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1、中南大学微机应用系统设计与综合实验设计报告设计题目 步进电机变频调速方向及角度控制设计 指导老师 刘剑锋 吴同茂 设计者 专业班级 设计日期 2021年12月212021年1月16日目 录第一章 微机应用系统课程设计的目的意义11.1 设计目的11.1 课程在教学方案中的地位和作用1第二章 步进电机变频调速方向及角度控制设计任务22.1 设计内容及要求22.2 课程设计的要求2第三章 总体设计方案33.1 设计思想3 3.2 总体设计流程图3第四章 典型程序模块及典型编程技巧分析4 4.1典型程序模块44.1.1 8086CPU周边配置44.1.2 8284A时钟驱动电路44.1.3 74LS
2、373锁存器电路6 4.1.4 74LS138译码电路74.1.5 8255A并行接口电路84.1.6 四独立键盘接线图114.1.7 模数转换电路124.1.8 数字显示电路134.2典型编程技巧144.2.1软件设计原理分析144.2.2 代表性程序段及其分析154.2.3软件设计流程图16第五章 调试中遇到的问题及解决方法17第六章 使用说明及仿真结果19第七章 收获、体会20参考文献21附录一：步进电机仿真总电路图22附录二：系统程序23第一章 微机应用系统课程设计的目的意义1.1 设计目的通过课程设计进一步锻炼我在微型计算机应用方面的实际工作能力。计算机科学在应用上得到飞速开展，因此
3、，学习这方面的知识必须紧密联系实际，掌握这方面的知识更要强调解决实际问题的能力。本课程设计主要有以下几个目的：1、 掌握步进电动机控制系统的硬件设计方法；2、 掌握步进电动机变频启动的控制技术；3、 学会编制步进电动机驱动程序的软件设计方法。1.2 课程在教学方案中的地位和作用?微机应用系统设计与综合实验?课程是测控技术与仪器专业本科生必修的一门根底实践课程。通过该课程的学习使学生对微机系统有一个全面的了解，掌握常规芯片的使用方法，掌握简单微型计算机应用系统软硬件的设计方法。为了使微机应用课程设计目标更明确，要求更具体，学生收获更大，老师特编写了课程设计任务书，我根据个人的爱好任选其中一个课题
4、，独立完成课题，写出课程的设计说明书，设计出电路原理图，说明工作原理，画出电路板图，编写程序及程序流程图。第二章 步进电机变频调速方向及角度控制设计任务2.1 设计内容及要求掌握步进电动机控制系统的硬件设计方法和步进电动机变频启动的控制技术。学会编制步进电动机驱动程序的软件设计方法。由于步进电机启动时，通常系统惯性及负载的影响，启动力矩较大。电机无法从静止状态瞬间加速到正常工作转速。为了防止步进电机失步，在实际系统中必须采用变频启动的方法：电机低速启动，获得较大的力矩，再通过增加驱动脉冲的频率，使电机逐步加速到正常工作转速。通过8255输出控制电机的转速，实现步进电机的变频加速启动和角度。并用
5、A/D0809输入转换为数字量00HFFH，作为步进电机步进频率的控制量。从而实现步进电机变频启动和调速控制。2.2 课程设计的要求设计出电路原理图，说明工作原理，编写程序及程序流程图。(参见DVCC-DJ4电机控制机电一体实验仪使用说明书)第三章 总体设计方案3.1 设计思想 本设计利用CPU控制8255输出步进信号，驱动步进电机转动，0809芯片采集模拟量并转换为数字信号送CPU进行处理，CPU将该数字信号作为8255输出步进信号间隔时间的量值，以此改变步进信号的频率，进而到达控制步进电机转速的目的。同时8255的B口还接受来自开关元件的正负信号，用以判断并改变步进电机的转动方向。3.2
6、总体设计流程图 第四章 典型程序模块及典型编程技巧分析4.1典型程序模块4.1.1 8086CPU周边配置 8086作为一款CPU，也是有很强的工作能力的，但是需要对其本身进行配置，他才有可能按我们的意愿进行工作。图2-1为8086CPU配置电路。图中：21号引脚通过轻触开关接VCC，当按下次轻触开关的时候，系统程序将回到起始点，系统重新开始工作； 22号READY引脚接高，说明外部准备好，CPU可进行相应的操作，这样可以让CPU一直工作； 17号引脚接高是为了屏蔽不可屏蔽外部中断，本系统它将不可用； 33号引脚接高表示该系统中8086工作于最小模式。图2-1 8086CPU配置电路 4.1.
