步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上成績 課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目 步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課 程 名 稱 微機(jī)原理及應(yīng)用 院 部 名 稱 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn) 工科樓 C304 課程設(shè)計(jì)學(xué)時(shí) 20 指 導(dǎo) 教 師 金陵科技學(xué)院教務(wù)處制摘 要步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)過程控制及儀表中的主要控制元件之一。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，由于它可以直接接受計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號，而不需要進(jìn)行數(shù)/模/轉(zhuǎn)換，用起來非常方便。此次微機(jī)原理的課程設(shè)計(jì)，是對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和微處理器以及匯編語言、外圍芯片的研究學(xué)習(xí)。本設(shè)計(jì)就是基于8086CPU的微機(jī)控制，利用匯編語言、74273、

2、74LS244芯片、ULN2003A驅(qū)動等綜合應(yīng)用實(shí)例，連接上硬件驅(qū)動電機(jī)電路，通過對按鍵輸入信號的檢測實(shí)施對步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。 關(guān)鍵詞：8086CPU；正反轉(zhuǎn)；步進(jìn)電機(jī)目 錄摘要一、概述1.1 課程設(shè)計(jì)的目的 1.2 課程設(shè)計(jì)的要求二、總體設(shè)計(jì)方案及說明2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.2 系統(tǒng)工作框圖三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 8086微處理器的簡介3.2 74273和74LS244芯片的簡介3.3 ULN2003A的簡介3.4 步進(jìn)電機(jī)的工作原理3.5 微型處理器最小控制模塊3.6按鍵輸入模塊3.7驅(qū)動電動機(jī)模塊3.8系統(tǒng)電路原理圖四、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 4.1 系統(tǒng)流程圖 4.2 系統(tǒng)軟

3、件源程序五、課程設(shè)計(jì)體會 5.1 系統(tǒng)調(diào)試 5.2 問題分析與解決方案 5.3 心得體會六 、參考文獻(xiàn)附錄：原理圖一、概述1.1 課程設(shè)計(jì)的目的通過本課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟，掌握系統(tǒng)總體控制方案的設(shè)計(jì)方法。使學(xué)生進(jìn)一步掌握微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬、軟件開發(fā)方法，輸入/輸出(I/O)接口技術(shù)，應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)，并能結(jié)合專業(yè)設(shè)計(jì)簡單實(shí)用的微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。針對課堂重點(diǎn)講授內(nèi)容使學(xué)生加深對微型計(jì)算機(jī)硬件原理的理解及提高匯編語言程序設(shè)計(jì)的能力，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)搭建了微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用平臺，提高學(xué)生的開發(fā)創(chuàng)新能力。1.2 課程設(shè)計(jì)的要求步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)

4、控制系統(tǒng),要求：1）系統(tǒng)功能：點(diǎn)動SW1按鍵控制步進(jìn)電動機(jī)正轉(zhuǎn)，點(diǎn)動SW2按鍵控制步進(jìn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)，點(diǎn)動SW3按鍵控制步進(jìn)電動機(jī)停止，在進(jìn)行相應(yīng)操作時(shí)，對應(yīng)LED將被點(diǎn)亮。按下SW4按鍵使步進(jìn)電機(jī)在所設(shè)定的一級速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，按下SW5使步進(jìn)電機(jī)在所設(shè)定的二級速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，按下SW6使步進(jìn)電機(jī)在設(shè)定的三級速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，按下SW7使步進(jìn)電機(jī)在滿轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)；2）給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，畫出硬件連線圖，并說明工作原理；3）畫出程序框圖并編寫程序；4）軟硬件聯(lián)調(diào)，完成系統(tǒng)工作調(diào)試；在以上工作基礎(chǔ)上完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告，包括設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，總體方案說明，電路原理圖與說明，軟件流程圖和源程序清單，問題分析與解決方案，結(jié)論與體

