微型计算机原理与接口技术课程设计报告皮带传输机控制器设计Word格式.docx
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,尽管它只有两相。
也存在每相有两个单独绕组的电机,他即可以当作单极性,也可以当作双极性来驱动。
极可以定义为励磁体上磁密集中的区域。
包含了这样一个两相步进电机的简化图例:
定子每相有两极(一对极),转子有两极(一对极)。
实际上,定转子结构中都会增加一些极,以增加电机每转的步数,换句话说,就是使电机的基本(整步)步矩角更小,典型的PM进电机有12对极,即定子每相有12对极。
混合式步进电机有一个带齿的转子,他的转子铁芯被分为两部分,由永久磁钢隔开,使一半的齿成为S极,而另外的一半为N极。
而转子的极对数就等于任何一半转子的齿数。
为了形成更多数目的等效极数,混合式步进电机的定子极上也有齿。
(对于小极距,等效极数=360℃/齿距)区别于等效极的是,基本的极上是绕有绕组的。
一般来讲,4个基本极适用于3.6°
电机,而8个极适用于1.8°
和0.9°
电机。
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2-3是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
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2-4a、b、c所示:
a.单四拍b.双四拍c八拍
图1-3步进电机工作时序波形图
2)软件部分
转速测量原理:
图a强反射
图b弱反射
图c转盘
图1-4转速测量原理图
本转速测量实验采用反射式光电开关,通过计数转盘通断光电开关产生的脉冲,计算出转速。
(1)反射式光开关工作原理:
光电开关发射光,射到测量物体上,如果强反射,如图a,光电开关接收到反射回来的光,则产生高电平1;
弱反射,如图b,光电开关接收不到反射回来的光,则产生弱电平0。
(2)实验方法:
本实验转速测量用的转盘在下表面做成如图c样子的转盘,白部分为强反射区,黑部分为弱反射区,转盘每转一圈,产生4个脉冲,每1/4秒计数出脉冲数,即得到每秒的转速。
(演示程序中,LED显示的是每秒钟转速)
二、硬件设计
1.选择芯片8255A
1)芯片8255A在本设计中的作用
芯片8255A通过接收总线传送来的数据,从C口输出状态来控制步进电机的转动。
2)芯片8255A的功能分析
a)8255引脚图:
8255是可编程并行接口,内部有3个相互独立的8位数据端口,即A口、B口和C口。
三个端口都可以作为输入端口或输出端口。
A口有三种工作方式:
即方式0、方式1和方式2,而B口只能工作在方式0或方式1下,而C口通常作为联络信号使用。
8255的工作只有当片选CS有效时才能进行。
而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。
b)CPU接口(数据总线缓冲器和读/写控制逻辑)
数据总线缓冲器:
这是一个8位双向三态缓冲器,三态是由读/写控制逻辑控制的。
这个缓冲器是8255A与CPU数据总线的接口。
所有数据的输入/输出,以及CPU用输出指令向8255A发出的控制字和用输入指令从8255A读入的外设状态信息,都是通过这个缓冲器传递的。
读/写控制逻辑:
它与CPU的6根控制线相连,控制8255A内部的各种操作。
控制线RESET用来使8255A复位。
和地址线A1及A0用于芯片选择和通道寻址。
控制线和用来决定8位内部和外部数据总线上信息传送的方向,即控制把CPU的控制命令或输出的数据送到相应的通道,或把状态信息或输入数据送到CPU。
8255A的读/写控制逻辑的作用,是从CPU的地址和控制总线上接受输入的信号,转变成各种命令送到A组或B组控制电路进行相应的操作。
c)8255A的引脚信号
与外设相连的
PA7~PA0:
A口数据信号线。
PB7~PB0:
B口数据信号线。
PC7~PC0:
C口数据信号线。
与CPU相连的
RESET:
复位信号。
当此信号来时,所有寄存器都被清除。
同时三个数据端口被自动置为输入端口。
D7~D0:
它们是8255A的数据线和系统总线相连。
CS:
片选信号。
在系统中,一般根据全部接口芯片来分配若于低位地址(比如A5、A4、A3)组成各种芯片选择码,当这几位地址组成某一个低电平,于8255A被选中。
只有当有效时,读信号写才对8255进行读写。
RD:
读信号。
当此信号有效时,CPU可从8255A中读取数据。
WR:
写信号。
当此信号有效时,CPU可向8255A中写入数据。
A1、A0:
端口选择信号。
