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微电Microsoft Word 文档 (2)


课程设计任务书
1.设计内容 设计内容 1.简单原理图设计 学生掌握微型电机使用原理、模拟电路、数字电路设计概念,熟悉数字元件 基本使用方法,熟悉电路原理图的设计过程。 2.基本电路的制作 按照要求完成基于NE555、LM358、74HC40103、74HC4046、ULN2003、 对管等元器件的基本电路制作,调试。 3.总体电路设计、制作。 按要求完成直流电机驱动电

路、 直流电机转速检测电路的搭接, 并调试成功。 2.设计任务及要求 设计任务及要求 设计任务及 1.认真完成电路图的设计。 2.要求完成基本电路的制作,并调试成功;完成系统电路设计,实现一定功能, 并充分发挥元器件的功能。 3.报告打印,3千字左右,报告按照设计过程来进行书写,并完成电路板一套。 3.参考资料 参考资料 1.数字电路设计 2.模拟电路 3.NE555 手册 4.LM358 手册 5.74HC4046 手册 6.74HC40103 手册 7.ULN2003 手册 4.设计进度(2011 年 8 月 15 日至 8 月 26 日) 设计进度( 设计进度 时间 设计内容 15、16 日 布置设计任务、查阅资料 27、18 日 学习数字电路基础知识 19 日 搭接电路 22 日~24 日 组装、调试电路 25 日 整理论文 26 日 设计答辩 5.答疑时间及地点 答疑时间及地点 新实验楼 321,全天答疑

目录
课程设计任务书............................................................................................................................... 1 第 1 章 绪 论................................................................................................................................. 3 第二章 .............................................................................................................................................. 4 2.1 微电机结............................................................................................................................. 4 2.2 微电机的应用领域 ............................................................................................................. 5 2.2.1、运动机械 ............................................................................................................. 5 2.2.2、音像设备 ............................................................................................................. 5 2.2.3、自动化设备 ......................................................................................................... 5 第三章 .............................................................................................................................................. 6 3.1 步进电机............................................................................................................................ 6 3.1.1 步进电机的工作原理 ............................................................................................ 6 3.1.2 感应子式步进电机 ................................................................................................ 6 3.2 模拟电路和数字电路 ........................................................................................................ 7 第四章 模拟电路和数字电路 ....................................................................................................... 9 4.1 概念.................................................................................................................................... 9 4.2 数字元件基本使用方法 .................................................................................................... 9 第五章课程设计总结..................................................................................................................... 10 参考资料:..................................................................................................................................... 11 评语及成绩..................................................................................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。

第1章 绪 论
微型电动机(small and special electrical machine)体积、容量较小,输 出功率一般在数百瓦以下的电机和用途、性能及环境条件要求特殊的电 机。全 称微型特种电机, 简称微电机。 常用于控制系统中, 实现机电信号或能量的检测、 解算、放大、执行或转换等功能,或用于传动机械负载,也可作为设备的交、直 流电源。这次设计的主要内容就是完成步进 电机的驱动电路和步进电机转速检 测电路的搭接并调试成功。 微电机门类繁多,大体可分为直流电动机、交流电动机、自态角电动机、步 进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感应同 步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等 13 大类。

第二章
2.1 微电机结
微电机在结构上大体上可分为三类: (1)电磁式。 基本组成与普通电机相似,包括定子、转子、电枢绕组、电刷等部件,但结 构格外紧凑。 (2)组合式。 常见的有两种:上述各种微电机的组合;微电机于电子线路的组合。例如直 流电动机与传感器的组合,X 方向与 Y 方向直线电动 机的组合等。 (3)非电磁式。 外形结构与电磁式一样,如旋转类产品作成圆柱形,直线类产品作成方形, 但内部结构因其工作原理不同而差别很大。 各类微型电动机的性能差别很大,其性能参数难以统一阐明。一般说来,用 于驱动机械的侧重于运行及起动时的力能指标;作电源用的要考虑输出功率、波 形和稳定性;控制用微电机则偏重于静态和动态的特性参数。前两类电机的特性 参数与普通电机相似。唯控制用微电机有其独特的特性参数。 (1)工作特性。 常用输出量与输入量,或一个输出量与另一个输出量之间的关系来表示。从 控制要求来说,静态特性曲线应连续、光滑,没有突变;动态特性常用频率曲线 或响应曲线来表示。频率曲线应平稳,无突跳振荡点;响应曲线应快速收敛。 (2)灵敏度。 对应于单位输入信号的输出量的大小。一般常用比力矩、比电动势、放大系 数等表示。 (3)精度。 一定输入条件下,输出信号的实际值与理论值的差值代表微电机的精度,常 用误差大小表示。 (4)阻抗或电阻。 在系统中,微电机的输入、输出阻抗应分别与相应电路匹配,保证系统的运 行性能及精度。 (5)可靠性。 不仅是控制用微电机的特殊要求,驱动微电机和电源微电机也有此要求。常

