步进电机自动控制系统 设计内容 设计用PC机对四相步进电机,方向,步数及自动化控制系统,并编写汇编程序实现相应轻能. 设计要求 (1)设计控制系统硬件电机. (2)由8255键盘控制电机的方向,走的步数,并由数码管显示相应的参数. (3)在命令执行结束后,由PC内部扬声器发出信号提示. 设备与器材 PC机一台,TPC-1实验台一个,并行接口8255一片,步进电机一个,LED数码管4个,74ls164按键11个, GAL芯片一个,74LS245一片. 硬件方案 硬件共分成5个模块:①译码驱动电路,②8255控制键盘模块③8255LED显示模块,④步电机驱动模块,⑤步进电机模块 a) 译码驱动电路 方案一 使用适当的门电路来实现不同地址的,用74LS245做数据驱动,缺点: 由于只使用门电路,电路连线非常复杂 方案二 使用76LS138和适当门电路实现译码,相对于方案一电路复杂度有一定的改观,在TPC实验箱上使用这种译码方案 方案三 使用可编程逻辑器件GAL16V8实现译码功能,用GAL优点:成本低,电路连线少.本设计选择这个方案来实现译码功能. 键盘模块 方案一 用8255 12个口直接接按键,此方法成本高,不使用行列法,浪费端口,如用行列法只用7个端口. 方案二 使用2个74LS273或74LS373控制键盘,其中一个控制行,273反向从键盘中读数据,另一个控制列选,273正向向键盘发数据. 方案三 使用7281芯片同时控制键盘和数码,7281通过串行口和总线通信,端口使用少,且操作方便. 方案四 PC0~4,PB0~4分别控制16个按键.由于本模块技术已经成熟,在应用中广泛使用,所以本设计选择此方案来实现. c) LED数码管显示模块 方案一 74LS138一片,ULN2803A一片和74HC573一片,来实现显示,74LS138译 码送UNL2083A通过UNL2083A控制位,通过74HC573控制数据,本方案,成本较高,要单片机中有使用比较多. 方案二 使用一片8255A控制两个74HC573和一个正相驱动器74LS07和一个反相驱 动器74LS06分别控制4个LED位选和编码数据传输.此方案用到了8255A由于模块②中用到的8255A3个口都以使用,再用一个8255A成本比较高. 方案三 通过一个片信号,两个74HC373和一个正相驱动器74LS06和一个反相驱动 器74LS07分别控制3个LED位选和编码数据传输.此方案成本低,但是软件实现的点复杂. 方案四 使用4个74HC373和控制4个LED编码数据,用8255A PC高位和总线片选信号控制数据输入位选,由于是静态显示,一般用于1个或2个数码管的显示. 方案五 使用4个74LS164,通过串行移位来实现LED显示.成本不高,使用端口少,可以直接通过8255PC7和PB7口,一个做为移位控制,一个送数据.本设计使用此方案 d) 步进电机驱动模块 方案一 使用4N25光电耦合,隔离步进电机和控制电路的电源,保护电源.使用达林顿管做为驱动. 方案二 使用TIP521光电耦合,隔离步进电机和控制电路的电源,并使用三极管9013进行驱动.这里用此方案. e) 步进电机模块 方案一 方案二 实现判断键按下的先后.本设计使用此方案 ㈠硬件方案论证 1 译码驱动电路 译码驱动电路如图001所示,有一片GAL16V8芯片和一片74F245芯片组成. 其中GAL16V8用于译码,在其内部烧入软件,如图把A2~A9接入并译码成/y0、,/y0做为片选信号地,细详地址编码如下表 二进制地址 十六进制地址 /y0(8255) 10 0000 00** 200~203 74F245芯片用于驱动,由于总线数据信号和各芯片数信号弱,驱动能力差,所以必须在8根总线数据线和各芯片数据线之间加一个双向驱动器74F245.74F245芯片用于总线和外扩芯片间数据交换时74F245芯片有效,/G为低电平有效,/G连接GAL,/gg端口通过A5A6 A7A8A9,IOW,IOR,AEN来控制,当符合/GG=A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/IOR*/AEN+A9*/A8*/ A7*/A6*/A5*/IOW*/AEN这一公式,那么19端口输出为低,74F245允许数据并加强信号.IOR、IOW也通过GAL16V8进行信号驱动加强. 译码驱动电路如下: 2、8255控制键盘模块 8255控制键盘,在技术上的已经非常成熟,在这里设计为行列描法对键盘进行控制.其中PC0、PC1、PC2、PC3控制行选,PC4、PC5、PC6控制列选.当列选中一列发出0信号时,三行读数据,如有键按下,相应行的电压为0V,即读数为"0".反之,无按下那么三位读都为"1".