1、成績課程設計報告題 目 步進電動機正反轉控制系統設計課 程 名 稱微機原理及應用院 部 名 稱 機電工程學院專 業 電氣工程及其自動化 班級學生姓名學號課程設計地點工科樓 C304課程設計學時 20 指導教師金陵科技學院教務處制摘要步進電機是工業生產過程控制及儀表中的主要控制元件之一。在數字控 制系統中，由于它可以直接接受計算機輸出的數字信號，而不需要進行數 / 模/ 轉換，用起來非常方便。此次微機原理的課程設計，是對計算機系統和 微處理器以及匯編語言、外圍芯片的研究學習。本設計就是基于 8086CPU的 微機控制，利用匯編語言、 74273、74LS244芯片、 ULN2003A驅動等綜合應

2、 用實例，連接上硬件驅動電機電路，通過對按鍵輸入信號的檢測實施對步進 電動機正反轉的控制。關鍵詞 ：8086CPU；正反轉；步進電機目錄摘要 一、概述1.1 課程設計的目的1.2 課程設計的要求二、總體設計方案及說明2.1 系統總體設計方案2.2 系統工作框圖三、系統硬件電路設計3.1 8086 微處理器的簡介3.2 74273 和 74LS244 芯片的簡介3.3 ULN2003A 的簡介3.4 步進電機的工作原理3.5 微型處理器最小控制模塊3.6 按鍵輸入模塊3.7 驅動電動機模塊3.8 系統電路原理圖四、系統軟件部分設計 4.1 系統流程圖4.2 系統軟件源程序五、課程設計體會5.1

3、系統調試5.2 問題分析與解決方案5.3 心得體會 六 、參考文獻 附錄：原理圖一、概述1.1 課程設計的目的通過本課程設計， 使學生掌握控制系統設計的一般步驟， 掌握系統總體控制 方案的設計方法。使學生進一步掌握微型計算機應用系統的硬、軟件開發方法， 輸入/輸出（I/O） 接口技術，應用程序設計技術， 并能結合專業設計簡單實用的微 型計算機應用系統。 針對課堂重點講授內容使學生加深對微型計算機硬件原理的 理解及提高匯編語言程序設計的能力， 為以后的畢業設計搭建了微機系統應用平 臺，提高學生的開發創新能力。1.2 課程設計的要求步進電動機正反轉控制系統的設計 設計一個步進電動機正反轉控制系統

4、, 要求：1）系統功能：點動 SW1按鍵控制步進電動機正轉，點動 SW2按鍵控制步進 電動機反轉，點動 SW3按鍵控制步進電動機停止，在進行相應操作時，對應 LED 將被點亮。按下 SW4按鍵使步進電機在所設定的一級速度下運轉， 按下 SW5使步 進電機在所設定的二級速度下運轉， 按下 SW6使步進電機在設定的三級速度下運 轉，按下 SW7使步進電機在滿轉速下運轉；2）給出系統設計方案，畫出硬件連線圖，并說明工作原理；3）畫出程序框圖并編寫程序；4）軟硬件聯調，完成系統工作調試； 在以上工作基礎上完成課程設計報告， 包括設計任務與要求，總體方案說明， 電 路原理圖與說明，軟件流程圖和源程序清單

5、， 問題分析與解決方案， 結論與體會， 參考資料等。二、總體設計方案與說明2.1 系統總體設計方案本設計是用 Proteus 軟件對步進電動機正反轉電路的硬件電路進行設計， 系 統軟件部分用匯編語言編好的源程序將其導入 8086 微處理器中，對整個電路進 行運作控制。本設計是基于 8086 形成的最小微處理器的控制系統，由它對按鍵的輸入信號進行檢測，如果按的是停止鍵則電動機不轉動，如果檢測到正轉或者反轉， 則 給步進電動機一個循環有規律的脈沖， 如果步進電機轉動方向變化即控制電機輸 入的脈沖順序即可改變轉動方向。 74273 鎖存器和 ULN2003A驅動模塊的控制， 鎖存器 74273 的進

