步进电动机控制系统设计论文

1、学习与实践计划报告。设计题目:步进电机控制系统的设计学校:机电工程学院。专业:机械设计、制造及其自动化类别:姓氏:编号:讲师:教务系统 目录一、设计任务要求.2方案比较和评价证书.二2.1选项1.22.2选项2.22.3最终计划.2.系统工作II四。硬件设计.34.1硬件原理框图.34.2最低模式系统.由8086 CPU 4组成4.3外围接口电路部分.四4.4步进电机模块.54.5 LED模块和8279键盘控制模块.64.6系统代码.七软件设计.七5.1主程序流程图.85.2延期程序流程图.9不及物动词调试和测试.106.1硬件测试.106.2软件测试.106.3最终结果测试.11七。芯片信息

2、.117.1 8279可编程芯片:.117.2 8255并行接口芯片.12八。课程设计概要.14九。附录软件设计前言.15X.总电路图.21XI。参考.22教师对.的评论.23一、设计任务和要求:设计:设计控制电路，要求:用8255输出电机激励脉冲。液位开关可用于控制转速。写一个程序，让步进电机正转10次，反转5次，然后正转10次，反转5次。(4)调整延迟参数，使步进电机的转速为每秒5转。方案比较和评估:2.1选项1:以8088CPU为核心，扩展8255A及相应的接口电路，产生步进电机所需的脉冲序列。脉冲序列经过驱动电路后，直接驱动步进电机，实现调速和方向控制。该系统的特点是:可以设定三种固定

3、的常用速度和一种可以无级调节的速度，操作简单可靠。2.2选项2:L297是一种电机专用驱动数字芯片，与L298配合使用来控制步进电机。用数字电路处理步进电机的控制信号，因为L297和L298的结合可以有效减少单片机I/O接口的使用，大大提高单片机的负载能力。但由于本课程设计中可用I/O充足，如果使用过多的数字芯片，必然带来成本高、电路复杂的弊端。因此，这种方案灵活性低，效率低，不利于步进电机的性能发挥。同时，很难处理每个信号。2.3最终计划:对比以上两种方案的优缺点，第一种方案简洁、灵活、可扩展，能够满足设计要求。因此，本设计采用第一种方案。系统的工作原理:本实验以8088CPU为核心，827

4、9，8253，8259，8251，8255，步进电机等主要芯片。用外部电路的四个开关和一个旋钮来控制步进电机的正反转和调速。一个开关S1控制步进电机的启动，一个开关S2控制步进电机的正反转。剩下的两个开关S2和S3的前三个组合00、01、10控制三个预置速度，不能调节，第四个组合11将由外电路的旋钮通过8255A和ADC0809控制。四。硬件设计4.1硬件原理框图1合71合7ADC08098253输出2IN7D0D7D0D78088控制机12VB A 12VB A 驾驶员ULN2803 b C C 滴滴答答阿扣PB0PB18255APB6PB7 PB2PB3PB4 PB5步进电动机步进电动机五

5、四S33S42一个S11S2S11S2图1系统硬件原理框图。4.2由8086 CPU组成的最小模式系统图2 8086最小系统结构示意图根据不同的用途，8086/8088系统可以有最小模式和最大模式两种系统配置。两种模式的选择主要取决于硬件。当CPU引脚MN/MX端接高电平+5V时，形成最小系统。4.3外围接口电路部分这部分设计使用了ADC0809采样电路、8255A接口芯片、解码器74LS138等。ADC0809的数据输出端口连接到8255A的端口A。同时，ADC0809采样的起始信号由定时器/计数器8253提供，时钟频率由系统应用时钟频率OPCLK提供。b口是时分复用的，有时输出，有时输入。

