基于8086的步进电机控制系统设计2说明书内容

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。