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课 程 设 计
〔说明书〕
三相六拍步进电机掌握器的设计
班级 / 学号
学 生 姓 名 小 班 哥指 导 教 师
沈阳航空航天大学
课 程 设 计 任 务 书
课 程 名 称 电子技术综合课程设计院 〔系〕 专业
班级 学号 姓名
课程设计题目 三相六拍步进电机掌握器的设计
课程设计时间: 年 月 日 至 年 月 日课程设计的内容及要求：
一、设计说明
设计三相六拍步进电机掌握器。二、技术指标
1、了解三相六拍步进电机工作原理掌握方法。
2、用模拟或数字电路设计一个三相六拍步进电机掌握器。
3、可以实现步进电机连续运行及点动掌握。
4、用数码管实时显示步进电机连续运行时的转速。单位：转数/分钟。三、设计要求
在选择器件时，应考虑本钱。
依据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。
画出电路原理图〔元器件标准化，电路图标准化〕。四、试验要求
依据技术指标制定试验方案；
仿真及硬件试验验证所设计的电路。
进展试验数据处理和分析。五、推举参考资料
戴伏生主编 . 根底电子电路设计与实践 . [M]北京：国防工业出版社，
2025 年
童诗白、华成英主编者 . 模拟电子技术根底. [M]北京：高等教育出版社，
2025 年
六、依据要求撰写课程设计报告
指导教师
年
月
日
负责教师
年
月
日
学生签字
年
月
日
成绩评定表
评语、建议或需要说明的问题：
成
绩
指导教师签字：
日期：
目 录
目 录 1
一、概述 2
二、方案论证 3
三、电路设计 4
脉冲发生器电路设计 5
连续运动及点动掌握电路设计 5
脉冲安排器电路设计 6
转速显示电路设计 7
规律分析电路设计 7
四、性能测试 9
步进电机连续运行 9
步进电机点动掌握运行 9
转速显示 11
五、结论 11
六、性价比 12
七、课设体会及合理建议 12
参考文献 12
附录 I 总电路图 13
附录 II 元器件清单 14
一． 概述
随着现代电子技术的进展，人们正处于一个信息时代。电子技术的应用越来越广泛,成为我们生活中不行或缺的局部。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环掌握元件，它在速 度、位置等掌握领域被广泛地应用。三相步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比， 其转速与单位时间内输入的脉冲数〔脉冲频率〕成正比，其转向与脉冲安排到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要掌握指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电相序，便可掌握步进电机的输出位移量、速度。步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动掌握系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门掌握器等。矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多状况下，三相步进电机承受三相六拍运行方式。
三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反响式伺服电机。它与一般电机一样，分为定子和转子两局部，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。定子铁芯由电工钢片叠压而成。定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串连在一起，构成一相掌握绕组。三相步进电机可构成三相掌握绕组，假设任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。在定子的每个磁极上，即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为 9º，转子上没有绕组，只有均匀分布的 40 个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，与磁极上的小齿全都。此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开
1/3 齿距。当 A 相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B 相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮 1/3 齿距角，C 相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮 2/3 齿距角。
图 1 单定子径向分相反响式伺服步进电机构造原理图
二、方案论证
设计一个三相六拍步进电机掌握器。方案一：
用 GAL 掌握脉冲安排对三相六拍步进电机进展掌握，原理框图如图 2 所示。
图 2 承受集成芯片实现三相六拍步进掌握规律电路
承受 GAL 掌握脉冲安排的规律设计，利用 GAL 中八个输出规律宏单元中的三个来完成，电机的工作状态〔O、P、Q〕中的现态与掌握信号〔S、R、D〕可通过GAL 的与、或阵列组合规律来完成。
方案二：
用 555 构成脉冲触发电路，并用集成芯片构成脉冲安排器和译码器等对三相六拍步进电机的绕组进展通断电掌握，从而实现对三相六拍步进电机进展掌握。
原理框图如图 3 所示。
图 3 掌握电路框图
步进电机的掌握电路总共可以分为三大局部，第一局部是由脉冲发生器及通电方式，其次局部是脉冲安排器，第三局部是步进电动机。首先由脉冲发生器发出一系列频率可调的脉冲波，然后由脉冲安排器将脉冲安排给步进电动机的每一相，通过脉冲的转变来实现步进电机的转动。这里用 555 产生脉冲信号，并且用其他集成芯片构成脉冲安排电路对步进电机进展掌握。
综上所述，本设计承受的是方案二，555 构成脉冲电路，用集成芯片构成脉冲安排器实现对电机掌握，芯片价格比较廉价有很高的性价比。并且能利用Multisim 软件进展电路的仿真。
三、电路设计
三相六拍步进电机有三个绕组 A、B、C。其转动通电挨次为 A→AB→B→BC
→C→CA→A，用 555 定时器产生脉冲信号，用 4 个规律与非门和 1 个 74LS163D 和 1 个 74LS138 来实现对脉冲信号掌握和安排。
表 1
三相六拍工作状态真值表
A
B
C
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
脉冲发生器电路设计
这里承受的是 555 定时器来作为脉冲发生器，产生一系列频率可调的方波脉冲，每当一个脉冲的上升沿到来时即可触发步进电机转动肯定角度。555 定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。它不仅用于信号的产生和变换，还常用于掌握与检测电路中。其内部电路由分压器、电压比较器、SR 锁存器、放电三极管以及缓冲器组成，外部引出 8 个端口，分别是 8 号引脚电源端，4 号引脚复位端，3 号引脚输出端，1 号引脚接地端，7 号引脚放电端，2 号引脚触发输入端，6 号引脚阀值输入端和 5 号引脚掌握电压端。电路实现的原理是：通过对电容的充放电来得到一系列脉冲，转变充电或放电的时间即可转变脉冲的频率。具体设计电路如图 4 所示。
图 4 脉冲产生电路
图 4 中 R1=,R2=10K,C1=10nF,则
电路的振荡周期为
振荡频率为
T=(R1+R2)C1ln3 T=
f=1/T f=
连续运动及点动掌握电路设计
在脉冲发生器的输出端设置一个单刀双掷开关，用来实现点动以及连续运行的掌握，点动运行电路的设计思想是：利用 J1 按钮来掌握高、低电平的切换。当按钮按下时，输出为高电平，当松开按钮时，变为低电平，具体的设计电路如图 5 所示。
图 5 点动运行开关电路
点动触发的原理跟连续触发的通电方式一样。图 5 中 J2 用来切换点动及连续运行方式，如图此时为连续运行方式。当 J2 开关切换至与按钮开关 J1 相连时， 即为点动运行方式电路。按下时是高电平，松开后为低电平。此时，按下或松开按钮 J1 即可实现脉冲信号的产生，脉冲信号的频率由按下按钮的频率打算。
脉冲安排器电路设计
这一局部是整个电路的关键所在，这里利用 4 个规律与非门和 1 个 74LS163D 和 1 个 74LS138 来实现脉冲安排。对三相六拍步进电机的速度掌握，即对其三个绕组的通电方式进展掌握，三相六拍步进电机的转动挨次：A-AB-B-BC-C-CA-A， 其规律表示为：A=100，AB=110，B=010，BC=011，C=001，CA=101。由此实现电机的步进，从而实现对步进电机的速度进展掌握。电路图如图 6 所示。
图 6 脉冲安排电路
由 74LS163 输出的规律信号为 Q1、Q2、Q3，经 74LS138 和与非门译码后输出 A、B、C 的六拍工作状态真值表，如表 2 所示。