微机原理实验指导书.doc

微机原理实验指导书（版本0.1）余有灵 副教授控制科学与工程系2007年12月11日说明本实验指导书是依据西安唐都科教仪器公司的产品手册编制，在实验中心相关领导和实验工作人员的帮助下完成的，在此表示感谢。本次实验包括三个实验系统。任意完成其中一个即可。实验6-1 步进电机控制实验 1 实验目的 (1) 学习步进电机的控制方法。 (2) 学会用8255控制步进电机。 2 实验设备 PC微机一台、TD-PIT+ 实验系统一套、选配四项八拍步进电机一个。 3 实验内容 学习步进电机的控制方法，编写程序，利用8255的B口来控制步进电机的运转。 4 实验说明及步骤 使用开环控制方式能对步进电机的转动方向、速度、角度进行调节。所谓步进，就是指每给步进电机一个递进脉冲，步进电机各绕组的通电顺序就改变一次，即电机转动一次。根据步进电机控制绕组的多少可以将电机分为三相、四相和五相。实验平台可连接的步进电机为四相八拍电机，电压为DC12V，其励磁线圈及其励磁顺序如图6-1及表6-1所示。 表6-1 励磁顺序图6-1 励磁线圈实验中PB端口各线的电平在各步中的情况如表6-2所示。实验电路如图6-2所示。 表6-2 PB端口各线的电平在各步中的情况图6-2 步进电机控制实验参考接线图实验步骤如下： a) 确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。 b) 首先运行CHECK程序，查看I/O空间始地址。 c) 利用查出的地址编写程序，然后编译链接。 d) 参考图6-2所示连接实验线路。 e) 运行程序，观察步进电机的转动情况。 注意：步进电机不使用时请断开连接器，以免误操作使电机过分发热。 步进电机控制实验代码;*根据查看端口资源修改下列符号值*IOY0 EQU 9C00H ;片选IOY0对应的端口始地址;*MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的A口地址MY8255_B EQU IOY0+01H*4 ;8255的B口地址MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的C口地址MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDSDATA SEGMENTTTABLE DB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX, DATA MOV DS, AXMAIN: MOV DX,MY8255_MODE ;定义8255工作方式 MOV AL,80H ;工作方式0，A口和B口为输出 OUT DX, AL A1: MOV BX, OFFSET TTABLE MOV CX, 0008H A2: MOV AL,BX MOV DX,MY8255_B OUT DX,AL CALL DALLY INC BX LOOP A2 MOV AH,1 ;判断是否有按键按下 INT 16H JZ A1 ;无按键则跳回继续循环，有则退出QUIT: MOV AX,4C00H ;结束程序退出 INT 21HDALLY PROC NEAR ;软件延时子程序 PUSH CX PUSH AX MOV CX,0FFFHD1: MOV AX,5000HD2: DEC AX JNZ D2 LOOP D1 POP AX POP CX RETDALLY ENDPCODE ENDS END START 实验6-2 直流电机闭环调速实验 1 实验目的 (1) 了解直流电机闭环调速方法。 (2) 掌握PID控制规律及算法。 2 实验设备 PC微机一台、TD-PIT+ 实验系统一套。 3 实验内容 本实验完成的是一个闭环调节直流电机转速的应用。用8255的B口作为直流电机的控制信号，通过对电机转速反馈量的的运算，调节控制信号，达到控制电机匀速转动的作用。并将给定转速和当前测量转速显示在屏幕上。 4 实验说明及步骤 直流电机闭环调速实验原理如图6-3所示。 图6-3 直流电机闭环调速实验原理图利用实验平台上8255的PB0产生脉冲信号作为控制量，经驱动电路驱动电机运转。霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量。在参数给定情况下，经PID运算，电机可在控制量作用下，按给定转速运转。实验利用PC机定时器0号通道，设置为输出1ms方波，作为采样时钟，PB0产生PWM脉冲计时及转速累加，系统总线上INTR中断用于测量电机转速。