基于8086的步进电机控制系统设计2说明书内容
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目录
一、电路总体设计 (2)
1.1系统功能与实现方式 (2)
1.2系统的总体组成 (2)
二、各部分电路原理图设计 (3)
2.1 8086最小方式系统 (3)
2.2存储器的设计 (4)
2.3步进电机控制电路 (6)
2.4键盘和显示电路 (8)
三、设计心得与总结 (9)
四、参考资料 (9)
一、电路总体设计
1.1系统功能与实现方式
该系统采用8086最小方式,用8255作为接口芯片,用于连接控制步进电机的变频控制器,芯片62256
和2764分别作为数据存储扩展芯片和程序存储扩展芯片,步进电机的工作时间控制由82C54芯片来确定,步进电机的工作方式由按键板块接收操作信号,然后由程序判定并执行操作。
1.2系统的总体组成
1)处理器芯片选用8086,当8086的MN/MX引脚接+5V电压时,8086工作在最小方式下:时钟发生器采用82C54芯片
主微处理器CPU选用8086芯片
数据收发器用来对数据进行缓冲和驱动,并控制数据发送和接收方向,向CPU传送I/O的数据或向IO传送CPU提供的数据。
同样由于8086中数据线只有8条,所以数据收发器只要一个8286就可以了。
地址译码器用74LS138,用地址线直接控制。
在最小方式下,8086CPU会直接产生全部总线控制信号。
2)只读存储器采用ROM芯片2764,随机存储器62256。
3)8255和82C54去控制步进电机
4)键盘控电路
5)时钟电路、加电复位和复位电路。
6)地址分配:
8255: 00100---001FF
2764: 01000---01FFF
62256: 04000---07FFF
键盘相关:100H—103H
显示相关:140H—141H
步进电机相关:200H—207H
功能描述:在最小方式下,8086CPU产生全部总线控制信号,由2764和62256构成了8k的ROM和32KB 的RAM,在此基础上,分别实现接口逻辑。
本系统采用8086位处理器工作在最小方式系统下,采用8282、8286、8284构成了最小系统,形成总线逻辑。
采用2片(8k)2764和2片(32k)62256构成了8KB的ROM
和32KB的RAM。
在此基础之上,分别实现了一系列接口逻辑,采用8255和82C54实现步进电机的控制,并设计了键盘逻辑。
二、各部分电路原理图设计
2.1 8086最小方式系统
1、8086芯片介绍及其工作原理:
8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片,有3个8位并行I/O口。
具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片(40引脚)。
其各口功能可由软件选择,使用灵活,通用性强。
8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。
8255作为主机与外设的连接芯片,必须提供与主机相连的3个总线接口,即数据线、地址线、控制线接口。
同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。
由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分,因而8255
内部结构分为3个部分:与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。
1)与CPU连接部分
根据定义,8255能并行传送8位数据,所以其数据线为8根D0~D7。
由于8255具有3个通道A、B、C,所以只要两根地址线就能寻址A、B、C口及控制寄存器,故地址线为两根A0~A1。
此外CPU要对8255进行读、写与片选操作,所以控制线为片选、复位、读、写信号。
各信号的引脚编号如下:
(1)数据总线DB:编号为D0~D7,用于8255与CPU传送8位数据。
(2)地址总线AB:编号为A0~A1,用于选择A、B、C口与控制寄存器。
(3)控制总线CB:片选信号、复位信号RST、写信号、读信号。
当CPU要对8255进行读、写操作时,必须先向8255发片选信号选中8255芯片,然后发读信号或写信号对8255进行读或写数据的操作。
2)与外设接口部分
根据定义,8255有3个通道A、B、C与外设连接,每个通道又有8根线与外设连接,所以8255可以用24根线与外设连接,若进行开关量控制,则8255可同时控制24路开关。
各通道的引脚编号如下:
(1)A口:编号为PA0~PA7,用于8255向外设输入输出8位并行数据。
(2)B口:编号为PB0~PB7,用于8255向外设输入输出8位并行数据。
(3)C口:编号为PC0~PC7,用于8255向外设输入输出8位并行数据,当8255工作于应答I/O方式时,C口用于应答信号的通信。
3)控制器部分
8255将3个通道分为两组,即PA0~PA7与PC4~PC7组成A组,PB0~PB7与PC0~PC3组成B组。