6、一步輸出對 74154 譯碼器的輸出進行控制。 外接的按鍵模塊輸 入的信息反饋到 8086 微處理器中，最終 8086 微處理器控制通過控制 ULN2003A 反向器電路的輸入， 進而控制電動機的正反轉。 該設計的驅動電路是由 ULN2003A 芯片驅動電動機實現正反轉的，在驅動負載的時候，電流是由電源通過負載 灌入 ULN2003A的。2.2 系統工作框圖：三、系統硬件電路設計3.1 8086 微處理器的簡介Intel 8086是一個由 Intel 于 1978年所設計的 16 位微處理器芯片，是 x86 架構的鼻祖。不久， Intel 8088 就推出了，擁有一個外部的 8 位數據總線，允

7、 許便宜的芯片用途。它是以 8080 和 8085 的設計為基礎，擁有類似的寄存器組， 但是數據總線擴充為 16 位。總線界面單元透過 6 字節預存的隊列喂指令給執行 單元，所以取指令和執行是同步的， 8086 CPU有 20 條地址線，可直接尋址 1MB 的存儲空間，每一個存儲單元可以存放一個字節( 8 位)二進制信息。8086 微處理器結構包括總線接口單元 (BIU) 和執行單元 (EU) 還有 BIU 和 EU 的管理。總線接口部件由下列各部分組成：4 個段地址寄存器：CS 16 位的代碼段寄存器； DS 16 位的數據段寄存器； ES 16 位 的擴展段寄存器； SS 16 位的堆棧段

8、寄存器； 16 位的指令指針寄存 器 IP ； 20 位的地址加法器； 6字節的指令隊列緩沖器。執行部件由 下列幾個部分組成： 8個通用寄存器： 即 AX、BX、CX、DX,BP,SP,SI,DI ； 其中， 4 個數據寄存器： AX、BX、 CX、 DX； 2 個地址指針寄存器： BP,SP； 2 個變址寄存器： SI,DI ； 標志寄存器 FR； 算術邏輯單元 ALU。8086 的引腳：8086有40個個引腳，采用雙列直 8086有 40插式封裝，引腳信號的分布如 圖 3 所示。 8086 引腳信號分為三類，即基本引腳信號、最小工作模式信號和最 大工作模式信號。基本引腳信號AD15 AD0

9、：地址 / 數據分共用引腳。在總線周期 T1 狀態傳送地址， T2 T4 狀態傳送數據。 8086與主存連接時低 8 位數據線接存儲器偶地址單元，高 8 位 數據線接奇地址單元，由 AD0和 BHE組合選擇。A19/S6A16/S3：地址/ 狀態分時共用引腳。總線周期 T1 時輸出高 4 位地址 A19A16，T2T4時作為狀態標志。其中 S6為 0 時，表示 AD15 AD0作為數 據線。BHE/S7：T1時為高 8位數據允許 BHE；其余時間作為狀態信號 S7，但 S7未 定義。RD：讀命令，輸出， T2 開始低電平有效，啟動一次讀操作CLK：時鐘信號，輸入，占空比為 1:3 。RESE：

10、T 輸入，高電平有效，需保持 4 個時鐘周期。復位后 CPU結束當前操 作， IP、DS、SS、ES和指令隊列清 0，CS置為 FFFFH。CPU從 FFFF0H單元開始 執行程序。READ：Y準備好，輸入，高電平有效，表示主存 / 外設準備就緒，即可讀 /寫 數據。若 READY為低電平，需在 T3 之后插入 TW。最小工作模式引腳信號M/IO：存儲器 I/O 選擇，輸出，高電平，讀/寫存儲器，低電平，讀/寫 I/O 設備。 8088 與之相反。WR： 寫命令，輸出， T2 開始低電平有效，啟動一次寫操作。3.2 74154 和 74LS244芯片介紹74154 譯碼器這種單片 4 線 16

