畢業(yè)設計---步進電機控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　課 程 設 計 報 告</p><p>　設計題目步進電機控制系統(tǒng)設計</p><p>　課程名稱計算機控制技術B</p><p>　　步進電機控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)

2、控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。</p><p>　　本次課程設計是

3、四項八拍步進電動機的調速實驗，主要通過ACS2002的計算機（裝有windows98系統(tǒng)）、8088CPU、8255A、ULN2803驅動單元連接組合后，通過匯編語言程序實現(xiàn)正反轉、調速以及延時等功能。經過觀察分析，本次實驗所用的四相八拍步進電機每拍轉過3.75°，分析得到轉子有12個槽位。最終進過程序調試完成了12圈正轉，12圈反轉的全過程，實現(xiàn)了設計需求。</p><p>　　關鍵詞：步進電機；匯編

4、語言；四相八拍；</p><p>　　Design for Stepping Motor Types Control System</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Stepper motor is the electric pulse signal into angular displacement o

5、r linear displacement of the open-loop stepper motor control per piece. In the case of non-overloaded, the motor speed, stopping only depends on the location of pulse frequency and pulse number, regardless of load change

6、s, when the stepper motor receives a pulse signal, it will drive a stepper motor set the direction of rotation of a fixed angle, called the "step angle", it's the angle of rotation is fixed step by step ope

7、rati</p><p>　　The course design is four eight-beat stepping motor speed control experiments, mainly through the ACS2002 computer (with windows98 system), 8088CPU, 8255A, ULN2803 driver connection combination

8、, achieved by reversing the assembly language programs, transfer speed and delay functions. Through observation and analysis, this experiment used four-phase stepper motor for each shot eight-shot turn 3.75 °, analy

9、sis of the rotor has 12 slots. Been to the final 12 laps completed debugging Forward, 12 lap</p><p>　　Key Words：Stepping Motor；Assembly Language；Four Phase Eight Beat；</p><p><b>　　目 錄&l

10、t;/b></p><p><b>　　摘 要 I</b></p><p>　　Abstract II</p><p>　　第1章步進電機原理1</p><p>　　1.1 課程設計內容1</p><p>　　1.2 實驗原理及接線1</p><p

11、>　　1.2.1 勵磁線圈及勵磁順序2</p><p>　　1.2.2 實驗線路2</p><p>　　1.2.3 8255B口輸出情況3</p><p>　　第2章設計要求4</p><p>　　2.1 控制系統(tǒng)設計內容4</p><p>　　2.2 硬件的設計及實現(xiàn)5</p>&l

12、t;p>　　2.2.1 8088的結構圖及原理圖5</p><p>　　2.2.2 8255A接口芯片5</p><p>　　2.2.3 ULN 28036</p><p>　　2.2.4 試驗線路圖6</p><p>　　2.2.5 8088和8255A接口電路6</p><p>　　2.2.6 電路

13、原理圖8</p><p>　　2.3 軟件設計及實現(xiàn)7</p><p>　　2.3.1 流程圖設計7</p><p>　　2.3.2 程序清單7</p><p>　　2.3.3 調試過程7</p><p><b>　　總結1</b></p><p><b&

14、gt;　　參考文獻1</b></p><p>　　附錄A 電路原理圖1</p><p>　　附錄B 程序清單 1</p><p><b>　　步進電機原理</b></p><p><b>　　1.1課程設計內容</b></p><p>　　采用8088cpu

15、控制8255接口芯片，ULN2803驅動步進電機運轉。用計算機（windows 98系統(tǒng)）啟動ACS2002軟件，裝入設計好匯編語言，調出示波器來運行程序，最終通過軟硬件結合的方式實現(xiàn)電機正反轉，修改程序可實現(xiàn)調速。</p><p>　　1.2實驗原理及接線</p><p>　　1.2.1本實驗使用35BYJ46 型四項八拍電機，電壓為DC12V，其勵磁線圈及勵磁順序如下圖</p&g

16、t;<p>　　相順序如上從1到2稱為一拍，電機軸將轉過3.75度，123456781則稱為通電一周，轉軸將轉過30度，若循環(huán)進行這種通電一周的操作，電機便連續(xù)的轉動起來，而進行相反的通電順序如187654321將使電機同速反轉。</p><p>　　1.2.2 實驗線路：</p><p>　　1.2.3 8255B口輸出電平在各步中的情況如下：</p>&l

17、t;p><b>　　設計要求</b></p><p>　　2.1 控制系統(tǒng)設計內容</p><p>　　本次試驗在windows 98環(huán)境下使用ACS2002軟件，編寫控制程序，通過8088cpu，8255接口芯片，ULN2803，來控制步進電機的轉向與轉速。</p><p>　　2.2 硬件的設計及實現(xiàn)</p><p

18、>　　2.2.1 8088cpu：8088是一個Intel以8086為基礎的微處理器，擁有16位元暫存器和8位元外部資料總線。8088的結構圖、原理圖及引腳如下圖：</p><p>　　AD7～AD0：8位地址/數(shù)據(jù)總線，分時復用、雙向、三態(tài)。 </p><p>　　A15～A8：地址線，三態(tài)輸出。 </p><p>　　A19/S6～A16/S3：地址/狀

