微机原理课程设计报告

微机原理及接口技术课程设计报告

题 目 步进电机转速实时控制设计 学 院 信息科学与工程学院 专 业 电子信息工程 学生姓名 丁右棋 学 号 201610425204 年级 2016 级 指导教师 张 玉 职称 讲 师

2018 年 6 月 29 日 《微机原理及接口技术课程设计》课程考核评分表 姓名 丁右棋 学号 201610425204

专业 电子信息工程 年级 2016

题目 步进电机转速实时控制设计

评价项目 最高分 评分 具体要求（A级标准参考） A B C D E

工作态度 10

10 9 8 7 ≤6 出勤记录良好，完成设计的态度端

正，工作作风严谨务实。

设计报告质量 20

19-20 17-18 15-16 13-14 ≤12 设计报告结构严谨，逻辑性强；语言

文字表达准确流畅，报告格式规范，符合要求。

问题分析能力 30

28-30 25-27 22-24 19-21 ≤18 能够运用微机原理的知识，分析问

题，并提出较为合理的解决方案。

设计/开发解决方案能力 40 37-40 33-36 29-32 25-28 ≤24 能够根据设计要求确定具体方案，包括硬件系统设计、软件系统设计。

总分 100

成绩评定等级： 优（90—100分）、良（80—89分）、中（70—79分）、及格（60—69分）、不及格（<60分）

教师签名： 2018.6.30 成都学院（成都大学）课程设计 I 步进电机转速实时控制设计 摘要：步进电机又称为脉冲电机，基于最基本的电磁铁原理，它是一种可以自由回转的电磁铁，其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。通过汇编语言对可编程I/O口扩展芯片8255编程，控制其输出信号。8255的输出端连接驱动电路，是驱动电路按照程序设定好的方式导通，来控制步进电机的转动。并且在程序中设定，控制步进电机的转向。 关键词：步进电机；8255；转速控制

The real-time control design of the speed of the stepping motor

Abstract：Stepping motor is also called pulse motor. Based on the basic principle of electromagnet, it is a kind of electromagnet which can turn freely. The programmable I/O port expansion chip 8255 is programmed by assembly language to control its output signal. The output port of the 8255 is connected with the driving circuit, and the driving circuit is controlled according to the programmed setting way to control the rotation of the stepping motor. And set in the program to control the steering of stepper motor. Key words: step motor; 8255; speed control. 成都学院（成都大学）课程设计

II 目 录 第1章 绪论 ······························· 1 1.1 研究背景 ································ 1 1.2 选题的目的和意义 ···························· 2 1.3 本课程设计的主要内容 ·························· 2 第2章 步进电机转速实时控制设计 ····················· 3 2.1 设计方案 ································ 3 2.2 硬件系统基本原理 ···························· 3 2.2.1 8255A并行接口芯片 ························· 3 2.2.2 步进电机 ······························ 5 2.2.3 驱动芯片 ······························ 9 2.3 软件框图及设计思想 ·························· 11 2.4 软件清单 ······························· 12 第3章 结束语 ······························ 14 参考文献 ··································· 15 成都学院（成都大学）课程设计

