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微机接口课程设计报告（步进电机）.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.73M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    步进电机控制设计（汇编语言）
    1 设计题目
    步进电机控制设计（汇编语言）
    2 需求分析
    2.1 步进机介绍
    2.2 设计要求
    2.3软硬件运行环境及开发工具
    2.3.1 硬件
    2.3.2 软件
    2.3.3 实验程序开发工具
    2.3.4 硬件故障诊断软件
    3 概要设计
    3.1 设计原理
    3.2 驱动控制系统的组成
    3.3 脉冲信号的产生
    3.4 信号分配
    3.5 功率放大
    4 详细设计
    4.1 硬件设计与实现
    4.1.1实验步骤
    4.1.2系统流程图
    4.2 软件设计
    5 调试
    6 操作说明
    7 总结与体会
    8 参考文献
    武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计说明书 目录 1 设计题目 ......................................................... 2 2 需求分析 ......................................................... 2 2.1 步进机介绍 ....................................................2 2.2 设计要求 ......................................................3 2.3 软硬件运行环境及开发工具 ...................................... 3 2.3.1 硬件 ......................................................3 2.3.2 软件 ......................................................3 2.3.3 实验程序开发工具 ..........................................3 2.3.4 硬件故障诊断软件 ..........................................4 3 概要设计 ........................................................4 3.1 设计原理 ......................................................4 3.2 驱动控制系统的组成 ............................................5 3.3 脉冲信号的产生 ................................................5 3.4 信号分配 ......................................................5 3.5 功率放大 ......................................................6 4 详细设计 ......................................................... 6 4.1 硬件设计与实现 ................................................6 4.1.1 实验步骤 .................................................. 7 4.1.2 系统流程图 .................................................. 8 4.2 软件设计 ......................................................9 5 调试 ............................................................ 11 6 操作说明 ........................................................ 11 7 总结与体会 ...................................................... 11 8 参考文献 ........................................................ 12 1
    武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计说明书 步进电机控制设计（汇编语言） 1 设计题目 步进电机控制设计（汇编语言） 2 需求分析 2.1 步进机介绍 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步进电机件。 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机 按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一 步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目 的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速 的目的。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流 电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方 可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许 多专业知识。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。 而方向由导电顺序决定。 2
    武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计说明书 2.2 设计要求 1、控制步进电机运行的相序表存储在记录或结构或数组中。 2、按下 SW1 按钮，从文件中取出一个相序数据，从并行接口 8255A 的 PA 口输出，使步进电机运行。相序数据在 CRT 上显示。按下 SW2 按钮， 步进电机运行停止。 3、SW1 按钮的数字量由 PC1 输入，SW2 按钮的数字量由 PC0 输入， 4、设计程序运行时的界面友好。 2.3 软硬件运行环境及开发工具 2.3.1 硬件 MFID 多功能接口实验平台（简称 MFID）。MFID 由 MFID PCI 驱动板、平台板 实验区和可以添加的面包板实验区三大部分构成。MFID 总的特征有两个，其一， 适用于 PCI 总线；其二，采用模块化开放式结构，整个平台的硬件资源全部向用 户开放。除了可以作为多门微机课程的实验平台外，还是基于微机应用系统的开 发平台。 2.3.2 软件 多功能微型计算机实验软件 MFS(Multi Function Soft，简称 MF)。MF 将实 验程序开发工具（汇编语言、C/C++语言程序开发包），故障诊断程序和外设模块 实验演示程序集成在一个环境中，构成一个用户应用程序集成开发环境（IDE）。 实验程序的编辑、编译、连接、调试、运行和修改的全过程都在这个 IDE 中完成。 2.3.3 实验程序开发工具 实验程序开发工具包括编辑器、编译系统、连接程序和调试程序： 1.编辑器 采用全屏幕多窗口编辑器，复制，粘贴，裁剪十分方便。 2.编译系统 MF 软件包含了 C/C++语言和汇编语言两个编译系统，用户可按 3