如图7.5所示,相应的控制器也分为A组控制器与B组控制器,各组控制器的作用如下:
(1)A组控制器:控制A口与上C口的输入与输出。
(2)B组控制器:控制B口与下C口的输入与输出。
2.2存储器的设计
1、2764和62256芯片简介
2764:
2764引脚图:
62256:
2、存储器电路及译码器电路设计
2.3步进电机控制电路
1、步进电机的介绍
步进电机在数控开环控制电路中发挥着不可替代的作用,是机电一体化的关键部件之一。
步进电机的驱动是在各相线圈上加上有规律变化的脉冲信号,每一个脉冲对应一个步角。
本设计所采用的是国产20BY-0型步进电机,它使用+5V直流电源,步距角为18度。
电机线圈由四相组成,即A、B、C、D四相,驱动方式为二相激磁方式。
2、步进电机原理图
通电一周,转轴将转过18度,若循环进行这种通电一周的操作,电机便连续的转动起来,而进行相反的通电将使电机同速反转。
通电一周的周期越短,即驱动频率越高,则电机转速越快,但步进电机的转速也不可能太快,因为它每走一步需要一定的时间,若信号频率过高,可能导致电机失步,甚至只在原地颤动。
3、步进电机原理图设计
1.8255芯片和82C54芯片
8255:
RESET:复位输入线,当该输入端外于高电平时,所有内部寄存器(包括控制寄存器)均被清除,所有I/O
口均被置成输入方式。
PA0~PA7:端口A输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入锁存器。
PB0~PB7:端口B输入输出线,一个8位的I/O锁存器,一个8位的输入输出缓冲器。
PC0~PC7:端口C输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入缓冲器。
端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口,每个4位的端口包含一个4位的锁存器,分别与端口A和端口B配合使用,可作为控制信号输出或状态信号输入端口。
CS:片选信号线,当这个输入引脚为低电平时,表示芯片被选中,允许8255与CPU进行通讯。
RD:读信号线,当这个输入引脚为低电平时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息,即CPU 从8255读取信息或数据。
WR:写入信号,当这个输入引脚为低电平时,允许CPU将数据或控制字写8255。
D0~D7:三态双向数据总线,8255与CPU数据传送的通道,当CPU 执行输入输出指令时,通过它实现8位数据的读/写操作,控制字和状态信息也通过数据总线传送。
82C54:
2.步进电机电路
2.4键盘和显示电路
1、器件介绍
在最简单的小的微型机系统中,在控制面板上仅设置几个键。
当按键数很少时,
常采用三态门直接接口输人的形式。
常用的键盘有两种类型,即编码式键盘和非编码式键盘。
编码式键盘包括检测是按了哪一个键,并产生这个键对应代码的一些必要硬件
(通常这种键盘下有一块单片机作为其控制核心)。
非编码式键盘没有这样一些独立的硬件,而分析哪一个键按下,这样的操作是通过接口硬件,井由主处理器执行相应程序来完成的。
主处理器需要周期性地对键盘进行扫描,查询是否有键闭合,这样主机效率就会下降。
由此可见,两种键盘各有优缺点,前者费硬件,价格较高;后者主机效率低,费时间,但价格低。
七段数码显示器如图所示,其工作原理一看等效电路即可明白:当某个发光二极管通过一定的电流(如5~10mA)时,该段就发光。
控制其让某些段发光,某些段不发光则可以显示一系列数字和符号。
其接口与显示方式有两种:①存器静态接口用最简单的锁存器输出接口,再利用OC门加以驱动的LED接口。
②动态显示在静态接口显示LED时,每1位LED要用一片锁存器当显示位数比较多时,会要求使用许多锁存器。
为了硬件上的简化,可采用动态显示。
动态显示的基本思路就是利用人的视觉暂留特性,使每一位LED每秒钟显示几十次(例如50次),显示时间l~5ms。
显示时间越短,显示亮度越暗。
动态显示的优点是节省了锁存译码电路。
2、键盘显示电路
Key1:电机正传;key2:电机反转;key5:快进;key6:快退;key9:工进;key10:停止;
三、设计心得与总结
在这段时间里,可以说得是收获了很多的东西,学到很多很多的东西。
这次课程设计可巩固了以前所学过的知识,而且设计到了很多在书本上所没有学到过的知识。
这次课程设计要自己必须通过自己的努力和思考完成8086最小系统的原理图。
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,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来。
理论结合实践,才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
四、参考资料
1.微机原理及接口技术
2.王爱玲.现代数控原理及控制系统(第二版).北京:国防教育出版社,2005.1。