微型计算机步进电机远程控制系统设计资料Word格式.docx

1、 （5） 计算机定时/计数系统（包括管理软件及控制应用软件） 的设计、编程与调试的能力；（6） 计算机中断系统的应用设计、调试的能力；（7） 计算机并行、串行通信的设计和调试的能力1.3 设计方法和步骤（1） 设计方法对于硬件电路，我们小组主要通过微机实验指导书里面的步进电机原理图来构建电路。然后结合软件设计中各个端口的使用情况来调整端口的使用问题。在硬件连接的过程中，我们对于有些集成芯片的引脚接入接出情况不是很了解，借助学校为我们提供的网络条件，搜索有用的信息来帮助我们正确的连接硬件。软件的编写，主要利用MFID 实验平台上的步进电机控制C语言、汇编程序和查询方式全双工串行通信接口程序来修改

2、，并且进一步的编写。其中，在编写程序的过程中，我们的随时的考虑到硬件芯片上端口的高低电位的控制，否则会严重影响步进电机的远程和本地的通信、控制。（2）研究步骤 硬件的连接步骤：根据原理图来选定所需的硬件元器件，以及足够的连接导线。 熟悉各个元器件的电气特性和内部结构特征 对我们所使用的面包板的接线原理有一个清晰的认识，为我们 硬件的接线起一个必要的铺垫。 接线并合理的布局，使得我们所接的线路清晰、明了，调试硬件电路，检查错误并分析解决。 软件的设计步骤 分析整个课程设计的实验要求，即需求分析。 把步进电机的远程控制分为两个模块：电机的本地控制和远程控制，分别来编写。 依据具体的需求和实际的芯片

3、特征，合适的调用8255和8251的A、B、C口的端口地址，以及其他的系统函数和自己编写的函数。 编写本地的电机控制程序，并与接好的硬件一起 。 编写远程的控制程序。主要通过全双工查询方式串行通信程序的基本原理来具体地编写，这是这个程序设计的一个难点和重点。 组合两个模块的程序，设置适当的符号信息来远程控制电机的运行。并结合硬件电路调试和修改。 调试成功后，为所编写的代码书写适当的注释，以便程序的修改和易懂性。 验收，书写实验报告和文档。2. 需求分析2.1 系统设计目标 通过步进电机远程控制系统设与制作，深入了解与掌握利用RS-232或RS-485串行通信标准进行远程传送的原理和方法。2.2

4、 系统设计要求 甲机通过RS-232或RS-485接口远距离控制乙机一侧步进电机的起/停。 甲机通过RS-232或RS-485接口远距离控制乙机一侧步进电机的方向。 甲机通过RS-232或RS-485接口远距离控制乙机一侧步进电机的起/位、方向，并采用对话框选择控制项目。2.3 系统设计内容 进行步进电机远程控制系统电路硬件设计，画出电路原理图，PCB图或元器件布线图； 安装或焊接元器件； 进行步进电机远程控制程序设计； 系统联调，提交一个符合控制程序上述2种要求的通信程序作品3.设计环境3.1 课程设计平台 PC兼容机 Windows 2000 MFID多功能微机实验平台 MF2KI集成开发

5、环境 面包板 硬件元器件3.2 系统平台配置 电源：机内供电。 I/O端口地址：8255的4个端口地址为300H303H。其中A口300H，B口301H，C口302H，命令口303H。DIP4开关的4位开关全部向上置为ON； 电缆线与插座：采用26芯扁平电缆与J5；元器件：包括接口的对象永磁式四相步进电机，驱动电路达林顿管TIP122，保护电路74LS373，相序指示灯以及开关SW1和SW2等； 步进电机模块上的开关SW1和SW2的功能：配置为用来控制步进电机的运行方向、速度和启动/停止； 软件资源：MF软件提供的用户应用程序集成开发环境和工具，有Windows2000和98两个版本，两个版本

6、都包含了丰富的汇编语言和C语言程序软件开发包。4. 概要设计 4.1 硬件设计4.1.1 步进电机控制电路（1）依据原理图，连接硬件电路（2）将MFID平台用26针接口把步进电机硬件电路连接。4.1.2 远程控制电路的连接（1）8255A芯片与8251A芯片连接。（2）利用RS-232标准串行通信接口连接硬件平台，实现并口与串口的转换。4.2 软件设计4.2.1 步进电机本地控制设计 （1）能够在本地通过SW1/SW2控制步进电机的启动/停止； （2）当接收到远程发送来的控制信息，控制电机的不同方式的运转。4.2.2 步进电机远程设计 （1）当本地按下SW1/SW2时，依旧可以能够识别并控制电

