北京工业大学电子课程设计报告（数电部分）题目：步进电机目录一、设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3二、设计任务和设计要求1.设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------32.设计技术指标及设计要求----------------------------------------------------------------------------3三、电路设计------------------------------------------------------------------------------------------------41.脉冲发生电路-------------------------------------------------------------------------------------------42.环形脉冲分配电路-------------------------------------------------------------------------------------53.控制电路-------------------------------------------------------------------------------------------------64.驱动电路-----------------------------------------------------------------------------------------------105.步进电机-----------------------------------------------------------------------------------------------11四、电路的组装和调试------------------------------------------------------------------------------------121.电路的组装----------------------------------------------------------------------------------------------122.电路的调试----------------------------------------------------------------------------------------------13五、收获和体会---------------------------------------------------------------------------------------------14六、附录------------------------------------------------------------------------------------------------------151.列表-------------------------------------------------------------------------------------------------------152.参考资料-------------------------------------------------------------------------------------------------153.部分芯片管脚图----------------------------------------------------------------------------------------16一、设计题目步进电机控制电路二、设计任务和设计要求1.设计任务：本课题要求设计一个步进电机的控制电路，该电路能对步进电机的运行状态进行控制。
2.设计技术指标及设计要求：基本要求：(1).能控制步进电机正转和反转及运行速度，并由LED显示运行状态。
（步进电机工作方式可为单四拍或双四拍）。
A．单四拍方式，通电顺序为A—B—C—D—AB．双四拍方式，通电顺序为AB—BC—CD—DA—AB(2).测量步进电机的步距角。
（通过实测步进电机旋转一周所需要的脉冲数，推算出步进电机的步距角）。
扩展要求：设计步进电机的工作方式为四相八拍。
C．四相八拍方式，通电顺序为A—AB—B—BC—C—CD—D—DA—A(4).参考元器件：步进电机，发光二极管，续流二极管IN4004，复合三极管TIP122；5Ω（1W）电阻，其它电容、电阻若干。
三、电路设计1.脉冲发生电路脉冲发生电路是由NE555及外接阻容元件构成的多谐振荡器产生的，多谐振荡器是一种可以产生周期性的矩形脉冲信号的自己振荡电路。
