同的通电状态，这样的通电次序，称为单三拍分配方式。
数电课程设计报告：频率计 目录 一、设计指标 二、系统概述 1.设计思想 2.可行性论证 3.工作过程 三、单元电路设计及分析 1.器件选择 2.设计及工作原理分析 四、电路的组构及调试 1.遇到的问题 2.现象记录及原因分析 3.解决及结果 4.功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据 五、总结 1.体会 2.电路总图 六、参考文献 一、设计指标 设计指标：要求设计一个测量TTL方波信号频率的数字系统。测试值采用4个LED七段数码管显示，并以发光二极管只是测量对象（频率）的单位：Hz、kHz。
频率的测量范围有四档量程。 1）测量结果显示四位有效数字，测量精度为万分之一。 2）频率测量范围：100.1Hz——999.9kHz，分为： 第一档： 100.0Hz——999.9Hz 第二档： 1.000kHz——9.999kHz 第三档： 10.00kHz——99.99kHz 第四档： 100.0kHz——999.9kHz 3）量程切换可以采用两个按键SWB、SWA手动切换。 扩展要求： 一、当被测频率大于999.9kHz，超出最大值时，设置亮一个警灯，并同时发出报警声音。 二、自动切换量程 提示： 1.计数器计到9999时，产生溢出信号CO，启动量程加档。 2.显示不足4位有效数字时量程减档。 三、各量程输出信号的频率最高位有效数字为1、2、3、4、5、6、7、8、9。 二、系统概述 1.设计思想 周期性信号频率可通过记录信号在1s内的周期数来确定其频率。
累计标准时间Ts中被测信号的脉冲个数Nx，被测信号频率：fx≈Nx/Ts 测量时间Ts选择：由于测量时间Ts需要根据被测信号的频率切换，所以通常对振荡时钟进行分频以获得不同的定时时间。 采样定时、显示锁存、计数器清零的控制时序波形图 2.可行性论证 用计数器实现记录周期数的功能；用时基信号产生计数时间作为采样时间；用四位动态扫描通过数码管显示结果；因为如果计数器直接把数据输入到数码管显示，那么数码管的数据就会不断变化，累计增加的情况，所以采用锁存器，在每个时间信号内，通过一个高电平使能有效，将计数器的数值锁存到寄存器或者锁存器；为了不要让每次锁存的数据会比上次
北华航天工业学院 课程设计报告（论文） 课程名称：微机控制技术课程设计 设计课题：步进电机的控制系统 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2013年06月11日
北华航天工业学院电子工程系 微机控制技术课程设计任务书 姓名：专业：班级： 指导教师：职称：教授时间：2013.6.11 课程设计题目：步进电机的控制系统 设计步进电机单片机控制系统，其功能如下： 1．具有对步进电机的启停、正反转、加减速控制； 2．控制按钮分别为正转、反转、加速、减速、以及停止键； 3．能够通过三位LED数码管（或液晶显示器）显示当前的转动速度，并且由两只不同颜色的发光二极管分别指示正转和反转，因此可以清楚的显示当前转动方向和转速； 4．要求每组选择的步进电机控制字不同； 5．用单片机做控制微机； 应用软件：keil protues 成果验收形式： 1.课程设计的仿真结果 2.课程设计的报告书 参考文献： 【1】张家生. 电机原理与拖动基础【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006. 【2】马淑华，王凤文，张美金. 单片机原理与接口技术【M】.北京：北京邮电大学出版社，2007. 【3】顾德英，张健，马淑华.计算机控制技术【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006. 【4】张靖武，周灵彬. 单片机系统的PROTEUS设计与仿真【M】. 北京：电子工业出版社，2007 第16周 时间 安排 指导教师教研室主任： 2013年06 月11日
内容摘要 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。 关键词：步进电机单片机数码管显示
电气工程学院课程设计说明书 设计题目： 系别： 年级专业： 学号： 学生姓名：
指导教师： 电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计 基层教学单位：电气工程及自动化系指导教师：
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。 电气工程学院教务科 摘要 PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。本设计是用PLC做三相六拍步进电机的控制核心，用按钮开关来实现对步进电机正、反转运行控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。其次可以通过对按钮的控制来实现对高、低速度的切换控制。 关键词：PLC控制三相六拍正反转运行高低速运行
