数电课程设计

江汉大学。

物理与信息工程学院。

数字电子技术课程设计报告。

目录。一、设计题目3

二、设计任务和设计要求。

1.设计题目3

2.设计技术指标及设计要求3

三、实验内容4

1.步进电机原理4

2.设计总体思想5

3.设计过程6

4.电路逻辑图10

四、收获和体会14

五、附录15

1.参考资料15

2.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：

1）实现电机正反转以及该状态的保持。

2）时钟频率f=1—60hz

三、实验内容。

1.步进电机原理。

步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。

由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。、

步进电动机的种类。

目前常用的有三种步进电动机：

(1)反应式步进电动机(vr)。反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。

(2)永磁式步进电动机(pm)。永磁式步进电动机出力大，动态性能好；但步距角大。

3)混合式步进电动机(hb)。混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。

步进电机的基本原理：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

如右图1所示，设a相首先通电，转子齿与定子a、a′对齐（图3a）。然后在a相继续通电的情况下接通b相。这时定子b、b′极对转子齿产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是a、a′极继续拉住齿，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。

这时转子的位置如图3b所示，即转子从图(a)位置顺时针转过了15°。接着a相断电，b相继续通电。这时转子齿和定子b、b′极对齐（图c），转子从图(b)的位置又转过了15°。

其位置如图3d所示。这样，如果按a→a、b→b→b、c→c→c、a→a…的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15°。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。

如果按a→a、c→c→c、b→b→b、a→a…的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六拍方式。

反应式步进电动机的步距角可按下式计算：

θb=360/ner

式中 er——转子齿数；

n——运行拍数，n=km，m为步进电动机的绕组相数，k=1或2。

如右图所示，是一个状态转换图，可以作为控制步进电机实现三相六状态的状态转换图。

其中，用“1”表示电机绕组导通，“0”表示电机绕组截止。则三个绕组abc的状态抽象正如右图的转换关系。m为输入控制变量，当m=1时，正转；m=0时，反转；显然，没有输入时，电机保持。

2.设计总体思想。

3.设计过程。

4.电路逻辑设计图。

按图连接电路，确认无误后接通电源；按下时钟脉冲，观察逻辑电平显示的变化是否符合状态图；按下使能端，重复以上步骤观察逆序状态图。其状态图如下。

g=1（正转g=0（反转）

四、收获和体会。

由于课程设计的题目是课后的习题，所以在电路设计的问题上减小了不少的难度，由平时的作业做基础，我们很快就画出了逻辑连接图。真正考验的部分就在于我们的连线环节。因为设备以及人为因素，我们进行了7次连线最后才成功得到预期目标。

每一次的失败都为我们下一次的连线奠定了基础，我们在失败中不断摸索不断汲取失败的经验，最终获得了成功。要保证连线的正确，首先我们要了解的就是每块芯片引脚的功能，然后在大家齐心协力的认真配合下才能将线正确的连接起来，以达到最终目的。在连线过程中我们同样要保持清晰的思路和头脑，不然很容易出现连线的错误。

通过这次数电课程设计让我学到了很多除开理论知识以外的技巧，增强了自己的动手能力，同时也深刻的感受到了理论与实践之间的差距以及理论与实际相结合的重要性。作为一个工科的学生，我们更重要的是要学会学以致用，将课本上的知识转换到解决我们生活中的问题上去，学会运用知识。

五、附录。1.参考资料。

数字电子技术基础简明教程（第三版）余孟尝主编高等教育出版社。

电工电子技术基础实验操长茂主编华中科技大学出版社。

2．不跟芯片管脚图。

74ls00

74ls04

74ls112

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