8255A内部有3个数据端口和1个控制端口,共4个端口。
规定当A1、A0:
为00时,选中A端口;
为01时,选中B端口;
为10时,选中C端口;
为11时,选中控制口。
8255的基本操作如下表2-1所示:
表2-18255的基本操作
3)芯片8255A的技术参数如下表2-2所示:
标识符
最小
最大
测试条件
输入低电平(VIL)
-0.5V
0.8V
输入高电平(VIH)
2.0V
5V
输出低电平(VOL)DB
0.45V
IOL=2.5mA
输出低电平(VOL)PER
IOL=1.7mA
输出高电平(VOH)DB
2.4V
IOH=-400μA
输出高电平(VOH)PER
IOH=-200μA
驱动电流
-1.0mA
-4.0mA
EXT=750Ω
VEXT=1.5V
供应电流
120mA
IIL(INPUTLOADCURRENT
±
10μA
VIN=0V~5V
IOFL(Outputfloatleakage
VOUT=0.45~5V
表2-28255A的技术参数
其中PER为peripheralport的缩写,输入最低电压:
min-0.5V,max0.8V,输入最高电压:
2.0V。
输出最低电压:
0.45V,输出最高电压:
2.4V。
8255A的方式控制字如图2-1所示:
图2-18255A的方式控制字
方式0的工作特点
这种方式通常不用联络信号,不使用中断,三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。
其功能为:
①两个8位通道:
通道A、B。
两个四位通道:
通道C高4位和低四位;
②任何一个通道可以作输入/输出;
③输出是锁存的;
④输入是不锁存的;
⑤在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。
置位/控制字如图2-2所示:
图2-2置位/控制字
2.选择芯片ULN2003A
1)芯片ULN2003A在本设计中的作用
ULN2003A控制四相反应式步进电机,它可以控制步进机的转速、转向,从而控制皮带传输的速度和方向。
2)芯片ULN2003A的功能分析
ULN2003A是一组高耐压,大电流达林顿晶体管阵列,由7个NPN达林顿管组成,具有通过共阴极箝位二极管实现高压输出的特性,可用于电感性负载转换。
单个达林顿管的额定集电极电流为500mA。
达林顿管可经并联后,获得更大的电流容量。
ULN2003A的应用包括继电器驱动,锤击起子,电灯驱动,显示器驱动(LED或气体放电),线路接收器,以及逻辑缓冲器。
ULN2003A的2.7-k系列基极电阻允许对供压为6V至15V的CMOS器件直接操作。
3)芯片ULN2003A的技术参数
表2-3ULN2003A的技术参数
3.选择单极性步进电机
1)单极性步进电机在本实验的作用
带动皮带,从而达到皮带传输的目的。
2)单极性步进电机的技术参数
表2-48279主要性能参数
4.选择芯片DAC0832数模转换器
1)芯片DAC0832在本设计中的作用
DAC0832在设计中的作用是将8086送来的8位数字量化成模拟电流量,在设计中需将数字信号转换为模拟信号,故选取DAC0832数模转换器。
2)芯片DAC0832的功能分析
DAC0832是8位数/模转换芯片,输入数字量具有双缓冲功能,可以工作在双缓冲,单缓冲或直接输入三种方式。
直接输入方式是将8086送来的8位数据量直接送入数/模转换器,不进行锁存;
单缓冲只锁存一次数据(即80856送来的数据量进行锁存);
双缓冲方式的工作原理:
输入寄存器经过总线收发器与数据总线连接,当ILE,
和
有效时,8位数据量被打入输入寄存器,当
有效时,输入寄存器中数据送至DAC寄存器并输出,则将这个数据锁存在DAC寄存器中,并开始转换。
本次设计中采用的是直通方式。
3)芯片DAC0832的技术参数
DAC0832芯片采用CMOS工艺,四象限乘法型DAC与微机兼容,数据输入能与双缓冲,单缓冲或直接缓冲通过三种方式工作。
主要参数为:
转换时间
1us
分辨率
8位
功耗
20mW
单一工作电源
+5V~+15V
电流建立时间
1
线性度
8,9或10位
增益温度系数
0.0002%usFS/℃
表2-5DAC0832主要技术参数
在此实验箱中的DAC0832芯片中包含有运算放大器,用来将电流信号转换成电压信号量,并且能够放大信号量。
5.键盘显示接口芯片8279A
1)8279A在本设计中的作用
在本设计中用8279A芯片控制键盘输入和LED显示。
2)8279A的功能分析
1、8279A主要特性
8279A芯片是一种通用的可编程序的键盘/显示接口器件,单个芯片就能完成键盘输入和LED显示控制两种功能。
