課程設(shè)計---基于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速實時控制

1、<p>　　基于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速實時控制</p><p>　　摘要：本設(shè)計采用電壓為DC12V的四相八拍步進(jìn)電機(jī)35BYJ46型電機(jī)，用ULN2003作為步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路主芯片，以8255A作為8086并行輸出接口，8086對步進(jìn)電機(jī)的控制信號則通過8255A送到ULN2003。關(guān)于轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速，通過查表的方式實現(xiàn)，以逐次遞增方向查表，依次輸出表中數(shù)據(jù)，則步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；以逐次遞減方向查表，則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，即

2、通過一個表實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速則通過調(diào)用延時子程序，當(dāng)調(diào)用延時較長的子程序時，則步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速慢，當(dāng)調(diào)用延時較短的子程序時，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī)；微機(jī)原理；實時控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 引言3</b></p&g

3、t;<p><b>　　1.1 背景3</b></p><p>　　1.2 選題的目的和意義3</p><p>　　1.3 本課程設(shè)計的主要內(nèi)容3</p><p>　　第2章 部件電機(jī)轉(zhuǎn)速實時控制4</p><p>　　2.1 設(shè)計方案4</p><p>　　2.2 硬件系

4、統(tǒng)基本原理4</p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)硬件子系統(tǒng)的構(gòu)成4</p><p>　　2.2.2 步進(jìn)電機(jī)工作原理以及與8255接口的關(guān)系5</p><p>　　2.2.3 工作原理5</p><p>　　2.3 軟件框圖及設(shè)計思想7</p><p>　　第3章 芯片使用10</p>&l

5、t;p>　　3.1 8255A簡介10</p><p>　　3.2 8255A的工作方式選擇10</p><p>　　3.4 74LS138譯碼芯片簡介11</p><p><b>　　第4章 總結(jié)12</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p>

6、<p>　　附錄 程序清單14</p><p><b>　　引言</b></p><p><b>　　1.1 背景</b></p><p>　　傳統(tǒng)電動機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用。當(dāng)傳統(tǒng)電動機(jī)的功能已不能滿足工廠自動化和辦公自動化等各種運動控制系統(tǒng)要求的時候，一系列

7、新的具備控制功能的電動機(jī)系統(tǒng)便誕生了。其中應(yīng)用十分廣泛的一類，便是步進(jìn)電動機(jī)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它能將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進(jìn)角）?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。預(yù)計未來步進(jìn)電機(jī)的研究將會繼續(xù)深入下去，

8、研究方向之一便是電機(jī)與驅(qū)動的一體化，從而達(dá)到減小體積、提高性能和性價比的目的。</p><p>　　1.2 選題的目的和意義</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)程控及儀表中的主要控制組件之一。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，由于它可以可以直接接受計算機(jī)來的數(shù)字元信號，不需要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，所以用起來更方便。步進(jìn)電機(jī)角位移與控制脈沖間的精確同步。若將角位移的改變轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性位移、位置、體積、流量等物理量的變化

9、，便可實現(xiàn)對它們的控制。</p><p>　　正因為步進(jìn)電機(jī)具有快速啟停，精確步進(jìn)以及能直接接收數(shù)字量等特點，所以使其在定位場合中得到了廣泛的應(yīng)用。特別在工業(yè)程控系統(tǒng)中，使用開環(huán)控制模式，微型計算機(jī)可以很容易控制步進(jìn)電機(jī)的位置和速度，而不用使用位移傳感器，所以應(yīng)用越來越廣泛。學(xué)會使用微型計算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)也就顯得很重有必要了。</p><p>　　1.3 本課程設(shè)計的主要內(nèi)容</p&

10、gt;<p>　?。?）通過步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與制作，深入了解與掌握步進(jìn)電機(jī)的運行方式、方向、速度、啟/停的控制。</p><p>　?。?）學(xué)習(xí)掌握一般的軟硬件的設(shè)計方法和查閱、運用數(shù)據(jù)的能力。</p><p>　　部件電機(jī)轉(zhuǎn)速實時控制</p><p><b>　　2.1 設(shè)計方案</b></p><p&g

