步进电机课程设计报告

步进电机控制电路的设计目录第一章系统概述31.1步进电机控制的工作原理31.1.1步进电机3的启动和停止控制1.1.2步进电机3的转向控制1.1.3步进电机4的速度控制1.1.4步进电机4的换向控制1.2系统设计思维4第二章系统软硬件设计42.1最低系统简介52.1.1由8086个中央处理器5组成的最小模式系统2.1.2 8086最低系统配置模拟图52.2接口电路设计62.2.1为接口芯片6生成芯片选择信号2.2.2接口电路设计72.3关键模块8的实施2 . 3 . 1 8253计时8初始计数值的确定2.3.2延迟程序8的设计2.3.3键盘和计数初始值关联编程92.3.4步进电机驱动器设计10第三章完整汇编源程序11第四章课程设计经验14参考文献15致谢16附录1:步进电机17的课程设计作业附录2:步进电机0示意图步进电机控制电路课程设计摘要步进电机是一种开环控制元件，将电脉冲信号转换成角位移或线性位移。在无过载的情况下，电机的转速和停止位置仅取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响，即向电机添加脉冲信号，电机旋转一个步进角。步进电机控制系统采用8086作为控制的核心部件，利用8255的c口控制步进电机，并获得控制旋转方向(即正转和反转)。端口a连接到键盘以选择不同档位的运动速度，端口b连接到发光二极管显示器以显示当前的档位速度，而8253用作定时器以提供必要的时钟信号。在本课程设计报告中，通过对步进电机的基本介绍、系统的软硬件设计(包括最小系统介绍、接口电路设计、延时程序设计、步进电机驱动程序设计等主要模块)，以及完整的汇编语言程序，我们完成了步进电机系统的设计并完成了相应的任务，如正转、反转、步数显示和设定速度等。这使我们能够进一步掌握汇编语言，也使我们能够很好地将书本知识与实践相结合，从而大大提高我们的实践能力。关键词：步进电机；8086中央处理器；8255可编程输入输出接口芯片；8253可编程定时/计数器；74LS138解码器；汇编语言第一章系统概述1.1步进电机控制的工作原理步进电机实际上是一个数字/角度转换器和一个串行数字/模拟转换器。步进电机的基本控制包括启动和停止控制、转向控制、速度控制和换向控制。从结构上讲，步进电机分为三相、四相和五相等类型，常用的主要是三相。在本课程设计中，我们选择四相步进电机进行系统设计。步进电机控制系统的工作原理流程图如图1所示。中央处理器连接驱动器步进电机负荷图1步进电机控制工作原理的系统流程图1.1.1步进电机的启动和停止控制步进电机，由于其电气特性，会有步进感，即运行时的振动感。为了使电机转动平稳，减少振动，在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分梯形波，可以减小步进电机的步进角度，提高电机的运行稳定性。当步进电机停止转动时，为了防止电机轴由于惯性而滑动，需要采用合适的锁定波形来产生锁定磁力矩来锁定步进电机的转轴，从而使步进电机的转轴不能自由转动。1.1.2步进电机的转向控制如果给定的工作模式以正顺序打开，步进电机以正方向旋转。如果步进电机的励磁方式为四相八拍，即a-ab-b-bc-c-cd-d-da-a。如果反相启动，电机将反转。其他方面的情况也类似。1.1.3步进电机的速度控制如果控制脉冲被发送到步进电机，它将转动一步，发送另一个脉冲，并且它将转动另一步。两个脉冲之间的间隔越短，步进电机越快步进电机反转方向时，必须在电机减速或停止或落入突跳频率范围内时再次反转，以免因冲击过大而损坏电机。换向信号必须在前一个方向的最后一个脉冲结束之后，在下一个方向的第一个脉冲之前发送。脉冲设计主要要求一定的脉冲宽度(一般不小于5s)、脉冲序列均匀性和高低电平模式。在某一高速下的正向和反向切换基本上包括三个过程：减速换向加速。1.2系统设计理念系统的总体设计思想是：本设计以8086为控制核心部件，8255端口C控制步进电机，同时获得控制旋转方向(即正转和反转)。端口A与键盘相连，选择不同档位的移动速度；端口B与发光二极管显示器相连，显示当前档位的速度；8253作为定时器，提供必要的时钟信号。系统查询8255的端口A，确定用户设置的速度文件，并通过8255的端口B显示速度文件。延迟时间通过8255端口c的第四个位周期发送节拍信号来驱动步进电机工作。循环节拍信号的方向由C端口的四个高位中的第五位决定，该第五位与硬件中的控制旋转方向开关相连。第二章系统硬件和软件设计本设计采用8086系统为主控制芯片，可编程计数器/定时器8253和可编程外围接口芯片8255A设计步进电机控制系统，主要包括接口电路设计、延时程序设计、开关关键程序设计和初始值计数、步进电机驱动程序设计等模块。2.1最低系统介绍2.1.1由8086中央处理器组成的最小模式系统根据使用目的的不同，8086系统可以有两种系统配置：最小模式和最大模式。两种模式的选择主要取决于硬件。当中央处理器管脚MN/MX以高电平5V终止时，形成最小系统。