11、 線譯碼器非常適合用于 高性能存儲器的譯碼器。當兩 個選通輸入 G1 和 G2 為低時 , 它可將 4 個二進制編碼的輸入譯成 16 個互相獨 立的輸出之一。實現解調功能的辦法是：用 4 個輸入線寫出輸出線的地址，使 得在一個選通輸入為低時數據通過另一個選通輸入。當任何一個選通輸入是高 時，所有輸出都為高。74LS244緩沖器74LS244為 3 態 8 位緩沖器，一般用作總線驅動器。 74LS244沒有鎖存的功 能。地址鎖存器就是一個暫存器，它根據控制信號的狀態， 將總線上地址代碼暫 存起來。 8086/8088 數據和地址總線采用分時復用操作方法，即用同一總線既傳 輸數據又傳輸地址。它主要

12、用于三態輸出，作為地址驅動器、時鐘驅動器、 總線驅動器和定向發送器等。引腳圖：1A11A42A12A4輸 入端； /1G /2G 三態允許端 （低電平有效 ）1Y11Y42Y12Y4輸 出端3.3 ULN2003A 的簡介ULN2003A是一個 7 路反向器電路，它的輸出結構是集電極開路的，所 以要在輸出端接一個上拉電阻，在輸入低電平的時候輸出才是高電平。在 驅動負載的時候，電流是由電源通過負載灌入ULN2003A的。ULN的引腳圖：特點：高電壓輸出 50V ； 輸出鉗位二極管； 輸入兼容各種類型的邏輯電路； 應用繼電器驅動器3.4 步進電機電動機（ Motors ）是把電能轉換成機械能的一種

13、設備。 它是利用通電線圈 （也 就是定子繞組）產生旋轉磁場并作用于轉子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉 扭矩。電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機， 電力系統中的電動 機大部分是交流電機， 可以是同步電機或者是異步電機 （電機定子磁場轉速與轉 子旋轉轉速不保持同步速） 。電動機主要由定子與轉子組成，通電導線在磁場中 受力運動的方向跟電流方向和磁感線（磁場方向）方向有關。 電動機工作原理是 磁場對電流受力的作用，使電動機轉動。在本設計中， 我們使用單雙八拍運行方式的步進電機，即控制正轉時，電機 繞組的通電順序為： ADDDCCCB BBAA；反轉時， 電機繞組的通電順 序為:AABBB

14、CCCDDDA。其工作原理示意圖如下：開始時，開關 SB接通電源， SA、SC、SD斷開， B相磁極和轉子 0、3 號齒對 齊，同時，轉子的 1、4號齒就和 C、D相繞組磁極產生錯齒， 2、5 號齒就和 D、 A相繞組磁極產生錯齒。當開關 SC接通電源， SB、SA、SD斷開時，由于 C 相繞組的磁力線和 1、4 號齒之間磁力線的作用，使轉子轉動， 1、4 號齒和 C 相繞組的磁極對齊。而 0、 3號齒和 A、B相繞組產生錯齒， 2、5 號齒就和 A、D相繞組磁極產生錯齒。依次 類推， A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉子會沿著 A、B、C、D方向轉動。3.5 微處理器最小控制模塊在本設計中

15、該微處理器最小控制模塊電路由 8086 微處理器、三個 74273 八 D 觸發器、以及 74154譯碼器等組成。 8086有 20位地址線，其中高 4位 A19-A16 與狀態線 S6-S3分時復用，低 16位 AD15-AD0 與數據線分時復用。該模塊用 74273 對A0A19和BHE對應的 21個端口進行數據的鎖存。 與外部硬件電路的連接的 I/O 部分由 4線-16線譯碼器 74154組成，用來分配 I/O 硬件地址。3.6 按鍵輸入模塊在本設計中該模塊電路由按鍵SW1SW經3 過排阻與 74LS244三態 8位緩沖器連接， 并由 74LS244 將信號通過地址 / 數據復用總線 A

