资源描述
东北大学接口技术报告步进电机控制系统学 院 XXXXXXXXXXXXXXXXX班 级 XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 姓 名 XXXXX学 号 XXXXXXXXXX日 期 XXXXXXXXXXXX【实验目的】1、利用PC机和实验箱，设计并实现给定步进电机的控制。2、进一步掌握对芯片的硬件和软件综合设计方法。3、了解微机的工作原理，微型计算机的基本结构，接口技术及汇编语言程序设计。【实验内容】1、控制步进电机转动，要求转速1步/秒。2、基于实验箱，设计并实现接口和驱动电路。3、用汇编语言编制程序。4、改善步进电机的控制性能，控制步进电机转/停；正转/反转；改变转速（至少3档）；单步。【实验设备】1）MUT-III型实验箱2）计算机【总体设计】1、8253定时控制步进速度。2、8255输出控制脉冲，再经75452驱动电机。3、系统运行时，通过按键的不同来控制电机转/停；正转/反转；改变转速（至少3档）；单步。【硬件设计】 因采用了PC机和PC总线接口应用平台，硬件电路相对简单，除利用了PC机本身资源外（如中断资源），还利用了平台上的8253计数/定时器、8255并行接口单元，再加上外围驱动电路，便构成可步进电机控制电路，硬件原理图如图1：图中75452元件是正与非驱动器，OC门输出，所以加上拉电阻；8253的作用是输出定时信号向CPU申请中断要求输出电机走步的控制信号。图1【芯片介绍】（1）8253定时器/计数器电路该电路由片8253组成，8253的片选输入端插孔CS8253，数据口、地址、读、写线均已接好，T0、T1、T2时钟输入分别为8253CLK0、8253CLK1、8253CLK2。定时器输出、GATE控制孔对应如下：OUT0、GATE0、OUT1、GATE1、OUT2、GATE2、CLK2。原理图如下：注：GATE信号无输入时为高电平（2）82558255可编程并口电路：该电路由片8255组成，8255的数据口，地址，读写线，复位控制线均已接好，片选输入端插孔为8255CS,A,B,C三端口的插孔分别为：PA0PA7,PB0PB7,PC0PC7.电路原理如图： 8255A是比较常用的一种并行接口芯片，其特点在许多教科书中均有介绍。8255A有三个8位的输入输出端口，通常将A端口作为输入用，B端口作为输出用，C端口作为辅助控制用，本实验也是如此。实验中，8255A工作于基本输入输出方式（方式0）。 另外，从原理图中看到，8255芯片的端口选择信号A0、A1，分别与地址总线A1、A2相连，因此，8255的四个端口地址应是：04A0H、04A2H、04A4H、04A6H。用8255A的PA03分别控制步进电机的A、B、C、D四相，“1”则该相绕组通电，“0”则不通电。步进电机的驱动原理是使各相绕组依次通电来使其作步进式旋转，通过通电顺序和切换频率来调节其转速和转向。步进电机可以四相四拍或四相八拍方式工作，即通电顺序为：ABCDA；AABBBCCCDDDAA。按相反的顺序即可改变电机的旋转方向。本实验系统采用的是：ABBCCDDAAB。B8255APA17407PA0+12VPA3PA2ACD【软件设计】 本设计通过软件编程使8253输出定时信号申请中断，CPU发出命令由8255的下C口输出脉宽信号来控制步进电机的走步。电机的转动和停止则是通过8255的A0端子输出高低电平来继续或暂停8253的计数从而控制中断申请来实现的。8253的定时时间决定了电机转动的快慢。相对简单的硬件电路，使软件设计成为本实验的中心内容。控制系统分五个功能模块，分别是转速设置、转向设置、固定步数转动、连续转动、退出系统，在前四个功能块中都设置了ESC键来取消或暂停执行当前操作。（1）转速设置根据赋给计数器的计数初值，我们可以计算出步进电机各相脉宽信号的频率和电机转速，也可以反过来根据对电机转速要求，计算并调整计算初值。这里采用的是8253的0号计数器和方波产生方式，输入时钟为f=46875hz，设计数初值为n，要求转速为0.25转/秒，对四相步进电机而言即为5步/秒，则有：f / n = 5 n=f/5=46875/5=9375反过来，当计数器初值确定时，决定了电机的转速，如计数初值为0时，有电机转速为1步每秒（本设计中最慢速度）；当计数初值为125时，电机转速为375步每秒（本设计中最快速度）。具体设置初值及转速见表2。步速转速按键计数初值10.05F14687530.15F21562550.25F39375150.75F43125251.25F51875753.75F66251256.25F737537518.75F8125（2）转向设置在内存单元中设置一方向标志FLAG1，假设FLAG1为0时为顺时针转向，则当设置FLAG1不为0时即可使电机转逆时针转动。判断操作在中断子程序中进行。（3）连续转动设置在此功能模块中，通过让8255的A0口输出高电平到8253的GATE0使其0号计数器继续工作（平常时A0口为低电平使8253的0号计数器暂停计数），并开放中断进入循环等待中断状态，在等待状态中若有键盘的ESC键按下，则认为暂停要求而关闭中断和暂停8253计数回到主菜单。需要继续原转向原速度运行，再选择此功能模块即可。（4）固定步数转动设置通过键盘输入0到999的十进制值来设定转动步数。