2022年步进电机控制系统方案设计书.docx

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1、课程设计任务书设计题目 ： 微机步进电机掌握系统设计设计目的：1. 巩固和加深课堂所学学问；2. 学习把握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的才能；3. 通过步进电机掌握系统设计与制作，深化明白与把握步进电机的运行方式、方向、速度、启 /停的掌握；设计任务 及要求 ：（ 在规定的时间内完成以下任务）任务：掌握四相步进电机按双八拍的运行方式运行；按下开关SW1 时启动步进电机，按ESC 键停止工作；采纳循环查表法，用软件来实现脉冲循环安排器的功能对步进电机绕组轮番加电；要求对题目进行功能分析（四项功能：快速顺时针旋转，慢速顺时针旋 转，快速逆时针旋转和慢速逆时针旋转），进行步进电机远程掌握系

2、统硬件电路设计，画出电路原理图、元器件布线图、试验电路图；绘制程序流程图，进行步进电机掌握程序设计（采纳8086 汇编语言）；系统调试、运行，提交一个满意上述要求的步进电机掌握系统设计；时间支配： 部分时间 ,某些工作可以自己支配重叠进行月 日介绍题目，分任务、查找相关资料月 日查阅资料，确定设计题目；月 日 月 日功能分析，硬件设计，拟定试验电路，编写程序，修改程序；月 日 月 日调试程序、运行系统；月 日 月 日答辩后撰写设计报告，修改报告；具体要求： 设计报告撰写格式要求 （按供应的设计报告统一格式撰写）， 具体内容如下：设计任务与要求总体方案与说明硬件原理图与说明试验电路图与说明软件主

3、要模块流程图源程序清单与注释问题分析与解决方案（包括调式记录、调式报告，即在调式过程中遇到的主要问题、解决方法及改进设想）； 小结与体会附录： 源程序（必需有简洁注释）使用说明参考资料指导老师签名：08年 12 月 01 日教研室主任（或责任老师）签名：年月日目录第 1 章需求分析 11.1 课程设计题目 11.2 步进电机介绍 11.3 课程设计任务及要求11.4 软硬件运行环境及开发工具1第 2 章概要设计 22.1 设计原理及实现方法22.1.1 步进电机掌握原理22.1.2 微机步进电机掌握系统原理图22.1.3 运行方式与方向的掌握 循环查表法 32.1.4 步进电机的启 /停掌握

4、设置开关 42.2 微机步进电机掌握系统设计流程图4第 3 章具体设计 53.1 硬件设计与实现 53.2 软件设计 53.2.1 正向慢转子程序53.2.2 正向快转子程序63.2.3 反向慢转子程序63.2.4 反向快转子程序3.2.5 长延时子程序763.2.6 短延时子程序7第 4 章系统调试与操作说明74.1 系统调试 74.2 操作说明 8第 5 章课程设计总结与体会8参考文献 8附录微机步进电机掌握系统源程序9第1章 需求分析1.1 课程设计题目微机步进电机掌握系统设计1.2 步进电机介绍步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移和线位移的电磁机械装置，是一种输出与输入数字脉冲

5、对应的增量驱动元件；步进电机具有快速启动和停止的才能，它的步矩角和转速不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件如：温度、气压、冲击和振动等影响，仅与脉冲频率有关；它每转一周都有固定的步数，在不丢失步的情形下运行，其步矩误差不会长期累积；正由于步进电机具有快速启动、精确步进以及能直接接收数字量的特点，所以在定位场合中得到了广泛的应用；随着微机的进展，步进电机的使用领域将更加宽阔；1.3 课程设计任务及要求任务：掌握四相步进电机按双八拍的运行方式运行；将开关K2 置高电平常启动步进电机，将 K2 键置低电平常，停止工作；步进电机的加电采纳循环查表法，用软件来实现脉冲循环安排器的功能对步进电机绕

