步进电机控制驱动电路设计

课程实习报告实习名称：电子设计制作与工艺实习学生姓名：周文生学号： 2专业班级：T-1201指导教师：李文圣完成时间： 2014年6月13日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期步进电机控制驱动电路设计摘要：本设计在根据已有模电、物电知识的基础上，用具有置位，清零功能的JK 触发器74LS76作为主要器件来设计环行分配器，来对555定时器产生的脉冲进行分配，通过功率放大电路来对步进电机进行驱动，并且产生的脉冲的频率可以控制，从而来控制步进电机的速度，环形分配器中具有复位的功能，在对于异常情况可以按复位键来重新工作。

关键字：555定时器脉冲源环行分配器功率放大电路一、方案论证与比较：（一）脉冲源的方案论证及选择：方案一：采用555定时器产生脉冲，它工作频率易于改变从而可以控制步进电机的速度并且工作可靠，简单易行。

C210uF图一 555定时器产生的方法方案二:采用晶振电路来实现，晶振的频率较大，不利于电机的工作，易失步，我们可以利用分频的方法使晶振的频率变小，可以使电机工作稳定，但分频电路较复杂，并且晶振起振需要一定的条件，不好实现。

X11k ohm1k ohm图二晶振产生脉冲源电路综上所述，我们采用方案一来设计脉冲源。

（二）环形分配器的设计：方案一：采用74ls194通过送入不同的初值来进行移位依此产生正确的值使步进电机进行转动。

但此方案的操作较复杂，需要每次工作时都要进行置位，正反转的操作较复杂，这里很早的将此方案放弃。

方案二：使用单独的JK 触发器来分别实现单独的功能。

图三双三拍正转图四单三拍正转图五三相六拍正转利用单独的做，电路图较简单，单具体操作时不方便，并且不利于工程设计。

块分的较零散，无法统一。

方案三：利用JK触发器的自己运动时序特性设计，利用卡诺图来进行画简。

图六单，双三拍的电路图单，双三拍的正，反转主要由键s1,s2的四种状态来决定四种情况的选择。

S1 s200 单三拍正转0 1 单三拍反转1 0 双三拍正转1 1 双三拍反转图七六拍正反转的实现S10六拍正转1六拍反转注：这里所提供的电路图虽然我们做试验时没有采用，但它们都是我们仿真通过的电路图。

此方案较上一个方案有较大提高，但还是电路较复杂，操作不方面，这里并不采用。

方案四：我们采用具有置位，清零功能的JK触发器74LS76作为主要器件来设计环行分配器，在这里综合前三个方案的优点，设计出了各个方面性能都比较好的方案。

它集合了方案一的置位的功能，综合了方案三的操作方面的功能，并且又在此基础上增加了复位的功能，使此更加具有实用性，更加具有批量生产性。

方案四：使用单片机作为脉冲源和环形分配器可以通过从单片机的引脚送出不同的信号来驱动电机，同时此方案有很好的人机交换的功能，在扩展功能的方面很好的空间，可以在其他引脚中送出信号来驱动七段数码管进而来显示不同的工作状态，也可以用单片机内部的定时器来计算速度的大小，进而显示出来，同时也可以增加按键的多少来扩展其他的功能。

