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1、1 执行元件的驱动控制及接口执行元件的驱动控制及接口实验实验1.1 实验目的实验目的1掌握软件脉冲分配工作原理。2设计简单的软件脉冲分配模拟验证电路。1.2 实验原理实验原理在机电一体化系统中，最常用的执行元件是步进电动机。而步进电动机的运转控制是通过对电动机绕组分配通、断电来完成的，即使用一组脉冲序列来控制电动机绕组的通、断电。当改变脉冲序列的频率时，可以改变绕组通、断电的时间，即改变步进电动机的运转速度。CPU 根据轨迹控制要求，产生控制脉冲并启动或终止执行元件的工作。利用开关模拟启/停控制功能；利用修改定时参数实现变速功能；利用电平变换实现通、断电控制；通过改变通、断电顺序实现电动机旋转
2、方向的控制。1.3 实验设备与涉及的基本电路实验设备与涉及的基本电路1设备AEDK5196 实验机；PC 机。2芯片及基本电路CPU（8031） ；译码器（74LS138） ；并行接口（8255、74LS273、74 LS244） ；驱动器（74LS240） 。彩色灯电路；单色灯电路；定时器；开关电路；地址锁存电路；地址确认电路等。3验证参考电路选择不同执行元件和控制元件，软件脉冲环行分配的验证电路有所不同。当不设开关控制环分演示时，可按图 1-1 所示模式设计验证显示电路。当设置开关控制时，可按图 1-2所示模式设计验证显示电路。a)8031 驱动器 图 1-1 环行分配模拟显示电路结构方案
3、 演示模块 b)8031 地址 锁存 地址 译码 I/O 接口 驱动器 演示模块 a)8031 驱动器 图 1-2 环行分配模拟显示电路结构方案 演示模块 b)8031 地址 锁存 地址 译码 I/O 接口 开关 驱动器 演示 模块 开关 无开关控制的模拟显示参考电路参见图 1-3、1-4、1-5 所示，有开关控制的模拟显示参考电路参见图 1-6、1-7 所示。 +5V 330874LS240 74LS273 74LS138 74LS373 CS E3 E2 E1 C B A P2 ALE 8031 P0 G Q0 Q7 Q1 Q2 Q5 Q6 74LS373 G Y7 EA 图 1-3 PO
4、 口模拟环行分配控制电路 D7 D0 Q7 Q0 A4 A1 1Y4 1Y1 2Y4 2Y1 D7 D0 D7 D0 +5V 330874LS240 8255 74LS138 74LS373 CS E3 E2 E1 C B A P2 ALE 8031 P0 G Q0 Q7 Q1 Q2 Q5 Q6 74LS373 G Y0 EA 图 1-4 8255 PA 口模拟环行分配控制电路 A0 A1 A7 A0 A4 A1 1Y4 1Y1 2Y4 2Y1 D7 D0 D7 D0 D7 D0 Q1 Q2 33088031 P1 EA +5V 74LS240 图 1-5 P1 口模拟环行分配控制电路 K2
5、K1 100+5V P1.2 P1.1 P1.0 8031 P3.2 P3.3 100图 1-6 由 P1、P3 构建的模拟环行分配控制电路100K2 K1 100+5V +5V 330874LS240 8255 74LS138 74LS373 E3 E2 E1 C B A P2 ALE 8031 P0 G Q0 Q7 Q1 Q2 Q5 Q6 74LS373 G Y0 EA 图 1-7 8255 PA 口、PB 口模拟环行分配控制电路 A0 A1 PA7 PA0 A4 A1 1Y4 1Y1 2Y4 2Y1 D7 D0 D7 D0 D7 D0 Q1 Q2 PB7 PB6 CS 1.4 实验步骤实
6、验步骤1设计脉冲环形分配模拟电路按三相、四相或五相步进电机的控制模式，根据指导教师分配的实验任务，在表 1-1中选择模拟电路的配置方案，设计脉冲环形分配模拟电路。提示：设计模拟电路图时，可参考单片机原理与接口实验指导书提供的基本电路，绘制所需的模拟电路。2设计脉冲环形分配程序按照单三拍、双三拍、单双混拍供电方式，设计一种脉冲环形分配程序。其中，包括控制方式（无开关、有开关、中断）程序段；延时程序段；数据处理程序段；模拟演示程序段。3录入并修改程序通过 PC 机输入已编写好的程序，并汇编作语法检查做适当修改，使其符合自己实验所涉及的控制要求。表表 1-1 模拟电路配置方案一览表模拟电路配置方案一
7、览表控制方案三相环分四相环分五相环分PO 口彩色灯P1 口彩色灯8255 PB单色灯P3 口彩色灯PO 口彩色灯P3 口单色灯硬件延时1sP1 口彩色灯PI 口开关P3 口单色灯P1 口开关PO单色灯P1开关PO 口彩色灯PI 口开关8255 PC彩色灯P3 口开关P3 口单色灯PI 口开关PO 口彩色灯P3 口开关P1 口彩色灯8255 PC开关8255 PB单色灯8255 PC开关软件延时1s 8255 PA彩色灯8255 PB开关8255 PA彩色灯PI开关PO单色灯8255 PA开关4检查实验装置检查 AEDK 实验机的实际工作状态，打开机箱电源，按 RESET 键，检查数码管显示器显
8、示状态是否正常。通过 PO 口、74LS240 驱动器、单色或彩色灯，检查所使用导线是否导通。通过单色或彩色灯、导线连接开关，检查开关的开、合状态。5观察软件环形分配结果按设计好模拟电路接线，随后合上 AEDK 实验机的电源，再将调试好的程序传至单片机，并全速运行该程序，观察运行情况，及时记录出现的问题。1.5 实验要求与报告实验要求与报告1严格按操作步骤的顺序操作，接线前，先测试连线的导通状态，然后断电连线。2接线完成后，先自查两遍，再请实验指导老师检查一遍，方可通电。3不允许随意通电，或拆装实验装置。4记录实验调试过程中出现的问题，以及解决的方法。5撰写实验报告：（1）实验目的、实验设备、
