基于8086的步进电机控制课程设计报告书

电子科技大学

《微型计算机原理》课程设计

题目基于8086的步进电机控制

学生

专业班级 11级计嵌班

学号 201

院（系）信息工程学院

指导教师

完成时间年月日

目录

1 课程设计的目的 (1)

2 课程设计的任务与要求 (1)

3 引言 (1)

4 设计方案与论证 (2)

5 设计容及功能说明 (3)

5.1 励磁线圈及其励磁顺序 (3)

5.2 工作原理 (4)

5.3 8086 CPU (5)

5.4 8255工作方式选择 (6)

5.5 ULN2003A (6)

5.6 74LS273 (7)

5.7 74LS138 (7)

6 单元电路的设计（计算与说明） (7)

7 硬件的制作与调试 (10)

8 总结 (12)

参考文献 (13)

附录1：总体电路原理图 (14)

附录2：元器件清单 (14)

附录3：源程序代码 (15)

1 课程设计的目的

培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力的重要教学环节。要求学生熟悉和掌握微机系统的软件、硬件设计的方法、设计步骤，使学生得到微机开发应用方面的初步训练。让学生独立或集体讨论设计题目的总体设计方案、编程、软件硬件调试、编写设计报告等问题，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力，实现由学习知识到应用知识的初步过渡。通过本次课程设计使学生熟练掌握微机系统与接口扩展电路的设计方法，了解步进电机控制的基本原理，掌握控制步进电机转动的编程方法，进一步熟练掌握8255A并行I/O口的工作方式以及编程方法，熟练应用8086以及汇编语言编写应用程序和实际设计中的硬软件调试方法和步骤，熟悉微机系统的硬软件开发工具的使用方法。体会系统整体设计的流程与方法，为以后系统级设计积累经验。

培养学生在实际的工程设计中查阅资料，撰写设计报告表达设计思想和结果的能力。

2 课程设计的任务与要求

01.通过开关K1实现步进电机的开始与停止；

02. 通过开关K2来选择步进电机的正转与反转；

03. 通过开关K3,K4组成(2-4译码)四档电机转速选择；

04. 对每只开关的选择情况同时通过4位8段数码管来显示；

05. 扩展设计：可以在以上功能基础上，增加控制步进电机单步转动的开关；增加控制电机加速转动的开关；增加控制电机减速的开关。

3 引言

步进电机的原理是基于最基本的电磁铁作用，其模型起源于1830年之1860年，1870年后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为是最初的步进电机，此后步进电机被广泛使用[1]。

步进电机是将脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制源步进电机件。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固定的方向旋转一定的角度，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角速度和加速度，从而达到调速的目的[2]。

步进电机不需位移传感器就可精确定位，所以在精确定位系统中应用广泛。目前，计算机外围设备，打字机，数控机床，传真机等设备，都使用了步进电机。随着电子计算机技术的发展，步进电机必将发挥它的控制方便，准确控制的特点，在工业控制的领域取得广泛的应用。

4 设计方案与论证

本设计采用电压为DC12V的四相八拍步进电机35BYJ46型电机，用ULN2003作为步进电动机驱动电路主芯片，以8255A作为8086并行输出接口，8086对步进电机的控制信号则通过8255A送到ULN2003.

根据课题要求，用8086处理器和可编程并行接口芯片8255组成控制系统，控制步进电机正转、反转以及转速控制，步进电机不能直接由8255驱动，而需要用相应的驱动芯片，因此，控制系统直接控制电机驱动即可控制步进电机。

转向分别用逆时针转动片段转速和顺时针转动片段则通过调用延时子程序，当调用延时较长的子程序时，则步进电机转速慢，当调用延时较短的子程序时，步进电机转速快。

设计流程图如下：

图4-1 总体设计流程图

本步进电机控制系统通过四个键盘来控制步进电机的正转、反转、启动和停

止以及转速，步进电机旋转的角度取决于键盘接通时间长短，接通时间越长，旋转角度越大，其功能表如表4—1所示。

表4-1 键盘功能表

5 设计原理及功能说明

在该步进电机控制系统中，需要接收键盘信息并识别，然后将数据传送给步进电机使步进电机旋转，采用8086CPU和8255接口芯片是可行的[3]，系统框图如图5-1所示

图5-1系统方框图

5.1 励磁线圈及其励磁顺序

图5-2励磁线圈图

表5-3励磁顺序表

5.2 工作原理：4相步进电机示意图

四相步进电机示意图见下左图，转子由一个永久磁铁构成，定子分别由4组绕组构成

图5-4电机定子和转子示意图 图5-5电气连接示意图 当S1连通电源后，定子磁场将产生一个靠近转子为N 极，远离转子为S 极才磁场，这样的定子磁场和转子的固有磁场发生作用，转子就会转动，正确地S1、S4的送电次序，就能控制转子旋转的方向。

例如：若送电的顺序为S1闭合断开S2闭合断开S3闭合断开S4闭合断开，周而复始的循环，在定子和转子共同作用下，电机就瞬时针旋转： 1 2 3 4 5 6 7 8 5 + + + + + + + + 4 - - - 3 - - - 2 - - - 1 - - -