大学毕设论文基于8086的步进电机控制论文课程设计.docx
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大学毕设论文基于8086的步进电机控制论文课程设计
西安电子科技大学
《微型计算机原理》课程设计
题目基于8086的步进电机控制
学生姓名
专业班级11级计嵌班
学号201
院（系）信息工程学院
指导教师
完成时间年月日
目录
1课程设计的目的………………………………………………………………1
2课程设计的任务与要求……………………………………………………1
3引言………………………………………………………………………………1
4设计方案与论证………………………………………………………………2
5设计内容及功能说明………………………………………………………………3
5.1励磁线圈及其励磁顺序………………………………………………3
5.2工作原理…………………………………………………………………4
5.38086CPU…………………………………………………………………5
5.48255工作方式选择……………………………………………………6
5.5ULN2003A…………………………………………………………………6
5.674LS273……………………………………………………………………………7
5.774LS138……………………………………………………………………………7
6单元电路的设计（计算与说明）………………………………………7
7硬件的制作与调试…………………………………………………………10
8总结……………………………………………………………………………12
参考文献…………………………………………………………………………13
附录1：
总体电路原理图…………………………………………………14
附录2：
元器件清单………………………………………………………14
附录3：
源程序代码………………………………………………………15
1课程设计的目的
培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力的重要教学环节。
要求学生熟悉和掌握微机系统的软件、硬件设计的方法、设计步骤，使学生得到微机开发应用方面的初步训练。
让学生独立或集体讨论设计题目的总体设计方案、编程、软件硬件调试、编写设计报告等问题，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力，实现由学习知识到应用知识的初步过渡。
通过本次课程设计使学生熟练掌握微机系统与接口扩展电路的设计方法，了解步进电机控制的基本原理，掌握控制步进电机转动的编程方法，进一步熟练掌握8255A并行I/O口的工作方式以及编程方法，熟练应用8086以及汇编语言编写应用程序和实际设计中的硬软件调试方法和步骤，熟悉微机系统的硬软件开发工具的使用方法。
体会系统整体设计的流程与方法，为以后系统级设计积累经验。
培养学生在实际的工程设计中查阅资料，撰写设计报告表达设计思想和结果的能力。
2课程设计的任务与要求
01.通过开关K1实现步进电机的开始与停止；
02.通过开关K2来选择步进电机的正转与反转；
03.通过开关K3,K4组成（2-4译码）四档电机转速选择；
04.对每只开关的选择情况同时通过4位8段数码管来显示；
05.扩展设计：
可以在以上功能基础上，增加控制步进电机单步转动的开关；增加控制电机加速转动的开关；增加控制电机减速的开关。
3引言
步进电机的原理是基于最基本的电磁铁作用，其模型起源于1830年之1860年，1870年后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为是最初的步进电机，此后步进电机被广泛使用[1]。
步进电机是将脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制源步进电机件。
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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按固定的方向旋转一定的角度，称为：
“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，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角速度和加速度，从而达到调速的目的[2]。
步进电机不需位移传感器就可精确定位，所以在精确定位系统中应用广泛。
目前，计算机外围设备，打字机，数控机床，传真机等设备，都使用了步进电机。
随着电子计算机技术的发展，步进电机必将发挥它的控制方便，准确控制的特点，在工业控制的领域取得广泛的应用。
4设计方案与论证
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.
