1、机电一体化技术与系统实验指导书与实验报告班级 姓名 学号 杭州职业技术学院机电工程系实验一 步进电动机硬件电路环行分配的实现1一、实验目的1、了解步进电动机的工作原理和控制方法；2、了解环行分配器的作用；3、学会步进电动机环行脉冲分配器的硬件设计和调试；4、本实验学时2课时。二、实验原理1、步进电动机是将电脉冲信号转变成角位移（或线位移）的机构，在数控机床、打印机、复印机等机电一体化产品的开环伺服系统中广泛被使用。一般电机是连续旋转的，而步进电动机是一步步转动的，而每输入一个脉冲，它就转过一个固定的角度，这个角度称为步距角。教材图5-3所示是三相步进电动机的工作原理示意图，定子上有三对磁极（称
2、三相），每个极上都有控制绕组，通电则产生磁场。转子是一个带齿的铁芯，无绕组。当定子三相绕组按顺序轮流通电时，A、B、C三对磁极就依次产生磁场并吸引转子一步步转动，控制方式有三相三拍和三相六拍，本实验采用三相六拍控制方式。用三个发光二极管来表示A、B、C三对磁极。2、三相六拍的运行方式是正转：A AB B BCCCA（反转：CACCBBBAA）顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步转动。要改变步进电机的转动方向，只需改变通电的顺序即可。环形分配器的功能可由硬件、软件以及软硬件相结合的方法来实现。本实验采用硬件。如图 1 所示是正、反向进给的环行分配器原理图。2图1 正、反向进给的环行分配器硬件
3、电路原理图三、实验器材数字电路实验数据箱、74LS74D触发器3个、74LS00与非门3个。如图2所示为各自的管脚图。图2 74LS74D触发器、74LS00与非门管脚图四、实验步骤1、在了解步进电机及脉冲分配器的工作原理后，按图1接线；2、把分配器的输出端 、 、 接到发光二极管上；AQBC3、置E为高电平，各D触发器置ABC为100，按单次脉冲按钮，观察指示灯A、B、C亮的顺序和电机的转向；回答：4、置E为低电平，重复上述步骤（3），观察其过程；回答：5、用连续脉冲按钮执行（3）、（4）步骤，并观察其过程。回答：五、回答下列问题1、置E为低电平时，写出反向进给时环行分配器的真值表；32、试
4、设计三相三拍的正转环行分配器的电路，其通电顺序为ABC，以及反转的环行分配器的电路，其通电顺序为CB A （选做）Dais仿真实验系统键盘监控简介键盘/ 显示使用一、 键盘功能简介系统自带有一个48键盘，；显示部分有6个LED，用户可在脱离PC 机调试，其操作性能、可靠性都比较好。 二、 键盘示意图7/R7 8/DPL 9/DPH A/ACC TV/ME EG/DL CB EXEC4/R4 5/R5 6/R6 B/B RG/FS RW/IS COMP SCAL1/R1 2/R2 3/R3 C/PSW F1/LS EV/UN MOVE STEP0/R0 F/PCH E/PCL D/SP F2/N
5、X EC/EP SB MON三、 显示部分Dais系列 实验开发系统配有6位LED数码管显示：四、 键盘监控工作状态1、待命状态0在待命状态0，表示实验系统处于初始化状态，等待用户操作。（1）在实验系统接通电源时或按动复位按钮都会使系统进入待命状态0；（2）在大多数情况下，按MON 键，也可以使本机进入待命状态0。42、待命状态1在待命状态0按数字键，便进入待命状态1。在待命状态1可进入的操作有：（1）按ME键，进入程序存贮器的读写状态；（2）按RG键，进入寄存器读写、SFR检查、内部RAM区读写状态；（5）按RW键，进入外部数据存 贮器；（6）按EXEC键，从显示地址开始 连续执行用户程序；
