1、1步进电机控制系统设计一、任务和目的利用 PC 机和实验箱设计并实现给定步进电机的控制进一步掌握微机硬件和软件综合设计方法。二、内容和要求1基本要求控制步进电机转动，要求转速 1 步/秒基于实验箱，设计并实现接口和驱动电路用汇编语言编制程序2提高要求（1）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。（2）改善人机接口三、实验报告要求（1）实验目的和内容（2）总体设计（3）硬件设计：原理图（接线图）及简要说明（4）程序框图和清单（5）实验结果和体会附：步进电机控制波形及参考驱动电路AB BC CD DAABC 步进电机引脚： 1 2 3 4 5地 A
2、C B DD一个周期（4 拍）2步进电机控制系统设计一、四相步进电机工作原理步进电机是机电一体化的关键部件之一，被广泛应用于需要精确定位、同步、行程控制等场合。本设计所采用的是国产 20BY-0 型步进电机，它使用+5V 直流电源，步距角为 18 度。电机线圈由四相组成，即 A、B、C、D 四相，驱动方式为二相激磁方式，电机示意图和各线圈通电顺序如图 1 和表 4.1 所示：图 1 步进电机原理图表 1相顺序 A B C D0 1 1 0 01 0 1 1 02 0 0 1 13 1 0 0 1相顺序从 0 到 1 称为一步，电机轴将转过 18 度，01234 则称为通电一周，转轴将转过 72
3、 度，若循环进行这种通电一周的操作，电机便连续的转动起来，而进行相反的通电顺序如 4321 将使电机同速反转。通电一周的周期越短，即驱动频率越高，则电机转速越快，但步进电机的转速也不可能太快，因为它每走一步需要一定的时间，若信号频率过高，可能导致电机失步，甚至只在原步颤动。二、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，首先显示主菜单，选择子菜单（设置参数）或控制工作，或返回 DOS。三、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
4、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 2：3图 2 硬件原理图图中 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。四、 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
5、件电路，使软件设计成为本设计课题的中心内容。1、 设计思路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。程序中同时提供五个操作界面，一个主菜单和四个子菜单界面，进行可视控制。（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
6、/ n = 5n=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4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。表 2步速 转速 按键 计数初值1 0.05 F1 468753 0.15 F2 156255 0.25 F3 937515 0.75 F4 312525 1.25 F5 187575 3.75 F6 625125 6.25 F7 375375 18.75 F8 125（2）转向设置在内存单元中设置一方向标志 FLAG1，假设 F
7、LAG1 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
8、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。（7）菜单界面设置利用 DOS 下的 BIOS 功能调用，设计出彩色的形象而又易于操作的界面，详细设计特点请参考附录程序清单。2、 程序流程图（1）主程序框图如图 35图 3 主程序框图（2）中断服务子程序框图如图 4图 4 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，这里不在介绍，详见设计思路和程序清单。6（4）固定步数转动单元子程序框图如图 5图 5 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 6图 6 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附录程序清单。
