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1、装订线微型计算机原理综合实验 题目： 步进电机控制 学 院 电子信息工程学院学科门类 工 学 专 业 通信工程 学 号 2012449149 姓 名 孙姣 指导教师 侯顺艳 2015年1 月 7日目 录一、实验目的.二、设计要求.三、设计原理.四、程序流程图五、程序源代码六、总结与体会.参考文献. 一、实验目的 1.1掌握微机原理程序设计方法，达到运用所学知识来应用于实践的目的; 1.2培养学生查阅资料、使用工程设计标准、手册及编写设计技术的能力；1.3培养初步掌握设计开发产品的能力，了解微机控制系统的一般设计方法。 1.4掌握汇编语言在硬件编程方面的应用 二、设计要求2.1外设电路要求 设计
2、电路，使其能够驱动步进电机转动，所需元件及器材由实验室提供，其中步进电机为35BYJ46型四相八拍电机，电压为DC12V，电源取自实验箱。根据相应状态，利用数码管完成输出显示。数据的输入采用键盘、输出采用实验箱上8255单元完成。 2.2程序要求 编写程序，控制步进电机的运转，要求可调整步进电机运转的方向和速度。选择合适的设计方案，并进行理论阐述。编制相应的控制程序，要求有程序流程图，程序加注释。绘制实现电路原理图，所有图纸均用计算机绘制。三、设计原理3.1工作过程 一、步进电机的概述及四相八拍步进电机的工作原理： 步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电机的输入量是脉
3、冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进位移，正常运行情况下，它每转一周是有固定的步数。 该步进电机为四相八拍步进电机，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。 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，
4、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A、B、C、D方向转动。图1 四相步进电机步进示意图 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： 图2 步进电机工作时序波形图c. 八拍b. 双4拍a. 单4拍35BYJ46步进电机为四相八拍，其相序表如下： 步序 PA3 PA2 PA1 PA
5、0 对应A口输出值 1 0 0 0 1 01H 2 0 0 1 1 03H 3 0 0 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 0 0 1 09H步进电机的工作方式： 35BYJ46 有四相ABCD，如果对各个相依次单独通电，A-B-C- D，磁场旋转一周需要换相四次，则称为四相单四拍；如果每次对两相同时通电，AB- BC- CD- DA，则称为四相双四拍；也可以每次对三相同时通电，ABC- BCD- CDA- DAB;将单四拍和双四拍交替使用，就称为四相八拍，如：A- AB- B- BC- C-
6、CD- D-DA、AB- ABC- BC- BCD- CD- CDA- DA- DAB，此时磁场旋转一周需要换相八次。双四拍每次对多相同时通电，与单四拍比较起来，每相通电的时间长，消耗的电功率增大，电机所得到的电磁转矩也大。同时，采用多相励磁会产生电磁阻尼，会削弱或消除振荡现象，使得电机不易产生失步。四相八拍与四相四拍相比较，步距角减小了一倍，有利于削弱振荡，提高电机的带负载能力。一般说来，步进电机控制系统需要以下部分,如图1 所示。其中的脉冲发生器用于产生频率变化的脉冲信号; 脉冲分配器根据方向控制信号将脉冲信号转换成有一定逻辑关系的环形脉_冲;功率放大器将脉冲分配器输出的环形脉冲放大,用于
7、控制步进电机的运转，这些部分都可 以由专门的电路来实现。2、 步进电机的驱动 步进电机的驱动方式很多，有单电压驱动、双电压驱动、斩波驱动、细分驱动和集成电路驱动。由于集成电路集驱动和保护于一体，作为小功率步进电动机的专用驱动芯片，使用起来非常方便。在实际应用中, 我们可以选择L298N 集成电路芯片作为35BYJ46 的驱动芯片。但本次实验我们采用的是自行设计的驱动电路。 3.2编写步进电机汇编程序 1、 通过实验了解8255工作在方式0下的编程方法 8255可编程并行接口芯片介绍 8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/0接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单
8、电源供电，能在以下三种方式下工作： 方式0基本输入/出方式；方式1选通输入/出方式；方式2双向选通工作方式 四、程序流程图 本程序用8255的a口输出控制信息，经驱动电路实现对步进电机的速度和方向的控制。 程序中8255的地址段设置为200h207h，控制键为09，正转速度分三档，分别由123控制；3为最高速度，反转速度分三档，分别由456控制，6为最高速度；78键为速度微调，分别在各档位速度的基础上小幅度调节速度的大小；0为停止键；9为退出键。 程序设计上用按键控制输出的延迟时间的大小来达到控制转速的目的。 程序流程图如下： 开始初始化8255入口判断相序置入Y N出口判断退出转向或调速延迟
