畢業(yè)設(shè)計(jì)---步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　設(shè)計(jì)題目步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　課程名稱計(jì)算機(jī)控制技術(shù)B</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)

2、控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是

3、四項(xiàng)八拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速實(shí)驗(yàn)，主要通過(guò)ACS2002的計(jì)算機(jī)（裝有windows98系統(tǒng)）、8088CPU、8255A、ULN2803驅(qū)動(dòng)單元連接組合后，通過(guò)匯編語(yǔ)言程序?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及延時(shí)等功能。經(jīng)過(guò)觀察分析，本次實(shí)驗(yàn)所用的四相八拍步進(jìn)電機(jī)每拍轉(zhuǎn)過(guò)3.75°，分析得到轉(zhuǎn)子有12個(gè)槽位。最終進(jìn)過(guò)程序調(diào)試完成了12圈正轉(zhuǎn)，12圈反轉(zhuǎn)的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)需求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；匯編

4、語(yǔ)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(jìn)電機(jī)原理1</p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1</p><p>　　1.2 實(shí)驗(yàn)原理及接線1</p><p

11、>　　1.2.1 勵(lì)磁線圈及勵(lì)磁順序2</p><p>　　1.2.2 實(shí)驗(yàn)線路2</p><p>　　1.2.3 8255B口輸出情況3</p><p>　　第2章設(shè)計(jì)要求4</p><p>　　2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容4</p><p>　　2.2 硬件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)5</p>&l

12、t;p>　　2.2.1 8088的結(jié)構(gòu)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(yàn)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(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)7</p><p>　　2.3.1 流程圖設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.3.2 程序清單7</p><p>　　2.3.3 調(diào)試過(guò)程7</p><p><b>　　總結(jié)1</b></p><p><b&

14、gt;　　參考文獻(xiàn)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(jìn)電機(jī)原理</b></p><p><b>　　1.1課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　采用8088cpu

15、控制8255接口芯片，ULN2803驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。用計(jì)算機(jī)（windows 98系統(tǒng)）啟動(dòng)ACS2002軟件，裝入設(shè)計(jì)好匯編語(yǔ)言，調(diào)出示波器來(lái)運(yùn)行程序，最終通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，修改程序可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。</p><p>　　1.2實(shí)驗(yàn)原理及接線</p><p>　　1.2.1本實(shí)驗(yàn)使用35BYJ46 型四項(xiàng)八拍電機(jī)，電壓為DC12V，其勵(lì)磁線圈及勵(lì)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(jī)軸將轉(zhuǎn)過(guò)3.75度，123456781則稱為通電一周，轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過(guò)30度，若循環(huán)進(jìn)行這種通電一周的操作，電機(jī)便連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，而進(jìn)行相反的通電順序如187654321將使電機(jī)同速反轉(zhuǎn)。</p><p>　　1.2.2 實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　本次試驗(yàn)在windows 98環(huán)境下使用ACS2002軟件，編寫控制程序，通過(guò)8088cpu，8255接口芯片，ULN2803，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速。</p><p>　　2.2 硬件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)</p><p

18、>　　2.2.1 8088cpu：8088是一個(gè)Intel以8086為基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)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(shí)復(fù)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(shí)復(fù)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(biāo)志IF的當(dāng)前狀態(tài)，S5 ＝ 1，表示當(dāng)前允許可屏蔽中斷請(qǐng)求，S5=0，則禁止一切可屏蔽中斷。S4和S3用以指示是哪一個(gè)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(qǐng)信號(hào)，輸入、上升沿有效。不可屏蔽中斷申請(qǐng)不受中斷允許標(biāo)志IF的影響，一旦從NMI引腳收到一個(gè)正跳變觸發(fā)信號(hào)，CPU在當(dāng)前指令執(zhí)行完成，便自動(dòng)引起一個(gè)類型碼為2的中斷，并轉(zhuǎn)入執(zhí)行與中斷類型碼相對(duì)應(yīng)的不可屏蔽中斷服務(wù)程序。 </p><p>　　INTR：可屏蔽中斷申請(qǐng)信號(hào)，輸入、高電平有效。受CPU內(nèi)部中斷允許標(biāo)志位的控制。。CPU用STI指令可使中斷允許標(biāo)志IF置1，用CLI指令可使

21、IF清0，從而可實(shí)現(xiàn)中斷允許或屏蔽。 </p><p>　　RESET：復(fù)位信號(hào)，輸入、高電平有效。 </p><p>　　READY：準(zhǔn)備就緒信號(hào)，輸入、高電平有效。CPU在每個(gè)總線周期的T3狀態(tài)檢測(cè)Ready信號(hào)線，如果Ready為低電平，表示數(shù)據(jù)末準(zhǔn)備好，則在T3狀態(tài)結(jié)束后CPU插入一個(gè)或幾個(gè)TW等待狀態(tài)，直到Ready信號(hào)有效后，才進(jìn)入T4狀態(tài)，完成數(shù)據(jù)傳送過(guò)程。 </p&g

22、t;<p>　　TEST：測(cè)試信號(hào)，輸入、低電平有效。TEST信號(hào)是和等待指令WAIT配合使用的信號(hào)。 </p><p>　　QS1、QS0：指令隊(duì)列狀態(tài)信號(hào)，輸出，高電平有效。這兩個(gè)信號(hào)的組合用來(lái)指示CPU中指令隊(duì)列的當(dāng)前狀態(tài)。QS1、QS0的代碼組合與對(duì)應(yīng)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(hào)，三態(tài)、輸出。在最大模式系統(tǒng)中，總