6、组轮番加电；要求：要使电机能通过掌握实现四项功能：快速顺时针旋转，慢速顺时针旋转，快速逆时针旋转和慢速逆时针旋转，进行步进电机掌握系统硬件电路设计，画出电路原理图、元器件布线图、试验电路图；绘制程序流程图，进行步进电机掌握程序设计（采纳汇编语言）；1.4 软硬件运行环境及开发工具硬件：唐都 TDN86/88 试验平台、 PC 机一台开发语言：汇编语言第 2 章 概要设计2.1 设计原理及实现方法2.1.1 步进电机掌握原理步进电机是将电脉冲信号转换成角位移的一种机电式数模转换器；其旋转的角位移与输入脉冲的个数成正比；转速与输入脉冲的频率成正比；转动方向和输入脉冲对绕组加电的次序有关；因此，步进

7、电机旋转的角度位移、转速以及方向均受输入脉冲的掌握；步进电机在系统中是一种执行元件，都要带负载，因此需要功率驱动；在电子设备中，一般所需功率较小，常采纳达林复合管作功率驱动；驱动原理如图2.1 所示；+12VATIP122图 2.1 步进电机驱动原理图2.1.2 微机步进电机掌握系统原理图步进电机接口的硬件部分主要是供应输送相序代码的并行数据线（8 根），以及爱护电机绕组的器件，所以接口电路以8255A 为主芯片，将PA 口作数据口，传送加电代码， 再加上锁存器74LS373 作绕组爱护；另外，仍有功率驱动管TIP122 ，以及二极管、开关K0 、K1 、K2 ；本试验采纳 A 口作为掌握口，

8、 B 口作为输出口， PA0、PA1、PA2 分别接开关的K0 、K1 、K2 ， PB0、PB1 、PB2、PB3 分别接 motor unit 的 ABCD ；微机步进电机掌握系统原理图如图 2.2 所示；PB3D7D7PB2D0PB1D0PB0DDD CCCBBBAAAA1 A0CPUA6 A7G1A2_ _G2A 译8255AA1 A0K2K1+12v-M/IO- -G2B 码-Y4PA2K0 A5C 器4A4BA3ACSPA1 PA0+5v图 2.2 微机步进电机掌握系统原理图2.1.3 运行方式与方向的掌握循环查表法步进电机的运行方式是指各相绕组循环轮番通电的方式；本次设计采纳的是

9、双八拍，即 AB ABC BC BCD CD CDA DA DAB步进电机的运行方式及方向掌握采纳循环查表法；循环查表法是将各绕组加电次序的掌握代码编制成一张步进电机相序表（如表 2.1 所示），存放在内存区，在设置一个地址指针；表 2.1 步进电机相序表绕组与数据线的连接运行方式相序表查表方向D7D6D5D4D3D2D1D0码转转00000011AB03H400H00000111ABC07H401H00000110BC06H402H00001110BCD0EH403H00001100CD0CH404H00001101CDA0DH405H00001001DA09H406H00001011DAB

10、0BH407HDCBA双八拍加电代码地址代正反2.1.4 步进电机的启 /停掌握设置开关K0 掌握步进电机旋转速度的快慢，K0=0 表示慢转， K0=1 表示快转；K1 掌握步进电机旋转方向，K1=0 表示正转， K1=1 表示反转；K2 掌握步进电机的启/停， K2=0 表示停， K2=1 表示启动；2.2 微机步进电机掌握系统设计流程图开头8255初 始K2= ？NY判定 K1K0 的值长延时00Y正慢旋转N10Y短延时反慢旋转N01Y正快旋转N11Y反快旋转终止图 2.3 微机步进电机掌握系统设计流程图第 3 章 具体设计3.1 硬件设计与实现本电路的设计是利用8255A 的 A 口作为

11、输入口， B 口作为输出， C 口没有用到；PA0PA2 分别用来掌握步进电机的开启/停止、正反向、快慢转；PB0PB3 作为输出口，分别接步进电机的ABCD 端口，输出相序表中的加电编码，从而使步进电机可以开头motor unitMotor8255APA2 PA1PA0K2 K1 K0Kk UNIT运转；具体的接线如图3.1 所示：PB3DD 4PB2CC3PB1BB 2PB0AA1图 3.1 微机步进电机掌握系统连线图3.2 软件设计实现步进电机运行方式、方向和速度以及启/停的掌握，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；相序表的建立应依据步进电机运行方式的要求及

