基于简单芯片的步进电机驱动器设计带multisim仿真.docx

文档来源为 : 文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 . PAGE 10 PAGE 10文档收集于互联网，如有不妥请联系删除 . 基于简单芯片的步进电机驱动器设计 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 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。步进电机是一种 感应电机 ， 它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制 电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机， 交流电机 在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、 功率 驱动电路等组成 控制系统方可使用。因此用好步进 电子及计算机等许多专业知识。 电机 却非易事，它涉及到机械、电机、 通常电机的转子为永磁体， 当电流流过 定子绕组 时，定子绕组产生一矢量 磁场 。 该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当 定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电 电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与 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。 脉冲 ， 脉冲 任务需求分析 设计要求：本次课设主要任务为：设计一个由放坡发生气供给时钟信号的四相步进电机驱动装置。 该装置可实现： 一，电机启动 /停止控制。二，电机正转 /反转控制。三，转速控制。 四，步数控制。 五，步进电机的驱动电路足够驱动小功率单极性四相步进电机。 五，实现单极性四相步进电机的单项激励、 双向激励、四相八拍激励。 具体要求分析：要实现以上功能，必须先对步进电机的原理、结构有初步的了解。下面，就先简单介绍一下步进电机的工作原理： 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 步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于 脉冲信号的频率和脉冲数， 而不受负载变化的影响， 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。 下面就本次试验要完成的单极性四相步进电机作简要介绍： 因此，我们可以认为，本次设计的任务就是实现下图的时序波形： 总体方案设计 为完成单极性四相步进电机的设计，我必须把总体设计分为几大步骤： 一．方波发生器的设计： 放坡发生的设计中， 可连带实现点击的启动 /停止控制， 转速控制。 二．单四相激励电路的设计 三．双四相激励电路的设计 四．四相八拍激励电路的设计五．电机正传反转电路的设计 六．步数控制电路的设计 完成这些设计之后，通过开关的方式把它们连接起来，就构成了步进电机驱动装置。 原理框图 电源 方波发生器 —— 逻辑电路 — 输出驱动电流 单元电路设计 方波发生器的设计： 设 计 中 ， 可 连 带 实 现 点 击 的 启 动 / 停 止 控 制 ， 转 速 控 制 。 该电路是用 555 定时器构成的多谐振荡器。该电路工作原理为： 当电源接通瞬间，电容 C 两端没有存储电荷，两端电压为 0，666 定时器的 2、6 端输入电压为 0，即出现 6 端输入电压小于 2/3Vcc，2 端的输入电压小于 1/3Vcc 的情况，使 555 对电容 C 充电，直到 C 两端电压超过 2/3Vcc。当 C 超过 2/3Vcc 时，出现6 端电压大于 2/3Vcc，2 端的输入电压大于 1/3Vcc 的情况， 使 C 放电， 直到 C 两端电压低于 1/3Vcc。此后又重新回到上述充电过程，如此周而复始，形成震荡，产生矩形 脉冲波输出。 变速的实现： 步进电机的速度快慢是由脉冲波频率决定的。 因此，调节该电路的频率， 就实现了调速经计算，该电路的频率公式为 f=1/[ （ R1+2R2）C] ，应此调节电容 C 的大小就可实现速度的控制。 单 四 相 激 励 电 路 的 设 计 电路原理：由方波发生器产生时钟信号，供给 74LS164 和 74LS192 的 CLK 端作为时钟信号。由 74LS192 构成 4 进制加计数器，把 QA 和 QB 的输出送入二输入与门，当他们都输出高电平时，与门