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1、微机应用系统设计与微机应用系统设计与 综合实验设计报告综合实验设计报告设计题目设计题目 小型步进电机控制系统设计小型步进电机控制系统设计 指导老师指导老师 设设计计者者 专专业业班班级级 学学 号号 设设计计日日期期 目录目录摘要摘要. .3.3一一. . 课程设计目的课程设计目的.4.4二二. .设计题目名称及要求设计题目名称及要求.4.4三三. .实验设备实验设备.4.4四四. .设计的思想和实施方案设计的思想和实施方案. .5.5五五. .硬件原理图硬件原理图.11.11六六. .典型程序模块及典型编程技巧典型程序模块及典型编程技巧. .1313七七. .课程设计中遇到的问题及解决方法课
2、程设计中遇到的问题及解决方法.1616八八. .程序流程图程序流程图. .19.19九九. .汇编程序清单及程序注释汇编程序清单及程序注释.23十十. .C 语言程序清单及注释语言程序清单及注释.30十一十一. .收获体会收获体会.37十二十二. .参考文献参考文献.38摘摘 要要在现代电子产品中,步进电机广泛应用于 ATM 机喷绘机刻字机写真机喷涂设备医疗仪器及设备计算机外设及海量存储设备精密仪器工业控制系统办公自动化机器人等领域所以步进电机的控制是一门很实用的技术本实验主要是基于唐都PIT试验箱的步进电机控制的设计主要使用到了并行接口电路 8255LED 七段数码管电路8086cpu步进电
3、机等元件主要是通过按键的不同来设置直流电机的转速运行状态和方向软件部分采用了汇编语言编写程序代码和 C 语言编写的步进电机控制程序,通过判断跳转循环延时等基本技术实现此系统可以通过键盘输入相关数据, 并根据需要, 实时对步进电机工作方式进行设置, 具有实时性和交互性的特点该设计可应用于步进电机控制的大多数场合关键词: 步进电动机 调速 方向控制 并行接口 七段数码管小型步进电机控制系统设计报告4 / 38 2010 年 12 月 27 号小型步进电机控制系统小型步进电机控制系统一、 课程设计目的课程设计目的课程设计是本科教学全过程中的重要环节微机应用系统设计与综合实验(实践)课程设计主要培养我
4、们自动化专业学生,运用所学知识解决计算机应用领域内实际问题能力,进一步提高学生运用计算机编程语言综合编程能力程序调试技能和微机系统接口综合应用及电路设计能力1学习在 PC 系统中扩展简单的 I/O 接口的方法2熟练掌握和运用汇编和 C 语言编写程序控制 8255 各口的输入输出,并正确带动数码管及步进电机;能熟练运用汇编和 C 语言实现 8254 的定时功能,以确保 8255 输出的脉冲频率稳定3熟练掌握 ISA 总线配置方式下硬件实验的调试,并能独立的排除故障,以确保实验的顺利进行4.巩固和加深课堂所学知识;5学习掌握一般的软硬件的设计方法和查阅运用资料的能力;6通过步进电机控制系统设计与制
5、作,深入了解与掌握步进电机的运行方式方向速度启/停的控制二、二、 设计的题目名称及要求设计的题目名称及要求设计题目:小型步进电机控制系统设计设计要求:(1)分别用 C 语言和汇编语言编程完成硬件接口功能设计;(2)基于 80x86 微机接口硬件电路设计调试;(3)控制功能要求:小键盘给定分段速度,数码管显示当前步进电机启动与停止方向速度信息;(4)具有本地与远程(串行方式下)功能三三 实验设备实验设备PC 机一台(装有 TDPIT 软件)唐都 AEDK8688ET 实验箱使用硬件:8086 PC,8255 芯片,键盘数码管,步进电机驱动电路,步进电机系统设计:键盘采用实验板提供的 4*4 键盘
6、,使用 4 个数码管实时显示系统小型步进电机控制系统设计报告5 / 38 2010 年 12 月 27 号当前状态四四 设计的思想和实施方案设计的思想和实施方案4.1.2 步进电机的工作原理步进电机的工作原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元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率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点使得在速度位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单步进电机动态指标及术语步进电机动态指标及术语: 1步距角精度:步进电机每转过一个