可与任何8位机接口。
8279A芯片包括键盘输入和显示输出两个部分。
若采用8279作为键盘/显示器接口,则可以实现对键盘、显示器自动扫描,8279主要是管理键盘输入和显示器输出的。
8279可编程键盘显示器接口芯片具有动态显示驱动电路简单、不占用CPU的时间、可自动进行键盘扫描、与计算机接口方便、编程容易、系统灵活等特点.当今已成为设计计算机应用系统,特别是实时性较高的测控系统的首选器件之一。
2、8279A的内部结构
图中,IRQ:
中断请求输出线,DB0~DB7:
双向数据总路线(传送命令、数据、状态),
、
:
读写控制输入端,RESET:
复位输入端,CLK:
时钟输入端,
片选,C和/D(A0):
片内寄存器选址,OUTA0~A3、OUTB0~B3:
8位显示输出端,
熄灭显示输出端,SL0~SL3:
公用扫描输出线,RL0~RL7:
键盘回馈输入线,SHIFT:
抵挡键输入线,CNTL/STB:
控制/选通输入线。
另外,8279的键盘接口部分内部有一个8×
8位先进先出的堆栈(FIFO),用来存放键盘输入代码,显示
图2-58279A的内部结构
器接口部分内部有一个16×
8位显示RAM,用来显示段数据,能为16位LED显示器(或其它显示器)提供多路扫描接口。
3、8279A的引脚信号和功能
8279可编程键盘显示器接口芯片具有动态显示驱动电路,不占用CPU的时间、可自动进行键盘扫描、与计算机接口方便、编程容易、系统灵活等特点。
8279是可编程的键盘/显示接口芯片。
它既具有按键处理功能,又具有自动显示功能,在单片机系统中应用很广泛。
8279内部有键盘FIFO(先进先出堆栈)/传感器,双重功能的8×
8=64BRAM,键盘控制部分可控制8×
8=64个按键或8×
8阵列方式的传感器。
该芯片能自动消抖并具有双键锁定保护功能。
显示RAM容量为16×
8,即显示器最大配置可达16位LED数码显示。
4、8279的命令字及其格式
8279有三种工作方式:
键盘工作方式、显示工作方式和传感器工作方式。
键盘工作方式:
双键互锁和N键轮回。
双键互锁是指当有两个以上按键同时按下时,只能识别最后一个被释放的按键,并把其键值送入内部FIFORAM中。
N键轮回是指当有多个按键同时按下时,所有按键的键值均可按扫描顺序依次存入FIFORAM中。
显示工作方式:
是指CPU输入至8279内部FIFORAM的数据的输出格式,有8个字符左端入口显示、16个字符左端入口显示、8个字符右端入口显示、16个字符右端入口显示四种方式。
传感器方式:
是指扫描传感器阵列时,一旦发现传感器的状态发生变化就置位INT向CPU申请中断。
选择不同的工作方式均是通过CPU对8279送入命令来进行控制。
8279共有8种命令,命令寄存器为8位,其中D7~D5为命令特征位,D4~D0为命令的控制位。
CPU对8279写入的命令数据为命令字,读出的数据为状态字。
8279共有八条命令,其功能及命令字格式分述如下。
(1)键盘/显示方式设置命令字
命令格式:
D7D6D5D4D3D2D1D0
000DDKKK
其中:
D7、D6、D5=000为方式设置命令特征位。
DD(D4、D3):
用来设定显示方式,如表2-6所示。
D4
D3
显示方式
8个字符显示,左端入口
16个字符显示,左端入口
8个字符显示,右端入口
16个字符显示,右入口
表2-6显示方式选择
所谓左入口,即显示位置从最左一位(最高位)开始,以后逐次输入的显示字符逐个向右顺序排列;
所谓右入口,则是显示位置从最右一位(最低位)开始,以后逐次输入显示字符时,已有的显示字符依次向左移动。
KKK(D2、D1、D0):
用来设定七种键盘/显示扫描方式,如表2-7所示。
D2
D1
D0
键盘/显示扫描方式
编码扫描键盘,双键锁定
译码扫描键盘,双键锁定
编码扫描键盘,N键轮回
译码扫描键盘,N键轮回
编码扫描传感器矩阵
译码扫描传感器矩阵
选通输入,编码显示扫描
选通输入,译码显示扫描
表2-7键盘/显示器扫描方式
(2)时钟编程命令
D7D6D5D4D3D2D1D0
001PPPPP
D7、D6、D5=001为时钟命令特征位。
PPPPP(D4、D3、D2、D1、D0)用来设定外部输入CLK时钟脉冲的分频系数N。
N取值范围为2~31。
如CLK输入时钟频率为2MHZ,PPPPP应被置为10100(N=20),才可获得8279内部要求的100KHZ的时钟频率。
(3)读FIFO/传感器RAM命令
010AIXAAA
D7、D6、D5=010为读FIFO/传感器RAM命令特征位。
该命令字只在传感器方式时使用。
在CPU读传感器RAM之前,必须用这条命令来设定所读传感器RAM中的地址。
