2016小型步进电机控制系统设计_调查/报告_表格/模板_实用文档。小型步进电机控制系统设计

　　小型步进电机控制系统 一、 课程设计目的 课程设计是本科教学全过程中的重要环节。 《微机应用系统设计与综合实验 (实践)》 课程设计主要培养我们自动化专业学生，运用所学知识解决计算机应用 领域内实际问题能力， 进一步提高学生运用计算机编程语言综合编程能力、程序 调试技能和微机系统接口综合应用及电路设计能力。 1、学习在 PC 系统中扩展简单的 I／O 接口的方法。 2、 熟练掌握和运用汇编和 C 语言编写程序控制 8255 各口的输入输出，并正 确带动数码管及步进电机；能熟练运用汇编和 C 语言实现 8254 的定时功能，以 确保 8255 输出的脉冲频率稳定。 3、熟练掌握 ISA 总线配臵方式下硬件实验的调试,并能独立的排除故障,以 确保实验的顺利进行。 4、.巩固和加深课堂所学知识； 5、学习掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的能力； 6、通过步进电机控制系统设计与制作，深入了解与掌握步进电机的运行方 式、方向、速度、启/停的控制。 二、 设计的题目名称及要求 设计题目：小型步进电机控制系统设计。 设计要求： （1）分别用 C 语言和汇编语言编程完成硬件接口功能设计； （2）基于 80x86 微机接口硬件电路设计调试； （3）控制功能要求：小键盘给定分段速度，数码管显示当前步进电机启动 与停止、方向、速度信息； （4）具有本地与远程（串行方式下）功能。 三、实验设 PC 机一台（装有 TDPIT 软件） 、唐都 AEDK8688ET 实验箱。 使用硬件：8086 PC，8255 芯片，键盘数码管，步进电机驱动电路，步进 电机。 系统设计：键盘采用实验板提供的 4*4 键盘，使用 4 个数码管实时显示系 统当前状态。 四、设计的思想和实施方案 4.1.2 步进电机的工作原理 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超 载的情况下，电机的转速、停止的位臵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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线 性关系的存在， 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速 度、位臵等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 步进电机动态指标及术语： 1、步距角精度： 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差 /步距角*。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在 5%之内，八拍运行时 应在 15%以内。 2、失步： 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。 3、失调角： 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生 的误差，采用细分驱动是不能解决的。 4、电机正反转控制： 当 电 机 绕 组 通 电 时 序 为 AB-BC-CD-DA 或 () 时 为 正 转 ， 通 电 时 序 为 DA-CA-BC-AB 或()时为反转。 驱动控制系统组成: 使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框 图如下： 脉冲信号的产生: 脉冲信号一般由单片机或 CPU 产生， 一般脉冲信号的占空比为 0.3-0.4 左右， 电机转速越高，占空比则越大。 下图步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进 电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图 1 是该四相反 应式步进电机工作原理示意图。 图 1 四相步进电机步进示意图 开始时，开关 sb 接通电源，sa、sc、sd 断开，b 相磁极和转子 0、3 号齿 对齐，同时，转子的 1、4 号齿就和 c、d 相 绕组磁极产生错齿，2、5 号齿就和 d、a 相绕组磁极产生错齿。 当开关 sc 接通电源，sb、sa、sd 断开时，由于 c 相绕组的磁力线 号齿和 c 相绕组的磁极对齐。而 0、 3 号齿和 a、b 相绕组产生错齿，2、5 号齿就和 a、d 相绕组磁极产生错齿。依次 类推，a、b、c、d 四相绕组轮流供电，则转子会沿着 a、b、c、d 方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工 作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式 的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动 力矩又可以提高控制精度。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图 2.a、b、 c 所示： a. 单四拍 b. 双四拍 c 八拍 图 2.步进电机工作时序波形图 4.1.2 8255A 的功能简介 Intel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路（ Programmable Peripheral Interface) 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 三个端口各自的 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臵成输入或输出。 方式 1 ：选通 I/O, 此时接口和外围设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 口和外围设的双向联络线， C 口剩下的三条线可 作为 B 口方式 1
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