7、2 8284A时钟驱动电路 8086内部没有时钟系统，故需要外部时钟驱动系统来给CPU提供时钟信号。 本系统中我们采用8284A时钟驱动芯片外加5MHz晶振的电路连接产生时钟信号。其电路连接图如图2-2所示。图2-2 8284A时钟驱动电路 在Proteus仿真仿真软件中，由于没找到D8284时钟驱动芯片，故用信号源代替该驱动电路，产生波形如下：图2-3 Proteus仿真CLK波形 4.1.3 74LS373锁存器电路74LS373为三态输出的八 D 透明锁存器。373 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。当三态允许控制端 OE 为低电平时，O0O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。
8、当 OE 为高电平时，O0O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 LE 为高电平时，O 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，O 被锁存在已建立的数据电平。其真值表如下：表2-1DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXH高阻态其具体电路连接图如下列图所示。图2-4 74LS373电路连接图 4.1.4 74LS138译码电路74LS138为3 线8 线译码器 。其工作原理如下：当一个选通端E1为高电平，另两个选通端(/E2)和/(E3)为低电平时，可将地址端A0、A1、A2的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比方：A2A
9、1A0=110时，那么Y6输出端输出低电平信号。利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；假设外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。假设将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。可用在8086的译码电路中，扩展内存。 其真值表如下：表2-2输入输出S1S2+S3CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70XXXX11111111X1XXX111111111000001111111100011011111110010110111111001111101111101001111011110101111110111011011111101101111111111
10、0在本系统中，74LS138用作地址译码器，其电路连接如下列图所示。图2-5 74LS138译码电路 4.1.5 8255A并行接口电路8255AIntel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路Programmable Peripheral Interface)简称 PPI，型号为8255改良型为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A、B、C三个端口各自的工作方式，
11、共有三种： 方式0 ：根本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的 I/O方式。其中A、B、C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，余下的线只有根本的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B口方式1的联络线，也可以和B口一起方式0的I/O线。8255A是一个并行输入、输出器件，具有24个可编程
12、设置的I/O口，包括3组8位的I/O为PA口、PB口、PC口，又可分为2组12位的I/O口：A组包括A口及C口高4位，B组包括B口及C组的低4位。A口可以设置为方式0、方式1、方式2，B口与C口只能设置为方式0或方式1. 其方式控制字应按如下方式设置：这是一个8位的控制字，代表的信息也很丰富。格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D01A组控制B组控制D7=1，为该控制字的标志。A组由D6、D5、D4、D3组成。其中D6、D5为工作方式选择；D4为A口的输入/输出选择；D3为C口高四位输入/输出选择。如下所示：表2-3D6D5A口工作方式00方式001方式11X方式2表2-4D4输入/输出选择
13、0A口为输出1A口为输入表2-5D3输入/输出选择0C口高四位为输出1C口高四位为输入B组有由D2、D1、D0组成。其中D2为工作方式选择；D1为输入/输出选择；D0为C口低四位输入/输出选择。如下所示：表2-6D2B口工作方式0工作方式01工作方式1表2-7D1输入/输出选择0B口为输出1B口为输入表2-8D0输入/输出选择0C口低四位为输出1C口低四位为输入在本系统中，仅使用8255A的A口和B口，且设置A口为输出，B口为输入，故可选择8255A的工作方式0。由此，其方式控制字可为：82H、83H、8AH或8BH。8255A在系统中的连线图如下：图2-6 8255A并行接口电路4.1.6 四独立键盘接线图本系统中，只需要用到四个控制按钮，故可将这四个按钮接成四独立键盘的形式，这样也满足设计要求。该键盘接线图如下所示：图2-7 四独立键盘接线图如上图所示，当四个按钮都未被按下时，键盘默认输入状态都为