目录 封皮 (1) 任务书 (2) 摘要 (3) 目录 (4) 第一章三相六拍步进电机的PLC控制及要求 (5) 1.1步进电机的工作原理 (5) 1.2三相六拍步进电机控制要求 (5) 1.3 步进电机的驱动 (6) 第二章参数选择 (7) 2.1 三相六拍步进电机的参数选择 (7) 2.2 PLC的选择 (7) 2.3 功率放大电路参数选择 (7) 第三章整体设计 (7)
3.1 PLC的I/O端口分配表 (7) 3.2 硬件接线图 (8) 3.3 程序流程图 (8) 3.4 状态转移图 (9) 3.5 步进梯形图 (10) 3.6 时序图 (12) 总结 (13) 参考文献 (14) 评审意见表 (15) 第一章三相六拍步进电机的PLC控制及要求 1．1步进电机的工作原理 电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60o。各磁极上套有线圈，连成A、B、C三相绕组。转子上均布40个小齿。所以每个齿的齿距为θE=360o/40=9o，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定子和转子的小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3o。因此，B、C极下的磁阻比A磁极下的磁阻大。若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3o；此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对B相绕组通电，而改为C相绕组通电，同理受反应转矩的作用，
《单片机原理及应用》课程设计报告书 课题名称单片机控制步进电机 姓名 学号 专业 指导教师 机电与控制工程学院 2014 年5月30 日
任务书 单片机控制步进电机 步进电机是工业过程控制及仪表中的主要控制元件之一，它可以在机械结构中把丝杠的角度变成直线位移，也可以用它带动螺旋电位器，调节电压和电流，从而实现对执行机构的控制。在数字控制系统中，由于它可以直接接受计算机输出的数字信号，而不需要进行D/A 转换，所以使用起来十分方便。步进电机具有快速的启停能力和精度高的显著特点，在定位场合得到了广泛的应用。 步进电机实际上是一个数字/角度转换器，也是一个串行的数/模转换器。因此，需把并行的二进制转换成串行的脉冲序列，并实现方向控制。每当步进电机脉冲输入线上得到一个脉冲，它便沿着特定的方向走一步。 设计要求： 采用单片机来控制一个三相单三拍的步进电机工作。步进电机的旋转方向由正反转控制信号来控制。步进电机的步数由键盘输入，可输入的步数分别为3，6，9，12，15，18，21，24，27步。并且键盘具有键盘锁的功能，当键盘上锁的时候，步进电机是不接受输入步数的，也不会运转。只有当键盘锁打开并输入步数的时候，步进电机才开始工作。电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。当电机在运转的过程当中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮.，同时警报响。
目录 1、绪论 (4) 2、方案论证（规划、选定） (7) 3、方案说明（设计） (7) 4、硬件方案设计 (8) 5、软件方案设计 (12) 6、调试 (13) 7、技术小结（结束语） (14) 8、参考文献 (15) 9、附录（源程序代码、电路图等） (16)
数电课设报告
、 西安电子科技大学 电子技术应用设计课程实验报告实验名称改通用示波器为简易的逻辑分析仪 网络与信息安全学院 1518021 班 姓名 ** 学号 ** 同作者无 实验日期 2017 年 12 月21 25 日 实验地点 E-II-310
一、方案设计报告 1、任务要求 通过扩展示波器的功能，完成简易逻辑分析仪的设计。 2、方案的原理及可行性 A、组成 通用示波器通常由显示器件（阴极射线管）、垂直放大器、触发器 或同步电路、时基、水平放大器、门控放大器、电源等组成，其 框图如下所示。 B、工作原理 被测信号经垂直放大器后加到示波器的垂直（Y轴）的偏转系统， 使电子射线的垂直偏转距离正比于输入信号的瞬时值。在示波管 的水平（X轴）偏转系统上加以随时间线性变化的信号；使电子射 线在水平偏转正比于时间，那么再示波管的屏幕上就得到输入信 号的时间波形。由于水平偏转系统所加线性变化的信号不可能无 限增长，荧光屏的尺寸也有限，故实际线性变化的信号（扫描信 号）是一锯齿波，这样就能使输入信号的时间波形在荧光屏上反 复出现。当锯齿波的重复周期等于输入信号周期（或输入信号周 期的整数倍）时，每次重复出现的波形正好完全重合（同步）就 可看到稳定的波形。 C、双踪示波器 对于双踪示波器，则是由一个电子开关来控制Y轴偏移电压，使