11、t;　　本設(shè)計采用電壓為DC12V的四相八拍步進(jìn)電機(jī)35BYJ46型電機(jī)，用ULN2003作為步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路主芯片，以8255A作為8086并行輸出接口，8086對步進(jìn)電機(jī)的控制信號則通過8255A送到ULN2003。</p><p>　　關(guān)于轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速，通過查表的方式實現(xiàn)，以逐次遞增方向查表，依次輸出表中數(shù)據(jù)，則步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；以逐次遞減方向查表，則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，即通過一個表實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速則通

12、過調(diào)用延時子程序，當(dāng)調(diào)用延時較長的子程序時，則步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速慢，當(dāng)調(diào)用延時較短的子程序時，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快。</p><p>　　2.2 硬件系統(tǒng)基本原理</p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)硬件子系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　本設(shè)計采用的步進(jìn)電機(jī)為35BYJ46型四相八拍電機(jī)，電壓為DC12V，其勵磁線圈及其勵磁順序如圖2-1所示：</p><

13、p>　　圖2-1 勵磁線圈圖</p><p>　　2.2.2 步進(jìn)電機(jī)工作原理以及與8255接口的關(guān)系</p><p>　　圖2-2 步進(jìn)電機(jī)與8255連接圖</p><p>　　2.2.3 工作原理</p><p>　　4相步進(jìn)電機(jī)示意圖見圖2-3，轉(zhuǎn)子由一個永久磁鐵構(gòu)成，定子分別由4組繞組構(gòu)成。</p><p&g

14、t;　　圖2-3 電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子示意圖</p><p><b>　　2-4 控制電路圖</b></p><p>　　當(dāng)S1連通電源后，定子磁場將產(chǎn)生一個靠近轉(zhuǎn)子為N極，遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子為S極才磁場，這樣的定子磁場和轉(zhuǎn)子的固有磁場發(fā)生作用，轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)動，正確地S1、S4的送電次序，就能控制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向。</p><p>　　例如：若送電的順序為S1閉合

15、斷開S2閉合斷開S3閉合斷開S4閉合斷開，周而復(fù)始的循環(huán)，在定子和轉(zhuǎn)子共同作用下，電機(jī)就瞬時針旋轉(zhuǎn)，見圖2-5：</p><p>　　圖2-5 電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)示意圖</p><p>　　若送電的順序為S4閉合斷開S3閉合斷開S2閉合斷開S1閉合斷開，周而復(fù)始的循環(huán)，則電機(jī)就逆時針旋轉(zhuǎn)，原理同理，見圖2-5。</p><p>　　圖2-6 8255A向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出的控

16、制脈沖圖</p><p>　　2.3 軟件框圖及設(shè)計思想</p><p>　　據(jù)步進(jìn)電機(jī)的勵磁順序列寫控制步進(jìn)電機(jī)順序轉(zhuǎn)動的輸出的數(shù)據(jù)表 → 初始化8255A的工作方式 → 設(shè)定需要步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的步數(shù) → 順序依次逐個延時（調(diào)用延時函數(shù)1:延時較長，實現(xiàn)慢轉(zhuǎn)）輸出表中數(shù)據(jù) → 設(shè)定需要步進(jìn)電機(jī)快速轉(zhuǎn)過的步數(shù) → 順序依次逐個延時（調(diào)用延時函數(shù)2：延時較短，實現(xiàn)快轉(zhuǎn)）輸出表中數(shù)據(jù)

17、 → 設(shè)定需要反向轉(zhuǎn)過的步數(shù) → 逆序依次逐個延時（調(diào)用延時函數(shù)1，慢速）輸出表中數(shù)據(jù) → 設(shè)定需要步進(jìn)電機(jī)快速反向轉(zhuǎn)過的步數(shù) → 逆序依次逐個延時（調(diào)用延時函數(shù)2，快速）輸出表中數(shù)據(jù)。以此循環(huán)，則可實現(xiàn)讓步進(jìn)電機(jī)先低速正轉(zhuǎn)到高速正轉(zhuǎn)，再從高速正轉(zhuǎn)到低速反轉(zhuǎn)，再高速反轉(zhuǎn)，周而復(fù)始。</p><p>　　圖2-7 主程序框圖</p><p>　　圖2-8 延時函數(shù)程序框圖<