12、各绕组与8255A 端口连接情形来确定加电代码；依据上图的连接情形，可以写出相序表中双八拍运行方式的加电代码为：03H,07H,06H,0EH,0CH,0DH,09H,0BH；在 8259 初始化完毕后，取出相序表的首地址，将其存如BX ；当要求步行电机正转时，首地址进行加1 操作；在次过程中要检查指针是否指到末地址；如是，指针减7，回到首地址，如此循环；当要求反转时，将首地址进行加7 操作到达末地址，在进行减1 操作，在次过程找要检查指针是否到达首地址；如是，就将指针加7 回到末地址；依据设计流程图，软件设计部分将本系统分为6 个子程序，分别是正向慢转子程序、正向快转子程序、反向慢转子程序、

13、反向快转子程序、长延时子程序、短延时子程序；3.2.1 正向慢转子程序ZM:MOV AL,BXCMP AL,0BH； 检查是不是最终一个加电代码JNZ XH1 SUB BX,8XH1:INC BX； 指针作加 1 运算，及实现向后移动MOV AL,BXOUT 61H,AL；从 B 口输出CALL DELAY1；调用长延时JMP A13.2.2 正向快转子程序ZK:MOV AL,BX CMP AL,0BH JNZ XH2SUB BX,8 XH2: INC BX MOV AL,BX OUT 61H,ALCALL DELAY2；调用短延时JMP A13.2.3 反向慢转子程序FM:MOV AL,BX

14、CMP AL,03H；检查是不是第一个加电码JNZ FXH1ADD BX,8；如是第一个加电码，就指针加8 跳到最终一个加电码FXH1:DEC BX；指针减 1，实现向前移动MOV AL,BX OUT 61H,ALCALL DELAY1；调用长延时子程序JMP A13.2.4 反向快转子程序FM:MOV AL,BXCMP AL,03H；检查是不是第一个加电码JNZ FXH1ADD BX,8；如是第一个加电码，就指针加8 跳到最终一个加电码FXH1:DEC BX；指针减 1，实现向前移动MOV AL,BX OUT 61H,ALCALL DELAY2；调用短延时子程序JMP A13.2.5 长延时

15、子程序DELAY1:PUSH CXMOV CX,0E300H；通过修改 CX 的值来提高旋转的速度ADD1: PUSH AX POP AXLOOP ADD1 POP CX RET3.2.6 短延时子程序DELAY2:PUSH CXMOV CX,06300H； CX 的值 就为循环的次数，通过循环来达到延时ADD2: PUSH AX POP AXLOOP ADD2POP CX RET第 4 章 系统调试与操作说明4.1 系统调试在刚开头，从网上找了一个程序，运行之后，步进电机能够依据需求运转，但是后来同学提示实现单步运行，这个时候就显现了问题，当要步进点击停止时，moto union 的指示灯总

16、是停在相同的位置，而且单步运行时的灯的次序并不是依据相序表来变化的，仅仅电机能转而已，所以最终舍弃了这个程序，开头自己写；第一就是要让步进电机转起来，转起来的前提就是要读去相序表，在这个过程中， 我始终采纳的是单步运行方式，在单步运行时，能够顺当的读取相序表，但是当我运行时，就显现了问题，由于当读到最终一个时，不能返回来，每次只能次序读一次；最终和同学争论，得到明白决方法，在正转时，每次都判定是不是到了最终一个加电码，假如 是，就指针减8（由于正转时，每次指针都要加1），这样就又回到了首地址了；在整个程序中，延时程序调试的次数最多了，刚开头，用的数值不是很大，这样电机转的速度很快，导致指示灯始