参考实验线路如图6-4所示，参考程序流程如图6-5所示。 实验步骤如下： a) 确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。 b) 首先运行CHECK程序，查看I/O空间始地址。 c) 利用查出的地址编写程序，然后编译链接。 d) 参考图6-4所示连接实验线路。 e) 运行程序，观察电机运转情况以及显示在屏幕上的结果。 f) 实验程序参数表如表6-3所示。 图6-4 直流电机闭环调速实验参考接线图表6-3 实验程序参数表(a) 主程序 (b) 测速中断处理程序 (c) 定时采样中断处理程序图6-5 直流电机闭环调速实验参考程序流程图直流电机闭环调速实验 ;*根据CHECK配置信息修改下列符号值*INTR_IVADD EQU 01CCH ;INTR对应的中断矢量地址INTR_OCW1 EQU 0A1H ;INTR对应PC机内部8259的OCW1地址INTR_OCW2 EQU 0A0H ;INTR对应PC机内部8259的OCW2地址INTR_IM EQU 0F7H ;INTR对应的中断屏蔽字PCI_INTCSR EQU 9438H ;PCI卡中断控制寄存器地址IOY0 EQU 9C00H ;片选IOY0对应的端口始地址;*MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的A口地址MY8255_B EQU IOY0+01H*4 ;8255的B口地址MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的C口地址MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址PC8254_COUNT0 EQU 40H ;PC机内8254定时器0端口地址PC8254_MODE EQU 43H ;PC机内8254控制寄存器端口地址STACK1 SEGMENT STACK DW 64 DUP(?)TOP LABEL WORDSTACK1 ENDSDATA SEGMENTTABLE1 DB Assumed Fan Speed:(/s),0AH,0DH,$ ;字符串变量TABLE2 DB Current Fan Speed:(/s),0AH,0DH,$ ;字符串变量ENT DB 0AH,0DH,$ ;换行，回车 CS_BAK DW ? ;保存INTR原中断处理程序入口段地址的变量IP_BAK DW ? ;保存INTR原中断处理程序入口偏移地址的变量IM_BAK DB ? ;保存INTR原中断屏蔽字的变量CS_BAK1 DW ? ;保存定时器0中断处理程序入口段地址的变量IP_BAK1 DW ? ;保存定时器0中断处理程序入口偏移地址的变量IM_BAK1 DB ? ;保存定时器0中断屏蔽字的变量 TS DB 14H ;采样周期SPEC DW 55 ;转速给定值IBAND DW 0060H ;积分分离值KPP DW 1060H ;比例系数KII DW 0010H ;积分系数KDD DW 0020H ;微分系数YK DW ? ;反馈CK DB ? ;控制量VADD DW ? ;转速累加单元ZV DB ? ;转速计算变量ZVV DB ? ;转速计算变量TC DB ? ;采样周期FPWM DB ? ;PWM脉冲中间标志位CK_1 DB ? ;上次控制量EK_1 DW ? ;PID偏差AEK_1 DW ? ;偏差变化BEK DW ?;偏差变化的变化AAAA DB ?VAA DB ?BBB DB ?VBB DB ?MARK DB ?R0 DW ?R1 DW ?R2 DW ?R3 DW ?R4 DW ?R5 DW ?R6 DW ?R7 DB ?R8 DW ?DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,OFFSET TABLE1 ;显示字符串1 MOV AH,09H INT 21H MOV AX, SPEC ;显示给定值 CALL DECSHOW MOV DX, OFFSET ENT ;回车，换行 MOV AH,09H INT 21H MOV DX,OFFSET TABLE2 ;显示字符串2 MOV AH,09H INT 21H CLI MOV AX,0000H MOV ES,AX MOV DI, 0020H ;定时器0中断地址（08H中断向量） MOV AX, ES:DI MOV IP_BAK1,AX ;保存定时器0中断处理程序入口偏移地址 MOV AX,OFFSET TIMERISR MOV ES:DI,AX ;设置实验定时中断处理程序入口偏移地址 ADD DI,2 MOV AX,ES:DI MOV CS_BAK1,AX ;保存定时器0中断处理程序入口段地址 MOV AX,SEG TIMERISR MOV ES:DI,AX ;设置实验定时中断处理程序入口段地址 IN AL, 21H ;读取PC中8259屏蔽字(OCW1) MOV IM_BAK1, AL ;保存INTR原中断屏蔽字 AND AL, 0F7H OUT 21H, AL ;打开定时器0中断屏蔽位 MOV DX,PCI_INTCSR ;初始化PCI卡中断控制寄存器 MOV AX,1F00H ;向PCI_INTCSR中写入003F1F00H OUT DX,AX ADD DX,2 MOV AX,003FH OUT DX,AX MOV DI, INTR_IVADD MOV AX, ES:DI MOV IP_BAK, AX ;保存INTR原中断处理程序入口偏移地址 MOV AX, OFFSET MYISR MOV ES:DI, AX ;设置当前中断处理程序入口偏移地址 ADD DI,2 MOV AX,ES:DI MOV CS_BAK,AX ;保存INTR原中断处理程序入口段地址 MOV AX,SEG MYISR MOV ES:DI,AX ;设置当前中断处理程序入口段地址 MOV DX, INTR_OCW1 IN AL, DX MOV IM_BAK, AL ;保存INTR原中断屏蔽字 AND AL, INTR_IM OUT DX,AL ;打开INTR的中断屏蔽位 MOV VADD,0000H ;变量的初始化 MOV ZV, 00H MOV ZVV, 00H MOV CK, 00H MOV YK, 0000H MOV CK_1, 00H MOV EK_1, 0000H MOV AEK_1, 0000H MOV BEK, 0000H MOV BBB, 00H MOV VBB, 00H MOV R0,0000H MOV R1,0000H MOV R2,0000H MOV R3,0000H MOV R4,0000H MOV R5,0000H MOV R6,0000H MOV R7,00H MOV R8,0000H MOV MARK,00H MOV FPWM, 01H MOV AAAA, 7FH MOV VAA, 7FH MOV TC,00H MOV AL,80H ;初始化8255 MOV DX,MY8255_MODE;A,B口均为输出 OUT DX, AL MOV AL,00H MOV DX,MY8255_B OUT DX,AL MOV DX,PC8254_MODE ;初始化PC机定时器0，定时1ms MOV AL,36H;计数器0,双字节传输,方式3,二进制计数 OUT DX,AL MOV DX,PC8254_COUNT0 ;计数器0的CLK0=1.19318MHz MOV AL,8FH; ;计数值048FH=1167 OUT DX,AL MOV AL,04H OUT DX,AL STIM1: MOV AL, TS ;判断采样周期到否？ SUB AL, TC JNC M1 ;没到则继续等待 MOV TC, 00H ;采样周期到，将采样周期变量清0 MOV AL, ZVV MOV AH, 00H MOV YK, AX ;得到反馈量YK CALL PID ;调用PID子程序，得到控制量CK MOV AL, CK ;把控制量转化成PWM输出 SUB AL, 80H ; JC IS0 ; MOV AAAA, AL JMP COUIS0: MOV AL,10H ;电机的启动值不能低于10H MOV AAAA, AL COU: MOV AL, 7FH SUB AL,AAAA MOV BBB, AL MOV AX,YK ;将反馈值YK送到屏幕显示 CALL DECSHOW MOV DL,0DH ;回车 MOV AH,02H INT 21H MOV AH,1 ;判断是否有按键按下 INT 16H JZ M1 ;无按键则跳回继续等待，有则退出EXIT: CLI MOV AL,00H ;退出时停止电机运转 MOV DX,MY8255_B OUT DX,AL MOV DX,PC8254_MODE ;恢复PC机定时器0状态 MOV AL,36H OUT DX,AL MOV DX,PC8254_COUNT0 MOV AL,00H OUT DX,AL MOV AL,00H