步进电机控制器的设计

实 验 报 告

课程名称： 电路与电子线路实验1

第 4 次实验

实验名称： 步进电机控制器的设计 院 （系）： 专 业： 姓 名： 学 号： 实 验 室: 实验组别： 同组人员： 实验时间： 年 月 日 评定成绩： 审阅教师：

一、实验内容要求

1.步进电机控制器的设计 基本要求：

 设计环形脉冲分配器，实现对步进电机驱动电路的控制；

 自学555集成定时器的应用方法，并为环形脉冲分配器提供脉冲 提高要求：

 自行设计步进电机的驱动电路，实现对步进电机的正反转控制

二、实现方案

利用2片移位寄存器74LS194实现步进电机的四相八拍和四相四拍正转反转。为方便叙述实现方案，将2片移位寄存器74LS194分别命名为M1，M2。

四相八拍反转：将移位寄存器M1置数A=1，B=1，C=1，D=0；将移位寄存器M2置数A=0，B=0，C=0，D=0；将移位寄存器M1的左移置数端SL接到移位寄存器M2的输出端QA’；同样将移位寄存器M2的左移置数端SL接到移位寄存器M1的输出端QA；将移位寄存器M1和M2的使能端S1,S0先接1、1，再接1、0。步进电机的A相，B相，C相，D相分别和QA，QC，QA’，QC’相连接。当移位寄存器M1和M2的使能端S1,S0接1、1时，M1和M2均实现置数，当S1,S0接1、0时，M1和M2均实现向左移位，则此时将M1和M2的输出状态表中A,B,C,D四个相为1的列出：AB→A→DA→D→CD→C→BC→B，故步进电机能实现四相八拍反转。

四相八拍正转：将移位寄存器M1置数A=0，B=1，C=1，D=1；将移位寄存器M2置数A=0，B=0，C=0，D=0；将移位寄存器M1的右移置数端SR接到移位寄存器M2的输出端QD’；同样将移位寄存器M2的右移置数端SR接到移位寄存器M1的输出端QD；将移位寄存器M1和M2的使能端S1,S0先接1、1，再接1、0。步进电机的A相，B相，C相，D相分别和QA，QC，QA’，QC’相连接。当移位寄存器M1和M2的使能端S1,S0接1、1时，M1和M2均实现置数，当S1,S0接0、1时，M1和M2均实现向右移位，则此时将M1和M2的输出状态表中A,B,C,D四个相为1的列出：B→BC→C→CD→D→DA→A→AB，故步进电机能实现四相八拍正转。

四相四拍反转：将移位寄存器M1置数A=1，B=1，C=0，D=0；将移位寄存器M2置数A=0，B=0，C=0，D=0；将移位寄存器M1的左移置数端SL接到移位寄存器M2的输出端QA’；同样将移位寄存器M2的左移置数端SL接到移位寄存器M1的输出端QA；将移位寄存器M1和M2的使能端S1,S0先接1、1，再接1、0。步进电机的A相，B相，C相，D相分别和QA，QC，QA’，QC’相连接。当移位寄存器M1和M2的使能端S1,S0接1、1时，M1和M2均实现置数，当S1,S0接1、0时，M1和M2均实现向左移位，则此时将M1和M2的输出状态表中A,B,C,D四个相为1的列出：A→D→C→B，故步进电机能实现四相四拍反转。

四相四拍正转：将移位寄存器M1置数A=0，B=0，C=1，D=1；将移位寄存器M2置数A=0，B=0，C=0，D=0；将移位寄存器M1的右移置数端SR接到移位寄存器M2的输出端QD’；同样将移位寄存器M2的右移置数端SR接到移位寄存器M1的输出端QD；将移位寄存器M1和M2的使能端S1,S0先接1、1，再接1、0。步进电机的A相，B相，C相，D相分别和QA，QC，QA’，QC’相连接。当移位寄存器M1和M2的使能端S1,S0接1、1时，M1和M2均实现置数，当S1,S0接0、1时，M1和M2均实现向右移位，则此时将M1和M2的输出状态表中A,B,C,D四个相为1的列出：B→C→D→A，故步进电机能实现四相四拍正转。

三、电路设计及仿真

使用Multisim软件设计的可实现步进电机的四相八拍和四相四拍正转反转的电路图如下图1所示：

图1 步进电机四相八拍、四相四拍正转反转电路图

四、电路测试结果

使用Multisim软件中的逻辑分析仪对图1所示电路图进行测试分析，得到的波形图如下图2，图3，图4，图5所示。波形图中，从上到下的四根波形依次表示步进电机的A相，B相，C相，D相。

四相八拍反转的波形图如下图2所示：

图2 四相八拍反转波形图

四相八拍正转的波形图如下图3所示：

图3 四相八拍正转波形图

四相四拍反转的波形图如下图4所示：

图4 四相四拍反转波形图

四相四拍正转的波形图如下图5所示：

图5 四相四拍正转波形图

五、实验总结

本实验利用2片移位寄存器74LS194实现了步进电机的四相八拍和四相四拍正转与反转。其中，正转与反转取决于移位寄存器的左移与右移，四相八拍与四相四拍的差别在于移位寄存器的初始置数。而且，正转与反转的情况具有一定的对称性。本实验在设计时正是在参考课件上的方案的基础上，根据以上三个特点改造，并经过作出状态图证实得来的。