6、（7）按STEP键 ，从 显示地址开始 单步执行用户程序；（8）按MON键，返回待命状 态0。3、存贮器读写状态在状态1时按ME键，会使实验系统进入该状态，本状态可进行如下操作：（1）按LS 键，进入上一字节读 写操作；（2）按NX键，进入下一字节读写操作；（3）按STEP键 ，以当前 显示器内容作 为地址，单步执 行用户程序；（4）按EXEC键，以当前显 示器内容作为起始地址，连续执行用户程序；（5）按MON键，返回待命状 态0。4、寄存器读写状态即在待命状态1，按RG键，进入寄存器读写状态。在寄存器读写状态可进入如下操作： 键入1位地址，进入当前工作寄存器 读写/检查状态：（1）显示代号0
7、7，读写当前工作寄存器R0 R7；（2）显示代号8或9，检查数据指针DPTR ，8显示DPL，9显示DPH ；（3）显示代号A，检查累加器 A的内容；（4）显示代号B，检查B寄存器的内容；（5）显示代号C，检查程序状 态字PSW的内容；（6）显示代号D，检查堆指 针SP的内容，开机复位后SP为07H；（7）显示代号E或F，检查当前 PC值，E显示PCL， F显示PCH； 键入2位地址，可进行以下操作：（1）片内RAM区的检查、修改（ 键入的起始地址必须 小于80H ）；（2）特殊功能寄存器的检查、修改（键入的起始地址必须大于7FH）；（3）按LS 键，读写上一字节 内容；5（4）按NX键，读写
8、下一字节内容；（5）按MON键，返回待命状 态0。5、外部数据存贮器读写状态在待命状态1，按RW键，可进入外部数据存贮器读写状态。在外部数据存储器读写状态，可以进行以下的操作：（1）按LS 键，读写上一字节 内容。（2）按NX键，读写下一字节内容。（3）按MON键，返回待命状 态0。实验二 环行分配器的软件程序的实现一、实验目的1、学会用微机控制步进电机的方法；2、学会环行分配器的软件编程；3、学会单片机开发工具的操作方法；4、本实验程序若用机器码调试需用4学时，若用计算机导入程序调试需用2学时。二、实验原理采用 MCS-51 系列单片机掌握步进电机的软件程序控制方法。以控制两只四相八拍电机的
9、环行分配程序为例。设有 X 向四相步进电机，以四相八拍方式运行。按照四相八拍方式运行时的通电顺序为：正转：AABBBCCCDDDA；反转：AADDDCCCBBBA；设以8031 的 P1口作为两只电机的输出口，其对应关系如表 1 所示。表 1 两只四相电机输出口分配Y 电机 X 电机P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0D C B A D C B A由于控制口的输出信号一般须经驱动电路进行反向放大，故当某 P1口输出为“0”时即6接通某相电机绕组，当某 P1口输出为“1”时即表示不接通某相电机绕组。表 2 为 X 向电机的通电顺序。设 X 向电机以通电状
10、态的顺序号作为地址，并记忆在内部 RAM 的 52H 中，把 X的状态记忆在 55H 中，与 P1口相对应，55H 的低四位放 X 向电机的状态，当电机正转时，通电顺序号加 1 增大；当电机反转时，通电顺序号减 1 减小。把 X 向电机的进给方向符号放在位地址 02H 中， “0”表示正， “1”表示负。同时设计 Y 向电机的通电状态顺序号记忆在内部RAM 的 53H 中，Y 向电机的进给方向符号放在位地址 03H 中，55H 的高四位放 Y 向电机的状态。环行分配时，先从 52H 或 53H 中查得当时的通电顺序号，根据相应电机在插补过程中是正向进给还是负向进给，决定是通电顺序号加 1 还是
11、通电顺序号减 1 运算。加 1 后若地址超过 8 则赋顺序号为 1，减 1 后若地址小于 1 则赋顺序号为 8。根据加 1 减 1 得到的新地址查表取得新的通电状态，再把新的通电状态在适当时机送向输出口 P1，完成步进电机行走一步。环行分配流程图如图 1 所示，环行分配程序图如图 2 所示。表 2 X 向电机的通电顺序输出口P1.3 P1.2 P1.1 P1.0通电顺序号 D C B A16 进制状态通电相数1 1 1 1 0 E A2 1 1 0 0 C AB3 1 1 0 1 D B4 1 0 0 1 9 BC5 1 0 1 1 B C6 0 0 1 1 3 CD7 0 1 1 1 7 D