图3.1根据公式f=1/[ln2(R1+2R2)C] 和q=(R1+R2)/(R1+2R2) 可分别计算出其频率和占空比实际数据：R1=1KΩR2=1KΩ C=1uF计算数值：f=480.9HZ实际数值：f=493.42HZ占空比：q=33.3%后面为了实现变速，将R1替换为一个滑动变阻器。
2.环形脉冲分配电路环形脉冲分配电路是步进电机中一个重要环节，利用环形脉冲分配电路可以产生所需要的脉冲波形，以实现对步进电机的控制。
生成题目所要要求的单四拍，双四拍，和四相八拍三种工作模式。
图3.2上图为74LS161的管脚图。
74LS161计数脉冲由单次脉冲源提供，清零端、置数控制端、工作状态控制端CT P CT T、并行数据输入端D3—D0分别接逻辑电平开关，进位信号输出端CO、计数器状态输出端Q3—Q0均接逻辑电平显示。
按如下逐项测试并判断该集成块的功能是否正常。
1、异步清零功能：当=0时，这时Q3Q2Q1Q0=0000，计数器清零。
其它输入信号都不起作用，与CP无关，故称为异步清零。
2、同步并行置数功能：当=1，=0时，在CP上升沿操作下，并行输入数据d3d2d1d0置入计数器。
3、步二进制加法计数功能：当=1，若C TP=C TT=1，则计数器对CP信号按照8421码进行加法计数。
4、保持功能：若CT P·CT T=0，则计数器将保持原来状态不变；若CT P·CT T=1，则计数器将保持正常工作状态，可以正常计数。
用NE555为74LS161提供时钟脉冲，使74LS161进行十六进制计数，将QA、QB、QC三个输出端的信号作为74LS138芯片的输入信号由其进行译码工作。
电路图如下：3、控制电路以下为单四拍、双四拍及四项八拍的所要输出地逻辑信号。
单四拍：双四拍：四相八拍：（1）四项八拍电路根据74LS138的工作原理，ABCD四相即为要求的输出项，我们要求从74LS161输出从000到111的循环逻辑信号，从而可以列出74LS138的真值表。
如图3.3图3.3Y0’Y1’Y2’Y3’Y4’Y5’Y6’Y7’工作项0 1 1 1 1 1 1 1 A1 0 1 1 1 1 1 1 AB1 1 0 1 1 1 1 1 B1 1 1 0 1 1 1 1 BC1 1 1 1 0 1 1 1 C1 1 1 1 1 0 1 1 CD1 1 1 1 1 1 0 1 D1 1 1 1 1 1 1 0 DA 从图中可以分析出：A= Y0’Y1’Y7’B= Y1’Y2’Y3’C= Y3’Y4’Y5’D= Y5’Y6’Y7’可以得出结论：步进电机的每个相都由75LS138的3个输出端控制，只要3个输出端有一个端输出为0时该端所控制的相工作。
由此可以画出步进电机控制电路部分的电路图。
图3.4图3.4电路只能实现四项八拍（单向）的工作方式，不能实现正转、反转切换的工作方式，为实现正转和反转能够同时在一个电路完成的目的，将对此电路进行改进。
（3）控制电机正反转的电路为实现反转，只需将原有的输出信号按相反顺序输入给步进电机的四个相即可。
根据这个思路，我将实验电路的控制电路部分作如下改动：图3.5在这个电路中我加入了八个单刀双掷开关，在开关切换的时候从而将输入顺序改变，此时步进电机的四个相的工作顺序倒转，74LS138的输出端对应的相也发生改变。
A’= Y5’Y6’Y7’B’= Y3’Y4’Y5’C’= Y1’Y2’Y3’D’= Y0’Y1’Y7’四相八拍反转：工作方式励磁方式 A B C D四项八拍D 1 1 1 0 CD 1 1 0 0 C 1 1 0 1 BC 1 0 0 1B 1 0 1 1AB 0 0 1 1A 0 1 1 1DA 0 1 1 0D 1 0 0 0(4)电路简化由于在图3.5所示电路中，涉及八个单刀双掷开关，过于繁杂，为去掉不必要的开关，电路作如下调整图3.6这个电路图的原理是将控制电路输出信号在输入步进电机前反向，而不是在图3.5中那样改变控制电路的逻辑关系从而实现反向。
这种方式相对与上一组的优点是减少了开关的使用量，简化了电路。
但在实际中由于进度原因并未使用这种方法。
（5）单拍、四项八拍切换回到图3.374LS138的真值表，我们可以看出Y1’、Y3’、Y7’、Y5’分别控制AB、BC、CD、DA要实现单拍只需将这几个状态去掉即可。
为此我用开关来实现去掉状态的功能。
图3.7电路原理：上图电路可以实现单拍、四项八拍转换，正传、反转转换。
图中重新加入了一个74LS138芯片，目的是为了控制步进电机反转，替代了图3.6中开关的作用。
新加入了一个开关J1用于切换两个74LS138芯片，分别供电给两个芯片，当一个芯片工作时另一个停止。
74LS138-n2芯片的输出端连接和-n1是完全相反的，输出信号的顺序与原来相反，这样就可以实现反转。
开关J2~J5的用方法为“两输入一输出”，这样就有两个输入状态，其中一个分别接74LS138的Y1、Y3、Y5、Y7，另一端接高电平5V。
当开关接5V时，相当于Y1、Y3、Y5、Y7输出一直是高电平，而步进电机的相是低电平工作，所以说AB、BC、CD、DA几个状态被去掉，实现了单拍的工作方式。
开关切换到另一端时，进行四项八拍工作方式。
优点：连线简单，看起来线不少，但实际上连线及其容易，尤其是开关和两片74LS138之间的连线。