23、線周期狀態(tài)信號(hào)S2、S1、S0用來(lái)指示當(dāng)前總線周期所進(jìn)行的操作類型。S2、S1、S0的編碼與總線操作類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5.2所示。 </p><p>　　LOCK：總線封鎖信號(hào)，三態(tài)、輸出、低電平有效。LOCK信號(hào)可由指令前綴LOCK來(lái)設(shè)置。 </p><p>　　RQ/GT0、RQ/GT1：總線請(qǐng)求信號(hào)（輸入）／總線請(qǐng)求允許（輸出），雙向、低電平有效。在最大模式中，這兩個(gè)信號(hào)用來(lái)供CPU

24、以外的兩個(gè)協(xié)處理器發(fā)出總線請(qǐng)求（RQ）和接收CPU對(duì)其總線請(qǐng)求信號(hào)的響應(yīng)信號(hào)（GT0，GT1）。其中RQ/GT0比RQ/GT1有更高的優(yōu)先級(jí)。 </p><p>　　RD：讀信號(hào)，三態(tài)、輸出、低電平有效。RD信號(hào)有效，表示CPU正在對(duì)存儲(chǔ)器或I／O端口進(jìn)行讀操作。 </p><p>　　MN/MX：最?。畲蠊ぷ髂Ｊ娇刂菩盘?hào)，輸入。當(dāng)MN／MX接高電平時(shí)，則CPU工作在最小模式。當(dāng)MN／M

25、X接低電平時(shí)，則CPU工作在最大模式。</p><p>　　SSO：系統(tǒng)狀態(tài)輸出信號(hào)，輸出。在最小模式下，該信號(hào)與其它兩個(gè)信號(hào)一起反應(yīng)。</p><p>　　2.2.2 8255A接口芯片：8255A是Intel公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個(gè)8位并行I/O口。具有3個(gè)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(qiáng)。8255A可作

26、為單片機(jī)與多種外設(shè)連接時(shí)的中間接口電路。8255A作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個(gè)總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時(shí)必須具有與外設(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分：與CPU連接部分、與外設(shè)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(qū)動(dòng)</p><p>　　2.2.4 實(shí)驗(yàn)線路：</p><p>　　2.2.5 8088擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2.3.1流程圖設(shè)計(jì)：</p><p>　　2.3.2 程序清單</p><p><b>　　詳見附錄C</b></p><p>　　2.3.3 調(diào)試過(guò)程</p><p>　　首先按照硬件電路圖來(lái)連接電路。由8088CPU擴(kuò)展

29、出程序存儲(chǔ)器和8255芯片，然后由8255芯片的PB口的PB0，PB1，PB2，PB3分別接驅(qū)動(dòng)單元ULN2803的A相，B相，C相，D相，最后由驅(qū)動(dòng)單元ULN2803輸出接到紅色發(fā)光二極管和步進(jìn)電機(jī)各相上（發(fā)光二極管用于顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)）。</p><p>　　然后在window 98系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行ACS2002軟件，裝入自己設(shè)計(jì)好的程序后點(diǎn)開示波器，然后運(yùn)行程序。觀察步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，最

30、終發(fā)現(xiàn)本次實(shí)驗(yàn)所用的步進(jìn)電機(jī)步距角是3.75°，經(jīng)計(jì)算得它的轉(zhuǎn)子側(cè)應(yīng)該有12個(gè)槽位。每個(gè)周期的狀態(tài)為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA(正轉(zhuǎn))，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管也亮。最終確定程序如上，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)12圈后反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)12圈后正轉(zhuǎn)，如此往復(fù)。</p><p>　　最后，我們讓步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，只需要改動(dòng)每一拍中的延時(shí)程序即可，這樣就實(shí)現(xiàn)了要求中的調(diào)速功能，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)想。</p

31、><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這門課程的學(xué)習(xí)我對(duì)三項(xiàng)八拍異步電動(dòng)機(jī)工作原理有了進(jìn)一步的了解，同時(shí)把微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和微機(jī)原理及接口技術(shù)的相關(guān)知識(shí)結(jié)合并應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)中，使我明白了各個(gè)科目之間存在很緊密的聯(lián)系及交叉，所以以后學(xué)習(xí)要懂得聯(lián)系以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)。</p><p>　　在此次課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合

32、運(yùn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制原理，主要用到了匯編語(yǔ)言的尋址方式和指令系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)以及調(diào)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(guò)這次課設(shè)，熟悉并掌握了所學(xué)知識(shí)，將所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化并且學(xué)會(huì)了這些知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用。通過(guò)此次設(shè)計(jì)我感觸頗深，我們只有將所學(xué)的理論知識(shí)具體的應(yīng)用在實(shí)踐中，才可以更好的理解并掌握。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

33、</b></p><p>　　[1] 潘新民.王燕芳 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 高等教育出版社, 2007,7。</p><p>　　[2] 信息工程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.太原理工大學(xué)。</p><p>　　[3] 馬春燕 微機(jī)原理與接口技術(shù)。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(zhuǎn)順序</p><p>　　TABLE1 DB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H ；反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)周期數(shù)</p><p>　　A1: MOV

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

39、/p><p>　　CALL DELAY ; 調(diào)Dall延時(shí)程序</p><p>　　INC BX </p><p>　　LOOP A2 ；一個(gè)周期完否?</p><p&g

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

41、 AH,0A0H ；反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)拍表的偏移地址

42、送入</p><p>　　OUT 61H,AL </p><p>　　CALL DELAY ；延時(shí)</p><p>　　INC BX</p><p>　　LOOP B2 ;一個(gè)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(shí)值，只</p><p>　　需增減輸入到CX中的值</p><p>　　T1: PUSH AX</p><p>　　POP AX</p>