其在第一个扫描周用内接通第一路信号，在第二个扫描周期接通第二路信号（在两个扫描周期可以加入不同的偏移电压），交替进行。这样在屏幕上就可同时看到两个波形。如图所示。实际上示波器是分时工作。 D、示波器功能扩展 根据上述原理，若要示波器能够同时观察多个波形。只需在每个波形加入Y轴放大器（垂直放大器）的同时加一偏移电压，然后调节扫描周明便能得到稳定的多个波形。示波器观察多个波形功能扩展框图如下。
1 引言 课程设计任务和要求 课程设计任务: 设计一个三相步进电机控制系统，设计一个计算机步进电机程序控制系统，可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。通过设计，掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。 要求完成的主要任务: （1）设计接口电路和驱动电路，对步进电机进行控制。 （2）选择控制算法，编写控制程序，实现三相步进电机在六拍工作方式下先正转90度，然后再反转60度，要求其速度可调，转向可控。 （3）写出设计说明书。 课程任务要求: （1）查阅资料，确定设计方案 （2）选择器件，设计硬件电路，并画出原理图和PCB图 （3）画出流程图，编写控制程序 （4）撰写课程设计说明书 2 步进电机的概述 步进电机的特点 1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 2）步进电机外表允许的温度高。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。 3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步
进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 步进电机的工作原理 步进电机是一种用电脉冲进行控制 ,将电脉冲信号转换成相位移的电机,其机械位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比,每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度 ,脉冲的频率决定了电机运转的速度.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。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机的技术参数 1)空载启动频率 即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 2)电机固有步距角 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为°/°（表示半步工作时为°、整步工作时为°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 3)步进电机的相数 是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为°/°、三相的为°/°、五相的为°/°。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。
目录 一.课程设计题目 二.设计的任务和要求 三.设计与调试 四.系统总体设计方案及系统框图 五.设计思路 六.电路连接步骤 七.电路组装中发生的问题及解决方案 八.所选方案的总电路图 九.实验结果 十.心得体会
一、课程设计题目 交通灯控制系统设计 二、设计的任务和要求 1）在严格具有主、支干道的十字路口，设计一个交通灯自动控制装置。要求：在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯；顺序无要求； 2）设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间。红（主：R,支：r）绿（主：G，支：g）黄（主：Y，支：y）三种颜色灯，由四种状态自动循环构成（Gr→Yr→Rg→Ry）;并要求不同状态历时分别为：Gr:30秒，Rg:20秒，Yr,Ry:5秒 三、设计与调试 1、按照任务要求，设计电路，计算相关参数，选择电子元器件 2、根据所设计的电路和所选择的器件搭接安装电路 3、接步骤进行调试电路 4、排除故障，最终达到设计要求 四、系统总体设计方案及系统框图 方案一：芯片设计 （1）芯片功能及分配 交通灯控制系统主要由控制器、定时器、译码器、数码管和秒脉冲信号发生器等器件组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。 1）系统的计时器是由74LS161组成，其中应因为绿灯时间为30秒，所以绿灯定时器由两块74LS161级联组成.74LS161是4位二进制同步计数器，它具有同步清零，同步置数的功能。 2）系统的主控制电路是由74LS74组成，它是整个系统的核心，控制信号灯的工作状态。 3)系统的译码器部分是由一块74LS48组成，它的主要任务是将控制器的输出翻译成6个信号灯的工作状态。整个设计共由以上三部分组成。 2）各单元电路的设计： 1. 秒脉冲信号发生器