武汉理工大学步进电机课设.doc

接口课程设计任务书题目：步进电机控制设计（C程序设计语言）一、 内容：在MIFID微机实验台上以双八拍的方式控制步进电机运行，用按钮控制启动和停止。接口硬件电路图见说明书。二、 要求：1、 控制步进电机运行的相序表存储在文件中。2、 按下SW1按钮，从文件中取出一个相序数据，从并行接口8255A的PA口输出，使步进电机运行。相序数据在CRT上显示。按下SW2按钮，步进电机运行停止。3、 SW1按钮的数字量由PC1输入，SW2按钮的数字量由PC0输入。4、 设计程序运行时的界面友好。三、 进度安排：序号内容所用时间1接口电路设计2天2编写程序1天3调试程序1天4撰写课程设计报告1天合计5天指导教师签名： 年 月 日 系主任（责任教师）签名： 年 月 日 一、设计目的和内容目的：通过步进电机控制实验，学习并行接口电路及其控制程序的设计原理与方法。内容：在MIFID微机实验台上以双八拍的方式控制步进电机运行，用按钮控制启动和停止。接口硬件电路图见说明书。要求：1、 控制步进电机运行的相序表存储在文件中。2、 按下SW1按钮，从文件中取出一个相序数据，从并行接口8255A的PA口输出，使步进电机运行。相序数据在CRT上显示。按下SW2按钮，步进电机运行停止。3、 SW1按钮的数字量由PC1输入，SW2按钮的数字量由PC0输入，4、 设计程序运行时的界面友好。二、实验预备知识为了更好地完成本次实验，要充分掌握步进电机的控制原理和8255控制寄存器，8255方式0、方式1的工作原理及工作过程；熟悉方式1(输入和输出)下A端口的方式字、C端口的置位/复位控制字以及状态字的设置方法。三实验原理3.1步进电机接口控制原理 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备-步进电机控制驱动器。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（及步进角）。您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；同时您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。步进电机控制原理：步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。步进电机基本原理如下： (1)控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如，四相步进电机在单四拍的工作方式下，其各相通电顺序为ABCD，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C、D相的通断。单双八拍的通电顺序为ABBBCCCDDDAA。四相双八拍的通电顺序ABABCBCBCDCDCDADADAB 图3.1.2AABBBCCCDDDAA顺序通电电机示意图 (2)控制步进电机的转向如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转。若步进电机的励磁方式为三相六拍，即AABBBCCCAA。如果按反序通电换相，即AACCCBBBAA，则电机就反转。其他方式情况类似。(3)控制步进电机的速度如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率，就可以对步进电机进行调试。3.2 8255接口芯片介绍3.2.1引脚介绍：3.2.1.1.引脚图：8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。 其各口可由软件选择，使用，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。 8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为三个部分：与CPU连接部分、外设连接部分、控制部分。3.2.1.2 引脚功能： RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。 /CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被中，允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输 。/RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/RD=0且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。 /WR:写入信号，当这个输入引脚为低电平时,即/WR=0且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。 D0D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。 PA0PA7:端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入锁存器。 PB0PB7:端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器， 一个8位的输入输出缓冲器。 PC0PC7:端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口， 每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。A1，A0:地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器。 