根据课题要求，用8086处理器和可编程并行接口芯片8255组成控制系统，控制步进电机正转、反转以及转速控制，步进电机不能直接由8255驱动，而需要用相应的驱动芯片，因此，控制系统直接控制电机驱动即可控制步进电机。
转向分别用逆时针转动片段转速和顺时针转动片段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，步进电机转速快。
设计流程图如下：
图4-1总体设计流程图
本步进电机控制系统通过四个键盘来控制步进电机的正转、反转、启动和停止以及转速，步进电机旋转的角度取决于键盘接通时间长短，接通时间越长，旋转角度越大，其功能表如表4—1所示。
表4-1键盘功能表
键盘状态
电机动作
K1接通
电机启动
K1断开
电机停止
K2接通
电机顺时针旋转
K2断开
电机逆时针旋转
K3接通
电机2档转速
K4接通
电机4档转速
K3、K4接通
电机3档转速
5设计原理及功能说明
在该步进电机控制系统中，需要接收键盘信息并识别，然后将数据传送给步进电机使步进电机旋转，采用8086CPU和8255接口芯片是可行的[3]，系统框图如图5-1所示
图5-1系统方框图
5.1励磁线圈及其励磁顺序
1
2
3
4
5
6
7
8
5
+
+
+
+
+
+
+
+
4
-
-
-
3
-
-
-
2
-
-
-
1
-
-
-
图5-2励磁线圈图
表5-3励磁顺序表
5.2工作原理：
4相步进电机示意图
四相步进电机示意图见下左图，转子由一个永久磁铁构成，定子分别由4组绕组构成
图5-4电机定子和转子示意图图5-5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：
图5-6电机旋转模拟图
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，周而复始的循环，则电机就逆时针旋转，原理同理。
图5-78255A向步进电机发出的控制脉冲
5.38086CPU：
现将8086的引脚图和各引脚功能列出如下[4]：
8086CPU的40条引脚信号可按功能分可分为四类，它们是：
地址总线，数据总线，控制总线，其它（时钟与电源）。
在最小模式下各引脚功能（MN/MX接＋5V）：
①AD15～AD0，地址/数据总线
②A19/S6～A16/S3，地址/状态总线
③BHE/S7，高8位数据允许/状态线
④MN/MX，最小/最大模式控制信号，输入
⑤RD，读信号
⑥WR，写信号
⑦M/IO，存储器/输入输出控制信号
⑧ALE，地址锁存允许信号
⑨READY（Ready），准备就绪信号
⑩INTR，可屏蔽中断请求信号
⑪INTA，中断响应信号
⑫NMI，非屏蔽中断请求信号
⑬RESET，系统复位信号
⑭DEN，数据允许信号
⑮DT/R，数据发送/接收控制信号
⑯HOLD，总线保持请求信号输入
⑰HLDA，总线保持响应信号
⑱TEST，测试信号
⑲CLK，时钟输入信号
⑳VCC（+5V），GND
5.48255工作方式选择：
8255有三个数据端口（A口、B口、C口），8255有三种基本的工作方式，分别为：
方式一（基本输入/输出方式），方式二（选通输入/输出方式），方式三（双向总线I/O方式）。
其中A口可选择三种方式中的任意一种，B口只能选择方式0或方式1，C口常用作两个4为端口，若工作于方式0，其高四位工作方式与A端口一致，低四位与工作方式与端口B一致；若工作于其余两种方式，端口的部分信号作为A口和B口的控制联络信号。
5.5ULN2003A：
ULN2003A是高压大电流达林顿晶体管阵列，由功率电路来扩展输出电流以满足被控元件的电流，电压[5]。
具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。
ULN2003A芯片主要用于如下领域：
伺服电机，步进电机，电磁阀，可控照明灯。
5.674LS273：
74LS273是一种带清除功能的8D触发器，1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8位地址锁存器。
5.774LS138：
74LS138为3线-8线译码器。
引出端口号：
B、C译码地址输入端
G1选通端
/（G2A）、/（G2B）选通端（低电平有效）
Y0~Y7译码输出端（低电平有效）
6单元电路的设计（计算与说明）
本电路采用8086CPU来控制，8086是16位CPU，采用高性能的N沟道、耗尽型负载的硅栅工艺制造
8086拥有四个16位的通用寄存器，也能够当作八个8位寄存器来存取，以及四个16位索引寄存器。
资料寄存器通常由指令隐含地使用，针对暂存值需要复杂的寄存器配置。
它提供64K8位元的输出输入，以及固定的向量中断。
大部分的指令只能够存取一个内存位址，所以其中一个操作数必须是一个寄存器。
运算结果会储存在操作数中的一个。
8086有四个内存区段寄存器，可以从索引寄存器来设定。
区段寄存器可以让CPU利用特殊的方式存取1MB内存。
8086把段地址左移4位然后把它加上偏移地址。
8086的寻址方式改变让内存扩充较有效率。
8086处理器的时钟频率介于4.77MHz和10MHz之间。
以8086CPU构成的微型计算机系统，有最小模式和最大模式两种配置。
最小模式是单机系统，系统中所需要的控制信号全部由8086CPU本身提供；最大模式可以构成多处理机系统，系统中所需要的控制信号由总线控制器8288提供。
CPU工作模式的选择是由硬件决定的，当CPU的管脚接高电平时，构成最小模式；当接低电平的时候，构成最大模式。
因为步进电机控制系统是一个单处理机系统，因而接高电平，构成最小模式。
8086通过16根数据总线来实现与8255的通信，高八位通过74HC373锁存器控制8255的四个端口，低八位与8255进行数据交换[6]。
8255四个端口的地址见表2.2.1所示
表6-18255各端口地址分配
8255端口
端口地址
A端口
IOY0+00H*4
B端口
IOY0+01H*4
C端口
IOY0+02H*4
控制端口
IOY0+03H
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