基于8086步进电机课程设计.docx

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1、步进电机电机控制设计摘要：8255A是一种通用的可编程并行I/O接口芯片(PrOgrammab1ePeriPheria11nterfaCe,PPI),它是为In系列微处理器设计的配套电路，也可以用于其他微处理系统中。通过它进行编程，芯片可工作于不同的工作方式。在微型计算机系统中，用8255A作为接口是时，通长常不需要附加外部逻辑电路就可直接为CPU与外设之间提供数据通道，因此它得到了极为广泛的应用。其次步进电机具有快速启动和停止的能力，它的步矩角和转速不受电压波动和负载变化的影响,也不受环境条件如：温度、气压、冲击和振动等影响，仅与脉冲频率有关。它每转一周都有固定的步数，在不丢失步的情况下运行

2、，其步矩误差不会长期累积。正因为步进电机具有快速启动、精确步进以及能直接接收数字量的特点，所以在定位场合中得到了广泛的应用。比如在打印机中，数控车床、自动记录仪表、数模交换装置和计算机等数字控制系统中。随着微机的发展，步进电机的使用领域将更加广阔。本次设计正是利用并介绍了可编程并行I/O接口芯片8255A为8086CPU与步进电机之间提供数据通道，通过芯片的A口输入，B口输出的方式来实现控制步进电机的停转、快慢及正反转。关键词：可编程并行I/O接口芯片8255A；8086CPU；U1N2003A驱动芯片；步进电机目录1课程设计题目及课题分析11.1 课程设计题目11.2 步进电机介绍11.4

3、软硬件运行环境及开发工具12步进电机控制系统各部件功能原理介绍22.1 设计原理及实现方法22.1.1 步进电机控制原理22.1.2 微机步进电机控制系统原理图22.1.3 运行方式与方向的控制一一循环查表法32.1.4 步进电机的停转及快慢控制一一设置开关42.2 步进电机控制设计流程图53步进电机控制系统软件编写与仿真63.1 硬件设计与实现63.2 仿真结果63.2.1 并行接口I/O芯片8255A63.2.2 驱动部分与步进电机73.2.3 步进电机与外部开关83.2.4 仿真结果83.3 软件设计93.3.1 正向慢转子程序9332正向快转子程序93.3.3 反向慢转子程序103.3

4、.4 反向快转子程序103.3.5 长延时子程序103.3.6 短延时子程序114系统调试与操作说明124.1 系统调试124.2 操作说明125课程设计总结与体会13致谢13参考文件献14附录步进电机控制系统源程序一151课程设计题目及课题分析1.1 课程设计题目步进电机控制设计，运用汇编语言编写程序对8255A控制，通过emu8086编译成.com文件并载入8086CPU中并用741S373、741SI30、U1N2003A等一些列芯片通过连接实现对步进电机的控制。1.2 步进电机介绍步进电机又称脉冲电动机，是按专用的脉冲电源的脉冲信号二一步一步的移动的。电源每输入一个脉冲，电动机就会转过

5、一定的角度。因此，步进电机的角位移与输入的脉冲数成正比，相应的转速与脉冲的频率成正比。步进电机有反应式（磁阻式）、永磁式、和永磁感应式的数种，此外，步进电机还可以做成直线型和平面型两种。步进电机的定子可以有很多个磁极，两个相对的磁极为一相，定子按照一定顺序通电，转子则会按一定顺序一步一步地的旋转。由一种通电状态变换到另一种通电状态叫一“拍”，每一拍转子转过的角度叫步矩角，如果每次有两相通电，则称为双拍。本次设计中用的是双八拍。步进电机具有快速启动和停止的能力，它的步矩角和转速不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件如：温度、气压、冲击和振动等影响，仅与脉冲频率有关。它每转一周都有固定的步数

6、，在不丢失步的情况下运行，其步矩误差不会长期累积。除此之外其体积小，重量轻、耗电少外，还必须具有高可靠性、高精度、快速性。正因为步进电机具有快速启动、精确步进以及能直接接收数字量的特点，所以在定位场合中得到了广泛的应用。日益广泛应用于数控车床、自动记录仪表、数模交换装置和计算机等数字控制系统中。随着微机的发展，步进电机的使用领域将更加广阔。1.3 课程设计任务及要求任务：控制四相步进电机按双八拍的运行方式运行。将开关K2置高电平时启动步进电机，将K2键置低电平时，停止工作。步进电机的加电采用循环查表法，用软件来实现脉冲循环分配器的功能对步进电机绕组轮流加电。要求：要使电机能通过控制实现四项功能

7、：快速顺时针旋转，慢速顺时针旋转，快速逆时针旋转和慢速逆时针旋转，进行步进电机控制系统硬件电路设计，画出电路原理图、元器件布线图、实验电路图；绘制程序流程图，进行步进电机控制程序设计（采用汇编语言）。1.4 软硬件运行环境及开发工具硬件：PC机一台软件：能够仿真调试8086的Proteus软件、emu8086开发语言：汇编语言2步进电机控制系统各部件功能原理介绍2.1 设计原理及实现方法2.1.1 步进电机控制原理步进电机是将电脉冲信号转换成角位移的一种机电式数模转换器。其旋转的角位移与输入脉冲的个数成正比；转速与输入脉冲的频率成正比；转动方向和输入脉冲对绕组加电的顺序有关。因此，步进电机旋转