19、態(tài)線，分時復用、輸出、三態(tài)。在總線周期的T1狀態(tài)作地址線用，A19～A16輸出高4位地址。在總線周期的T2~T4狀態(tài)作狀態(tài)線用，S6～S3輸出狀態(tài)信息，其中：S6恒為0。S5指示中斷允許標志IF的當前狀態(tài)，S5 ＝ 1，表示當前允許可屏蔽中斷請求，S5=0，則禁止一切可屏蔽中斷。S4和S3用以指示是哪一個段寄存器正在使用，其編碼和使用的段寄存器如下：00為ES，01為SS，10為CS，11為DS。</p><p>

20、;　　NMI：不可屏蔽中斷申請信號，輸入、上升沿有效。不可屏蔽中斷申請不受中斷允許標志IF的影響，一旦從NMI引腳收到一個正跳變觸發(fā)信號，CPU在當前指令執(zhí)行完成，便自動引起一個類型碼為2的中斷，并轉入執(zhí)行與中斷類型碼相對應的不可屏蔽中斷服務程序。 </p><p>　　INTR：可屏蔽中斷申請信號，輸入、高電平有效。受CPU內部中斷允許標志位的控制。。CPU用STI指令可使中斷允許標志IF置1，用CLI指令可使

21、IF清0，從而可實現(xiàn)中斷允許或屏蔽。 </p><p>　　RESET：復位信號，輸入、高電平有效。 </p><p>　　READY：準備就緒信號，輸入、高電平有效。CPU在每個總線周期的T3狀態(tài)檢測Ready信號線，如果Ready為低電平，表示數(shù)據(jù)末準備好，則在T3狀態(tài)結束后CPU插入一個或幾個TW等待狀態(tài)，直到Ready信號有效后，才進入T4狀態(tài)，完成數(shù)據(jù)傳送過程。 </p&g

22、t;<p>　　TEST：測試信號，輸入、低電平有效。TEST信號是和等待指令WAIT配合使用的信號。 </p><p>　　QS1、QS0：指令隊列狀態(tài)信號，輸出，高電平有效。這兩個信號的組合用來指示CPU中指令隊列的當前狀態(tài)。QS1、QS0的代碼組合與對應的操作定義如表5.1所示。 </p><p>　　S2、S1、S0：總線周期狀態(tài)信號，三態(tài)、輸出。在最大模式系統(tǒng)中，總

23、線周期狀態(tài)信號S2、S1、S0用來指示當前總線周期所進行的操作類型。S2、S1、S0的編碼與總線操作類型的對應關系如表5.2所示。 </p><p>　　LOCK：總線封鎖信號，三態(tài)、輸出、低電平有效。LOCK信號可由指令前綴LOCK來設置。 </p><p>　　RQ/GT0、RQ/GT1：總線請求信號（輸入）／總線請求允許（輸出），雙向、低電平有效。在最大模式中，這兩個信號用來供CPU

24、以外的兩個協(xié)處理器發(fā)出總線請求（RQ）和接收CPU對其總線請求信號的響應信號（GT0，GT1）。其中RQ/GT0比RQ/GT1有更高的優(yōu)先級。 </p><p>　　RD：讀信號，三態(tài)、輸出、低電平有效。RD信號有效，表示CPU正在對存儲器或I／O端口進行讀操作。 </p><p>　　MN/MX：最?。畲蠊ぷ髂Ｊ娇刂菩盘枺斎?。當MN／MX接高電平時，則CPU工作在最小模式。當MN／M

25、X接低電平時，則CPU工作在最大模式。</p><p>　　SSO：系統(tǒng)狀態(tài)輸出信號，輸出。在最小模式下，該信號與其它兩個信號一起反應。</p><p>　　2.2.2 8255A接口芯片：8255A是Intel公司生產的可編程并行I/O接口芯片，有3個8位并行I/O口。具有3個通道3種工作方式的可編程并行接口芯片（40引腳）。 其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強。8255A可作

26、為單片機與多種外設連接時的中間接口電路。8255A作為主機與外設的連接芯片，必須提供與主機相連的3個總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時必須具有與外設連接的接口A、B、C口。由于8255A可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255A內部結構分為3個部分：與CPU連接部分、與外設連接部分、控制部分。</p><p>　　2.2.3 ULN2803：采用AP=DIP16,AFW=SOL16封裝方式。適于

27、6至15伏高電平</p><p>　　CMOS或PMOS驅動</p><p>　　2.2.4 實驗線路：</p><p>　　2.2.5 8088擴展數(shù)據(jù)存儲器和8255接口電路原理如下圖：</p><p>　　2.2.6 電路原理圖</p><p><b>　　詳見附錄A</b></p&g

28、t;<p>　　2.3軟件設計和實現(xiàn)</p><p>　　2.3.1流程圖設計：</p><p>　　2.3.2 程序清單</p><p><b>　　詳見附錄C</b></p><p>　　2.3.3 調試過程</p><p>　　首先按照硬件電路圖來連接電路。由8088CPU擴展

