硬件设计报告

1、第二部分硬件设计步进电机的正反转控制目录1 设计目的12 设计内容13 设计要求14 设计原理与硬件电路15 程序流程图96 程序代码97 程序及硬件系统调试情况118 设计总结与体会129 参考文献121 设计目的1. 了解步进电机的工作原理，学会用编程的方法控制电机的正反转2. 学会软硬件设计之间的结合，学会用proteus进行硬件仿真3. 增强对实际问题的分析能力，增强用所学知识解决实际问题的能力4. 培养综合运用所学知识独立完成汇编程序课题的能力2 设计内容5. 编程实现步进电机的控制。查找资料，了解步进电机的性能及原理，实现步进电机的正反转。3 设计要求6. 在Proteus环境下，

2、结合课程设计题目，设计硬件原理图，搭建硬件电路7. 软件设计8. 1.采用模块化程序结构设计软件，可将整个软件分成若干功能模块。9. 2.画出程序流程图。10. 3.根据流程图，编写源程序。11. 4.在Proteus环境下，仿真调试程序4 设计原理与硬件电路12. 1步进电机工作原理：13. 步进电机是一种感应电机，其基本原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频

3、率和脉冲数，而不受负载变化的影响，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。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。14. 2H桥驱动电路原理15. 本实验中，要用到“H桥”对步进电机进行控制。图1中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“

4、H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图1及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图1 H桥驱动电路要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图2所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三

5、极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。 图2 H桥电路驱动电机顺时针转动图3所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。 图3 H桥驱动电机逆时针转动使能控制和方向逻辑驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能

6、限制），甚至烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。图4所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。（与本节前面的示意图一样，图4所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。） 图4 具有使能控制和方向逻辑的H桥电路采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果DIRL信号为0，DIRR

7、信号为1，并且使能信号是1，那么三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流经电机（如图5所示）；如果DIRL信号变为1，而DIRR信号变为0，那么Q2和Q3将导通，电流则反向流过电机。 图5 使能信号与方向信号的使用本次仿真中实际连线图如下（proteus环境下）3仿真用到的主要芯片 本次仿真设计主要用到了8086 cpu，74LS138译码器，可编程接口芯片8255A（1）8086 cpu8086微处理器是Intel公司推出的第三代CPU芯片，它们的内部结构基本相同，都采用16位结构进行操作及存储器寻址，但外部性能有所差异，两种处理器都封装在相同的40脚双列直插组件（DIP）中。8086微处理器的

8、一般性能特点：16位的内部结构，16位双向数据信号线；20位地址信号线，可寻址1M字节存储单元；较强的指令系统；利用第16位的地址总线来进行I/O端口寻址，可寻址64K个I/O端口；中断功能强，可处理内部软件中断和外部中断，中断源可达256个；单一的5V电源，单相时钟5MHz。本实验基于proteus和8086 cpu进行仿真，在proteus环境中8086cpu的实际连线如下(2)74HC373锁存器74HC373是一款高速CMOS器件，74HC373引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC373遵循JEDEC标准no.7A。74HC373是八路D 型锁存器，每个锁存器具有独立

9、的D 型输入，以及适用于面向总线的应用的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能（LE）端和一个输出使能（OE）端。74HC373包含八个具有三态输出的D 型透明锁存器。当LE为高时，数据从Dn输入到锁存器，在此条件下，锁存器进入透明模式，也就是说，锁存器的输出状态将会随着对应的D输入每次的变化而改变。当LE为低时，锁存器将存储D输入上的信息一段就绪时间，直到LE的下降沿来临。当OE为低时，8个锁存器的内容可被正常输出；当OE为高时，输出进入高阻态。OE端的操作不会影响锁存器的状态。实际连线图如下：（3）8255A可编程接口芯片Intel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路（Progra

10、mmable Peripheral Interface)简称 PPI，型号为8255（改进型为8255A及8255A-5），具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。8255A的通用性强，使用灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。 8255A在使用前要写入一个方式控制字，选择A、B、C三个端口各自的工作方式，共有三种; 方式0 ：基本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的 I/O方式。其中A、B、C口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。 方式1 ：选通I/O,此时接口和外围设备需联络信号进行协调，只有A口和