OUT DX,AL MOV DX,PCI_INTCSR ;恢复PCI卡中断控制寄存器 MOV AX,0000H OUT DX,AX MOV AX,0000H ;恢复INTR原中断矢量 MOV ES,AX MOV DI,INTR_IVADD MOV AX,IP_BAK ;恢复INTR原中断处理程序入口偏移地址 MOV ES:DI,AX ADD DI,2 MOV AX,CS_BAK ;恢复INTR原中断处理程序入口段地址 MOV ES:DI,AX MOV DX,INTR_OCW1 ;恢复INTR原中断屏蔽寄存器的屏蔽字 MOV AL,IM_BAK OUT DX,AL MOV DI,0020H MOV AX,IP_BAK1 ;恢复定时器0中断处理程序入口偏移地址 MOV ES:DI,AX ADD DI,2 MOV AX,CS_BAK1 ;恢复定时器0中断处理程序入口段地址 MOV ES:DI,AX MOV AL,IM_BAK1 OUT 21H,AL ;恢复屏蔽字 STI MOV AX,4C00H INT 21H MYISR PROC NEAR ;系统总线INTR中断处理程序 PUSH AX PUSH CX PUSH DX MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AL,MARK CMP AL,01H JZ IN1 MOV MARK,01H JMP IN2IN1: MOV MARK,00H ;计算转速VV: MOV DX,0000H MOV AX,03E8H MOV CX,VADD CMP CX,0000H JZ MM1 DIV CXMM: MOV ZV,AL MOV VADD,0000H MM1: MOV AL,ZV MOV ZVV,ALIN2: MOV DX,PCI_INTCSR ;清PCI卡控制寄存器标志位 SUB DX,19H IN AL,DX MOV DX,PCI_INTCSR ADD DX,2 MOV AX,003FH OUT DX,AX MOV DX,INTR_OCW2 ;向PC机内部8259发送中断结束命令 MOV AL,20H OUT DX,AL MOV AL,20H OUT 20H,AL POP DX POP CX POP AX IRETMYISR ENDP TIMERISR PROC NEAR ;PC机定时器0中断处理程序 PUSH AX PUSH CX PUSH DX MOV AX,DATA MOV DS,AX INC TC ;采样周期变量加1 CALL KJ CLC CMP MARK,01H JC TT1 INC VADD CMP VADD,0700H ;转速值溢出，赋极值 JC TT1 MOV VADD,0700H MOV MARK,00HTT1: MOV AL,20H ;中断结束，发EOI命令 OUT 20H,AL POP DX POP CX POP AX IRETTIMERISR ENDPKJ PROC NEAR ;PWM子程序 PUSH AX CMP FPWM,01H ;PWM为1，产生PWM的高电平 JNZ TEST2 CMP VAA,00H JNZ ANOT0 MOV FPWM,02H MOV AL,BBB CLC RCR AL,01H MOV VBB,AL JMP TEST2ANOT0: DEC VAA MOV AL, 01H ;PB0=1 电机转动 MOV DX, MY8255_B OUT DX,ALTEST2: CMP FPWM,02H ;PWM为2，产生PWM的低电平 JNZ OUTT CMP VBB,00H JNZ BNOT0 MOV FPWM,01H MOV AL,AAAA CLC RCR AL,01H MOV VAA,AL JMP OUTTBNOT0: DEC VBB MOV AL,00H ;PB0=0 电机停止 MOV DX,MY8255_B OUT DX,AL OUTT: POP AX RETKJ ENDP PID: MOV AX,SPEC ;PID子程序 SUB AX,YK ;求偏差EK MOV R0,AX MOV R1,AX SUB AX,EK_1 MOV R2,AX SUB AX,AEK_1 ;求BEK MOV BEK,AX MOV R8,AX MOV AX,R1 ;求偏差变化量AEK MOV EK_1,AX MOV AX,R2 MOV AEK_1,AX TEST R1,8000H JZ EK1 ;若偏差EK为正数，则不需要求补码 NEG R1 ;若偏差EK为负数，则求偏差EK的补码EK1: MOV AX,R1 ;判断偏差EK是否在积分分离值的范围内 SUB AX,IBAND JC II ;在积分分离值范围内，则跳转到II，计算积分项 MOV R3,00H ;若不在积分分离值范围内，则将积分项清0 JMP DDD ;计算微分项II: MOV AL,TS ;计算积分项，结果放在R3变量中(R3=EK*TS/KII) MOV AH,00H ;其中TS和KII均为正数，所以R3的正负由EK决定 MOV CX,R1 MUL CX MOV CX,KII DIV CX MOV R3,AX TEST R0,8000H ;判断积分项的正负 JZ DDD ;为正数，则跳转去计算微分项 NEG R3 ;为负数，则将积分项的结果求补码DDD: TEST BEK,8000H ;判断BEK的正负 JZ DDD1 ;为正数，则BEK不变 NEG BEK ;为负数，则求BEK的补码DDD1: MOV AX,BEK ;计算微分项(R4=KDD*BEK/8TS) MOV CX,KDD MUL CX PUSH AX PUSH DX MOV AL,TS MOV AH,00H ;将微分项缩小8倍，防止溢出 MOV CX,0008H MUL CX MOV CX,AX POP DX POP AX DIV CX MOV R4,AX TEST R8,8000H ;判断微分项的正负 JZ DD1 ;为正数，则结果不需要求补码 NEG R4 ;为负数，则微分项结果R4求补码DD1: MOV AX,R3 ;积分项和微分项相加，结果放在R5变量中 ADD AX,R4 MOV R5,AX JO L9 ;判断溢出L2: MOV AX,R5 ADD AX,R2 MOV R6,AX ;R6=R5+R2=积分项+微分项+AEK JO L3 L5: MOV AX,R6 ;计算KPP*R6 MOV CX,KPP IMUL CX MOV CX,1000H IDIV CX MOV CX,AX RCL AH,01H ;判断溢出，溢出赋极值 PUSHF RCR AL,01H POPF JC LLL1 CMP CH,00H JZ LLL2 MOV AL,7FH JMP LLL2LLL1: CMP CH,0FFH JZ LLL2 MOV AL,80HLLL2: MOV R7,AL ;CK=CK_1+CK ADD AL,CK_1 JO L8L18: MOV CK_1,AL ADD AL,80H MOV CK,AL RET L8: TEST R7,80H ;CK溢出处理程序 JNZ L17 MOV AL,7FH ;若为正溢出，则赋给正极值7FH JMP L18L17: MOV AL,80H ;若为负溢出，则赋给赋极值80H JMP L18 L9: TEST R3,8000H JNZ L1 MOV R5,7FFFH ;若为正溢出，则赋给正极值7FFFH JMP L2L1: MOV R5,8000H ;若为负溢出，则赋给负极值8000H JMP L2 L3: TEST R2,8000H JNZ L4 MOV R6,7FFFH JMP L5L4: MOV R6,8000H JMP L5DECSHOW PROC NEAR ;完成两位十进制数显示子程序 MOV DX, 0 MOV BX,10 ;计算AX/10 DIV BX ADD AL,30H ;商+30H，即为十位数ASCII码 MOV AH,0EH INT 10H ADD DL,30H ;余+30H，即为个位数ASCII码 MOV AH,2 INT 21H RET DECSHOW ENDPCODE ENDS END START 实验6-3 温度闭环控制实验 1 实验目的 (1) 了解温度的闭环控制方法。 (2) 掌握PID控制规律及算法。 2 实验设备 PC微机一台、TD-PIT+ 实验系统一套。 3 实验内容 本实验完成的是一个闭环调节温度的应用。用8255的B口作为控制信号，通过对A/D转换结果反馈量的运算，调节控制信号，达到控制温度保持在一定范围内的作用。并在屏幕上显示给定和当前温度值。 4 实验说明及步骤 实验原理如图6-6所示。 图6-6 温度控制实验原理图本实验要求使用8255的PB0脉冲信号作为温控单元的控制量。温度的变化由热敏电阻转化为电压的变化，再通过ADC0809转化为数字量，CPU从总线上读到数据，通过查询给定的温度表即得到当前温度值。INTR连接ADC0809转换完成请求信号EOC。并由PC机内部定时器0号通道，设置为输出10ms方波，作为采样时钟。