29、出程序存儲器和8255芯片，然后由8255芯片的PB口的PB0，PB1，PB2，PB3分別接驅動單元ULN2803的A相，B相，C相，D相，最后由驅動單元ULN2803輸出接到紅色發(fā)光二極管和步進電機各相上（發(fā)光二極管用于顯示步進電機的運轉狀態(tài)）。</p><p>　　然后在window 98系統(tǒng)環(huán)境下運行ACS2002軟件，裝入自己設計好的程序后點開示波器，然后運行程序。觀察步進電機正轉，反轉。經過反復調試，最

30、終發(fā)現(xiàn)本次實驗所用的步進電機步距角是3.75°，經計算得它的轉子側應該有12個槽位。每個周期的狀態(tài)為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA(正轉)，對應的發(fā)光二極管也亮。最終確定程序如上，步進電機正轉12圈后反轉，反轉12圈后正轉，如此往復。</p><p>　　最后，我們讓步進電機實現(xiàn)調速功能，只需要改動每一拍中的延時程序即可，這樣就實現(xiàn)了要求中的調速功能，經過反復調試，達到了預期的設想。</p

31、><p><b>　　總 結</b></p><p>　　通過這門課程的學習我對三項八拍異步電動機工作原理有了進一步的了解，同時把微型計算機控制技術和微機原理及接口技術的相關知識結合并應用于實驗中，使我明白了各個科目之間存在很緊密的聯(lián)系及交叉，所以以后學習要懂得聯(lián)系以前所學過的知識。</p><p>　　在此次課程設計中，通過對所學知識的綜合

32、運用來實現(xiàn)步進電機的控制原理，主要用到了匯編語言的尋址方式和指令系統(tǒng)來實現(xiàn)異步電機的正轉和反轉以及調速等等。用到的硬件主要有8088微處理器，可編程的并行通信接口8255和ULN2803.通過這次課設，熟悉并掌握了所學知識，將所學的知識系統(tǒng)化并且學會了這些知識在實踐中的應用。通過此次設計我感觸頗深，我們只有將所學的理論知識具體的應用在實踐中，才可以更好的理解并掌握。</p><p><b>　　參考文獻

33、</b></p><p>　　[1] 潘新民.王燕芳 微型計算機控制技術. 高等教育出版社, 2007,7。</p><p>　　[2] 信息工程自動化實驗室 計算機控制技術實驗指導書.太原理工大學。</p><p>　　[3] 馬春燕 微機原理與接口技術。電子工業(yè)出版社，2009,12。</p><p><b>

34、　　.</b></p><p><b>　　附錄A 電路原理圖</b></p><p><b>　　附錄B 程序清單</b></p><p>　　STACK SEGMENT STACK</p><p>　　DW 256 DUP(?)</p><p>　　STACK

35、 ENDS</p><p>　　DATA SEGMENT</p><p>　　TABLE DB 09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03H,01H ; 正轉順序</p><p>　　TABLE1 DB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H ；反轉順序</p><p>　　DATA

36、ENDS ;即8255B口輸出值 </p><p>　　CODE SEGMENT</p><p>　　ASSUME CS:CODE,DS:DATA</p><p>　　START: MOV AX,DATA</p><p>　　MOV DS,AX</

37、p><p>　　MAIN: MOV AL,80H ;初始化8255B口為輸出</p><p>　　OUT 63H,AL</p><p>　　A0: MOV AH, 0A0H ；正轉周期數(shù)</p><p>　　A1: MOV

38、 BX, OFFSET TABLE</p><p>　　MOV CX, 0008H ;步進電機步數(shù)為8 </p><p>　　A2: MOV AL, [BX] ;將正轉拍表的偏移地址送入</p><p>　　OUT 61H, AL<

39、/p><p>　　CALL DELAY ; 調Dall延時程序</p><p>　　INC BX </p><p>　　LOOP A2 ；一個周期完否?</p><p&g

40、t;　　DEC AH</p><p>　　CMP AH, 00H</p><p>　　JZ B0 ；正轉完否？</p><p>　　JMP A1 ；否，繼續(xù)正轉</p><p>　　B0: MOV

41、 AH,0A0H ；反轉周期數(shù)</p><p>　　B1: MOV BX,OFFSET TABLE1 </p><p>　　MOV CX,0008H</p><p>　　B2: MOV AL,[BX] ；將正轉拍表的偏移地址

42、送入</p><p>　　OUT 61H,AL </p><p>　　CALL DELAY ；延時</p><p>　　INC BX</p><p>　　LOOP B2 ;一個周期完

43、否</p><p>　　DEC AH</p><p>　　CMP AH,00H </p><p>　　JZ A0 </p><p>　　JMP B1</p><p>　　DELAY: PUSH

44、 CX </p><p>　　MOV CX,5000H ；在此可改變步間延時值，只</p><p>　　需增減輸入到CX中的值</p><p>　　T1: PUSH AX</p><p>　　POP AX</p>