18、/p><p><b>　　芯片使用</b></p><p>　　3.1 8255A簡介</p><p>　　Intel 8086/8088 系列的可編程外設(shè)接口電路（Programmable Peripheral Interface)簡稱 PPI，型號為8255（改進(jìn)型為8255A及8255A-5），具有24條輸入/輸出引腳、可編程的通用并行輸入/

19、輸出接口電路。它是一片使用單一+5V電源的40腳雙列直插式大規(guī)模集成電路。8255A的通用性強，使用靈活，通過它CPU可直接與外設(shè)相連接。 </p><p>　　8255A在使用前要寫入一個方式控制字，選擇A、B、C三個埠各自的工作方式，共有三種; </p><p>　　方式0 ：基本的輸入輸出方式，即無須聯(lián)絡(luò)就可以直接進(jìn)行的 I/O方式。其中A、B、C口的高四位或低四位可分別設(shè)置成輸入或

20、輸出。 </p><p>　　方式1 ：選通I/O,此時接口和外圍設(shè)備需聯(lián)絡(luò)信號進(jìn)行協(xié)調(diào)，只有A口和B口可以工作在方式1，此時C口的某些線被規(guī)定為A口或B口與外圍設(shè)備的聯(lián)絡(luò)信號，余下的線只有基本的I/O功能，即只工作在方式0。 </p><p>　　方式2： 雙向I/O方式，只有A口可以工作在這種方式，該I/O線即可輸入又可輸出，此時C口有5條線被規(guī)定為A口和外圍設(shè)備的雙向聯(lián)絡(luò)線，C口剩下

21、的三條線可作為B口方式1的聯(lián)絡(luò)線，也可以和B口一起方式0的I/O線。 </p><p>　　8255A是一個并行輸入、輸出器件，具有24個可編程設(shè)置的I/O口，包括3組8位的I/O為PA口、PB口、PC口，又可分為2組12位的I/O口：A組包括A口及C口高4位，B組包括B口及C組的低4位。</p><p>　　3.2 8255A的工作方式選擇</p><p>　　圖

22、3-1 8255A工作方式控制字</p><p>　　3.4 74LS138譯碼芯片簡介</p><p>　　74LS138 為3 線－8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式。 其工作原理： 當(dāng)一個選通端（E3）為高電平，另兩個選通端（E1)和/(E2)）為低電平時，可將地址端（A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比

23、如：A0A1A2=011時，則Y6輸出端輸出低電平信號。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計，我更多的了解了步進(jìn)電動機(jī)的工作原理及接口電路原理，學(xué)會了用編程實現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)及加速的方法。通過匯編實現(xiàn)讓8086控制步進(jìn)電動機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、變速，鞏固了對步進(jìn)電動機(jī)的編程控制的理論基礎(chǔ)，并從中獲得了初步的應(yīng)用經(jīng)驗。在編程的過程中

24、，我鞏固了用匯編語言處理數(shù)據(jù)的能力，特別是對數(shù)表數(shù)據(jù)的靈活運用能力。在調(diào)試及試運行的過程中也遇到不少問題，最后都通過查閱更多資料解決了。</p><p>　　經(jīng)過這次設(shè)計，我看到了自己在知識積累上的不足，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持、耐心和努力，這將就我人生的重要財富。我覺得作為一名自動化專業(yè)的學(xué)生，計算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計有很重大意義的。更重要的是如何把自己平時所學(xué)的東西應(yīng)用到實際中。雖然自

25、己是初次接觸這門課程，很多基礎(chǔ)的東西都還沒有很好的掌握，覺得非常的陌生，但是在同學(xué)的幫助和講解下，漸漸對這門課逐漸產(chǎn)生了些許的興趣，自己開始主動學(xué)習(xí)并逐步從基礎(chǔ)慢慢開始弄懂它。對我來說這是個非常重大的收獲。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周明德. 微型計算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用（第四版）.北京：清華大學(xué)出版社，2002</p