9、实验原理；（2）环形分配模拟电路接线图；（3）环形分配控制程序流程框图；（4）环形分配控制程序清单；（5）简述实验中遇到的问题及解决方法；（6）实验结论及实验体会。1.6 实验参考资料实验参考资料1延时参数的计算延时参数的计算（1）软件延时假设：AEDK 实验机的晶体振荡频率为 fOSC=11.0592MHz，需要延时 0.2s，采用双重计数循环来延时，则延时程序中的时间参数应按下列方法确定。MOVdirect1，#n1；2TLP1：MOVdirect2，#n2；2TLP2：NOP；1TNOP；1TDJNZdirect2，LP2；2TDJNZdirect1，LP1；2TRET；2T 估算延时程
10、序的最大定时长度t = 2T2T(1T1T2T) n22T n1= 4T1(1n2)n1当、n1= n2=256 时，程序循环次数最多，定时时间最长。) s (0592.11101212T6OSCf) s (285559. 0256256110592.1110124tt6max 相对精确计算延时参数 t = 4T1(1n2)n1 = 0.2（s） 1n460791n1101240592.112 . 01n1T4tn11612 循环参数计算值参见表 1-2.所示。表表 1-2 循环参数取值一览表循环参数取值一览表n1256249245235230179.295n2178.996185.05618
11、7.077195.081199.343256讨论：当 n1=256、n2=178.996 时，圆整后取 n2=179，循环误差最小，但为“超时”误差。当 n1=249、n2=185.056 时，圆整后取 n2=185，循环误差次之，并产生“欠时”误差。在考虑其它程序语句对定时控制的影响时，可以选用有“欠时”误差的循环参数。否则，选用误差最小的循环参数。（2）硬件延时假设：利用定时器 T0 或 T1 提供的基本定时、计数功能，完成所需要的延时长度。实际应用时可参考下列做法进行。设 T0定时器，T1计数器.，均按方式 1 计数。 估算 T0、T1 共同作用时最大定时长度T0 独立完成定时任务时，可
12、产生的延时量为 f) s (071111. 00592.111012212Z2t6 16OSC016 0当 T0、T1 的计数器初值 TLi0 = 0、THi0 = 0 时，通过 T0、T1 共同作用可获得最长的定时。即 )h(294538. 1(min)672296.77) s (338.46600592.1110122212Z2Z2tNt6 1616OSC016 116 01f式中：t总时间；N1T1 的最大计数值；t0T0 的最长定时量；Z1计数器 T1 的计数初值；Z0定时器 T0 的计数初值。 相对精确计算延时参数设置 0.5s 的定时时钟，T0 提供 50 ms 的基本时钟、T1
13、提供 10 次的循环定时操作，则T0、T1 的计数器初值分别为H400B4608012100592.111050212t2Z63 16OSC16 0fZ1 = 21610=65526=FFF6H即：TL0 = 00H、TH0 = 0B4H；TL1 = 0F6H、TH1 = 0FFH。 T0、T1 的初始化参考程序方式控制字格式参见表 1-3。表表 1-3 T0、T1 方式字格式方式字格式T1 T0D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M001010001TMOD = 51H，P3.0 接 P3.5（T1 计数脉冲输入端） 。初始化程序：MOVTMOD，#51H
14、MOVTL1，#0F6HMOVTH1，#0FFHMOVTL0，#00HMOVTH0，#0B4HCLRP3.0SETBTR1SETBTR0用查询方式判断 T0、T1 的工作情况。当 TF1=1 时，约定的延时时间到。其程序段为TT0:CLRP3.0JNBTF0，TT0MOVTL0，#00HMOVTH0，#0B4HSETBP3.0CLRTF0JNBTF1，TT0CLRTR0CLRTR12并行接口的选用及初始化并行接口的选用及初始化（1）PO 口当 PO 口采用一般 I/O 口接口芯片 74LS273、并通过地址译码器 74LS138 选择接口地址时，没有接口的初始化问题，只需使用片外寻址方式对 P
15、O 口进行操作即可。例如：输入用“MOVXA，DPTR” ，输出用“MOVXDPTR，A” 。（2）8255 芯片8255A 有两个控制字：工作方式控制字、C 口置位控制字。工作方式控制字的作用：设置端口 PA、PB、PC 的工作模式，是三个 8 位 I/O 口，还是四个 I/O 口，是单向口还是双向口等。其控制字格式如表 1-4 所示。表表 1-4 8255 方式字格式方式字格式D7D6D5D4D3D2D1D0标志位A 组方式组方式I/O（ A口）I/O（ C上 口）B 组方组方式式I/O（ B口）I/O（ C下 口）100、01、10输入 1/输出 0 输入 1/输出 00、1输入 1/输出 0 输入 1/输出 08255 芯片用基本输入/输出工作模式时，初始化仅涉及芯片工作方式控制字的设置。例如：PA 口输入、接开关，控制系统启动/停止操作；PB 口输出，接指示灯，模拟状态。其控制字为： 1 0 0 0 0 1 =82H，初始化程序：MOVA，#82HMOVX DPTR，AC 口置位控制字的作用：设置端口 PA、PB 在选同方式或双向方式下所需控制线的初始状态，其控制字格式如表 1-5 所示。表表 1-5 8255 PC 口工作方式控制字格式口工作方式控制