5、會，參考資料等。二、總體設(shè)計(jì)方案與說明2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)是用Proteus軟件對步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)電路的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件部分用匯編語言編好的源程序?qū)⑵鋵?dǎo)入8086微處理器中，對整個(gè)電路進(jìn)行運(yùn)作控制。本設(shè)計(jì)是基于8086形成的最小微處理器的控制系統(tǒng)，由它對按鍵的輸入信號進(jìn)行檢測，如果按的是停止鍵則電動機(jī)不轉(zhuǎn)動，如果檢測到正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，則給步進(jìn)電動機(jī)一個(gè)循環(huán)有規(guī)律的脈沖，如果步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向變化即控制電機(jī)輸入的脈沖順序即可改變轉(zhuǎn)動方向。74273鎖存器和ULN2003A驅(qū)動模塊的控制，鎖存器74273的進(jìn)一步輸出對74154譯碼器的輸出進(jìn)行控制。外接的按鍵模塊輸入的信息反饋到8

6、086微處理器中，最終8086微處理器控制通過控制ULN2003A反向器電路的輸入，進(jìn)而控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。該設(shè)計(jì)的驅(qū)動電路是由ULN2003A芯片驅(qū)動電動機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的，在驅(qū)動負(fù)載的時(shí)候，電流是由電源通過負(fù)載灌入U(xiǎn)LN2003A的。2.2 系統(tǒng)工作框圖：片選信號2片選信號18086CPU總線驅(qū)動器數(shù)據(jù)鎖存器地址鎖存器顯示電路按鍵模塊電機(jī)驅(qū)動電路地址譯碼步進(jìn)電機(jī)三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 8086微處理器的簡介Intel 8086是一個(gè)由Intel于1978年所設(shè)計(jì)的16位芯片，是x86架構(gòu)的鼻祖。不久，Intel 8088就推出了，擁有一個(gè)外部的8位，允許便宜的芯片用途。它是以8080和80

7、85的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，擁有類似的，但是擴(kuò)充為16位?？偩€界面單元透過6字節(jié)預(yù)存的隊(duì)列喂指令給執(zhí)行單元，所以取指令和執(zhí)行是同步的，8086 CPU有20條，可1MB的，每一個(gè)可以存放一個(gè)字節(jié)（8位）二進(jìn)制信息。 8086微處理器結(jié)構(gòu)包括總線接口單元(BIU)和執(zhí)行單元 (EU)還有BIU和EU的管理。由下列各部分組成： 4個(gè)段： CS16位的代碼； DS16位的數(shù)據(jù)； ES16位的擴(kuò)展； SS16位的堆棧； 16位的指令指針寄存器IP； 20位的地址； 6字節(jié)的。執(zhí)行部件由下列幾個(gè)部分組成： 8個(gè)：即AX、BX、CX、DX,BP,SP,SI,DI ； 其中，4個(gè)：AX、BX、CX、DX； 2個(gè)地址指

8、針：BP,SP； 2個(gè)變址寄存器：SI,DI； FR； ALU。 8086的引腳：8086有40個(gè)個(gè)引腳，采用雙列直8086有40插式封裝，引腳信號的分布如圖3所示。8086引腳信號分為三類，即基本引腳信號、最小工作模式信號和最大工作模式信號?；疽_信號 AD15 AD0：地址/數(shù)據(jù)分共用引腳。在總線周期T1狀態(tài)傳送地址，T2T4狀態(tài)傳送數(shù)據(jù)。8086與主存連接時(shí)低8位數(shù)據(jù)線接存儲器偶地址單元，高8位數(shù)據(jù)線接奇地址單元，由AD0和BHE組合選擇。A19/S6A16/S3：地址/狀態(tài)分時(shí)共用引腳?？偩€周期T1時(shí)輸出高4位地址A19A16，T2T4時(shí)作為狀態(tài)標(biāo)志。其中S6為0時(shí)，表示AD15 A

9、D0作為數(shù)據(jù)線。BHE/S7：T1時(shí)為高8位數(shù)據(jù)允許 BHE；其余時(shí)間作為狀態(tài)信號S7，但S7未定義。RD：讀命令，輸出，T2開始低電平有效，啟動一次讀操作。CLK：時(shí)鐘信號，輸入，占空比為1:3。RESET：輸入，高電平有效，需保持4個(gè)時(shí)鐘周期。復(fù)位后CPU結(jié)束當(dāng)前操作，IP、DS、SS、ES和指令隊(duì)列清0，CS置為FFFFH。CPU從FFFF0H單元開始執(zhí)行程序。READY：準(zhǔn)備好，輸入，高電平有效，表示主存/外設(shè)準(zhǔn)備就緒，即可讀/寫數(shù)據(jù)。若READY為低電平，需在T3之后插入TW。最小工作模式引腳信號M/IO：存儲器I/O選擇，輸出，高電平，讀/寫存儲器，低電平，讀/寫I/O設(shè)備。808