26、><p>　　[2] 李順增，吳國東，趙河明，喬志偉. 微機(jī)原理及接口技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[3] 徐瑋.C51單片機(jī)高效入門.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[4] 楊邦華.微機(jī)原理與接口技術(shù)實用教程.北京：清華大學(xué)出版社，2008</p><p><b>　　附錄 程序清單&l

27、t;/b></p><p>　　STACK SEGMENT STACK</p><p>　　DW 256 DUP(?)</p><p>　　STACK ENDS</p><p>　　DATA SEGMENT</p><p>　　TABLEDB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08

28、H,09H; </p><p>　　DATA ENDS</p><p>　　CODE SEGMENT</p><p>　　ASSUME CS:CODE,DS:DATA</p><p>　　START: MOV AX,DATA</p><p>　　MOV DS,AX</p>

29、<p>　　MAIN: MOV AL,80H </p><p>　　OUT 0F6H,AL</p><p><b>　　MOVDX,20</b></p><p>　　A1:MOV BX,OFFSET TABLE</p><p>　　MOV CX,0008H

30、 </p><p>　　A2: MOVAL,[BX] </p><p>　　OUT0F2H,AL</p><p>　　CALLDALLY </p><p><b>　　INCBX</b></p>

31、<p><b>　　DECDX</b></p><p>　　JZD1 </p><p><b>　　LOOPA2</b></p><p><b>　　JMPA1 </b></p><p>　　D1:DECCX;修正

32、</p><p>　　MOVDX, 20</p><p>　　A3:MOVAL, [BX]</p><p>　　OUT0F2H, AL</p><p>　　CALLDALLY _k</p><p><b>　　INCBX</b></p><p><b&g

33、t;　　DECDX</b></p><p><b>　　JZD2</b></p><p><b>　　LOOPA3</b></p><p><b>　　JMPM3</b></p><p>　　D2:DEC BX;修正</p><p&

34、gt;<b>　　MOVDX,20</b></p><p>　　A4:MOVAL,[BX]</p><p>　　OUT0F2H,AL</p><p>　　CALLDALLY</p><p><b>　　DECBX</b></p><p><b>　　D

35、ECDX </b></p><p><b>　　JZD3</b></p><p><b>　　LOOPA4</b></p><p><b>　　JMPM1 </b></p><p>　　D3:DECCX;修正</p><p>&

36、lt;b>　　MOVDX,40</b></p><p>　　A5:MOVAL,[BX]</p><p>　　OUT0F2H,AL</p><p>　　CALLDALLY _k</p><p><b>　　DECBX</b></p><p><b>　　DE

37、CDX</b></p><p><b>　　JZD4</b></p><p><b>　　LOOPA5</b></p><p><b>　　JMPm2</b></p><p>　　D4:JMP MAIN</p><p>　　M1

38、:MOVBX, OFFSET TABLE</p><p>　　MOVAX, 0007H</p><p>　　ADDBX, AX</p><p>　　MOVCX, 0008H</p><p><b>　　JMPA4</b></p><p>　　M2:MOVBX, OFFSET

39、 TABLE</p><p>　　MOVAX, 0007H</p><p>　　ADDBX, AX</p><p>　　MOVCX, 0008H</p><p><b>　　JMPA5</b></p><p>　　M3:MOVBX, OFFSET TABLE</p>&

40、lt;p>　　MOVCX, 0008H</p><p><b>　　JMPA3</b></p><p>　　DALLY:PUSHCX </p><p>　　MOV CX, 5000H</p><p>　　A9: PUSHAX</p><p

41、><b>　　POPAX</b></p><p><b>　　LOOPA9</b></p><p><b>　　POPCX</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DALLY_K:PUSHCX</p&g

42、t;<p>　　MOVCX, 0F00H</p><p>　　A10:PUSHAX</p><p><b>　　POPAX</b></p><p><b>　　LOOPA10</b></p><p><b>　　POPCX</b></p>