微机原理设计报告1203文档格式.docx
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附录15
微机原理
课程设计报告
题目步进电机转速实时控制课程设计
学院信息科学与工程学院
专业电气工程及其自动化
学生姓名
学号2014年级14级
指导教师职称
2016年12月8日
设计报告成绩
（按照优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师评语：
指导教师（签名）
年月日
说明：
指导教师评分后，设计报告交院实验室保存。
步进电机转速实时控制
摘要：
微机接口技术是一门应用性、综合性、实践性较强的课程，通过有针对性的课程设计，使学生学会系统地综合运用所学的理论知识，提高学生在微机应用方面的开发与设计本领，系统的掌握微机硬软件设计方法。
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。
关于转向与转速，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。
转速则通过调用延时子程序，当调用延时较长的子程序时，则步进电机转速慢，当调用延时较短的子程序时，步进电机转速加快。
关键词：
微机接口；
芯片；
步进电机；
程序
第一章绪论
1.1背景
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
当传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统要求的时候，一系列新的具备控制功能的电动机系统便诞生了。
其中应用十分广泛的一类，便是步进电动机。
步进电机是一种执行机构，它能将电脉冲转化为角位移。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；
同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
预计未来步进电机的研究将会继续深入下去，研究方向之一便是电机与驱动的一体化，从而达到减小体积、提高性能和性价比的目的。
1.2选题的目的和意义
步进电机是工业程控及仪表中的主要控制组件之一。
在数字控制系统中，由于它可以可以直接接受计算机来的数字元信号，不需要进行数模转换，所以用起来更方便。
步进电机角位移与控制脉冲间的精确同步。
若将角位移的改变转变为线性位移、位置、体积、流量等物理量的变化，便可实现对它们的控制。
正因为步进电机具有快速启停，精确步进以及能直接接收数字量等特点，所以使其在定位场合中得到了广泛的应用。
特别在工业程控系统中，使用开环控制模式，微型计算机可以很容易控制步进电机的位置和速度，而不用使用位移传感器，所以应用越来越广泛。
学会使用微型计算机控制步进电机也就显得很重有必要了。
1.3课程设计目的和要求
（1）掌握步进电机与8255的接口电路原理；
（2）能编制出步进电机正、反转运行程序（以3种不同速度）；
低速正转和高速反转程序。
（3）写出较完整的设计程序，能自己编写好程序，并能在机器上调试通过，并要求将速度值在液晶显示器上显示。
第二章步进电机的实时控制
2.1设计方案
2.2硬件系统基本原理
2.2.1系统硬件子系统的构成
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下图及下表所示：
表2-1步进电机励磁顺序表
1
2
3
4
5
6
7
8
+
-
图2-1步进电机励磁线圈图
2.2.2步进电机控制原理
图2-2步进电机实验线路图
工作原理：
步进电机示意图见下图，转子由一个永久磁铁构成，定子分别由4组绕组构成
图2-3步进电机定子和转子示意图
图2-4步进电机电气连接示意图
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极才磁场，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
S3闭合
S4闭合
断开，周而复始的循环，在定子和转子共同作用下，电机就顺时针旋转：
图2-5步进电机电机旋转示意图
若送电的顺序为S4闭合
S1闭合
断开，周而复始的循环，则电机就逆时针旋转，原理同理。
图2-6步进电机逆时针旋转示意图
图2-78255A向步进电机发出的控制脉冲图
2.3软件框图及设计思想
据步进电机的励磁顺序列写控制步进电机顺序转动的输出的数据表→初始化8255A的工作方式→设定需要步进电机转过的步数→顺序依次逐个延时（调用延时函数1:
延时较长，实现慢转）输出表中数据→设定需要步进电机快速转过的步数→顺序依次逐个延时（调用延时函数2：
延时较短，实现快转）输出表中数据→设定需要反向转过的步数→逆序依次逐个延时（调用延时函数1，慢速）输出表中数据→设定需要步进电机快速反向转过的步数→逆序依次逐个延时（调用延时函数2，快速）输出表中数据。
以此循环，则可实现让步进电机先低速正转到高速正转，再从高速正转到低速反转，再高速反转，周而复始。
图2-8主程序框图
图2-9延时函数程序框图
2.4控制子程序
由以上程序框图可以写出如下控制子程序：
ORG8100H
ROUTN2MOVR2,COUNT;
步进机的步数
LOOP0：
MOVR3,#00H
MOVDPTR,#POINT;
送控制模型
JNB00H,L00P2;
反转，转LOOP2
LOOP1;
MOVA,R3;
取控制模型
MOVA,@A+DPTR
JZLOOP0;
控制模型为00H,转LOOP0
MOVP1，A;
输出控制模型
ACALLDELAY;
延时
INCR3；
控制步数加1
DJNZR2,LOOP1;
步数未走完，继续
RET
LOOP2:
求反向控制模型的偏移量
ADDA,#07H
MOVR3，A
AJAMPLOOP1
DELAY:
M;
延时程序
POINTDB01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H,00H;
正向控制
DB01H,09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03H,00H;
反向控制
COUNTEQU40H
POINTEQU0180H
第三章芯片使用
3.18255A简介
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在使用前要写入一个方式控制字，选择A、B、C三个埠各自的工作方式，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。
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。
3.28255A的工作方式选择
图3-18255A工作方式控制字图2-8延时函数程序框
3.38086引脚简介
图3-28086芯片引脚图
3.3.1引脚功能介绍
（1）AD7~AD0（双向。
三态）
为低8位地址／数据的复用引脚线。
采用分时的多路转换方法来实现对地址线和数据线的复用。
在总线坐骑的T1状态。
这些银线表示为这些银线用作株距总线。
可见对复用信号使用时间来加以划分的。
它要求在T1状态线出现低8位地址时，用地址锁存器加以锁存。
这样在随后的T状态，即使这些线用作数据线，而第8位地址线的地址在个体却被记录保存下来，并送到地址总线上。
在DMA方式时，这些银线被浮置为高阻状态。
（2）A15~A8（输出，三态）
为8位地址线。
在读写存储器或外设端口色中个总线周期内，都作为地址线输出高8位地址。
在DMA方式时，这些引线被浮置为高阻。
（3）A19/S6~A16/S3（输出。
为地址／状态服用引脚线，在总线周期的T1状态，这些线表示为最高4位的地址线，在总线周期的其他T状态，这些线用作提供状态信息，同样需要地址锁存器对T1状态出现的最高4位地址加以锁存。
状态信息S6总是为低电平，S5反映当前允许中断标志的状态。
S4与S3一起指示当前那一个段寄存器被使用。
（4）RD（输出，三态）
读信号，当其有效时表示正在对存储器或I／O端口进行读操作。
若IO／M为低电平，表示读取存储器的数据，若IO／M为高电平，表示读取I／O端口的数据。
（5）READY（输入）
为准备就绪信号。
低电平有效。
本信号由等待指令WAIT来检查。
我们知道当CPU执行WAIT指令时，CPU处于等待状态，一旦检测到TEST号为低，则结束等待状态，继续执行WAIT指令下面的指令。
（6）TEST（输入）
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