8、的角度位移、转速以及方向均受输入脉冲的控制。步进电机在系统中是一种执行元件，都要带负载，因此需要功率驱动。在电子设备中，一般所需功率较小，常采用达林顿复合管作功率驱动。驱动原理如图2.1所示。TIP122J1111图2.1步进电机驱动原理图2.1.2 微机步进电机控制系统原理图步进电机接口的硬件部分主要是提供输送相序代码的并行数据线（8根），以及保护电机绕组的器件，所以接口电路以8255A为主芯片，将PA口作数据口，传送加电代码，再加上锁存器741S373作绕组保护。另外，还有功率驱动管TIP122,以及二极管、开关KOK1、K2o本实验采用A口作为控制口，B口作为输出口，PAO、PAI、PA

9、2分别接开关的KO、K1、K2,PBO、PB1PB2PB3分另IJ接U1N2003A的B1、B2、B3、B4端。微机步进电机控制系统原理图如图2.2所示。图2.2微机步进电机控制系统原理图2.1.3 运行方式与方向的控制循环查表法步进电机的运行方式是指各相绕组循环轮流通电的方式。本次设计采用的是双八拍即ABABCBCBCDCDCDADADAB步进电机的运行方式及方向控制采用循环查表法。循环查表法是将各绕组加电顺序的控制代码编制成一张步进电机相序表（如表2.1所示），存放在内存区，在设置一个地址指针。表2.1步进电机相序表绕组与数据线的连接运行方式相序表查表方向DCBA双八拍加电代码地址代码正转

10、反转1)7D6D5D4D3D2D1DO00000011AB03H400H100000111ABC07H401H00000110BC06H402H00001110BCDOEH403H00001100CDOCH404H00001101CDAODH405H00001001DA09H406H00001011DABOBH407H2.1.4 步进电机的停转及快慢控制一一设置开关KO控制步进电机旋转速度的快慢，KO=O表示慢转，KO=I表示快转;K1控制步进电机旋转方向，K1=O表示正转，KI=I表示反转；K2控制步进电机的启/停，K2=0表示停，K2=1表示启动。2.2步进电机控制设计流程图如图2.2所示

11、:图2.2步进电机控制设计流程图3步进电机控制系统软件编写与仿真3.1 硬件设计与实现本电路的设计是利用8255A的A口作为输入口，B口作为输出，C口没有用到。PAO,PAI,PA2分别用来控制步进电机的开启/停止、正反向、快慢转。PB0,PB1,PB2,PB3作为输出口，分别接步进电机的ABCD端口，输出相序表中的加电编码，从而使步进电机可以开始运转。具体的接线如图3.1所示：图3.1步进电机控制系统连线图3.2 仿真结果3.2.1 并行接口I/O芯片8255A首先是并行接口芯片8235A如图（3.2）,其是一种通用的可编程并行I/O接口芯片，通过对它进行编程，芯片可工作于不同的工作方式之下

12、。在这里用到的工作方式是0口,A口输入，B口输出方式。ADQ34QAD133言AD232;AD331了AD43OAD52口一ADS28二D727不01234567Dddddddd09871-1(.RDWRAOA1RESETCS*PBOPB1PB2PB3PB4P5PB6PB7PCOPC1PC2PC3PMPCSPC6PC7伯ig20-21222325151713128255A图3.2.18255A3.2.2 驱动部分与步进电机驱动部分是采用芯片U1N2003A,终端执行部分是步进电机如图(3.3),其是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时U1N2003A输出端为低电平，当输入端为低电3.2.3

13、 步进电机与外部开关外部控制部分则是用KO、K1.K2通过控制对从A口输入B口输出的电平信号，通过驱动单元来控制步进电机的快慢、正反转以及停转。如图3.3所示：图3.2.3步进电机外部控制开关3.2.4 仿真结果3.3 首先利用汇编语言编写出各部分相应的控制程序，调试无误后，利用emu8086编译成.com后缀文件加载入8086芯片中，然后运行。如图3.3.4所示：3.4 软件设计实现步进电机运行方式、方向和速度以及启/停的控制，是接口软件设计的主要任务。为此，在编写程序之前，要建立一个相序表。相序表的建立应根据步进电机运行方式的要求及各绕组与8255A端口连接情况来确定加电代码。根据上图的连

14、接情况，可以写出相序表中双八拍运行方式的加电代码为：03H,07H,06H,OEH,OCH,ODH,09H,OBHo在8259初始化完毕后，取出相序表的首地址，将其存如BX。当要求步行电机正转时，首地址进行加1操作。在次过程中要检查指针是否指到末地址。若是，指针减7,回到首地址，如此循环。当要求反转时，将首地址进行加7操作到达末地址，在进行减1操作，在次过程找要检查指针是否到达首地址。如是，则将指针加7回到末地址。根据设计流程图，软件设计部分将本系统分为6个子程序，分别是正向慢转子程序、正向快转子程序、反向慢转子程序、反向快转子程序、长延时子程序、短延时子程序。3.4.1 正向慢转子程序ZM:MOVA1,BXCMPA1,OBHJNZXH1；检查是不是最后一个加电代码SUBBX,8XHkINCBXMOVA1,BX;指针作加1运算，及实现向后移动OUT61H,A1；从8口输出CA11DE1AY1JMPA1；调用长延时3.3.2正向快转子程序ZK:MOVA1jBXCMPA1,OBHJNZXH2SUBBX,8X