11、B口可以工作在方式1，此时C口的某些线被规定为A口或B口与外围设备的联络信号，余下的线只有基本的I/O功能，即只工作在方式0. 方式2： 双向I/O方式，只有A口可以工作在这种方式，该I/O线即可输入又可输出，此时C口有5条线被规定为A口和外围设备的双向联络线，C口剩下的三条线可作为B口方式1的联络线，也可以和B口一起方式0的I/O线。 8255A是一个并行输入、输出器件，具有24个可编程设置的I/O口，包括3组8位的I/O为PA口、PB口、PC口，又可分为2组12位的I/O口：A组包括A口及C口高4位，B组包括B口及C组的低4位，本仿真设计的端口地址为8000H8006H,方式控制字为82H

12、,即PA口作为输出，PB作为输入，其引脚图为：实际连线图如下：（4）开关控制部分（正反转选择）设置两个按键，分别控制步进电机的正反转，8255A的PB0和PB1作为开关状态的接收口，通过编程检测PB口的不同状态，给PA口送不同的状态字，从而对电机的正反转进行控制。连线图如下：其中顺时针按钮接PB1，逆时针按钮接PB0.总的硬件原理图如下：开始5 程序流程图电机正传顺时针子程序（MOT2）电机反传逆时针子程序（MOT1）8255A初始化检测PB1有无被按下否是检测PB0有无被按下否是6 程序代码CODE SEGMENT CODE ASSUME CS:CODE,SS:STACK,DS:DATA I

13、OCO EQU 8006HIOA EQU 8000HIOB EQU 8002HIOC EQU 8004HSTART: MOV AX, DATA MOV DS, AX MOV AX, STACK MOV SS, AX MOV AX, TOP MOV SP, AX ;*8255初始化 TEST_BU:MOV AL,82H ;A组方式0，PA输出，PB输入 MOV DX,IOCON OUT DX,AL NOP NOP NOP;*MOT1逆时针旋转，MOT2顺时针旋转 ，开始时逆时针（PA=11111110） MOT1: MOV DX,IOAMOV AL,0FEH ;*11111110OUT DX,A

14、LCALL DELAY ;*延时MOV DX,IOBIN AL,DXTEST AL,02H ;*检测PB口，有无按键JE MOT2 ;*PB1=1（无按键）,ZF=0,往下执行，PB1=0,ZF=1,转到MOT2MOV DX,IOAMOV AL,0FFHOUT DX,ALCALL DELAYJMP MOT1 MOT2: MOV DX,IOAMOV AL,0FDH ;*11111101OUT DX,AL ;*PA=11111101CALL DELAYMOV DX,IOBIN AL,DX ;*PB口信息送ALTEST AL,01H ;AL与00000001相与JE MOT1 ;*PB0=1,ZF=

15、0,往下执行，PB0=0，ZF=1，跳MOT1MOV DX,IOAMOV AL,0FFHOUT DX,ALCALL DELAY JMP MOT2 DELAY: PUSH CXMOV CX,0FHDELAY1:NOPNOPNOPNOPLOOP DELAY1POP CXRETCODE ENDS STACK SEGMENT STACKSTA DB 100 DUP(?)TOP EQU LENGTH STASTACK ENDS DATA SEGMENT DATADATA ENDS END START7 程序及硬件系统调试情况程序运行结果：进行一系列设置后，开始运行程序和硬件仿真，开始时，步进电机逆时针旋

16、转。按下顺时针按钮，则电机顺时针旋转，再点击逆时针按钮，则电机逆时针旋转。调试中遇到的问题：第一次调试运行时，程序总是报出错误，后来经过仔细检查，原来是自己没把程序的ASM原文件放到C盘得MASM32文件夹中，后来经过调整，程序可以正确运行。8 设计总结与体会经过这周的课程设计,做关于步进电机正反转控制的设计，自己认真查阅资料,学习关于这方面的知识,比如说要了解8086芯片中各个引脚的功能,怎么样去使用8255这个可编程并行接口芯片，步进电机到底是怎样工作的，其工作原理是什么，“H桥”的原理是什么，它有哪些应用等等。在理论学习的基础上,又下了一次苦工夫,算是明白了设计一个系统的过程;也让我体会到要想成功地设计某个东西,光学好专业知识是不够的,必须要系统的知识,无论在哪方面都要有个明白的概念,只有这样才不至于在设计过程中摸不着头脑,也要知道哪些是需要查找的资料，这样做起设计来才会节省更多的时间。而且在设计中，把