温控单元中由7805芯片产生+5V的稳定电压和一个24欧的大功率电阻构成回路，回路电流较大使7805芯片发热产生热源。 实验电路中采用的是NTC MF58-103型10K热敏电阻，温度测量电路如图6-7所示。 图6-7 温度控制实验温度测量原理图热敏电阻的电阻值随着温度的变化而变化，使得与AD端子连接的IN7的电压在5V内变化。 25：Rt10K，VAD5500 / (10000500)0.238(V)，对应AD值：0CH 30：Rt5.6K，VAD5500 / (5600500)0.410(V)，对应AD值：15H 40：Rt3.8K，VAD5500 / (3800500)0.581(V)，对应AD值：1EH 50：Rt2.7K，VAD5500 / (2700500)0.781(V)，对应AD值：28H 60：Rt2.1K，VAD5500 / (2100500)0.962(V)，对应AD值：32H 100：Rt900，VAD5500 / (900 500)1.786 (V)，对应AD值：5AH 在参考程序中给出了一个经验温度数据表。测出的AD值是该数据表的相对偏移，利用这个值就可以找到相应的温度值。例如测出的AD值为5AH (90)，在数据表中第90个数为64H，即就得出了温度值：100。实验参考线路如图6-8所示，参考程序流程如图6-9所示。 图6-8 温度闭环控制实验参考接线图实验步骤如下： a) 确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。 b) 首先运行CHECK程序，查看I/O空间始地址。 c) 利用查出的地址编写程序，然后编译链接。 d) 参考图6-8所示连接实验线路。 e) 运行程序，观察屏幕上给定温度值与反馈值的输出显示。 f) 实验程序参数表如表6-4所示。 (a) 主程序 (b) 定时中断处理程序 (c) A/D转换中断处理程序图6-9 温度闭环控制实验参考程序流程图表6-4实验程序参数表温度闭环控制实验 ;*根据CHECK配置信息修改下列符号值*INTR_IVADD EQU 01CCH ;INTR对应的中断矢量地址INTR_OCW1 EQU 0A1H ;INTR对应PC机内部8259的OCW1地址INTR_OCW2 EQU 0A0H ;INTR对应PC机内部8259的OCW2地址INTR_IM EQU 0F7H ;INTR对应的中断屏蔽字PCI_INTCSR EQU 9438H ;PCI卡中断控制寄存器地址IOY0 EQU 9C00H ;片选IOY0对应的端口始地址IOY1 EQU 9C40H ;片选IOY1对应的端口始地址;*MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的A口地址MY8255_B EQU IOY0+01H*4 ;8255的B口地址MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的C口地址MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址AD0809 EQU IOY1+00H*4 ;AD0809端口地址PC8254_COUNT0 EQU 40H ;PC机内8254定时器0端口地址PC8254_MODE EQU 43H ;PC机内8254控制寄存器端口地址STACK1 SEGMENT STACK DW 64 DUP(?)TOP LABEL WORDSTACK1 ENDSDATA SEGMENTTABLE1 DB Assumed Temperature:,0AH,0DH,$ ;字符串变量TABLE2 DB Current Temperature:,0AH,0DH,$ ;字符串变量ENT DB 0AH,0DH,$ ;换行，回车 CS_BAK DW ? ;保存INTR原中断处理程序入口段地址的变量IP_BAK DW ? ;保存INTR原中断处理程序入口偏移地址的变量IM_BAK DB ? ;保存INTR原中断屏蔽字的变量CS_BAK1 DW ? ;保存定时器0中断处理程序入口段地址的变量IP_BAK1 DW ? ;保存定时器0中断处理程序入口偏移地址的变量IM_BAK1 DB ? ;保存定时器0中断屏蔽字的变量TS DB 64H ;采样周期SPEC DW 40 ;转速给定值IBAND DW 0060H ;积分分离值KPP DW 1F60H ;比例系数KII DW 0010H ;积分系数KDD DW 0020H ;微分系数YK DW ?CK DB ?TC DB ?