    武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计说明书 照自己所熟悉的语言，任选一个来编写程序，并在集成环境中进行程序的编译（汇 编）、连接、运行与调试。 3.连接程序 采用 Tlink。 4.调试程序 采用 Tdebugger 全屏幕调试程序，直观全面，使用方便。 2.3.4 硬件故障诊断软件 故障诊断软件 MFTest 用于快速、准确检测平台系统的硬件故障。利用 MFTest 软件，可以进行系统级、模块级和芯片级查错，直至芯片引脚的故障。MFTest 软件可以检测系统硬件有无错误，以及故障在哪里。 MFTest 有两种查错方法，一是自动检测，二是人工检测，可选其中任意一 种方法进行检测。一般是先用自动检测方法，检测有/无故障，并提示故障标志； 若发现故障，则再用人工检测方法，检测具体故障，以及故障产生的原因，然后 采取相应的措施及时排除故障。 3 概要设计 3.1 设计原理 步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实 际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功 率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用 途很广。 使用多相步进电动机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为 多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲 到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称 为步距角）。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续 输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系， 不受电压波动和负载变化的影响。 实验系统中的步进电机的四相由 0x28000006 的 bit0～bit3 控制，bit0 对应 于 MOTOR_A，bit1 对应于 MOTOR_B，bit2 对应于 MOTOR_C，bit3 对应于 4
    武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计说明书 MOTOR_D。通过编制脉冲分配表表控制步进电机。 3.2 驱动控制系统的组成 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 信 号 分 配 功 率 放 大 步 进 电 机 负 载 图 1 驱动控制系统组成图 3.3 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。 3.4 信号分配 这次的设计采用四相双八拍的方式控制步进电机运行，四相双八拍顺序： AB->-ABC->BC->BCD->CD->CDA->DA->DAB，其具体顺序如下表所示： SETP 1 2 3 4 5 6 7 8 A 1 1 0 0 0 1 1 1 表 1 B 1 1 1 1 0 0 0 1 C 0 1 1 1 1 1 0 0 D 0 0 0 0 1 1 1 1 5
    武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计说明书 3.5 功率放大 功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于 它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。平均电流越 大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。 因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种： 恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。 为尽量提高电机的动态性 能，将信号分配、功率放大组成步进电机的驱动电源。 步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高，力 距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。 4 详细设计 4.1 硬件设计与实现 步进电机驱动模块板电路原理如图 2 所示。模块板上包括接口的对象永磁式 四相步进电机和驱动电路达林顿管 TIP，保护电路 74LS373，相序指示灯以及开 关 SW1 和 SW2 等。 图 2 步进电机驱动模块电路原理框图 6
    武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计说明书 4.1.1 实验步骤 步骤一：硬件连接 跳线设置：模块电源 L 区 JP8 跳接。 单线连法如右图 排线接法如右图： F 区 PA0 PA2 PA4 PA6 PC4 PC0 PC1 连接线 P 区 A 相 B 相 C 相 D 相 OE#74LS373 开关 按键开关 T 区 SW1 SW2 J3 20 芯 并 行 口 插 座 图 3 图 4 连接线 J4 20 芯 并 行 口 插 座 步骤二：将平台的电源开关拔到“内”的位置上。在配套集成环境下进行硬 件检测,来达到初始化芯片的目的。 步骤三：（演示实验步骤）打开集成环境在“演示实验”菜单下点开“基本接 口实验”。在“基本接口实验”中的“并行接口实验”中选择“步进 7
    武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计说明书 电机”实验进行演示。 步骤四：（学生实验步骤）打开集成环境在“文件”菜单下学生可以选择新建 自己的 C++/ASM 文件或者集成环境自带的 C++/ASM 参考程序进行调 试、运行。 步骤五：观看实验现象得出结论。 4.1.2 系统流程图 开始 8255 初始化 关 74LS373 查 SW1 按下？ Y 相序表指针→SI 循环次数→CX 查 SW2 按下？ N N Y 相序代码→PA 关 74LS373 结束 开 74LS373 延时 相序表指针 SI+1` 循环次数 CX-1 N 已到 8 次？ Y 图 5 8
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