17、终亮着，而且快、慢转几乎很难分清；最终经过不断的试验，将数据调到了一个比较合理的值，即转的不是很快，灯能正常显示，又能很好的区分快慢转了；4.2 操作说明第一打开唐都TDN86/88试验平台，依据微机步进电机掌握系统连线图（图3.2） 连接电路图；然后在PC 机上运行 WMD864.0，将源代码导入，编译，运行；各个开关控制步行电机的状态如表4.1 所示；开关步进电机运行状态表 4.1 各开关对应的步行电机状态表K2K2K0000停止100正向慢转101正向快转110反向慢转111反向快转第 5 章 课程设计总结与体会这课程设计，花了差不多7 天的时间，在这些天时间里不仅巩固了以前所学过的学问

18、，而且学到了许多在书本上所没有学到过的学问；通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论学问是远远不够的，只有把所学的理论学问与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手才能和独立摸索的才能；在设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发觉了自己的不足之处，对以前所学过的学问懂得得不够深刻，把握得不够坚固，比如说8255A 的具体作用等，通过这次课程设计之后，肯定把以前所学过的学问重新温故；除了以上所说的以外，我觉得其实去设计以及实现一个程序所花费的时间远不如测试时用的多，在测试的过程中，我懂得了一些调试的基本步骤，概括的说就是从小到大，从局部到

19、整体，在实现了局部的功能后，应当学会怎么样去将它用最简洁的方法与整体融合起来；而订正错误的过程中，也要逐步的去排除，而不应当自己觉得哪里错了就去修改哪 里，这样的后果只会事倍功半；我觉得这些东西对于我以后的工作将有很大的帮忙；参考文献1 周佩玲，彭虎，傅忠谦微机原理与接口技术北京，电子工业出版社20052 沈美明，温东婵IBM-PC 汇编语言程序设计北京，清华高校出版社1993附录 微机步进电机掌握系统源程序STACK SEGMENT STACK DW 64 DUP.STACK ENDSDATA SEGMENTTAB DB 03H,07H,06H,0EH,0CH,0DH,09H,0BH DAT

20、A ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STACK START: MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV AL,90H OUT 63H,ALMOV BX,OFFSET TABA1:IN AL,60HAND AL,04H CMP AL,00H JZ A1IN AL,60HAND AL,03H CMP AL,00H JZ ZMCMP AL,01H JZ ZKCMP AL,02H JZ FMCMP AL,03H JZ FKZM:MOV AL,BXCMP AL,0BH JNZ XH1 SUB BX,8XH1:INC BXMOV AL,BX OUT

21、 61H,AL CALL DELAY1 JMP A1ZK:MOV AL,BXCMP AL,0BH JNZ XH2 SUB BX,8XH2: INC BXMOV AL,BX OUT 61H,AL CALL DELAY2 JMP A1FM:MOV AL,BXCMP AL,03H JNZ FXH1 ADD BX,8FXH1:DEC BXMOV AL,BX OUT 61H,AL CALL DELAY1 JMP A1FK:MOV AL,BX CMP AL,03HJNZ FXH2 ADD BX,8FXH2:DEC BXMOV AL,BX OUT 61H,AL CALL DELAY2 JMP A1DELAY

22、1:PUSH CXMOV CX,0E300H ADD1: PUSH AXPOP AX LOOP ADD1POP CXRET DELAY2:PUSH CXMOV CX,06300H ADD2: PUSH AXPOP AX LOOP ADD2POP CX RETCODE ENDSEND START设计过程中质疑（或答辩）记载：1. 如何提高步行电机正快转的速度？答：通过修改延时子程序中 CX 的值即可调整速度； CX 的值越大转速越慢，值越小转速越快；2. 该程序中步行电机是如何实现正反旋转的？答：第一将相序表的值写入段码表，在程序初始化完成后，读取段码表的首地址，存入 BX ；当开关 K1=0 时，表示此时是正转，就对 BX 进行加 1 运算，即指针向后移动一位；然后将指针对应的值赋给AL ，从 8255 的 B 口输出，即实现了步行电机的正转；当 K1=1 时，表示反转，此时，第一将 BX 加 7，即让BX 指向段码表的末地址，然后再对BX 进行减 1 运算，即实现反向读取相序表；这是就实现了步行电机的反转；指导老师评语：评分：签名：年月日