12、8 0 1 1 0 6 DA三、环行分配实验程序MOV R2， （注：在#10 到#255 之间选择）CLR 02H（或 SETB 02H）CLR 03H（或 SETB 03H）7MOV 52H， MOV 53H， （注：选择#1、#2、#3、#4、#5、#6、#7、#8 之间的任意数）MOV 55H， （注：选择#0EEH、#0CCH、#0DDH、#99H、#0BBH、#33H、#77H、#66H 之间的任意数）LOOP：LCALL XPD LCALL YPDMOV P1，55HLCALL DYISDJNZ R2，LOOPSJMP $XPD： CLR 01H ；设标志位，X 分配时清 01H
13、 位MOV R1，#52H ；52H 中为 X 状态顺序号，R1 作间址处理MOV C，02H ；X 符号送 CYAJMP PPDYPD： SETB 01H ；当 01H=1 时为 Y 分配MOV R1，#53H ；53H 中为 Y 状态顺序号MOV C，03H ；Y 符号送 CYPPD： JC PPD2INC R1 ；正转加 1 寻址，因顺序号加 1CJNE R1，#09H，PPD3 ；若顺序号为 98 时，执行下条，否则跳转MOV R1，#01H ；修改顺序号为“1”AJMP PPD3PPD2：DEC R1 ；反转减 1 寻址CJNE R1，#00H，PPD3 ；若顺序号为 0，接着修改，
14、否则跳转MOV R1，#08H ；顺序号为 0，修改成 8PPD3：MOV A，R1ADD A，#01H ；当前顺序号+偏移量，偏移为当前地址+中间 MOVC A， A+PC ；间隔指令的字节总数 AJMP PPD5 ；查表后跳到处理入口 PPD5DB 0EEH，0CCH，0DDH，99H；DB 中每一个数占一个字节，高四位为 Y 状态，DB 0BBH，33H，77H，66H 低四位为 X 状态PPD5：JB 01H，PPD6 ；是 Y 轴分配跳转ANL A，#0FH ；保留低位，因 A 中低四位是 X 新状态ANL 55H，#0F0H ；保留高位 Y 状态ORL 55H，A ；合并一字节，修
15、改了 55H 中 X 新状态8RETPPD6：ANL A，#0F0H ；Y 轴分配，取高四位ANL 55H，#0FH ；保留低四位 X 状态ORL 55H，A ；合并一字节，修改了 55H 中 Y 新状态RETDYIS：MOV R5，#5DYS0：MOV R6，#200DYS1：MOV R7，#250DYS2：DJNZ R7，DYS2DJNZ R6，DYS1DJNZ R5，DYS0RET四、程序框图保 存 新 顺 序 号 保 存 新 状 态 正 转 X分 配 顺 序 号 加 1 返 回 Y N 取 转 向 符 号 取 当 前 顺 序 号 建 立 新 状 态 图 1 环 行 分 配 流 程 图
16、N 顺 序 号 减 1 顺 序 号 =9 顺 序 号 =0 顺 序 号 =1 顺 序 号 =8 N Y Y 9R1 A CY=0 X分 配 R1+ RET N #52H R1 0 1H A+ A 图 2环 行 分 配 程 序 流 程 图 N R1- R1=9 R1=0 R1= R1=8 N Y Y 02H CY Y分 配 #53H R1 1 01H 03H CY 01H=0 修 改 低 4位 Y N 修 改 高 4位 五、实验步骤1、输入程序机器码，按单步执行键STEP，检查机器码有无错误；按连续执行键EXEC，观察步进电机的运行情况；（选择）回答：2、导入汇编程序，按连续执行菜单，观察步进电机的运行情况；（选择）回答：3、改变环行方向，观察步进电机的运行方向；回答：4、改变时间常数，观察步进电机的速度。回答：105、改变初始序号，观察步进电机的环行分配情况。回答：六、对机电一体化技术与系统实验的总结