10、8與之相反。WR ：寫命令，輸出，T2開始低電平有效，啟動一次寫操作。3.2 74154和74LS244芯片介紹74154譯碼器這種單片4 線16 線譯碼器非常適合用于。當(dāng)兩個(gè)選通輸入G1 和G2 為低時(shí), 它可將4 個(gè)二進(jìn)制編碼的輸入譯成16 個(gè)互相獨(dú)立的輸出之一。實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能的辦法是：用4 個(gè)輸入線寫出輸出線的地址，使得在一個(gè)選通輸入為低時(shí)數(shù)據(jù)通過另一個(gè)選通輸入。當(dāng)任何一個(gè)選通輸入是高時(shí)，所有輸出都為高。74LS244緩沖器74LS244為3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅(qū)動器。74LS244沒有鎖存的功能。就是一個(gè)，它根據(jù)的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來。8086/8088數(shù)據(jù)和采用操作方法

11、，即用同一總線既傳輸數(shù)據(jù)又傳輸?shù)刂?。它主要用于三態(tài)輸出，作為地址、時(shí)鐘驅(qū)動器、總線驅(qū)動器和定向發(fā)送器等。引腳圖： 1A11A42A12A4 輸入端；/1G /2G 三態(tài)允許端(低電平有效)1Y11Y42Y12Y4 輸出端3.3 ULN2003A的簡介ULN2003A是一個(gè)7路反向器電路，它的輸出結(jié)構(gòu)是集電極開路的，所以要在輸出端接一個(gè)上拉電阻，在輸入低電平的時(shí)候輸出才是高電平。在驅(qū)動負(fù)載的時(shí)候，電流是由電源通過負(fù)載灌入U(xiǎn)LN2003A的。ULN的引腳圖：特點(diǎn)：高電壓輸出50V ；輸出鉗位二極管；輸入兼容各種類型的邏輯電路；應(yīng)用繼電器驅(qū)動器3.4 步進(jìn)電機(jī)電動機(jī)（Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成的一

12、種設(shè)備。它是利用通電線圈（也就是定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動機(jī)按使用電源不同分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)，中的電動機(jī)大部分是交流，可以是或者是異步電機(jī)（電機(jī)磁場轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。電動機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線在磁場中受力運(yùn)動的方向跟方向和磁感線（磁場方向）方向有關(guān)。電動機(jī)工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。在本設(shè)計(jì)中，我們使用單雙八拍運(yùn)行方式的步進(jìn)電機(jī)，即控制正轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)繞組的通電順序?yàn)椋篈DDDCCCBBBAA；反轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)繞組的通電順序?yàn)?AABBBCCCDDDA。其工作原理示意圖如下：開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、S

13、C、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。3.5微處理器最小控制模塊在本設(shè)計(jì)中該微處理器最小控制模塊電路由8086微處理器、三個(gè)74273八D觸發(fā)器、以及74154譯碼器等組成。8086有20位地址線，其中高4位A

14、19-A16與狀態(tài)線S6-S3分時(shí)復(fù)用，低16位AD15-AD0與數(shù)據(jù)線分時(shí)復(fù)用。該模塊用74273對A0A19和BHE對應(yīng)的21個(gè)端口進(jìn)行數(shù)據(jù)的鎖存。與外部硬件電路的連接的I/O部分由4線-16線譯碼器74154組成，用來分配I/O硬件地址。3.6按鍵輸入模塊在本設(shè)計(jì)中該模塊電路由按鍵SW1SW3經(jīng)過排阻與74LS244三態(tài)8位緩沖器連接，并由74LS244將信號通過地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線AD0-AD3四個(gè)端口輸入給8086微處理器中。由8086對信號進(jìn)行分析確定是正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的哪一種輸入狀態(tài)，最終確定電機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)。 3.7驅(qū)動電動機(jī)控制模塊在本設(shè)計(jì)中該模塊電路是由驅(qū)動芯片ULN2003A