6、输入是控制信号，输出是电机驱动信号。系统代码表中显示了8253，8255A的地址。输入输出接口编码电路名称信号线注册访问8253IOY20#计数器40小时1号柜台41H2号柜台42小时控制寄存器43H8255AIOY3阿扣60Hb出口61Hc口62H控制寄存器63H4.4步进电机模块步进电机的驱动原理是通过切换各相线圈的电流，使电机步进旋转。驱动电路由脉冲控制，因此可以通过调节脉冲的频率来改变步进电机的速度。单片机最适合控制步进电机。此外，由于电机的转动惯量，其转速也会受到驱动功率的影响。当脉冲频率大于某个值(在本实验中大于100hz)时，电机将不再旋转。电机有四相(A、B、C、D)。按旋转的

7、步数可分为单4拍(A-B-C-D-A)、双4拍(AB-BC-CD-DA-AB)和单双8拍(A- AB- B- A)。该模块的主要功能是通过接收8255的C口输入信号来控制步进电机的旋转。a、B、C、D代表四个不同的相，分别连接到PC0、PC1、PC2和PC3，实现旋转控制。图4.4步进电机模块4.5 LED模块和8279键盘控制模块LED模块的主要作用是前四位显示步进电机的步数，第六位显示速度，最后一位显示正反转的符号；879能自动完成键盘输入和显示控制功能。键盘控制部分提供扫描工作模式，可连接64键矩阵键盘，可自动扫描摇动键盘，自动识别按下的按键并给出代码，可同时按下双键或N键进行保护。从键

8、盘接收的输入信息存储在器件的FIFO缓冲器中，当有按键输入时，它可以请求CPU中断。该键盘模块主要通过键盘输入来控制电机的旋转，以设定速度、正反转、步数和停止。图4.5 LED模块和8279键盘控制模块(1)4.6系统编码记忆解码芯片信号线地址232(两片)/Y0/Y10000000FFFH02000 - 02FFFH664(一件)/Y20400005FFFH有待扩大/Y3/Y4/Y5/Y6/Y70600007FFFH0800009 ffh0A0000BFFFH0c 0000 dffh0E0000FFFFFH4.7总电路图:见附表。软件设计软件设计主要是根据具体的硬件设计，用汇编语言编写具体的

9、控制程序来执行相应的控制功能；串行程序使控制更加方便。5.1主程序流程图5.2延期程序流程图不及物动词调试和测试通过软硬件的联合测试，系统达到了设计的基本要求，运行可靠稳定。在此基础上，系统可以更全面地生成波形，并为用户提供一个可操作的观察界面，更加方便，易于操作和检查。6.1硬件测试在计算机中通过相关实验测试相应的硬件，如下:855控制A、B、C和D相-检测8255；8279键盘显示实验-测试8279；七段数码管实验检测七段数码管；可编程定时器/计数器检测8253实验:串行通信检测8251电路；步进电机控制实验检测步进电机；6.2软件测试本系统的测试主要分为两个阶段:集成测试和验收测试。集成

10、测试，也称组装测试或联合测试，是将单元测试过的模块按照一定的策略组装起来，然后进行测试。实践表明，有些模块可以独立工作，但连接起来就不能正常工作。程序某些部分无法体现的问题，很可能会全局暴露，影响功能的实现。比如这个系统，需要调用很多其他的模块，所以这些模块写好测试之后，需要重新组装测试。验收测试是集成测试后根据任务说明书的要求进行的测试。验收测试一般采用黑盒测试方法。用户根据需求规格书中描述的系统功能，一步步验证每个功能点，看是否能满足所有的功能需求，检查系统的性能是否满足需求规格书中的要求。在软件调试过程中，串口助手COMPort.exe和邢燕集成开发软件的单步执行对整个程序的调试起着重要