判断已转步数即中断次数是这样实现的，设置一内存单元FLAG0，中断时在中断子程序中求反，而在循环等待中断的程序中判断其有无变化，无变化继续循环，有变化则使计数寄存器CX减1后继续循环，当CX=0时退出等待中断状态，并关中断和暂停8253计数。在这个等待程序中也判断键盘有无ESC键按下，若有则认为暂停要求而退出。（6）中断子程序在中断子程序中，将值为11001100B的内存单元循环左移或右移一位，通过8255的下C口输出低四位，控制步进电机的相序变化，从而使电机连续转动。左移或右移将使电机顺时针或逆时针转动，它由标志FLAG1来决定。【程序流程图】（1）主程序框图如图2图2 主程序框图（2）中断服务子程序框图如图3图3 中断服务子程序框图（3）速度设置自程序和方向设置单元程序的流程比较简单，如图4，5。（4）固定步数转动单元子程序框图如图6图6 固定步数转动单元子程序框图（5）连续转动单元子程序框图如图7图7 连续转动单元子程序框图（6）8253和8255初始化子程序、菜单显示子程序请参考程序清单。【实验程序】DATA SEGMENTIRQ EQU 0DHIMR1 EQU 0DFHIMR2 EQU 20HPA55 EQU 280HPC55 EQU 282HCTL55 EQU 283HP0_53 EQU 290HCTL53 EQU 293HINTA0 EQU 20HINTA1 EQU 21HMES0 DB 0DH,0AH,* STEPPING MOTOR CONTROL SYSTEM ! *,0DH,0AH,0DH,0AH DB PRESS 1 TO SPEED SET!,0DH,0AH DB PRESS 2 TO DIRECTION SET! ,0DH,0AH DB PRESS 3 TO TURN REQUIRED STEPS! ,0DH,0AH DB PRESS 4 TO START RUNNING!,0DH,0AH DB PRESS 5 TO EXIT!,0DH,0AH,$ MES1 DB 0DH,0AH,* SPEED SET *,0DH,0AH,0DH,0AH DB PRESS A FOR 0.05 R/S !,0DH,0AH DB PRESS B FOR 0.15 R/S !,0DH,0AH DB PRESS C FOR 0.25 R/S !,0DH,0AH DB PRESS D FOR 0.75 R/S !,0DH,0AH DB PRESS E FOR 1.25 R/S !,0DH,0AH DB PRESS F FOR 3.75 R/S !,0DH,0AH DB PRESS G FOR 6.25 R/S !,0DH,0AH DB PRESS H FOR 18.75 R/S !,0DH,0AH DB PRESS ESC TO CANCEL !,0DH,0AH,$ MES2 DB 0DH,0AH,* DIRECTION SET *,0DH,0AH,0DH,0AH DB PRESS 1 TO RIGHT !, 0DH,0AH DB PRESS 0 TO LEFT !,0DH,0AH,$ MES3 DB 0DH,0AH,* STEPS(1000) SET *,0DH,0AH,0DH,0AH DB PRESS ESC TO CANCEL !,0DH,0AH DB PLEASE INPUT STEPS:,$ MES4 DB 0DH,0AH, RUNNING .,0DH,0AH DB PRESS ESC TO STOP!,0DH,0AH,$ INTSEG DW ? INTOFF DW ? INTIMR DB ? FLAG1 DB 0 FLAG0 DB 0 NUM DB 11001100B CNTFF DW 0B71BH,3D09H,249FH,0C35H,753H,271H,177H,7DH DATA ENDS STACK SEGMENT PARA STACK STACK DB 256 DUP(?) STACK ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STACK START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,CTL53 MOV AL,00110110B OUT DX,AL MOV DX,P0_53 MOV AL,1BH OUT DX,AL MOV AL,0B7H OUT DX,AL MOV DX,CTL55 MOV AL,10000000B OUT DX,AL MOV DX,PA55 MOV AL,0 OUT DX,AL MOV AL,11001100B MOV DX,PC55 OUT DX,AL CLI MOV AH,35H MOV AL,IRQ INT 21H MOV AX,ES MOV INTSEG,AX MOV INTOFF,BX PUSH DS MOV AX,SEG INTPROC MOV DS,AX LEA DX,INTPROC MOV AH,25H MOV AL,IRQ INT 21H MOV DX,INTA1 IN AL,DX MOV INTIMR,AL AND AL,IMR1 OUT DX,AL POP DS STI MAIN: LEA DX,MES0 MOV AH,09H INT 21H