15、驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動的，步進(jìn)電機(jī)脈沖信號由8086芯片發(fā)出，由數(shù)據(jù)線AD0-AD7經(jīng)過鎖存器74273傳送到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動芯片，再由驅(qū)動芯片輸出的數(shù)據(jù)信號帶動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。反應(yīng)電動機(jī)運(yùn)動狀態(tài)的三個(gè)LED顯示燈是由74273鎖存器的三個(gè)端口直接驅(qū)動的。3.8系統(tǒng)電路原理圖四 、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)流程圖SI=SI+1電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動停止鍵是否按下SI<8反轉(zhuǎn)鍵是否按下正轉(zhuǎn)鍵是否按下停止鍵是否按下SI=SI+1SI<8開始電動機(jī)初始化讀出開關(guān)的輸入狀態(tài)正轉(zhuǎn)鍵是否按下電動機(jī)正轉(zhuǎn)MOV SI,0延時(shí)MOV SI,0電動機(jī)反轉(zhuǎn)延時(shí)反轉(zhuǎn)鍵是否按下是 否否 是是 是否 否是 否是 否 是否 是否4

16、.2系統(tǒng)軟件源程序：.MODEL SMALL.8086.STACK.CODE.STARTUP MOV DX,0200H MOV AL,0B3H OUT DX,AL 電動機(jī)停止，停轉(zhuǎn)指示燈亮AGAIN: MOV DX,0400H IN AL,DX 讀入開關(guān)狀態(tài)TEST AL,01H JZ CLOCKWISE 電動機(jī)正轉(zhuǎn)TEST AL,02HJZ UNCLOCKWISE 電動機(jī)反轉(zhuǎn)JMP AGAINCLOCKWISE: MOV SI,0 電動機(jī)正轉(zhuǎn)開始LOP0: MOV DX,0200H MOV AL,FFWSIOUT DX,ALCALL DELAYMOV DX,0400HIN AL,DXTEST

17、 AL,02H 檢測反轉(zhuǎn)按鍵是否按下JZ UNCLOCKWISETEST AL,04H 檢測停止按鍵是否按下JZ STOPINC SICMP SI,8JB LOP0 繼續(xù)正轉(zhuǎn)循環(huán)JMP CLOCKWISEUNCLOCKWISE:MOV SI,0 電動機(jī)反轉(zhuǎn)開始LOP1: MOV DX,0200HMOV AL,REVSIOUT DX,ALCALL DELAYMOV DX,0400HIN AL,DXTEST AL,01H 檢測正轉(zhuǎn)按鍵是否按下JZ CLOCKWISETEST AL,04H 檢測停止按鍵是否按下JZ STOPINC SICMP SI,8JB LOP1 繼續(xù)反轉(zhuǎn)循環(huán)JMP UNCLOC

18、KWISESTOP: MOV DX,0200H MOV AL,0B3H OUT DX,AL 電動機(jī)停止，停轉(zhuǎn)指示燈亮JMP AGAINDELAY PROC NEARPUSH BXPUSH CXMOV BX,25DEL1: MOV CX,295DEL2: LOOP DEL2DEC BXJNZ DEL1POP CXPOP BXRETDELAY ENDP.DATAFFW DB 069H,068H,06CH,064H,066H,062H,063H,061H 單雙八拍 正轉(zhuǎn)REV DB 051H,053H,052H,056H,054H,05CH,058H,059H 單雙八拍 反轉(zhuǎn)END五 、課程設(shè)計(jì)體會5.1 系統(tǒng)的調(diào)試 按下停止按鈕時(shí)，停轉(zhuǎn)指示燈亮，步進(jìn)電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。運(yùn)行結(jié)果如圖所示 按下正轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，正轉(zhuǎn)指示燈亮，步進(jìn)電動機(jī)開始正轉(zhuǎn)。運(yùn)行結(jié)果如圖所示按下反轉(zhuǎn)按鈕，反轉(zhuǎn)指示燈亮，步進(jìn)電動機(jī)開始反轉(zhuǎn)，運(yùn)行結(jié)果如圖所示5.2 問題分析與解決方案該課程設(shè)計(jì)運(yùn)用的是無條件傳送控制方式，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，即CPU與外接口交換信息。在運(yùn)行調(diào)試過程中8086處理器起到主控制作用，1、當(dāng)把運(yùn)行程序加載到8086微處理器模塊中運(yùn)行時(shí)，如果三個(gè)指示燈全部亮?xí)r，可能是輸入運(yùn)行程序的問題或者是Protues軟件的版本問題升級一下就好了。2、從正轉(zhuǎn)變換到反轉(zhuǎn)