AAA(D2、D1、D0)为传感器RAM中的八个字节地址。
AI(D4)为自动增量特征位。
当AI=1时,每次读出传感器RAM后地址自动加1使地址指向下一个存储单元。
这样,下一个数据便从下一个地址读出,而不必重新设置读FIFO/传感器RAM命令。
在键盘工作方式中,由于读出操作严格按照先入先出顺序,因此,不需使用这条命令。
(4)读显示RAM命令
011AIAAAA
D7、D6、D5=011为读显示RAM命令字的特征位。
该命令字用来设定将要读出的显示RAM地址。
AAAA(D3、D2、D1、D0)用来寻址显示RAM中的存储单元。
由于位显示RAM中有16个字节单元,故需要4位寻址。
AI=1时,每次读出后地址自动加1,指向下一地址。
(5)写显示RAM命令
100AIAAAA
D7、D6、D5=100为写显示RAM命令字的特征位。
在写显示RAM之前用这个命令字来设定将要写入的显示RAM地址。
AAAA(D3、D2、D1、D0)为将要写入的显示RAM中的存储单元地址。
AI=1时,每次写入后地址自动加1,指向下一次写入地址。
(6)显示禁止写入/消隐命令
101XIW/AIW/BBL/ABL/B
D7、D6、D5=101为显示禁止写入/消隐命令特征位。
IW/A、IW/B(D3、D2)为A、B组显示RAM写入屏蔽位。
当A组的屏蔽位D3=1时,A组的显示RAM禁止写入。
因此,从CPU写入显示器RAM数据时,不会影响A的显示。
这种情况通常在采用双4位显示器时使用。
因为两个四位显示器是相互独立的。
为了给其中一个四位显示器输入数据而又不影响另一个四位显示器,因此必须对另一组的输入实行屏蔽。
BL/A、BL/B(D1、D0)为消隐设置位。
用于对两组显示输出消隐。
若BL=1,对应组的显示输出被消隐。
当BL=0,则恢复显示。
(7)清除命令
110CDCDCDCFCA
D7、D6、D5=110为清除命令特征位。
清除显示RAM方式如表2-8所示。
清除方式
×
将全部显示RAM清为00H
将全部显示RAM置为20H,A组输出0010,B组输出0000
将全部显示RAM置为FFH
D0=0不清除,D0=1按上述方法清除
表2-8显示RAM清除方式
CF(D1)用来置空FIFO存储器,当CF=1时,执行清除命令后,FIFORAM被置空,使INT输出线复位。
同时,传感器RAM的读出地址也被置为0。
CA(D0)为总清的特征位。
它兼有CD和CF的联合效能。
在CF=1时,对显示的清除方式由D3、D2的编码决定。
显示RAM清除时间约需160us。
在此期间状态字的最高位Du=1,表示显示无效。
CPU不能向显示RAM写入数据。
(8)结束中断/错误方式设置命令
111EXXXX
D7、D6、D5=111为该命令的特征位。
此命令有两种不同的作用。
①作为结束中断命令。
在传感器工作方式中使用。
每当传感器状态出现变化时,扫描检测电路就将其状态写入传感器RAM,并启动中断逻辑,使INT变高,向CPU请求中断,并且禁止写入传感器RAM。
此时,若传感器RAM读出地址的自动递增特性没有置位(AI=0),则中断请求INT在CPU第一次从传感器RAM读出数据时就被清除。
若自动递增特征已置位(AI=1),则CPU对传感器RAM的读出并不能清除INT,而必须通过给8279写入结束中断/错误方式设置命令才能使INT变低。
因此,在传感器工作方式中,此命令用来结束传感器RAM的中断请求。
②作为特定错误方式设置命令。
在8279已被设定为键盘扫描N键轮回方式以后,如果CPU给8279又写入结束中断/错误方式设置命令(E=1),则8279将以一种特定的错误方式工作。
这种方式的特点是:
在8279的消抖周期内,如果发现多个按键同时按下,则FIFO状态字中的错误特征位S/E将置1,并产生中断请求信号和禁止写入FIFORAM。
上述八种用于确定8279操作方式的命令字皆由D7D6D5特征位确定,输入8279后能自动寻址相应的命令寄存器。
因此,写入命令字时唯一的要求是使数据选择信号A0=1。
5、8279的状态字及其格式
8279的FIFO状态字,主要用于键盘和选通工作方式,以指示FIFORAM中的字符数和有无错误发生。
其格式为:
DUS/EOUFNNN
Du(D7)为显示无效特征位。
当Du=1表示显示无效。
当显示RAM由于清除显示或全清命令尚未完成时,Du=1,此时不能对显示RAM写入。
S/E(D6)为传感器信号结束/错误特征位。
该特征位在读出FIFO状态字时被读出。
而在执行CF=1的清除命令时被复位。
当8279工作在传感器工作方式时,若S/E=
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