9、控制五、实验程序ASTEP EQU 01HBSTEP EQU 02HCSTEP EQU 04Hdstep EQU 08HCODE SEGMENTORG 1000H ASSUME CS:CODESTART : MOV DX,0FFDBH ;8255控制口地址 MOV AL, 82H ;PA口输出,pB口输入 OUT DX, AL ;写控制字 K1:MOV DX, 0FFD8H ;PA口地址 MOV AL,0 ;输出低电平 OUT DX,AL ;电机停止转动 MOV DX,0FFD9H ;PB口地址 IN AL,DX ;读开关状态 TEST AL,01H ;PB0位（K1=0吗？） JNZ K2
10、;不是零转K2 JMP ZHENGFAST ;是零转ZHENGFAST K2: MOV DX, 0FFD8H ;PA口地址 MOV AL,0 ;输出低电平 OUT DX,AL ;电机停止转动 MOV DX,0FFD9H IN AL,DX ;读开关状态 TEST AL,02H ;PB1位（K2=0吗？） JNZ K3 ;不是零转K3 JMP FANFAST ;是零FANFAST K3: MOV DX, 0FFD8H ;PA口地址 MOV AL,0 ;输出低电平 OUT DX,AL ;电机停止转动 MOV DX,0FFD9H IN AL,DX ;读开关状态 TEST AL,08H ;PB2位（K3
11、=0吗？） JNZ K4 ;不是零转K4 JMP FANLOW ;是零转FANLOW K4: MOV DX, 0FFD8H ;PA口地址 MOV AL,0 ;输出低电平 OUT DX,AL ;电机停止转动 MOV DX,0FFD9H IN AL,DX ;读开关状态 TEST AL,04H ;PB2位（K3=0吗？） JNZ K1 ;是零转ZHENGKUAI JMP ZHENGLOWZHENGFAST:MOV BX,500H;设置初始延时时间 MOV DX, 0FFD8H;PA口地址 MOV AL,CSTEP OUT DX,AL CALL DELAY MOV AL,CSTEP+DSTEP OUT
12、 DX,AL CALL DELAY MOV AL,BSTEP OUT DX,AL CALL DELAY MOV AL,BSTEP+CSTEP OUT DX,AL CALL DELAY MOV AL,DSTEP OUT DX,AL CALL DELAY MOV AL,ASTEP+BSTEP OUT DX,AL CALL DELAY MOV AL,ASTEP OUT DX,AL CALL DELAY MOV AL,DSTEP+ASTEP OUT DX,AL CALL DELAY JMP K1ZHENGLOW:MOV BX,1000H;设置延时时间 MOV DX, 0FFD8H;PA口地址 MOV
13、AL,ASTEP+BSTEP;PA0PA1(AB相)输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时 MOV AL,ASTEP+DSTEP ;BC输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时 MOV AL,CSTEP+DSTEP;CD输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时 MOV AL,BSTEP+CSTEP;DA输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时 JMP K1FANFAST:MOV BX,500H;设置延时时间 MOV DX, 0FFD8H;PA口地址 MOV AL,ASTEP+BSTEP;PA0PA1(AB
14、相)输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时 MOV AL,BSTEP+CSTEP ;BC输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时 MOV AL,DSTEP+CSTEP;DA输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY MOV AL,ASTEP+DSTEP;CD输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时 JMP K1FANLOW:MOV BX,1000H;设置延时时间 MOV DX, 0FFD8H;PA口地址 MOV AL,ASTEP+BSTEP;PA0PA1(AB相)输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY
15、;调延时 MOV AL,BSTEP+CSTEP ;BC输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时 MOV AL,CSTEP+DSTEP;CD输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时 MOV AL,DSTEP+ASTEP;DA输出高电平 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时 JMP K1DELAY PROC NEAR ;延时子程序 PUSH CX MOV CX,BXDELAY1: NOP LOOP DELAY1 POP CX RETDELAY ENDP ; 延时子程序结束CODE ENDS ;代码段结束 END START6、 总结与体会 本次试验不仅实现了步机的转动，还可以通过控制开关实现步机顺时针旋转、逆时针旋转、加快速度的转动和减慢的转动，通过本次程序设计加深了8255的工作原理，对课本知识有了进一步的了解与认知，通过这次试验收获很大。