1 第1章 绪论 1.1 研究背景 我国的步进电机在二十世纪七十年代初开始起步,七十年代中期至八十年代中期为成品发展阶段,新品种和高性能电机不断开发，目前，随着科学技术的发展,特别是永磁材料、半导体技术、计算机技术的发展,使步进电机在众多领域得到了广泛应用。步进电机被广泛运用于航空航天领域，医疗救护领域，军事及公安消防领域等诸多领域，运用范围广泛且普遍。 正因为步进电机的广泛应用，对步进电机的控制的研究也越来越多，在启动或加速时如果步进脉冲变化太快，转子由于惯性而跟随不上电信号的变化，产生堵转或失步在停止或减速时由于同样原因则可能产生超步。为防止堵转、失步和超步，提高工作频率，要对步进电机进行升降速控制。 步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。由于步进电机是借助它的同步力矩而启动的，为了不发生失步，启动频率是不高的。特别是随着功率的增加，转子直径增大，惯量增大，启动频率和最高运行频率可能相差十倍之多。 步进电机的起动频率特性使步进电机启动时不能直接达到运行频率，而要有一个启动过程，即从一个低的转速逐渐升速到运行转速。停止时运行频率不能立即降为零，而要有一个高速逐渐降速到零的过程。步进电机的输出力矩随着脉冲频率的上升而下降，启动频率越高，启动力矩就越小，带动负载的能力越差，启动时会造成失步，而在停止时又会发生过冲。要使步进电机快速的达到所要求的速度又不失步或过冲，其关键在于使加速过程中，加速度所要求的力矩既能充分利用各个运行频率下步进电机所提供的力矩，又不能超过这个力矩。因此，步进电机的运行一般要经过加速、匀速、减速三个阶段，要求加减速过程时间尽量的短，恒速时间尽量长。特别是在要求快速响应的工作中，从起点到终点运行的时间要求最短，这就必须要求加速、减速的过程最短，而恒速时的速度最高。 国内外的科技工作者对步进电机的速度控制技术进行了大量的研究，建立了多种加减速控制数学模型，如指数模型、线性模型等，并在此基础上设计开发了多种控制电路，改善了步进电机的运动特性。 成都学院（成都大学）课程设计 2 1.2 选题的目的和意义 步进电机虽然已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。 步进电机是工业程控及仪表中的主要控制组件之一。在数字控制系统中，由于其可以直接接受计算机的数字元信号，不需要进行数模转换，所以用起来更方便。步进电机角位移与控制脉冲间的精确同步。若将角位移的改变转变为线性位移、位置、体积、流量等物理量的变化，便可实现对它们的控制。 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用，人们对步进电机的使用越来越多，因此对步进电机的控制就显得比较重要，对步进电机控制的研究有助于我们进一步了解步进电机及运用步进电机完成一些系统运转。正因为步进电机具有快速启停，精确步进以及能直接接收数字量等特点，所以使其在特定场合中得到了广泛的应用。所以学会使用微型计算机控制步进电机也就显得更有必要了，同时研究对步进电机转速的

1.3 本课程设计的主要内容 使用微型计算机，通过8255芯片实现对步进电机的简易实时控制，了解并掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用数据的能力，掌握步进电机与8255的接口电路原理。利用程序及硬件设备对步进电机的转速及转向进行控制，实现能编制出步进电机正、反转运行程序，实现步进电机高速正转->低速正转->低速反转->高速反转的循环。 步进电机至少达到以下几个要求： (1) 步进电机能进行正转。 (2) 步进电机能进行反转。 (3) 步进电机具有两种转速，低速和高速。 成都学院（成都大学）课程设计

3 第2章 步进电机转速实时控制设计 2.1 设计方案 本设计采用电压为DC12V的四相八拍步进电机35BYJ46型电机，用ULN2803作为步进电动机驱动电路主芯片，以8255A作为8088并行输出接口，8088对步进电机的控制信号则通过8255A送到ULN2803。 关于转向与转速，通过查表的方式实现，以逐次递增方向查表，依次输出表中数据，则步进电机正转；以逐次递减方向查表，则步进电机反转，即通过一个表实现步进电机的正转与反转。转速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，步进电机转速加快。

2.2 硬件系统基本原理 在工业控制系统里步进电动机是主要的控制元件之一。步进电机具有快速启动停止，精确定位和能够使用数字信号进行控制，能够实现脉冲-角度转换的特点，因此得到广泛的应用。在使用步进电机的控制系统里，脉冲分配器产生周期的控制脉冲序列，步进电机驱动器每接收一个脉冲就控制步进电机沿给定方向步进一步。

2.2.1 8255A并行接口芯片 8255芯片是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