微机原理课程设计报告洪望松.docx

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武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计说明书

课程设计任务书

学生姓名：

洪望松专业班级：

电气0902

指导教师：

徐小强工作单位：

自动化

题目:

步进电机设计

初始条件：

用汇编语言设计一个步进电机的控制，在Proteus仿真环境下完成，功能上实现步进电机的基本功能。

要求完成的主要任务:

（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1.通过键盘控制步进电机的启动和停止，正转和反转；

2.编制完整的程序并调试；

3．撰写符合学校要求的课程设计说明书，内容包括：

摘要、目录、正文、参考文献、附录（程序清单）。

正文部分包括：

设计任务及要求、方案比较及论证、软件设计说明（软件思想，流程，源程序设计及说明等）、程序调试说明和结果分析、课程设计收获及心得体会。

时间安排：

1.1月4日----1月5日查阅资料及方案设计

2.1月5日----1月8日编程

3.1月9日----1月11日调试程序

4.1月12日----1月13日撰写课程设计报告

5.1月14日上午准备答辩，下午正式答辩

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

目录

摘要 2

第一章设计要求与思路 3

1.1、设计的目的与要求 3

1.2、设计思路与构想 3

第二章系统概述 3

步进电机控制原理介绍 3

2.1、步进电机的控制原理 4

2.2步进电机的控制方式 4

2.3步进电机的驱动方式 4

2.4步进电机控制工作原理 5

2.4.1步进电机的启停控制 6

2.4.2步进电机的转向控制 6

2.5系统设计思路 6

第三章系统硬件软件设计 7

3.1protues仿真软件 7

3.2最小系统介绍 8

3.2.1.8086CPU构成的最小模式系统 8

3.2.2最小模式系统元器件组成介绍 9

3.2.38086最小系统配置模拟图 9

3.3接口电路设计 10

3.3.1主要元器件介绍 10

3.3.2接口芯片的片选信号的产生 12

3.3.3接口电路设计 13

3.4关键模块实现 13

3.4.1主要元器件介绍 13

3.4.2控制部分电路设计 15

3.5步进电机的软件设计 16

3.5.1程序原理流程图 16

3.5.2实验程序及分析 16

第四章实验电路图全图电路仿真与调试 19

第五章课程设计体会 20

参考文献 21

附录实验源程序 22

本科生课程设计成绩评定表 25

摘要

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。

步进电机转动控制是通过操作实现电机的加速减速正转与反转,广泛用于现实社会生活生产中，如高楼中的电梯，工厂中的机床。

因此，研究步进电机转动控制，有着非常现实的意义。

本课程设计报告通过步进电机的基本介绍、系统的软硬件设计（包括最小系统介绍、接口电路设计、延时程序设计、步进电机的驱动程序设计等几个主要模块）、完整的汇编语言程序等，我们完成了对步进电机系统的设计，并完成了相应的任务，如正转、反转、启动停止等，使我们进一步掌握了汇编语言，也使我们能很好的把书本上的知识与实践相结合，大大提高了我们的动手能力。

关键字：

步进电机；8086CPU；8255可编程I/O接口芯片；8253可编程定时/计数器；74LS138译码器；汇编语言

步进电机控制设计

第一章设计要求与思路

1.1、设计的目的与要求

设计目的：

用汇编语言设计一个步进电机的控制，在Proteus仿真环境下完成，功能上实现步进电机的基本功能。

设计要求：

通过键盘控制步进电机的启动和停止，正转和反转；编制完整的程序并在Proteus仿真环境下进行调试；撰写符合学校要求的课程设计说明书，内容包括：

摘要、目录、正文、参考文献、附录（程序清单）。

正文部分包括：

设计任务及要求、方案比较及论证、软件设计说明（软件思想，流程，源程序设计及说明等）、程序调试说明和结果分析、课程设计收获及心得体会。

1.2、设计思路与构想

本步进电机控制系统通过两个键盘来控制步进电机的正传和反转，当K0接通，即K0=0时，步进电机顺时针旋转，旋转的角度取决于K0接通时间长短，接通时间越长，旋转角度越大，当K1接通，即K1=0时，步进电机逆时针旋转，旋转角度同样取决于键盘接通时间长短。

第二章系统概述

步进电机控制原理介绍

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。

2.1、步进电机的控制原理

步进电机2个相邻磁极之间的夹角为60°。

线圈绕过相对的2个磁极,构成一相A-A′,B-B′,C-C′。

磁极上有5个均匀分布的矩形小齿,转子上没有绕组,而有40个小齿均匀分布在其圆周上,且相邻2个齿之间的夹角为9°

当某组绕组通电时,相应的2个磁极就分别形成N-S极,产生磁场,并与转子形成磁路。

如果这时定子的小齿与转子没有对齐,则在磁场的作用下转子将转动一定的角度,使转子齿与定子齿对齐,从而使步进电机向前“走”一步。

2.2步进电机的控制方式

如果通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流,就可以控制电机的转动,从而实现数字→角度的转换。