11、的作用。通过串口助手，可以向寄存器发送有效的命令来控制步进电机，并进行适当的调试；通过单步执行程序，可以清楚地看到执行这条指令后各个寄存器变化的程序，判断这些变化是否在控制之下。如果这些变化是异常的，那么就很容易发现问题。在不断调试的过程中，我也遇到了很多问题。在老师、同学的帮助和指导下，一个个解决了这些问题，直到达到基本要求，达到预测的结果。6.3测试操作实验箱左上角有一个信号产生模块，左下角有一个开关输入模块。四个开关(S1、S2、S3、S4)分别连接到PB4、PB5、PB6、PB7。步进电机停止，正反转，通过开关的输入控制信号选择有级调速和无级调速。如下功能表:其中，无级调速是通过调节实

12、验箱左上角信号发生模块的旋钮来调节信号大小，然后通过A/D转换对信号值进行采样来控制延时来实现的。同时信号值会显示在屏幕上，通过屏幕上的数值可以知道步进电机速度的变化。结论:DC电机调速系统完全满足设计的基本要求，运行稳定可靠。电机的启动/停止和变化速度与预测结果相同。芯片数据7.1 8279可编程键盘/显示器接口芯片介绍879是一种可编程键盘和显示接口芯片。它不仅具有按键处理功能，还具有自动显示功能。具有键盘FIFO/传感器双重功能的879 64BRAM。键盘控制部分可以控制8*8=64个按键或者控制8*8阵列传感器。该芯片能自动消除键抖动，并具有双键锁定保护功能。在本实验中，我们将利用82

13、79的上述功能来设计点阵广告屏。首先介绍一下8279芯片:DB0 DB7:8位数据总线连接系统数据总线，传输CPU与8279之间的数据/命令。CS:当片选信号CS=0时，选择8279。WR:WR=0。控制8279写操作。A0:数据选择输入线，A=0，由CPU作为数据读取；A=1，CPU写数据为命令字，读数据为状态字。BD:消隐输出线。BD=0有效。当切换显示数据或使用消隐命令时，该信号将关闭显示器。CLK:外部时钟信号输入线，8279通过本地定时器将该信号转换为本地时钟。本地时钟的频率直接决定显示器的扫描时间，通常通过编程设置为100Hz。此时，每个显示数码管的选通时间为0.64 ms .当设

14、置8位和16位显示字符时，显示器的扫描周期分为5.1ms和10.2 ms .out A0 out a3:A组显示数据输出行。out 0 out B3:b组显示数据输出线。两组数据输出线可以独立使用，也可以组合使用，组合时OUTA3为最高位，OUTB0为最低位。SL0SL3:扫描输出线，有解码和编码输出两种工作模式。模式选择可以通过编程设置。RL0RL7:输入线，为键盘矩阵或传感器矩阵的列或行信号输入线。7.2 8255可编程并行接口芯片介绍855作为主机与外设的连接芯片，必须提供三个与主机相连的总线接口，即数据线、地址线和控制线接口。同时必须具备与外设连接的接口A、B、C口。由于8255是可编

15、程的，它必须有一个逻辑控制部分，所以8255的结构分为三部分:与CPU连接的部分，与外设连接的部分和控制部分。复位:复位输入线。当输入端为高电平时，所有寄存器(包括控制寄存器)清零，所有I/O端口设置为输入模式。82558255CS:片选信号线。当此输入引脚处于低电平，即/CS=0时，表示选择了芯片，允许8255与CPU通信；当/CS=1时，8255无法与CPU传输数据。RD:读信号线。当此输入引脚处于低电平，即/RD=0和/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:写信号，当这个输入引脚处于低电平，即/WR=0和/CS=0时，允许

16、CPU向8255写入数据或控制字。D0 D7:三态双向数据总线，8255与CPU之间的数据传输通道。CPU执行输入输出指令时，可以读写8位数据，控制字和状态信息也通过数据总线传输。PA0PA7:端口A的I/O线、一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。PB0PB7:端口B的I/O线，一个8位I/O锁存器和一个8位I/O缓冲器。PC0PC7:端口C的I/O线，一个8位数据输出锁存器/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器。通过设置工作模式，端口C可以分为两个4位端口。每个4位端口包含一个4位锁存器，可分别与端口A和端口B配合使用，可用作控制信号输出端口或状态信号输入端口。A0、A1:地址