7、步距角的实际值与理论值的误差用百分比表示:误差/步距角*100%不同运行拍数其值不同,四拍运行时应在 5%之内,八拍运行时应在15%以内2失步:电机运转时运转的步数,不等于理论上的步数称之为失步3失调角:转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度,电机运转必存在失调角,由失调角产生的误差,采用细分驱动是不能解决的4电机正反转控制:当电机绕组通电时序为 AB-BC-CD-DA 或()时为正转,通电时序为 DA-CA-BC-AB 或()时为反转驱动控制系统组成驱动控制系统组成:使用控制步进电机必须由环形脉冲,功率放大等组成的控制系统,其方框图如下:脉冲信号的产生脉冲信号的产生:脉冲信号一般由单片机或 CPU
8、产生,一般脉冲信号的占空比为 0.3-0.4 左右, 电机转速越高,占空比则越大小型步进电机控制系统设计报告6 / 38 2010 年 12 月 27 号下图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,sascsd 断开,b 相磁极和转子 03 号齿对齐,同时,转子的 14 号齿就和 cd 相 绕组磁极产生错齿,25 号齿就和 da 相绕组磁极产生错齿当开关 sc 接通电源,sbsasd 断开时,由于 c 相绕组的磁力线和
9、 14 号齿之间磁力线的作用,使转子转动,14 号齿和 c 相绕组的磁极对齐而 03 号齿和 ab相绕组产生错齿,25 号齿就和 ad 相绕组磁极产生错齿依次类推,abcd 四相绕组轮流供电,则转子会沿着 abcd 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.abc 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 小型步进电机控制
10、系统设计报告7 / 38 2010 年 12 月 27 号4.1.2 8255A 的功能简介的功能简介Intel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路 (Programmable 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 ABC 三个端口各自的工作方式,共有三种
11、;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 ABC 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 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小型步进电机控制系统设计报告8 / 38 20
12、10 年 12 月 27 号B 口方式 1 的联络线,也可以和 B 口一起方式 0 的 I/O 线4.1.3 设计思想和实施方案设计思想和实施方案初步设计的模块图如下 :进一步的设计图:步进电机8086CPULED 数码显示模块小键盘输入模块8255 模块小型步进电机控制系统设计报告9 / 38 2010 年 12 月 27 号本次设计,对 8255 的使用是这样的 :8255 工作于方式 0,A 口低四位接键盘及数码管显示单元的 X1X4;C 口低四位接键盘及数码管显示单元的Y1Y4; C 口高四位接步进电路的驱动电路 ,使电机转动起来 ;B 口接数码管的 ABCDEFG 和 DP,以使数码
13、管显示电机的转向和转速 8255 的 A口高四位本次课程设计没有用到 此外,本次设计还用到了实验箱中的键盘及数码管显示单元:方向键:控制步进电机运行方向 ,无论电机处于运行或停止状态 ,每按下一次 ,电机转动方向反向 ;运行/暂停键:控制电机运行与否 电机转动时按下 ,电机暂停,当前电机运行参电机状态显示模块CPU8255LED 显示模块步进电机模块键盘扫描模块小型步进电机控制系统设计报告10 / 38 2010 年 12 月 27 号数不变,再次按下时,电机继续按暂停前参数运行 ;停止键:无论电机处于任何状态 ,按下此键,电机停止转动 ,电机各运行参数复位,默认参数为:“顺时针,停止状态,1 档”;档位键:无论电机处于任何状态 ,均可设定电机档位 数码管显示信息 :左起第一个数码管显示当前电机的运行状态 :S(Stop)表示当前电机为停止状态;E(Enable)表示当前电机为运行状态 ;P(Pause)表示当前电机为暂停状态第二个数码管未使用 ,只有小数点点亮 第三个数码管显示电机运行方向 :C(Clockwise)表示电机运行方向为顺时针;A(Anti-clockwise)表示电机运行方向为逆时针 第四个数码管显示电机的档位 :1234 分别表示 1234 档键盘数码管内部连线如下图 :小型步进电机控制系统设计报告11 / 38 2010 年 12 月 27 号五五
