机电一体化技术与系统

机电一体化技术与系统 实验指导书与实验报告 班级 姓名 学号 杭州职业技术学院机电工程系 1 实验一实验一 步进电动机硬件电路环行分配的实现步进电动机硬件电路环行分配的实现 一 实验目的一 实验目的 1 了解步进电动机的工作原理和控制方法 2 了解环行分配器的作用 3 学会步进电动机环行脉冲分配器的硬件设计和调试 4 本实验学时2课时 二 实验原理二 实验原理 1 步进电动机是将电脉冲信号转变成角位移 或线位移 的机构 在数控机床 打印 机 复印机等机电一体化产品的开环伺服系统中广泛被使用 一般电机是连续旋转的 而步 进电动机是一步步转动的 而每输入一个脉冲 它就转过一个固定的角度 这个角度称为步 距角 教材图5 3所示是三相步进电动机的工作原理示意图 定子上有三对磁极 称三相 每个极上都有控制绕组 通电则产生磁场 转子是一个带齿的铁芯 无绕组 当定子三相绕 组按顺序轮流通电时 A B C三对磁极就依次产生磁场并吸引转子一步步转动 控制方式有 三相三拍和三相六拍 本实验采用三相六拍控制方式 用三个发光二极管来表示A B C三对 磁极 2 三相六拍的运行方式是正转 A AB B BC C CA 反转 CA C CB B BA A 顺序轮流通电 则转子便顺时针方向一步一步转动 要改变步 进电机的转动方向 只需改变通电的顺序即可 环形分配器的功能可由硬件 软件以及软硬 件 相 结 合 的 方 法 来 实 现 本 实 验采用硬件 如图 1 所示是正 反向进给的环行分配器原理图 2 图1 正 反向进给的环行分配器硬件电路原理图 三 实验器材三 实验器材 数字电路实验数据箱 74LS74D触发器3个 74LS00与非门3个 如图2所示为各自的管脚 图 图2 74LS74D触发器 74LS00与非门管脚图 四 实验步骤四 实验步骤 1 在了解步进电机及脉冲分配器的工作原理后 按图1接线 2 把分配器的输出端 接到发光二极管上 A Q B Q C Q 3 置E为高电平 各D触发器置ABC为100 按单次脉冲按钮 观察指示灯A B C亮的顺 序和电机的转向 回答 4 置E为低电平 重复上述步骤 3 观察其过程 回答 5 用连续脉冲按钮执行 3 4 步骤 并观察其过程 回答 五 回答下列问题五 回答下列问题 1 置E为低电平时 写出反向进给时环行分配器的真值表 3 2 试设计三相三拍的正转环行分配器的电路 其通电顺序为A B C 以及反转 的环行分配器的电路 其通电顺序为C B A 选做 DaisDais仿真实验系统键盘监控简介仿真实验系统键盘监控简介 键盘键盘 显示使用显示使用 一 一 键盘功能简介键盘功能简介 系统自带有一个4 8键盘 显示部分有6个LED 用户可在脱离PC机调试 其操作性能 可靠性都比较好 二 二 键盘示意图键盘示意图 7 R78 DPL9 DPHA ACCTV MEEG DLCBEXEC 4 R45 R56 R6B BRG FSRW ISCOMPSCAL 1 R12 R23 R3C PSWF1 LSEV UNMOVESTEP 0 R0F PCHE PCLD SPF2 NXEC EPSBMON 三 三 显示部分显示部分 Dais系列实验开发系统配有6位LED数码管显示 四 四 键盘监控工作状态键盘监控工作状态 1 1 待命状态 待命状态0 0 在待命状态0 表示实验系统处于初始化状态 等待用户操作 1 在实验系统接通电源时或按动复位按钮都会使系统进入待命状态0 4 2 在大多数情况下 按MON键 也可以使本机进入待命状态0 2 2 待命状态 待命状态1 1 在待命状态0按数字键 便进入待命状态1 在待命状态1可进入的操作有 1 按ME键 进入程序存贮器的读写状态 2 按RG键 进入寄存器读写 