LP0: MOV AH,8 INT 21H CMP AL,1 JE LP1 CMP AL,2 JE LP2 CMP AL,3 JE LP3 CMP AL,4 JE LP4 CMP AL,5 JE EXIT JMP LP0 LP1: CALL AA JMP MAIN LP2: CALL BB JMP MAIN LP3: CALL CC JMP MAIN LP4: CALL DD1 JMP MAIN EXIT: CLI MOV AL,INTIMR MOV DX,INTA1 OUT DX,AL MOV DX,INTOFF MOV AX,INTSEG MOV DS,AX MOV AH,25H MOV AL,IRQ INT 21H STI MOV AH,4CH INT 21H INTPROC PROC PUSH AX PUSH DS PUSH DX PUSH CX STI MOV AX,DATA MOV DS,AX CMP FLAG1,0 JE KK ROR NUM,1 JMP YY KK: ROL NUM,1 YY: MOV AL,NUM AND AL,00001111B MOV DX,PC55 OUT DX,AL NOT FLAG0 ;INC FLAG0 MOV DX,INTA0 MOV AL,20H OUT DX,AL POP CX POP DX POP DS POP AX IRET INTPROC ENDP AA PROC PUSH AX PUSH BX PUSH DX PUSH DI MOV AH,9 LEA DX,MES1 INT 21H MOV AH,8 INT 21H CMP AL,1BH JZ KK0 SUB AL,A MOV AH,0 ADD AX,AX MOV DI,AX MOV BX,OFFSET CNTFF MOV AX,WORD PTR BX+DI MOV DX,P0_53 OUT DX,AL XCHG AH,AL OUT DX,AL KK0: POP DI POP DX POP BX POP AX RET AA ENDP BB PROC PUSH AX PUSH DX MOV AH,9 LEA DX,MES2 INT 21H MOV AH,8 INT 21H CMP AL,1BH JZ XX SUB AL,0 MOV FLAG1,AL XX: POP DX POP AX RET BB ENDP CC PROC PUSH AX PUSH BX PUSH CX PUSH DX MOV AH,9 MOV DX,OFFSET MES3 INT 21H MOV BX,0 GETCHAR: MOV AH,1 INT 21H SUB AL,30H JL XX0 CMP AL,09H JG XX0 MOV AH,0 XCHG AX,BX MOV CX,0AH MUL CX XCHG AX,BX ADD BX,AX JMP GETCHAR XX0: MOV AH,9 LEA DX,MES4 INT 21H MOV CX,BX ; MOV CX,10 STI MOV DX,PA55 MOV AL,1 OUT DX,AL MOV BL,FLAG0 XX1: ;CLI MOV AH,6 MOV DL,0FFH INT 21H CMP AL,1BH JE XX2 ;STI HLT CMP BL,FLAG0 JE XX1 MOV BL,FLAG0 LOOP XX1 XX2: CLI MOV DX,PA55 MOV AL,0 OUT DX,AL POP DX POP CX POP BX POP AX RET CC ENDP DD1 PROC PUSH AX PUSH DX MOV AH,9 LEA DX,MES4 INT 21H STI MOV DX,PA55 MOV AL,1 OUT DX,AL LOP: MOV AH,8 INT 21H CMP AL,1BH JNZ LOP CLI MOV DX,PA55 MOV AL,0 OUT DX,AL POP DX POP AX RET DD1 ENDP CODE ENDS END START【心得体会】接口技术是一门应用性很强的课程，其中包括软硬件的结合，接口技术，中断的处理。由于平时对硬件的接触较少所以学习起来多少有些困难。但课程中融入了实验，并且还有这次的大作业。对于理论知识的理解就更深刻了。本次大作业的内容是步进电机的控制设计，其中包括转速设置、转向设置、固定步数转动、连续转动、退出系统。程序完全是自己设计的，这与平时的实验很不同，对编程的要求很高。而且平时的实验都是给出程序的。这个可给我出了个难题，我认真查阅资料,学习关于这方面的知识，比如说要了解怎么样去使用8255这个可编程并行接口芯片，怎么样使用8253来定时及输出一定频率的脉冲。在理论学习的基础上，又下了一次苦工夫，算是明白了设计一个系统的过程；也让我体会到要想成功地设计某个东西，光学好专业知识是不够的，必须要系统的知识,无论在哪方面都要有个明白的概念，只有这样才不至于在设计过程中摸不着头脑，知道去哪些是需要查的资料，查每一条指令的作用与功能，又巩固了我的对汇编语言的了解。感谢老师这个学期对我们的悉心教授，让我们对接口技术有了更多的了解！
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