用使用寿命、失效率、可靠度和平均无故障时间等参数表征微电机的运行。

2.2 微电机的应用领域
微电机主要应用于三个领域:

2.2.1、 2.2.1、运动机械
无特殊控制要求的驱动场合作为运动机械负载的动力源;

2.2.2、 2.2.2、音像设备
例如,在盒式录像机中,微特电机既是磁鼓组件的关键元件,又是其主导轴 驱动、收供带和磁带盒的自动装载以及磁带张力控制的重要元件。

2.2.3、 2.2.3、自动化设备
办公自动化设备、计算机外部设备和工业自动化设备。如磁盘驱动器、复印 机、数控机床、机器人等都应用了微电机。

第三章
3.1 步进电机
3.1.1 步进电机的工作原理

虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流 电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方 可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许 多专业知识。 步进电机是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。 现在比 较常用的步进电机包 括反应式步进电机(VR) 、永磁式步进电机(PM) 、混合式 步进电机 (HB)和单相式步进电机等。

3.1.2 感应子式步进电机
三相反应式步进电机: 1.结构: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, 与齿 2 向右错开 1/3 て, 与齿 3 向 , B C 右错开 2/3 て,A' 与齿 5 相对齐, (A'就是 A,齿 5 就是齿 1) 2.旋转: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, C 相不通电时, 齿 2 应与 B 对 。 A, 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, 4 与 A 对齐, 齿 转自又向右已过 1/3 て这样经过 A、 C、 分 B、 A 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)和频率成一一对应关系。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。甚至于通过二相电流 3.力矩:电机一旦通电,在定转子间将产生磁场(磁通量 Ф)当转子与定子错 开 一定角度产生力 F 与(dФ/dθ)成正比,力矩=力*半径,力矩与电机有效体 积*安匝数*磁密成正比(只考虑线性状态) 。因此,电机有效体积越大,励磁安 匝数越大,定转子间气隙越小,电机力矩越大,反之亦然。感应子式步进电机与 传统的反应式步进电机相比, 结构上转子加有永磁体, 以提供软磁材料的工作点, 而定子激磁只需提供变化的磁场而不必 提供磁材料工作点的耗能,因此该电机 效率高,电流小,发热低。因永磁体的存在,该电机具有较强的反电势,其自身 阻尼作用比较好,使其 在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。 一个四相电机可以 作四相运行,也可以作二相运行。 (必须采用双极电压驱动) ,而反应式电机则不 能如此。一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致,小功率电机一般直接接 为二相,而功率大一点的电机,为了方便使用,灵活改变电机的动态特点,往往 将其外部接线为八根引线(四相) ,这样使用时,既可以作四相电机使用,可以 作二相电机绕组串联或并联使用。

3.2 模拟电路和数字电路
模拟电路:处理模拟信号的电路。 数字电路:处理数字信号的电路。 数字电路特点: (1) 电路中工作的半导体管多数工作在开关状态。 (2) 研究对象是电路的输入与输出之间的逻辑关系,分析工具是逻辑代数,表达 电路的功能主要用真值表,逻辑函数表达式及波形图等。数字电路的发展:与器 件的改进密切相关,集成电路的出现促进了数字电路的发展。 数字电路的应用:范围广泛,国民经济许多部门中都将大量应用数字电路。

3.3 数字元件基本使用方法
NE555 为 8 脚时基集成电路,各脚主要功能 1 地 GND 2 触发 3 输出 4 复位 5 控制电压 6 门限(阈值) 7 放电 8 电 源 电压 Vcc 应用十分广泛,可装如下几种电路:

1.单稳类电路 作用:定延时,消抖动,分(倍)频,脉冲输出,速率检测等 2.双稳类电路 作用:比较器,锁存器,反相器,方波输出及整形等。 3.无稳类电路 作用:方波输出 ,电源变换,音响报警,玩具,电控测量,定时 等。 LM358 的特点: .内部频率补偿 . 低输入偏流 . 低输入失调电压和失调电流 . 共模输入电压范围宽,包括接地 . 差模输入电压范围宽,等于电源电压范围 . 直流电压增益高(约 100dB) . 单位增益频带宽(约 1MHz) . 电源电压范围宽:单电源(3—30V); . 双电源(±1.5 一±15V) . 低功耗电流,适合于电池供电 . 输出电压摆幅大(0 至 Vcc-1.5V) 74LS04 是 6 非门(反相器)他的工作电压 5V, 他的内部含有 6 个 coms 反相器,74LS04 的作用就是反相把 1 变成 0

