微型计算机控制技术课程设计设计题目：步进电机控制系统概要

微型计算机控制技术课程

设计

设计题目：步进电机控制系统

班级：电升本1103

姓名：何世宁

学号：29

小型步进电机控制系统

一、课程设计目的

课程设计是本科教学全过程中的重要环节。《微机应用系统设计与综合实验（实践）》课程设计主要培养我们自动化专业学生，运用所学知识解决计算机应用领域内实际问题能力，进一步提高学生运用计算机编程语言综合编程能力、程序调试技能和微机系统接口综合应用及电路设计能力。

1、学习在PC系统中扩展简单的I /O接口的方法。

2、熟练掌握和运用汇编和C 语言编写程序控制8255 各口的输入输出，并正确带动数码管及步进电机；能熟练运用汇编和C 语言实现8254 的定时功能，以确保8255 输出的脉冲频率稳定。

3、熟练掌握ISA 总线配置方式下硬件实验的调试,并能独立的排除故障,以确保实验的顺利进行。

4、.巩固和加深课堂所学知识；

5、学习掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的能力；

6、通过步进电机控制系统设计与制作，深入了解与掌握步进电机的运行方式、方向、速度、启/停的控制。

二、设计的题目名称及要求

设计题目：小型步进电机控制系统设计。

设计要求：

（1 ）分别用C 语言和汇编语言编程完成硬件接口功能设计；

（2）基于80x86微机接口硬件电路设计调试；

（3 ）控制功能要求：小键盘给定分段速度，数码管显示当前步进电机启动

与停止、方向、速度信息；

（4）具有本地与远程（串行方式下）功能。

三、实验设备

PC机一台（装有TDPIT软件）、唐都AEDK8688ET实验箱。

使用硬件：8086 PC，8255 芯片，键盘数码管，步进电机驱动电路，步进电机

系统设计：键盘采用实验板提供的 4*4键盘，使用4个数码管实时显示系 统当前状态。

四、设计的思想和实施方案

4.1.2步进电机的工作原理

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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线 性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

使得在速

度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 步进电机动态指标及术语：

1、 步距角精度：

步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。 用百分比表示：误差 /步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在 5%之内，八拍运行时 应在15%以内。

2、 失步：

电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。

3、 失调角：

转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生 的误差，采用细分驱动是不能解决的。

4、 电机正反转控制：

当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA 或()时为正转，通电时序为 DA-CA-BC-AB 或

()时为反转。

驱动控制系统组成：

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,

脉

冲信号

信号分配

功率放大

步进电机

电机转速越高，占空比则越大。

下图步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进 电机的各相绕组按合适的时序通电， 就能使步进电机步进转动。图1是该四相反 应式步进电机工作原理示意图。

图1四相步进电机步进示意图

开始时，开关sb 接通电源，sa sc 、sd 断开，b 相磁极和转子0、3号齿对 齐，同时，转子的1、4号齿就和c 、d 相

绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和d 、a 相绕组磁极产生错齿。

当开关sc 接通电源，sb 、sa 、sd 断开时，由于c 相绕组的磁力线和1、4 号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和c 相绕组的磁极对齐。而0、 3号齿和a b 相绕组产生错齿，2、5号齿就和a d 相绕组磁极产生错齿。依次 类推，a 、b 、c 、d 四相绕组轮流供电，则转子会沿着 a 、b 、c 、d 方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工 作方式。单四拍与双四拍的步距角相等， 但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式 的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动 力矩又可以提高控制精度。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图 2.a b 、c

所示：

-TLmTTLrLrLnjTrLrLrLTL jirLnnrLnrLrLrLrLrLnrLrLrLn ru

~LT~LJ J _1 I ~

I ^ru -LT-L _|—L ] ~L- i~i i ~L _LJ _L_r~L_r n i~ 厂

脇沖 nTTLfuuinrLn_n_nrL AlB -B ----- n ---- n ----

B 相.n n n . eta n n n

Dffi i n n n

a.单四拍

b.双四拍 c 八拍

图2•步进电机工作时序波形图

步*

1 2

4 5

6 7

8 5 + +

+

十

十

+

十

+ 4

■

■

■

■

■

—

2

-

* ■

1

-

-

-

4.1.2 8255A 的功能简介

Intel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路( Programmable Peripheral In terface)

简称 PPI ，型号为 8255 (改进型为 8255A 及

8255A-5 )，具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入 /输出接口

电路。它是一片使用单一 +5V 电源的40脚双列直插式大规模集成电路。 8255A 的通用性强，使用灵活，通过它

CPU 可直接与外设相连接。

8255A 在使用前要写入一个方式控制字，选择

A 、

B 、

C 三个端口各自的

工作方式，共有三种；

方式0 :基本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的 I/O 方

式。其中A 、B 、C 口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。

方式1 :选通I/O,此时接口和外围设备需联络信号进行协调，只有 A 口和B 口

可以工作在方式 1，此时C 口的某些线被规定为 A 口或B 口与外围设备的联络信号， 余下的线只有基本的

I/O 功能，即只工作在方式

0.

方式2 :双向I/O 方式，只有A 口可以工作在这种方式，

该I/O 线即可输入又可输出，

步序

PC7

PC6 FC5 PC4 对应的C 口输岀值

1

0 0 0 1

01H

2

0 0 1 1 03 H

1 0 02H

4 0 1

1 0 06H

5 0

1

0 0 04H

6 1 1

0 0 0CH

7

1 0 0 0

08H

8 1

1

09H

表2 PC 端口各线的电平在各歩中的情况

@1歩进电机的加线圏