SFR检查 内部RAM区读写状态 5 按RW键 进入外部数据存贮器 6 按EXEC键 从显示地址开始连续执行用户程序 7 按STEP键 从显示地址开始单步执行用户程序 8 按MON键 返回待命状态0 3 3 存贮器读写状态 存贮器读写状态 在状态1时按ME键 会使实验系统进入该状态 本状态可进行如下操作 1 按LS键 进入上一字节读写操作 2 按NX键 进入下一字节读写操作 3 按STEP键 以当前显示器内容作为地址 单步执行用户程序 4 按EXEC键 以当前显示器内容作为起始地址 连续执行用户程序 5 按MON键 返回待命状态0 4 4 寄存器读写状态 寄存器读写状态 即在待命状态1 按RG键 进入寄存器读写状态 在寄存器读写状态可进入 如下操作 键入1位地址 进入当前工作寄存器读写 检查状态 1 显示代号0 7 读写当前工作寄存器R0 R7 2 显示代号8或9 检查数据指针DPTR 8显示DPL 9显示DPH 3 显示代号A 检查累加器A的内容 4 显示代号B 检查B寄存器的内容 5 显示代号C 检查程序状态字PSW的内容 6 显示代号D 检查堆指针SP的内容 开机复位后SP为07H 7 显示代号E或F 检查当前PC值 E显示PCL F显示PCH 键入2位地址 可进行以下操作 1 片内RAM区的检查 修改 键入的起始地址必须小于80H 2 特殊功能寄存器的检查 修改 键入的起始地址必须大于7FH 3 按LS键 读写上一字节内容 5 4 按NX键 读写下一字节内容 5 按MON键 返回待命状态0 5 5 外部数据存贮器读写状态 外部数据存贮器读写状态 在待命状态1 按RW键 可进入外部数据存贮器读写状态 在外部数据存储 器读写状态 可以进行以下的操作 1 按LS键 读写上一字节内容 2 按NX键 读写下一字节内容 3 按MON键 返回待命状态0 实验二实验二 环行分配器的软件程序的实现环行分配器的软件程序的实现 一 实验目的一 实验目的 1 学会用微机控制步进电机的方法 2 学会环行分配器的软件编程 3 学会单片机开发工具的操作方法 4 本实验程序若用机器码调试需用4学时 若用计算机导入程序调试需用2学时 二 实验原理二 实验原理 采用 MCS 51 系列单片机掌握步进电机的软件程序控制方法 以控制两只四相八拍电机的 环行分配程序为例 设有 X 向四相步进电机 以四相八拍方式运行 按照四相八拍方式运行时的通电顺序为 正转 A AB B BC C CD D DA 反转 A AD D DC C CB B BA 设以 8031 的 P1口作为两只电机的输出口 其对应关系如表 1 所示 表 1 两只四相电机输出口分配 Y 电机X 电机 P1 7P1 6P1 5P1 4P1 3P1 2P1 1P1 0 DCBADCBA 由于控制口的输出信号一般须经驱动电路进行反向放大 故当某 P1口输出为 0 时即 6 接通某相电机绕组 当某 P1口输出为 1 时即表示不接通某相电机绕组 表 2 为 X 向电机 的通电顺序 设 X 向电机以通电状态的顺序号作为地址 并记忆在内部 RAM 的 52H 中 把 X 的状态记忆在 55H 中 与 P1口相对应 55H 的低四位放 X 向电机的状态 当电机正转时 通 电顺序号加 1 增大 当电机反转时 通电顺序号减 1 减小 把 X 向电机的进给方向符号放在 位地址 02H 中 0 表示正 1 表示负 同时设计 Y 向电机的通电状态顺序号记忆在内部 RAM 的 53H 中 Y 向电机的进给方向符号放在位地址 03H 中 55H 的高四位放 Y 向电机的状态 环行分配时 先从 52H 或 53H 中查得当时的通电顺序号 根据相应电机在插补过程中是 正向进给还是负向进给 决定是通电顺序号加 1 还是通电顺序号减 