最小系统结构图如图2:所示图2最小系统结构示意图2.1.2 8086最低系统配置模拟图在最小模式系统中，除了8086中央处理器、存储器和输入输出接口芯片外，增加了一块8284A作为时钟发生器，三块8282/8283或74LS373作为地址锁存器，两块8286/8287或74LS245作为双向数据总线收发器，数据总线和地址总线时分复用。最小系统配置模拟图如图3所示。图3最小系统模拟图2.2接口电路设计2.2.1接口芯片芯片选择信号的产生在本系统的接口电路中，8255的端口地址从80H开始，因此A、B、C和8255的控制端口地址分别为80H、82H、84H和86H分别是。8253的端口地址从88H开始，而8253的通道0、通道1、通道2和控制端口的地址分别是88H、8AH、8CH和8EH。地址总线信号和端口地址之间的关系如下表1所示：表1地址总线信号和端口地址之间的关系地址线结束端口地址A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3主动脉第二声第一等的A0000000001000000080H000000001000001082H000000001000010084H000000001000011086H000000001000100088H00000000100010108AH00000000100011008CH00000000100011108EH从表中可以看出，A7总是1，即高电平，所以它应该连接到74LS138的G1端子，74LS138的1、2A(E2端子)和2B(E3端子)是控制端子。当组合为100时，输出有效(输出在低电平有效)。此时，E2终端与M/0相连，因为当M/为0，即低电平时，中央处理器正在访问输入/输出端口。因此，我们可以据此设计解码电路。这次，我们使用部分解码电路。解码器的0和1分别连接到8255芯片选择信号和8253芯片选择信号。2.2.2接口电路设计由于端口地址是偶数，接口电路中A0应取0。图4:图4中央处理器与8255和8253的接口电路2.3关键模块的实施2 . 3 . 1 8253计时初始计数值的确定因为驱动轮的直径是0.5m，台阶角是0.9度，所以台阶的弧长是半径乘以台阶角的乘积这样，我们可以获得速度档、速度、拍频f和初始计数值n之间的数值对应关系，如表2所示：表2速度档和初始计数值N等参数之间的关系变速齿轮12345678速度(米/秒)0.10.20.50.811.21.52f(HZ)2550125200250300375500N8040161087542.3.2延迟程序设计在驱动步进电机的程序中，每对8255端口c发送一个节拍信号，该节拍信号被延迟一段时间，然后发送端口c的下一个节拍信号，从而确定两个节拍之间的间隔，即延迟时间，并且该值实际上确定节拍频率f。软件延迟可以用来达到延迟要求，但由于受CPU工作频率的影响，要达到准确的延迟并不容易。这里我们采用软硬件结合的方法来实现延时程序。具体思想是：8253通道0的输出连接到8255端口C的第四位PC4。当编程8253时，程序输出一定宽度的脉冲，8253是步进电机两拍之间的间隔。该程序对PC4执行循环检测。当8253通道0的脉冲输出出现跳变时，检测结束。周期检测时间是所需的延迟时间。8253通道0的工作模式选择程序如下：；延迟程序，进入CX；计数值延迟程序MOV大学文学院；通道0在模式0下工作输出8253_CTRL，ALCL MOV有限公司；交货时间常数输出8253_COUNT0，AL中国MOV输出8253_ COUNT0，AL延迟1年，8255 _ CPORT输入OUT0信号测试a1，BJZ DELAY 1；OUT0信号的循环检测可再生能源技术；到时候，回来迪莱DELAY2.3.3键盘和计数初始值关联程序设计在延迟子程序中，CX是入口参数，它指示8253通道0计数的初始值。CX的内容应该与键盘的输入量有关。当键盘输入数字1时，相应地选择速度档1，然后CX应该是80或50H，依此类推。这里，我们把用键盘确定CX值的过程称为键盘和计数初始值之间的相关过程。相关程序的设计可以通过比较语句直接实现，但是比较语句会使响应时间变慢，我们可以通过构建表来改进它。我们通过查表编制的相关程序如下：统计表80，40，16，10，8，7，5，4；创建计算初始值的表格.计数_数据处理程序在美国，8255 _阿普特；取开关值出口8255 _港口，铝；端口B显示速度范围。；将开关值转换为二进制数MOVCX，8岁；建立一个循环结构MOV，0；转换的初始值为0计数COUNT1: SHR AL，1；向右移动JC COUNT2相应的开关接通并退出循环。阿富汗伊斯兰革命联盟；转换变量加1循环计数1；循环；查找表格以确定初始计数值BX丽娅伯爵2:表格的第一个地址被发送到BX。MOV阿尔，啊XLAT查一下桌子美国MOV；结果已发送至CLMOV CH，0浸水使柔软ENDP伯爵2.3.4步进电机驱动器设计在本设计中，PC0、PC1、PC2和带8255C端口的PC3分别通过驱动电路与步进电机相连。我们可以看到，第一拍PC3PC0发送0111B信号，第二拍延迟一段时间后发送0011B信号.循环到第八