当A1=0，A0=0时,PA口被选择；当A1=0，A0=1时,PB口被选择；当A1=1，A0=0时,PC口被选择；当A1=1，A0=1时,控制寄存器被选择。3.2.2 8255的编码与工作方式选择3,2.2.1 工作方式可编程并行接口8255是一个具有两个8位(A端口和B端口)和两个4位(C端口)并行I/O端口的芯片。在与外设进行数据传输时，把A、B、C 3个端口分为两组。A组由A端口和C端口的高4位组成。B组由B端口和C端口的低4位组成。为了满足多种数据传输的要求，可以通过对8255的编程用方式控制字设置3种工作方式来实现。8255方式0是基本输入/输出方式，A、B、C三个口中任何一个口都可提供简单的输入和输出操作，不需要应答联络信号，即可用于无条件传送的场合，也可以用作查询方式传送。当采用查询方式传送时，原则上可用A、B和C三个口的任一位充当查询信号，但通常都是选用C口充当查询信号，这和C口的编程有关。通常把C口的4位(高4位或低4位)规定为输出口，用以输出一些控制信号，把C口的另4位规定为输人口，用以输入外设的状态。8255方式1是一种选通输人偷出方式，A口和B口均可工作在这种方式。方式1可作为查询式传送方式，此时握手联络信号，C口要用6位(分成两个3位)分别作为A口和B口的应答联络信号。方式1也可用作中断方式，此时要写对应的C口的按位置位字，打开中断。方式2是A口独有的双向传送方式，一般使用中断传送方式。3.2.2.2 8255A的工作方式控制字 8255A工作方式控制字四、实验配置1电源：机内供电，将平台的电源开关拔到“内”的位置上，并将模块电源JP2接通2电缆线：采用单线/20芯扁平线,将J3与J4连接3开关：O区的SW1、SW2和SW3可以配置为用来控制步进电机的运行方向、速度和启动/停止4本实验所涉及的模块：I（8255模块），P（步进电机），O（按键开关），模块电源 四个模块5I/O端口地址：8255的4个端口地址为300H303H。其中A口=300H，B口=301H，C口=302H，命令口=303H6软件资源：MF2KI集成开发环境软件提供了丰富的汇编语言和C/C+语言程序开发工具五、实验原理设计5.1硬件设计步进电机驱动模块板电路原理如图5.1.1所示。步进电机接口的硬件部分主要是提供传输相序代码的并行数据线（8根），以及保护电机绕组的器件，所以接口电路以8255A为主芯片，将PA口作为数据口，传送加电代码，再加上锁存器74LS373作绕组保护。另外，还有功率驱动管TIP122，以及二极管（用作保护TIP驱动管），相序指示灯以及开关SW1和SW2等。图5.1.1 步进电机驱动模块电路原理框图2相序表的建立实现步进电机运行方式，方向和速度以及启/停的控制，是接口软件设计的主要任务。为此，在编写程序之前，要建立一个相序表。相序表的建立应根据步进电机运行方式的要求以及各绕组与8255A端口连接情况来确定加电代码。根据接口电路的连接情况，可以写出相序表中双八拍运行方式的加电代码为：05H,15H,14H,54H,50H,51H,41H,45H。图5.2.1步进电机四相双八拍相序表5.3实验的硬件连接5.3.1单线连法如下图： 图5.3.1 步进电机模块与平台单线连线法5.3.2排线接法如下图： 实验资源配置好之后，使用26芯扁平电缆线，将步进电机模块与平台上的并行接口插座J5连接起来，如图5.3.2所示，即可进行步进电机接口实验。图5.2.1步进电机模块与平台排线接法5.3.3步进电机接口控制参考程序5.3.3.1步进电机控制流程图如图所示。5.3.3.2步进电机控制接口驱动程序#include #include #include /delay,outportb,inportb#include void main()int xu8=0x05,0x15,0x14,0x54,0x50,0x51,0x41,0x45; /相序表unsigned int i=0;unsigned char recv;printf(nPress sw1 to start!n);printf(If you want to quit,press sw2!n);outportb(0x303,0x81);/初始化outportb(0x303,0x09);/置PC4=1关闭74LS373dorecv = inportb(0x302);while(0x01&recv)!=0);/查SW1按下 outportb(0x303,0x08);/置PC4=0，打开74LS373do outportb(0x300,xui);/送相序代码到PA口 i+; if(i=8) i=0; delay(100);/延时while(0x02&inportb(0x302)!=0);/查SW2按下outportb(0x303,0x09);/置PC4=1，关闭74LS373六 运行与调试6.1实验现象记录：6.1.1调试前实验现象记录运行程序后，点击发出嗡嗡声，且不停的振动，但却始终不能匀速顺利的转动，只会时儿抖动。在设计电机调速部分时，点击并未按设想中的情况变速，即增大脉冲打入的延迟时间，电机加速，而事实情况却恰恰相反。6.1.1调试后实验现象记录启动程序后在DOS对话框中提示按下SW2启动电机，按下SW1关闭电机。按下SW2后电机会按顺时针方向转动，电极左上方的四个LED会体现电机转动的相序以及快慢。6.2 现象分析和调试记录6.2.1运行程序后，点击发出嗡嗡声，且不停的振动，但却始终不能匀速顺利的转动，只会时儿抖动。最终发现是延迟的问题，重新设定后问题解决； 分析：不仅电机是在一定顺序的电脉冲控制下转动的，当送入第一个脉冲时，电机会转动一个相应的角度，此时若适时的送入第二个脉冲，电机会继续按原方向转动一个相应的角度，如此般不停地打入合适的脉冲，电机就会运转，但由于电机的一些物理特性，