1 运算 加 1 后若地址超 过 8 则赋顺序号为 1 减 1 后若地址小于 1 则赋顺序号为 8 根据加 1 减 1 得到的新地址查表 取得新的通电状态 再把新的通电状态在适当时机送向输出口 P1 完成步进电机行走一步 环行分配流程图如图 1 所示 环行分配程序图如图 2 所示 表 2 X 向电机的通电顺序 输出口 P1 3P1 2P1 1P1 0 通电 顺序 号 DCBA 16 进制 状态 通电 相数 11110EA 21100CAB 31101DB 410019BC 51011BC 600113CD 701117D 801106DA 三 环行分配实验程序三 环行分配实验程序 MOV R2 注 在 10 到 255 之间选择 CLR 02H 或 SETB 02H CLR 03H 或 SETB 03H 7 MOV 52H MOV 53H 注 选择 1 2 3 4 5 6 7 8 之间的任意数 MOV 55H 注 选择 0EEH 0CCH 0DDH 99H 0BBH 33H 77H 66H 之间的任意数 LOOP LCALL XPD LCALL YPD MOV P1 55H LCALL DYIS DJNZ R2 LOOP SJMP XPD CLR 01H 设标志位 X 分配时清 01H 位 MOV R1 52H 52H 中为 X 状态顺序号 R1 作间址处理 MOV C 02H X 符号送 CY AJMP PPD YPD SETB 01H 当 01H 1 时为 Y 分配 MOV R1 53H 53H 中为 Y 状态顺序号 MOV C 03H Y 符号送 CY PPD JC PPD2 INC R1 正转加 1 寻址 因顺序号加 1 CJNE R1 09H PPD3 若顺序号为 9 8 时 执行下条 否则跳转 MOV R1 01H 修改顺序号为 1 AJMP PPD3 PPD2 DEC R1 反转减 1 寻址 CJNE R1 00H PPD3 若顺序号为 0 接着修改 否则跳转 MOV R1 08H 顺序号为 0 修改成 8 PPD3 MOV A R1 ADD A 01H 当前顺序号 偏移量 偏移为当前地址 中间 MOVC A A PC 间隔指令的字节总数 AJMP PPD5 查表后跳到处理入口 PPD5 DB 0EEH 0CCH 0DDH 99H DB 中每一个数占一个字节 高四位为 Y 状态 DB 0BBH 33H 77H 66H 低四位为 X 状态 PPD5 JB 01H PPD6 是 Y 轴分配跳转 ANL A 0FH 保留低位 因 A 中低四位是 X 新状态 ANL 55H 0F0H 保留高位 Y 状态 ORL 55H A 合并一字节 修改了 55H 中 X 新状态 8 RET PPD6 ANL A 0F0H Y 轴分配 取高四位 ANL 55H 0FH 保留低四位 X 状态 ORL 55H A 合并一字节 修改了 55H 中 Y 新状态 RET DYIS MOV R5 5 DYS0 MOV R6 200 DYS1 MOV R7 250 DYS2 DJNZ R7 DYS2 DJNZ R6 DYS1 DJNZ R5 DYS0 RET 四 程序框图四 程序框图 保存新顺序号 保存新状态 正 转 X 分配 顺序号加 1 返回 Y N 取转向符号 取当前顺序号 建立新状态 图 1 环行分配流程图 N 顺序号减 1 顺序号 9 顺序号 0 顺序号 1 顺序号 8 N Y Y 9 R1 A CY 0 X 分配 R1 1 RET Y N 52H R1 0 01H A A 图 2 环行分配程序流程图 N R1 1 R1 9 R1 0 R1 1 R1 8 N Y Y 02H CY Y 分配 53H R1 1 01H 03H