步进电机转速实时控制Word文件下载.docx
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步进电机;
8255A;
控制
目录
第1章绪论1
1.1研究背景1
1.2选题的目的和意义1
1.3本课程设计的主要内容2
第2章步进电机转速实时控制3
2.1设计方案3
2.2硬件系统基本原理3
2.2.1步进电机35BYJ463
2.2.2可编程并行接口芯片8255A6
2.3系统软件8
2.3.1软件框图8
2.3.2程序代码10
第3章结束语15
参考文献17
第1章绪论
1.1研究背景
在普通旋转电机的基础上产生的各种控制电机与普通电机本质上并没有差别，只是着重点不同。
普通旋转电机主要是进行能量变换，要求有较高的力能指标，而控制电机主要是对控制信号进行传递和变换,要求有反应快、精度高、运行可靠等控制性能。
控制电机因其各种特殊的控制性能而常在自动控制系统中作为执行元件、检测元件和解算元件。
步进电机就是一种应用非常广泛的控制电机。
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。
当电机连续不断地收到脉冲信号，电机就一步一步地转动，这就是步进电机名称的由来。
这一线性关系的存在，加上输入的脉冲与其位移量有严格的对应关系,不会产生步距脚累积误差的特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变化非常简单。
如各种数控机床、自动绘图仪、机器人等。
[1]
步进电动机经过几十年的发展，已成为除直流电动机和交流电动机以外的应用最广泛的第三类电动机。
在开环高分辨率的定位系统中，至今还没有发现更合适取代它的产品，特别是在一些功率相当小的系统中，步进电机更具有无可替代的主流地位。
预计未来步进电机的研究还会持续深入下去，研究方向之一是电机与驱动的一体化，使步进电机体积更小巧、性能更优越，性价比更高，在大量的民用设备中批量化使用，如家庭机器人、民用智能化设备等；
研究方向之二是在功率或机座号相对较大的步进电动机中，与属于BIDCM（稀土永磁无刷直流电机）的交流伺服电动机系统会合，具体来说可能会借鉴交流伺服系统的控制技术，但保留了部分步进电动机的特点，形成一种新的“步进伺服电动机”或“伺服步进电动机”，在克服低频振荡、高频过载能力小、快速性不足和效率低等方面取得突破性进展，从而在现代军事、精密机械加工、航空航天等领域的应用越来越深入。
[2]
1.2选题的目的和意义
步进电机已被广泛地应用并且其应用前景十分乐观，因此学习和掌握步进电机是非常必要的。
但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此通过运用所学的专业知识，掌握四相步进电机接口电路原理和步进电机正、反转工作原理以及转速控制原理，设计出相应硬件电路和软件实现对四相步进电机的实时控制，达到加深对所学知识的理解和掌握，运用所学的理论和方法进行实践、解决问题和认识步进电机、简单控制步进电机的目的。
1.3本课程设计的主要内容
1）阐述步进电机与8255A的接口电路原理。
2）编写出使步进电机低速正、反转和高速正、反转以及显示转速状态的程序。
3）在实验箱上调试程序，达到所设计的结果。
第2章步进电机转速实时控制
2.1设计方案
本设计采用电压为DC12V的四相八拍步进电机35BYJ46型电机，用ULN2003作为步进电动机驱动电路主芯片，以8255A作为8086并行输出接口，8086对步进电机的控制信号则通过8255A送到ULN2003。
转向与转速，通过查表的方式实现，以逐次递增方向查表，依次输出表中数据，则步进电机正转；
以逐次递减方向查表，则步进电机反转，即通过一个表实现步进电机的正转与反转。
2.2硬件系统基本原理
2.2.1步进电机35BYJ46
1）四相步进电机励磁线圈及其励磁顺序
本设计采用的步进电机为35BYJ46型四相八拍电机，电压为DC12V，其励磁线圈及其励磁顺序如图2-1和表2-1所示：
图2-1励磁线圈
表2-1励磁顺序
1
2
3
4
5
6
7
8
+
-
2）四相步进电机驱动原理
四相步进电机示意图见图2-2，电气连接图见图2-3，转子由一个永久磁铁构成，定子分别由四组绕组构成。
图2-2电机定子和转子示意图
图2-3电气连接示意图
当S1连通电源后，定子磁场将产生一个靠近转子为N极，远离转子为S极的磁场，这样的定子磁场和转子的固有磁场发生作用，转子就会转动，正确地S1、S4的送电次序，就能控制转子旋转的方向。
例如：