17、选择线，用于选择8255的PA口、PB口、PC口和控制寄存器。八。课程设计概要:在摸索中前进作为微机课程的新人，步进电机调速系统课程设计最大的特点就是程序太复杂。不花些时间和精力制作这样的节目是很难的。从最基本的需求出发，一段一段的编译很繁琐，需要很多循环和嵌套，但是效率更高。实验过程中遇到了很多棘手的问题，但是汇编语言本身并没有其他高级语言那么好写，调试，实验箱也换了，所以刚开始的时候一有错误就觉得无从下手，走了很多弯路，就在实验室里不断摸索，查资料，终于有了一些线索。写串口程序的时候，遇到了很多困难。可以在串口助手上运行，但是不能在我自己的程序上运行。于是我不得不做出改变，做实验，忙得不可

18、开交。最后，凭借自己的努力，终于写出了程序，运行顺利。总的来说，这次实验，从最初确定方案，然后写代码，到最后调试，添加扩展功能，花了不少时间。终于取得了成果，宝贵的实习时间没有浪费。那是一种成就感。但是，该方案仍存在一些不完善之处，不够简洁、明确和充分，许多地方需要改进。本课程设计是我们所学的微机原理与接口课程的总结性实验，既巩固了我们的微机与接口技术理论知识，又增强了我们的思维、实践能力和学以致用的经验。虽然在实验中遇到了很多问题，但是这周的接口课程设计还是给了我很多收获。可以说是从零开始，老师只是给我们提供了基本的实验方法。我们使用的所有工作都是由我们自己完成的。我们需要查资料，整理整个实

19、验的设计思路，考虑实验要用的芯片，设计每个芯片的功能，包括实验芯片的连接，编程，这些都是我们自己完成的，极大的锻炼了我们的思维能力和动手能力。附录:软件设计程序*-；定义堆栈段；-栈段栈DW 256 DUP(？)堆栈结束；-；定义数据段；-数据段表1 DB 01H，03H，02H，06H，04H，0CH，08H，09H顺时针旋转脉冲列表表2 DB 09H，08H，0CH，04H，06H，02H，03H，01H逆时针旋转脉冲列表。RD DB 03H用于记录顺时针还是逆时针转动。SD DB 08H用于记录输入开关的速度。数据结束；-；代码段；-代码段假设CS:CODE，DS:DATA，ES:DAT

20、A开始:MOV斧，数据MOV DS，AXMOV，埃克斯MOV斯，偏置路；用SI指向上次正负的存储单元。MOV DI，偏移SD；使用DI指向存储速度信息的存储单元。MOV AL，0A4H初始化8253芯片，发送控制字，使用2号计数器。OUT 43H，AL；并且工作在模式2，只读写高位字节。MOV阿尔，17H853的2号计数器计算初始值，计1毫秒。42小时后，铝JMP支票；退出以检查交换机的状态程序并执行它。；-主要:MOV铝，90H初始化8255芯片，端口A是基本输入模式，端口BOUT 63H，AL；端口是基本的输出模式。MOV阿尔SI；当SI的数字为0时，它正向旋转，当SI为1时，它反向旋转。

21、化学机械抛光铝，00HJNE B0；-；步进电机；-人权部MOV；DH用来记录上一次转弯和现在转弯是否同向。化学机械抛光铝，00H如果DH为0，继续往同一个方向加一个BX，否则BXJE XA；指向标题1重新开始。A1: MOV BX，偏移表1；BX指着顺时针脉冲列表的标题MOVCX，0008H步进电机的步数是八。a2:MOV阿尔，BX出61H，铝MOV阿尔迪；检查DI的值以确定速度。CMP AL，01H调用延时程序控制步进电机速度I(开关控制)JE Y1CMP AL，02H调用延时程序控制步进电机速度II(开关控制)JE Y2CMP AL，03H调用延时程序控制步进电机速度III(开关控制)J