转动的角度大小与施加的脉冲数成正比,转动的速度与脉冲频率成正比,而转动方向则与脉冲的顺序有关。

以三相步进电机为例,电流脉冲的施加共有3种方式。

1单相三拍方式按单相绕组施加电流脉冲:

→A→B→C→正转;→A→C→B→反转。

2双相三拍方式按双相绕组施加电流脉冲:

→AB→BC→CA→正转;→AC→CB→AB→反转。

3三相六拍方式单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲:

→A→AB→B→BC→C→CA→正转;→A→AC→C→CB→B→BA→反转。

单相三拍方式的每一拍步进角为3°,三相六拍的步进角则为1.5°,因此,在三相六拍下,步进电机的运行反转平稳柔和,但在同样的运行角度与速度下,三相六拍驱动脉冲的频率需提高1倍,对驱动开关管的开关特性要求较高。

2.3步进电机的驱动方式

步进电机常用的驱动方式是全电压驱动,即在电机移步与锁步时都加载额定电压。

为了防止电机过流及改善驱动特性,需加限流电阻。

由于步进电机锁步时,限流电阻要消耗掉大量的功率,故限流电阻要有较大的功率容量,并且开关管也要有较高的负载能力。

步进电机的另一种驱动方式是高低压驱动,即在电机移步时,加额定或超过额定值的电压,以便在较大的电流驱动下,使电机快速移步;而在锁步时,则加低于额定值的电压,只让电机绕组流过锁步所需的电流值。

这样,既可以减少限流电阻的功率消耗,又可以提高电机的运行速度,但这种驱动方式的电路要复杂一些。

驱动脉冲的分配可以使用硬件方法,即用脉冲分配器实现。

现在,脉冲分配器已经标准化、芯片化,市场上可以买到。

但硬件方法结构复杂,成本也较高。

图2-1步进电机驱动图

2.4步进电机控制工作原理

步进电机实际上是一个数字\角度转换器，也是一个串行的数\模转换器。

步进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制4个方面。

从结构上看,步进电机分为三相、四相、五相等类型,常用的则以三相为主。

本次课程设计我们选用四相步进电机进行系统设计。

步进电机控制工作原理系统流程图如图2-2：

CPU

接口

驱动器

步进电机

负载

图2-2步进电机控制工作原理系统流程图

2.4.1步进电机的启停控制

步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感,即振动感。

为了使电机转动平滑,减小振动,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波,可以减小步进电机的步进角,提高电机运行的平稳性。

在步进电机停转时,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑,则需采用合适的锁定波形,产生锁定磁力矩,锁定步进电机的转轴,使步进电机的转轴不能自由转动。

2.4.2步进电机的转向控制

如果给定工作方式正序换相通电,步进电机正转。

若步进电机的励磁方式为四相八拍,即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

如果按反序通电换相,即则电机就反转。

其他方式情况类似。

2.5系统设计思路

系统总体设计思路：

本次设计采用8086作为控制的核心元件，利用8255的C口控制步进电机，同时获取控制转动方向（即正转和反转），因为步进电机是通过改变其数日脉冲来改变步进电机的输出状态的，所以此方案考虑选择开罐电路来改变其调用的子程序已达到改变其输入的脉冲。

故此方案使用开关电路，8255A的若干端口来实现。

由步进电机的原理可以知道其状态的特点，所以，可以考虑通过改变其脉冲的顺序来改变步进电机的转向，实现正传和反转，。

故此方案可以用8255的PA空和开关电路来选择各种状态的改变

第三章系统硬件软件设计

本设计利用8086系统为主要控制芯片和可编程计数器/定时器8253及可编程外围接口芯片8255A设计的一个步进电机的控制系统，主要包括接口电路设计、延时程序设计、开关与计数初值的关键程序设计、步进电机驱动程序设计等模块。

3.1protues仿真软件

Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译。

功能特点：

　　Protues软件具有其它EDA工具软件（例：

multisim）的功能。

这些功能是：

（1）原理布图

（2）PCB自动或人工布线

　　（3）SPICE电路仿真　

　　革命性的特点：

（1）互动的电路仿真。

用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

（2）仿真处理器及其外围电路。

可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。

还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。

配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues建立了完备的电子设计开发环境。

3.2最小系统介绍

3.2.1.8086CPU构成的最小模式系统

根据使用目的的不同，8086系统可以有最小模式和最大模式两种系统配置，两种方式的选择主要取决于硬件，当CPU引脚MN/