16、D0-AD3四個端口輸入 給 8086微處理器中。 由 8086對信號進行分析確定是正轉、反轉、 停止的哪一種 輸入狀態，最終確定電機的運動狀態3.7 驅動電動機控制模塊在本設計中該模塊電路是由驅動芯片 ULN2003A驅動電機轉動的，步進電機10脈沖信號由 8086 芯片發出，由數據線 AD0-AD7經過鎖存器 74273 傳送到步進電 機的驅動芯片， 再由驅動芯片輸出的數據信號帶動步進電機運轉。 反應電動機運 動狀態的三個 LED顯示燈是由 74273 鎖存器的三個端口直接驅動的。3.8 系統電路原理圖、系統軟件部分設計114.1 系統流程圖開始電動機初始化讀出開關的輸入狀態反轉鍵是否按下

17、否停止鍵是否按下否是正轉鍵是否按下否停止鍵是否按下否SI8SI8反轉鍵是否按下是否正轉鍵是否按MOV SI,0電動機正轉延時SI=SI+1SI=SI+1電動機反轉延時MOV SI,04.2 系統軟件源程序：.MODEL SMALL .8086 .STACK .CODE .STARTUPMOV DX,0200HMOV AL,0B3H電動機停止，停轉指示燈亮讀入開關狀態電動機正轉電動機反轉電動機正轉開始OUT DX,AL AGAIN: MOV DX,0400HIN AL,DXTEST AL,01HJZ CLOCKWISETEST AL,02HJZ UNCLOCKWISE JMP AGAIN CLO

18、CKWISE: MOV SI,0 LOP0: MOV DX,0200HMOV AL,FFWSI檢測反轉按鍵是否按下檢測停止按鍵是否按下繼續正轉循環電動機反轉開始OUT DX,AL CALL DELAY MOV DX,0400H IN AL,DX TEST AL,02H JZ UNCLOCKWISE TEST AL,04H JZ STOP INC SI CMP SI,8 JB LOP0 JMP CLOCKWISE UNCLOCKWISE:MOV SI,013LOP1:MOVDX,0200HMOVAL,REVSIOUTDX,ALCALLDELAYMOVDX,0400HIN AL,DXTESTAL,

19、01HJZ CLOCKWISETESTAL,04HJZ STOPINCSICMPSI,8JB LOP1JMPUNCLOCKWISESTOP:MOVDX,0200HMOVAL,0B3HOUTDX,ALJMPAGAINDELAYPROC NEARPUSHBXPUSHCXMOVBX,25DEL1:MOVCX,295DEL2:LOOPDEL2DECBXJNZDEL1POPCXPOPBXRETDELAYENDP.DATA檢測正轉按鍵是否按下檢測停止按鍵是否按下繼續反轉循環電動機停止，停轉指示燈亮FFW DB 069H,068H,06CH,064H,066H,062H,063H,061H單雙八拍 正轉RE

20、V DB 051H,053H,052H,056H,054H,05CH,058H,059H單雙八拍 反轉END五 、課程設計體會5.1 系統的調試按下停止按鈕時，停轉指示燈亮，步進電動機停止轉動。運行結果如圖所示14按下正轉按鈕時，正轉指示燈亮，步進電動機開始正轉。運行結果如圖所示15按下反轉按鈕，反轉指示燈亮，步進電動機開始反轉，運行結果如圖所示5.2 問題分析與解決方案該課程設計運用的是無條件傳送控制方式， 來實現數據傳送， 即 CPU與外接 口交換信息。 在運行調試過程中 8086 處理器起到主控制作用， 1、當把運行程序 加載到 8086 微處理器模塊中運行時，如果三個指示燈全部亮時，可能是輸入運 行程序的問題或者是 Protues 軟件的版本問題升級一下就好了。 2、從正轉變換到反轉