单片机控制电路下面的为对应的程序部分：ORG 0000hLJMP MAINMAIN: MOV P1,#0FFHMOV SP,#30HKEY: MOV A,#88HMOV P0,AMOV A,#00HMOV P2,AMOV A,#0FFHMOV P3,AJB P3.0,STOPJNB P3.1,FOR3JB P3.1,FOR6JMP KEYFOR3: JNB P3.2,FOR31JB P3.2,FOR32JMP FOR3FOR31: JB P3.3,PLU31JMP FOR31FOR32: JB P3.3,PLU32JNB P3.3,REV320JMP FOR32FOR6: JB P3.3,PLU60JNB P3.3,REV61JMP FOR6STOP: MOV A,#77HMOV P0,AMOV A,#0EEHMOV P2,AMOV P1,#0FFHJB P3.0,$CALL DELAYJMP KEYPLU31: MOV R0,#00HP31: MOV A,0B1HMOV P0,AMOV A,62HMOV P2,AMOV A,R0MOV DPTR,#TABLEMOVC A,@A+DPTRJZ PLU31MOV P1,AJNB P3.0,STOPJNB P3.3,REV31CALL DELAYINC R0JMP P31REV320:JMP REV32PLU60:JMP PLU6REV31: MOV R0,#04HRE31: MOV A,#0B7HMOV P0,AMOV A,#6EHMOV A,R0MOV DPTR,#TABLEMOVC A,@A+DPTRJZ REV31MOV P1,AJB P3.0,STOPJB P3.3,PLU31CALL DELAYINC R0JMP RE31PLU32: MOV R0,#08HP32: MOV A,#0B1HMOV P0,AMOV A,#73HMOV P2,AMOV A,R0MOV DPTR,#TABLEMOVC A,@A+DPTRJZ PLU31MOV P1,AJNB P3.0,STOPJNB P3.3,REV32CALL DELAYINC R0JMP P32REV61: JMP REV6STOP1: JMP STOPREV32 : MOV R0,#0CHRE32: MOV A,#0B7HMOV P0,AMOV A,#07FHMOV P2,AMOV A,R0MOV DPTR,#TABLEMOVC A,@A+DPTRJZ REV32MOV P1,AJNB P3.0,STOP1JB P3.3,PLU32CALL DELAYINC R0JMP RE32PLU6: MOV R0,#10HP6: MOV A,#0E1HMOV P0,AMOV A,#62HMOV P2,AMOV A,R0MOV DPTR,#TABLEMOVC A,@A+DPTRJZ PLU6MOV P1,AJNB P3.0,STOP1JNB P3.3,REV6CALL DELAYINC AJMP P6REV6: MOV R0,#17HRE6: MOV A,#0E7HMOV P0,AMOV A,#6EHMOV P2,AMOV A,R0MOV DPTR,#TABLEMOVC A,@A+DPTRJZ REV6MOV P1,AJNB P3.0,STOP1JB P3.3,PLU6CALL DELAYINC AJMP RE6DELAY: PUSH ACCPUSH PSWMOV R1,#40D1:MOV R2,#248DJNZ R2,$DJNZ R1,D1POP PSWPOP ACCRETTABLE: DB 01H,02H,04HDB 00HDB 04H,02H,01HDB 00HDB 03H,06H,05HDB 00HDB 05H,06H,03HDB 00HDB 01H,03H,02H,06H,04H,05HDB 00HDB 05H,04H,06H,02H,03H,01HDB 00HEND综上所述，我们采用方案四，具有很强的实用性。

（三）功率放大器方案一:直接采用ULN2003进行驱动。

它的内部结构是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。

ULN2003的输出端允许通过IC 电流200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。

用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。

采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。

但我们这里用的步进电机的电流为400毫安，所以在此用此驱动不了。

但此方案具有连接简单的优点。

图八ULN2003内部结构方案二：达林顿管IC 可以直接对步进电机进行驱动，一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器的，电流可以达到400毫安左右，符合驱动条件。

Q1UPA 1427HR11k ohm L11.5nH-SMT0805D11N366312VVCC方案三：使用L298N 芯片驱动电机L298N 芯片可以驱动两个二相电机（如图1－1），也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V ，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO 口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。

图1－1通过比较，使用L298N 芯片充分发挥了它的功能，能稳定地驱动步进电机，且价格不高，但我们选用的为三相电机，不符合条件。

综上所述，我们采用方案二。

二．系统的设计与理论依据：1．系统框图：根据题目要求和上述论证，本系统的整体电路如下图所示：系统硬件的设计：（1）脉冲源的设计:在此电路中，当R1＝R3中，R2调至中心点，因充放电时间基本相等，其占空比约为50％，此时调节R5,仅改变频率，占空比不变，如果R2调至偏离中心点，在调R5，不仅频率改变，占空比也有一定的影响，R2仅对占空比有影响，对频率无影响。

我们所设计的速度并不是很快，主要是为了使我们很明显的去发现正转与反转的变化，更加重要的是六拍与三拍的变化之后速度并不相同。

三拍的速度明显慢于三拍，但六拍的力矩大与三拍的，可以带动更加大的器件。

C3的变化对频率的变化影响较大，我们选用的是0.1UF的电容，如果将电容值变小，速度可以更加的快。

（2）环形分配器的设计1．首先介绍一下步进电机的结构及工作原理。

电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。

0、1/3 て、2/3 て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A 与齿1 相对齐，B 与齿2 向右错开1/3 て，C 与齿3 向右错开2/3 て，A'与齿5 相对齐。

如A 相通电，B，C 相不通电时，由于磁场作用，齿1 与A 对齐，（转子不受任何力以下均同）。

如B 相通电，A，C 相不通电时，齿2 应与B 对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3 与C 偏移为1/3 て，齿4 与A 偏移（て-1/3 て）=2/3 て。

如C 相通电，A，B 相不通电，齿3 应与C 对齐，此时转子又向右移过1/3 て，此时齿4 与A 偏移为1/3 て对齐。

如A 相通电，B，C 相不通电，齿4 与A 对齐，转子又向右移过1/3 て这样经过A、B、C、A 分别通电状态，齿4（即齿1 前一齿）移到A 相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步每脉冲）1/3 て,向右旋转。

如按A，C，B，A……通电，电机就反转。

由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率一一对应关系。

而方向由导电顺序决定。

不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。

往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A 这种导电状态，这样将原来每步1/3 て改变为1/6 て。