清华大学微机原理课程设计Word文档格式.doc

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2.1步进电机的控制与要求

2.2设计方案的确定

第三章步进电机转动控制的的硬件电路

3.1步进电机的硬件框图

3.2 8255控制部分及开关控制

3.3ULN2803部分的设计

第四章步进电机转动控制的软件设计

4.1主程序流程图

4.2主程序及其注释

第五章步进电机控制程序的调试

5.1硬件调试

5.2软件调试

5.3调试过程

第六章步进电机控制的拓展

6.1拓展功能一

6.2拓展功能二

第七章设计体会与小结

附录

附录一系统硬件原理图

附录二参考文献

微机原理与接口课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。

步进电机转动控制具有设计简单应用广泛的特点，非常适合作为课程设计课题。

步进电机转动控制是通过操作实现电机的加速减速正转与反转,广泛用于现实社会生活生产中，如高楼中的电梯，工厂中的机床。

因此，研究步进电机转动控制，有着非常现实的意义。

通过本次课程设计，我提高如何综合运用所学知识解决时间问题的能力，以及获得有关项目管理和团队合作等等众多方面的具体经验，增强对相关课程内容的理解和掌握能力，培养对整体课程知识综合运用和融会贯通的能力。

此次步进电机转动控制利用8255A芯片，以8088微处理器作为CPU，A口为输出，C口为输入来控制步进电机转动，拨动开关来调节速度。

1.1步进电机的工作原理

该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。

只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。

图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图：

图1四相步进电机步进示意图

开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。

而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。

单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。

八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

　单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：

a.单四拍b.双四拍c.八拍

图2步进电机工作时序波形图

1.2步进电机的驱动原理

步进电动机是一种数字元件，易于数字电路接口，但一般数字电路的信号的能量远远不足以驱动步进电动机。

因此，必须有一个与之匹配的驱动电路来驱动步进电动机。

对步进电动机驱动一般有如下要求：

（1）能够提供较快的电流上升和下降速度，使电流波形尽量接近矩形。

（2）具有供截止期间释放电流流通的回路，以降低绕组两端的反电动势，加快电流衰减。

（3）具有较高的功率及效率。

步进电动机的驱动方式很多，如单极性驱动、双极性驱动、高低压驱动、斩波驱动、细分驱动、集成电路驱动等。

2.1步进电机的控制要求

使用汇编语言外加K0-K7等一系列的开关实现对步行电机转速与方向的控制（实现两个以上功能）：

1.启动与停止控制：

用户拨动某一指定键后可以实现电机的启动与停止的控制；

2.方向的控制：

用户将某一指定键拨向上可以实现电机的正转，拨向下实现电机的反转；

3.速度的控制：

用户将另一指定键拨向上可以实现电机的加速转动，拨向下实现电机的减速转动；

4.综合控制：

用户一起拨动上述的按键后可以实现电机的加速正转，减速反转等操作；

5.扩展功能：

自主创新，综合运用微机原理与接口技术的知识扩展2个功能。

2.2设计方案的确定

选用TN88\86实验箱与微机，通过在实验箱构造硬件电路，主要是利用8255A芯片单元模块、步进电机单元模块。

通过微机编程与下载到实验箱上。

实现软硬结合控制步进电机的转动。

第三章步进电机转动控制的硬件电路

1、按图3连接线路，用8255输出脉冲序列，开关K0～K6控制步进电机转速，K7控制步进电机转向。

2、PA0～PA3接电机的驱动端；

PC0～PC7接K0～K7。

3、编写程序实现步进电机的顺时针旋转控制。

当K0~K6中任一开关为“1”（向上拨）时步进电机启动，全部为“0”时步进电机停止，其中K0为“1”时速度最慢，K6为“1”时速度最快。

K7为“1”（向上拨）时步进电机顺时针转动，为“0”（向下拨）时逆时针转动。

图3步进电机的接入线路图

3.28255控制部分及开关控制

8255的片选信号CS接288H～28FH。

PA0～PA3接电机的驱动端；

8255A芯片一般占用四个连续的口地址，按照从高到低分别为：

控制口、C口、B口、A口。

如图4所示：

8255共有三种工作方式：

方式0：

基本输入输出；

方式1：

中断工作方式；

方式2：

双通输入输出，仅有A口。

D7—D0:

10001001A口输出，C口输入。

MOVDX,P55CTL

MOVAL,89H；

（89H=10001001B,为控制字）

OUTDX,AL

图48255A管脚分配图

3.3ULN2803部分的设计

由于集成电路集驱动和保护于一体，作为小功率步进电动机的专用驱动芯片，ULN2803是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成，如图5所示：

图5ULN2803示意图

该电路的特点如下：

ULN2803的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTLCMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

ULN2803工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。

ULN2803A在各种控制电路中常用它作为驱动继电器的芯片，其芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。

ULN2803的输出端允许通过IC电流200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。

输出电流大，故可以用来直接驱动步进电机，如图6所示：

图6Seriesuln2803a

4.1主程序流程图

开始

8255初始化，A口输出，C口输入

33H=>

BUF

BUF内容从8255A口输出

读开关状态

K0=1?

K1=1?

K3=1?

K2=1?

K5=1?

K4=1?

K6=1?

置停止信息

控制循环信息右移一位

控制循环信息左移一位

延时

K7=1?

置延时时间

Y

N

图7主程序流程图

选用8255的A口做输出，C口做输入。

BUF输出给电机驱动端，通过检测开关，赋给不同的延时值和不同的移位命令，改变转速转向。

不停的循环输出，使得电机转动。

通过改变CX的赋值来控制电动机的转动速度。

CX越小电动机的转动速度越大。

也可以通过改变BL的值来改变单个开关的速度。

我们把CX称为总开关，BL成为分开关。

从而达到从K0到K6速度逐渐变快，而K7控制电动机的反转。

当K7闭合时电动机反转

4.2主程序及其注释

源程序如下：

P55AEQU60H;

8255A口输出

P55CEQU62H;

8255C口输入

P55CTRLEQU63H;

8255控制口

DATASEGMENT

BUFDB0

DATAENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS:

CODE,DS:

DATA

START:

MOVDX,P55CTRL

MOVAL,89H

OUTDX,AL;

8255C输入，A输出

MOVBUF,33H

OUT1:

MOVAL,BUF

MOVDX,P55A

OUTDX,AL

IN1:

MOVDX,P55C

INAL,DX;

TESTAL,01H

JNZK0

TESTAL,02H

JNZK1

TESTAL,04H

JNZK2

TESTAL,08H

JNZK3

TESTAL,10H

JNZK4

TESTAL,20H

JNZK5

TESTAL,40H

JNZK6

STOP:

JMPOUT1

K0:

MOVBL,10H;

00010000B

SAM:

TESTAL,80H;

K7是否为1

JZZX0

JMPNX0

K1:

MOVBL,18H;

00011000B

JMPSAM

K2:

MOVBL,20H;

00100000B

JMPSAM

K3:

MOVBL,40H;

01000000B

K4:

MOVBL,80H;

10000000B

K5:

MOVBL,0C0H;

11000000B

K6:

MOVBL,0FFH;