步进电机自动控制系统

步进电机自动控制系统

设计内容

设计用P C机对四相步进电机，方向，步数及自动化控制系统，并编写汇编程序实现相应轻能。

设计要求

（1）设计控制系统硬件电机。

（2）由8255键盘控制电机的方向，走的步数,并由数码管显示相应的参数。

（3）在命令执行结束后，由PC内部扬声器发出信号提示。

设备与器材

PC机一台，TPC－1实验台一个，并行接口8255一片，步进电机一个，LED数码管4个，74ls164按键11个，GAL芯片一个，74LS245一片。

硬件方案

硬件共分成5个模块：①译码驱动电路，②8255控制键盘模块③8255LED显示模块，④步电机驱动模块，⑤步进电机模块

a) 译码驱动电路

方案一使用适当的门电路来实现不同地址的，用74LS245做数据驱动，缺点：

由于只使用门电路，电路连线非常复杂

方案二使用76LS138和适当门电路实现译码，相对于方案一电路复杂度有一定的改观，在TPC实验箱上使用这种译码方案

方案三使用可编程逻辑器件GAL16V8实现译码功能，用GAL优点：成本低，电路连线少。本设计选择这个方案来实现译码功能。

a)键盘模块

方案一用8255 12个口直接接按键，此方法成本高，不使用行列法，浪费端口，如用行列法只用7个端口。

方案二使用2个74LS273或74LS373控制键盘，其中一个控制行，273反向从键盘中读数据，另一个控制列选，273正向向键盘发数据。

方案三使用7281芯片同时控制键盘和数码，7281通过串行口和总线通信，端口使用少，且操作方便。

方案四PC0~4，PB0~4分别控制16个按键。由于本模块技术已经成熟，在应用中广泛使用，所以本设计选择此方案来实现。

c) LED数码管显示模块

方案一74LS138一片，ULN2803A一片和74HC573一片，来实现显示，74LS138译

码送UNL2083A通过UNL2083A控制位，通过74HC573控制数据，本方案，成本较高，要单片机中有使用比较多。

方案二使用一片8255A控制两个74HC573和一个正相驱动器74LS07和一个反相驱

动器74LS06分别控制4个LED位选和编码数据传输。此方案用到了8255A由于模块②中用到的8255A3个口都以使用，再用一个8255A成本比较高。

方案三通过一个片信号，两个74HC373和一个正相驱动器74LS06和一个反相驱动

器74LS07分别控制3个LED位选和编码数据传输。此方案成本低，但是软件实现的点复杂。

方案四使用4个74HC373和控制4个LED编码数据，用8255A PC高位和总线片选信号控制数据输入位选，由于是静态显示，一般用于1个或2个数码管的显示。

方案五使用4个74LS164，通过串行移位来实现LED显示。成本不高，使用端口少，可以直接通过8255PC7和PB7口，一个做为移位控制，一个送数据。本设计使用此方案

d) 步进电机驱动模块

方案一使用4N25光电耦合，隔离步进电机和控制电路的电源，保护电源。使用达林顿管做为驱动。

方案二使用TIP521光电耦合，隔离步进电机和控制电路的电源，并使用三极管9013进行驱动。这里用此方案。

e) 步进电机模块

方案一

方案二实现判断键按下的先后。本设计使用此方案

㈠硬件方案论证

1 译码驱动电路

译码驱动电路如图001所示，有一片GAL16V8芯片和一片74F245芯片组成。

其中GAL16V8用于译码，在其内部烧入软件，如图把A2~A9接入并译码成/y0、，/y0做

74F245芯片用于驱动，由于总线数据信号和各芯片数信号弱，驱动能力差，所以必须在8根总线数据线和各芯片数据线之间加一个双向驱动器74F245。74F245芯片用于总线和外扩芯片间数据交换时74F245芯片有效，/G为低电平有效，/G连接GAL，/gg端口通过A5A6 A7A8A9，IOW,IOR，AEN来控制，当符合/GG=A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/IOR*/AEN+A9*/A8*/ A7*/A6*/A5*/IOW*/AEN这一公式，那么19端口输出为低，74F245允许数据并加强信号。IOR、IOW也通过GAL16V8进行信号驱动加强。

译码驱动电路如下：

2、8255控制键盘模块

8255控制键盘，在技术上的已经非常成熟，在这里设计为行列描法对键盘进行控制。其中PC0、PC1、PC2、PC3控制行选，PC4、PC5、PC6控制列选。当列选中一列发出0信号时，三行读数据，如有键按下，相应行的电压为0V，即读数为“0”。反之，无按下那么三位读都为

“1”。键盘编码从第一行到第三行为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、d、E、F

3、8255LED显示模块

如图所示,下图为发光二极管控制电路，用于标志，任务号

74LS164为移位寄存器，当CLK来一个正脉冲74LS164移位一次，即我们要给8＊4个脉冲信号，并在一次脉冲前给在PC7给出相应的“0”或“1”，在164和数码管之间加一个500欧的限流电阻。这里设计为阳极数据管。PC7控制CLK，PC6控制移位补充位。

4、步电机驱动模块

8255PA控制四相电机的数据，并通过74LS373锁存，PB0控制74LS373数据是否可以通过。当PB0为高电平时，74LS373数据可以通过，并送出相应的数据。使用TIP521光电耦合，隔离步进电机和控制电路的电源，并使用三极管9013进行驱动，达到四相电机的驱动电流。

5、步进电机模块

步进电动机的工作原理及运用

步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁。其中全部励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称为1-2相磁。图为步进电动机的控制等效电路，适应控制A、B、/A、/B的励磁信号，即可控制步进电动机的转动。每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。因此，依序不断送出脉冲信号，即可步进电动机连续转动。分述如下：（1）1相励磁法：在每一瞬间只有一个线圈导通。消耗电力小，精确度良好，但转矩小，振动较大，每送一励磁信号可走1.8度。若以1相励磁法控制

步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电

动机反转。

励磁顺序：A->B->C->D->A

目前使用最多的励磁方式，每送一励磁信号可走1.8度。若以2相励磁法控

制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进

电动机反转。