第四章
4.1 概念

模拟电路和数字电路

模拟电路:处理模拟信号的电路。 数字电路:处理数字信号的电路。 数字电路特点: (1) 电路中工作的半导体管多数工作在开关状态。(2) 研究对象 是电路的输入与输出之间的逻辑关系,分析工具是逻辑代数,表达电路的功能主 要用真值表,逻辑函数表达式及波形图等。 数字电路的发展:与器件的改进密 切相关,集成电路的出现促进了数字电路的发展。 数字电路的应用:范围广泛, 国民经济许多部门中都将大量应用数字电路。 各种逻辑门电路是组成数字电路 的基本单元

4.2 数字元件基本使用方法
NE555 为 8 脚时基集成电路, 各脚主要功能 1 地 GND 2 触发 3 输出 4 复位 5 控制电压 6 门限(阈值) 7 放电 8 电源电压 Vcc 应用十分广泛,可装 如下几种电路: 1.单稳类电路 作用:定延时,消抖动,分(倍)频,脉冲输出, 速率检测等。 2.双稳类电路 作用:比较器,锁存器,反相器,方波输出及整形 等。 3.无稳类电路 作用:方波输出 ,电源变换,音响报警,玩具,电控测量, 定时等。 LM358 的特点: . 内部频率补偿 . 低输入偏流 . 低输入失调电压和失 调电流 . 共模输入电压范围宽,包括接地 . 差模输入电压范围宽,等于电源电 压范围 . 直流电压增益高(约 100dB) . 单位增益频带宽(约 1MHz) . 电源电压范 围宽: 单电源(3—30V); . 双电源(±1.5 一±15V) 低功耗电流, 适合于电池供电 . 输出电压摆幅大(0 至 Vcc-1.5V) 74LS04 是 6 非门(反相器)他的工作电压 5V,他 的内部含有 6 个 coms 反相器, 74LS04 的作用就是反相把 1 变成 0。

技术含量高的微电机,如精密无刷电动机、高速同步电动机、高精度步进 电动机、片状绕组无刷电动机、高性能伺服电动机以及新原理新结构超声波电 动机国内尚未形成商品化或批量生产能力。所以国内对高精密微特电机还依赖 进口。 据海关统计, 1995~2000 年年均用汇增长 26.9%, 2001 年虽然增加 4.81%, 还达 11.97 亿美元。

4

第五章课程设计总结
1.本人在老师的指导下, 顺利完成该课程设计。 通过该课程设计, 收获颇多。 两个星期的学习它不仅锻炼了我们动手操作能力,同时也在设计过程中让我 们明白了实践出真知这一道理,为我们以后更好的学习专业知识奠定了基础, 我们按照指导老师的要求逐步完成设计方案,较顺利地完成了设计任务。 2.课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,是我们迈向社会,从 事职业工作前一个必不少的过程.我想接下来我们更应该会认真学习专业知识, 争取在以后的实践中,少犯错误,能够正确的做出判断。我通过这几天的实践, 增强自己的实际操作动手能力,对微电机转动有了更近一步的了解,更知道微电 机转动在生活中的重要性,但在实际过程中也发现了许多自己的不足,使家用电 器的实际布线不合理,总是想着要尽快的完成布局,而很多细节都没有注意到, 这在现实生活中会出很多问题的,这毛病必须得改,为以后在现实的工作岗位中 做的更好打下基础! 3.课程设计过程中,我们意识到了自己专业知识的不足和知识的局限性。在 课程设计的过程中我们学到了新知识,锻炼了动手能力、归纳总结的能力、创新 的能力……虽然这次设计结束了, 但这次课程学到的经验和带给我们的经历与感 悟真的是让我们受益匪浅。回想着整个参赛历程,真是挺难忘的,从刚开始研究 方案,在动手实践,到最后经过多少次的调试直到最后成功,每一步的成长,都 凝聚着我们大家的汗水, 成功的那一刻, 我们真的是很激动, 如果说是热泪盈眶, 也许是很夸张,但我们无法用其他的语言来形容我们当时的心情。 4.课程设计中,同学们互相督促、帮助、学习,有谁做的不对,及时提醒, 确保在焊接中不出现错误。争取把自己成果最好的一面展现出来。我们感觉到团 结的力量。 5.在课程设计学习间,最后我们要在这里感谢老师为我们创造了很好的条 件,不仅给我们配备了使用工具,还给我们争取实验室,给我们在参赛过程中减 轻了很多阻碍。

参 考资 料:
1.数字电路设计 2.模拟电路 3.NE555 手册 4.LM358 手册 5.74HC4046 手册 6.74HC40103 手册 7.ULN2003 手册


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