若送电的顺序为S1闭合→断开→S2闭合→断开→S3闭合→断开S4→闭合→断开，周而复始的循环，在定子和转子共同作用下，电机就瞬时针旋转如图2-4。
图2-4电机旋转模型
若送电的顺序为S4闭合→断开→S3闭合→断开→S2闭合→断开→S1闭合→断开，周复始的循环，则电机就逆时针旋转。
也可以通过给定子依次发脉冲的方式来驱动电机，如图2-5所示，依次给定子1，定子2，定子3，定子4发送脉冲，这样循环下去电机就会顺时针旋转。
图2-58255A发出脉冲驱动电机
（3）步进电机与8255A接口关系
图2-6步进电机与8255A接口引脚图
2.2.2可编程并行接口芯片8255A
1）8255A简介[3]
Intel8086/8088系列的可编程外设接口电路（ProgrammablePeripheralInterface）简称PPI，型号为8255（改进型为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是一个并行输入、输出器件，具有24个可编程设置的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。
图2-78255引脚图
2）8255A工作方式
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，共有三种：
方式0：
基本的输入输出方式，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，余下的线只有基本的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。
3）8255A的工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式
图2-88255A工作方式控制字
图2-98255AC口按位置位/复位控制字
4）8255A的端口地址编码
8255A中的读写控制逻辑电路完成三个数据端口和一个控制端口的译码，管理数据信息、控制字和状态字的传送，接受来自CPU地址总线的A1、A0和有关控制信号，向8255A的A、B组控制部件发送命令。
它的A口、B口、C口和控制口的编码如下表。
表2-18255A端口地址编码
A1A0
端口
00
A端口地址
01
B端口地址
10
C端口地址
11
控制端口地址
2.3系统软件
2.3.1软件框图[4]
图2-10主程序方框图
图2-11转速子程序方框图
图2-12延时子程序方框图
2.3.2程序代码
DATASEGMENT
TABLEDB01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H
TEXTDB45H,6EH,74H,65H,72H,32H,61H,32H,73H,70H,65H,65H,64H,3AH
SPEED1DB46H,6FH,72H,77H,61H,72H,64H,32H,53H,6CH,6FH,77H
SPEED2DB46H,6FH,72H,77H,61H,72H,64H,32H,46h,61H,73H,74H
SPEED3DB52H,65H,76H,65H,72H,73H,65H,32H,53H,6CH,6FH,77H
SPEED4DB52H,65H,76H,65H,72H,73H,65H,32H,46H,61H,73H,74H
SPEED0DB00H
DATAENDS
STACKSEGMENTSTACK
DW256DUP（?
）
STACKENDS
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA,SS:
STACK
START:
MOVAX,DATA
MOVDS,AX
MOVAL,80H
OUT63H,AL
A0:
MOVDX,00FFH；
提示输入控制电机转速状态对应值
MOVCX,SPEED1-TEXT
B0:
MOVAH,01H
MOVBX,OFFSETTEXT
MOVAL,[BX]
INT10H
INCBX
LOOPB0
MOVAH,00H
INT16H
SUBAL,30H
DECAL
JZX1
JZX2
JZX3
JZX4
JMPEXIT
X1:
MOVCX,SPEED2-SPEED1；
转速1：
低速正转
A1:
MOVAH,01H
MOVBX,OFFSETSPEED1
MOVAL,[BX]
LOOPA1
B1:
MOVBX,OFFSETTABLE
MOVCX,08H
C1:
MOVAL
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