22、E Y3CMP AL，04H控制步进电机的速度(数控通过A/D转换JE Y4；延时大小，以控制速度)，调速范围广。XA公司循环A2JMP A1；-；步进电机反转；-B0:人权部MOV阿尔；DH用来记录上一次转弯和现在转弯是否同向。CMP AL，03H如果DH是3，继续往同方向BX加一，否则BX JE XB；指向标题2并重新开始。B1: MOV BX，偏移表2；指向BX逆时针脉冲列表的标题MOVCX，0008H步进电机的步数是八。B2:MOV阿尔，BX出61H，铝MOV阿尔迪；检查DI的值以确定速度。CMP AL，01H调用延时程序控制步进电机速度I(开关控制)JE Y1CMP AL，02H调用

23、延时程序控制步进电机速度II(开关控制)JE Y2CMP AL，03H调用延时程序控制步进电机速度III(开关控制)JE Y3CMP AL，04H控制步进电机的速度(数控通过A/D转换JE Y4；延时大小，以控制速度)，调速范围广。XB:BX公司环路B2JMP B1；-；调用延迟程序中转流程。；-y1:CALL DALLY；速度一JMP支票y2:CALL DALLY；速度二打电话给戴利JMP支票y3:CALL DALLY；速度三打电话给戴利打电话给戴利JMP支票Y4:调用DALLY1延时由A/D转换的数值控制，速度四档。JMP支票；-；测试开关状态程序；-检查:MOV铝，92H初始化8255芯

24、片，B口基本输入，初始化a。OUT 63H，AL；口基本输入在AL，61H读入端口B数据，即交换机状态。和AL，0F0H屏蔽低四位试验铝，10小时；检查PB4是否为1。JZ支票；如果是1，打开电机；否则，等待。试验铝，20小时；检查PB5是否为1，为1则正向旋转，为0则反向旋转。JZ湾；-；步进电机正转；-答:推斧头MOV阿尔SI；当SI检测为0时，为上次正转，DH赋值为0。化学机械抛光铝，00H不然上次就反了，DH赋1。JE X1JMPX2X1: MOV DH，00HJMP AAX2: MOV DH，01HAA: MOV DL，00H将正SI变为0。MOV SI，DL爆破筒化学机械抛光铝，3

25、0小时；检测到的PB6为0，检测到的0，PB7为0，为速度1。JZ苏杜1化学机械抛光铝，70H检测到的PB6是1，检测到的1，PB7是0，也就是速度2。JZ苏杜CMP AL，0B0H当检测到PB7为1，PB6为0时，为速度三。JZ苏杜3CMP AL，0F0H当检测到PB7为1，PB6为1，速度为4时。JZ苏都4；-；步进电机反转；-乙:推斧头MOV阿尔SI；当SI检测为1时，最后一次反转，DH赋值为3。CMP AL，01H不然上次就是正转，DH被分到4。JEX3JMP X4X3: MOV DH，03HJMP BBX4: MOV DH，04HBB: MOV DL，01H将SI的赋值反转为1。MOV SI，DL爆破筒化学机械抛光铝，10小时；检测到的PB6为0，检测到的PB7为0，为速度一。JZ苏杜1化学机械抛光铝，50H当PB6被检测为1时，PB7被检测为速度2。JZ苏杜CMP铝，90H当检测到PB7为1，PB6为0时，为速度三。JZ苏杜3CMP AL，0D0H当检测到PB7为1，PB6为1，速度为4时。JZ苏都4；-SUDU1: MOV DL，01H速度为1，DI赋值为1。MOVJMP梅因SUDU2: MOV DL，02H当速度为2时，DI被赋值为