四相四拍步进电机脉冲分配器设计_正文

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1、西华大学课程设计说明书说明书1前言21.1序言21.2步进电机的应用领域21.3对步进电机的未来展望31.4设计的主要工作概述32总体方案设计42.1方案比较42.2方案论证52.3方案选择63.单元模块电路设计73.1基于晶振的时钟脉冲发生器设计83.2JTAG下载电路的设计93.3控制端电路设计103.4电源电路设计114.脉冲发生器程序设计124.1状态配置电路VerilogHDL设计134.2组合逻辑电路VerilogHDL设计154.3顶层文件VerilogHDL设计165.系统调试175.1电源电路等硬件电路的调试175.2脉冲分配器的软件调试176设计总结207参考文

2、献21附录：四相四拍步进电机脉冲分配器原理图2219第页西华大学课程设计说明书说明书1前言1.1序言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组件。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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。单相步进电机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电机有多相方波脉冲驱动，用途很广。使用多相步进电机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器

3、转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电机各项绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电机的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。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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。1.2步进电机的应用领域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

4、进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。1.步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度）。基本上涉及到定位的场合都用得到。19第页西华大学课程设计说明书说明书2.广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。3.步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控

5、制性能好、整机成本低。目前用于电脑绣花机的步进电机多数为五相混合式步进电机，目的是通过采用高相数的步进电机来减小步矩角和提高控制精度，但是采用该种方式获得的性能上的提高是有限的．而且成本也相对较高。采用细分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降低噪音，提高步矩分辨率。若采用反应式步进电机，在性能明显提高的同时还能大大降低产品的成本。1.3对步进电机的未来展望步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。因此用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，

6、也符合数字化的时代趋势。1.4设计的主要工作概述步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件，通过功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子步进式的转动，随着脉冲频率的增高，转速就会增大。基于步进电机的工作原理，本课题的主要任务是供步进电机工作的脉冲分配器的设计。脉冲分配器在步进电机控制系统中占据了举足轻重的地位，一个稳定的脉冲分配器意味着一个稳定的步进电机系统，因此本设计的任务还是很具有广泛的应用领域的。19第页西华大学

7、课程设计说明书说明书2总体方案设计2.1方案比较方案一：硬件环形分配：该方案集成电路的逻辑门、触发器等逻辑单元构成。五相十拍环形分配器由五个D触发器和若干个与非门所组成。CP端接进给脉冲控制信号，DIR，PAUSE，RESET端接电机控制信号（高电平或低电平信号）。环行分配器的触发器输出端分别控制电机的A、B、C、D四相绕组。其原理图见图2.1。进行分析可知：置DIR为“1”时，五相十拍的运行方式是AB→BC→CD→DA→AB…顺序轮流通电方式，称之为正转，则转子便顺