7、机； （2）发送控制信息，以串行通信的方式控制电机。4.2.3 硬件电路原理图步进电机本地控制原理图，如图4-1所示：图4-1步进电机本地控制原理图 步进电机远程控制系统原理图，如图4-2所示。图4-2步进电机远程控制系统原理图5. 详细设计5.1 步进电机的控制原理步进电机是将脉冲信号转换成角位移的一种机电式数模转换器。步进电机旋转的角位移与输入脉冲的个数成正比；步进电机的转速与输入脉冲的频率成正比；步进电机的转动方向与输入脉冲对绕组加电的顺序有关。因此，步进电机旋转的角位移、转速以及方向均受输入脉冲的控制。5.2 硬件设计5.2.1步进电机控制电路设计步进电机接口的硬件部分主要是提供输送相

8、序代码的并行接口数据线（8根），以及保护电机绕组的器件，所以接口电路以8255A为主芯片（8255A的介绍详见前面音乐发生器中的介绍），将PA口作为数据口，传送加电代码，再加上锁存器74LS373作绕组保护，74LS73芯片的引脚分配如图5-1所示，功能对应表如表5-1所示，功能表中当G为高时，Q输出将随数据D输入而变；当G为低时，Q输出将锁存已建立的数据电平。另外，还有功率驱动管TIP122（如图5-2），以及二极管（用作保护TIP驱动管）、按键开关SW等。很明显，这里并没有什么联络线。这是因为此处的被控对象步进电机总是处于准备好接收8255A传来的数据（相序加电代码）的，不需要查询是否准备

9、好，即无条件传送。表5-174LS373功能表5.2.2 步进电机的控制与串行通信原理RS-232标准串行通信接口电路以8251为核心，8253提供发/收时钟，8255控制8253的Gate门。另外，还有MAX232作电平转换，MAX491作RS-232 与RS-485的转换，JP31作中断申请开关等。因此，该接口电路可实现两种借口标准和查询/中断两种方式的串行通信。5.2.3 步进电机的启/停以及速度控制设置开关为了控制步进电机的启/停和运行方向，通常采用设置硬件开关或软件开关的方法。所谓硬开关方法，一般是在外部设置按键开关SW，并且约定当某个开关SW按下时启动运行或停止运行，而另外一个SW

10、开关的开启可用来控制步进电机的运行速度。为此，需要在程序中将开关SW的状态读入，以便检测SW是否按下。所谓软开关方法，就是利用系统的键盘，定义某一个键，当该键按下时，启动或停止运行。为此，在程序中要利用DOS系统功能调用来检测键盘输入。本次毕业设计中使用的使硬开关的方法。设置了SW1和SW2两个硬开关，分别连接到8255A的PC0和PC1，分别用以控制步进电机的启/停和方向控制。设计完成的具体步进电机完整远程控制功能原理图，如图5-3所示。图5-3步进电机远程控制功能原理图5.2.4 实验电路的搭建实验原理图设计好了以后，在面包板上搭建步进电机驱动模块的电路，并使用26芯的扁平电缆线，将面包板

11、与平台上的并行接口插座J5连接起来。搭建步骤参照前面音乐发生器电路模块的步骤。5.2.5 步进电机的控制程序设计控制程序的设计思想实现步进电机运行方式、方向和速度以及启/停的控制，是接口软件设计的主要任务。为此，在编写程序之前，要建立一个相序表。相序表的建立应根据步进电机运行方式的要求。 运行方式与方向的控制循环查表法步进电机的运行方式是指各相绕组循环轮流通电的方式。如四相步进电机有单四拍、双四拍、单双八拍和双八拍几种方式。为了实现对各绕组按一定方式轮流加电，需要一个脉冲循环分配器。循环分配器可用硬件电路来实现，也可用软件来实现。采用软件来设计脉冲循环分配器，又有两种方法：控制字法和循环查表法

12、。下面仅对普遍使用的循环查表法作一介绍。循环查表法是将各相绕组加电顺序的控制代码制成一张表步进电机相序表，存放在内存区，再设置一个地址指针。当地址指针依次加1（或减1）时，即可从表中取出加电的代码，然后输出到步进电机，产生按一定运行方式的走步操作。若改变相序表内的加电代码和地址指针的指向，则可改变步进电机的运行方式和方向。相序表的建立，要考虑两个因素：一是应根据步进电机运行方式的要求；二是步进电机的各项绕组与数据线连接的对应关系。这意味着相序表中的加电代码，与步进电机的运行方式及绕组与数据线的连接有关。因此，实现同一种运行方式，而由于绕组与数据线的连接不同，可以有多种相序加电代码。表5-2列出了四相双八拍运行方式的一种相序加电代码。当然，运行方式发生改变，加电代码也会改变。步进电机的运行方向是采用设置相序表的指针进行控制的。如表5-2所示，如果把指针设在指向400H单元开始，依次加1，取出加电代码去控制步进电机的运行方向叫做正（向前）方向，那么，再把指针改设在指向407H单元开始，依次减1的方向就是反（向后）方向。另外，表5-2中的地址单元是随便给定的，在程序中是定义一个变量，来指出相序表的首址。总之，对步进电机运行方式的控制是采用建立相序表的方法，而运行方向的控制是设置相序表的指针来解决。 步进电机运行速度的控制软件延时法控制步进电机速度有两个途径：一是硬件改