键盘编码从第一行到第三行为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、d、E、F 3、8255LED显示模块 如图所示,下图为发光二极管控制电路,用于标志,任务号 74LS164为移位寄存器,当CLK来一个正脉冲74LS164移位一次,即我们要给8*4个脉冲信号,并在一次脉冲前给在PC7给出相应的"0"或"1",在164和数码管之间加一个500欧的限流电阻.这里设计为阳极数据管.PC7控制CLK,PC6控制移位补充位. 4、步电机驱动模块 8255PA控制四相电机的数据,并通过74LS373锁存,PB0控制74LS373数据是否可以通过. 当PB0为高电平时,74LS373数据可以通过,并送出相应的数据.使用TIP521光电耦合,隔离步进电机和控制电路的电源,并使用三极管9013进行驱动,达到四相电机的驱动电流. 5、步进电机模块 步进电动机的工作原理及运用 步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁.其中全部励磁又有1相励磁及2相励磁之分,而半步励磁又称为1-2相磁.图为步进电动机的控制等效电路,适应控制A、B、/A、/B的励磁信号,即可控制步进电动机的转动.每输出一个脉冲信号,步进电动机只走一步.因此,依序不断送出脉冲信号,即可步进电动机连续转动.分述如下: 1相励磁法:在每一瞬间只有一个线圈导通.消耗电力小,精确度良好,但转矩小,振动较大,每送一励磁信号可走1.8度.若以1相励磁法控制步进电动机正转,其励磁顺序如图所示.若励磁信号反向传送,则步进电动机反转. 励磁顺序:A->B->C->D->A SETP A B C D 1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 0 0 1 0 4 0 0 0 1 2相励磁法:在每一瞬间会有两个线圈同时导通.因其转矩大,振动小,故目前使用最多的励磁方式,每送一励磁信号可走1.8度.若以2相励磁法控制步进电动机正转,其励磁顺序如图所示.若励磁信号反向传送,则步进电动机反转. 励磁顺序:AB->BC->CD->DA->AB SETP A B C D 1 1 1 0 0 2 0 1 1 0 3 0 0 1 1 4 1 0 0 1 四相双八拍顺序:AB->-ABC->BC->BCD->CD->CDA->DA->DAB SETP A B C D 1 1 1 0 0 2 1 1 1 0 3 0 1 1 0 4 0 1 1 0 5 0 0 1 1 6 1 0 1 1 7 1 0 0 1 8 1 1 0 1 3、步进电动机的负载转矩与速度成反比,速度愈快负载转矩愈小,当速度快至其极限时,步进电动机不再运转.所以在每走一步后,程序必须DELAY一段时间. 在这里使用四相八拍步进电机. (2)、软件方案论证 根据硬件所选的方案,软件共分成6个模块:①GAL16V8芯片译码电路的编程 ②主程序模块,③、初始化模块,④、电机数据设置模块⑤、8255四相电机控制模块⑥ 164和LED显示模块 ⑦ 键盘模块 GAL16V8芯片译码电路的编程源代码: GAL16V8 ADDRESS DECODER HZY 2005-07-12 DECODER NC A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 GND NC GG IOWout IORout Y1 Y0 AEN IOW IOR VCC /Y0=A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*/A2*/IOR*/AEN+A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*/A2*/IOW*/AEN /Y1=A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*A2*/IOR*/AEN+A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*A2*/IOW*/AEN /IOWout=/IOW /IORout=/IOR /GG=A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/IOR*/AEN+A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/IOW*/AEN DESCRIPTION 地址编码表 二进制地址 十六进制地址 /y0(8255) 10 0000 00** 200~203 /y1(8259) 10 0000 01** 204~207 主程序模块 主程序模块主要实现三大子功能: ⑴对各芯片进行初始化操作 ⑵根据硬件的连接和抢答的流程把各个功能模块有序的组织起来 ⑶读任务并根据任务向步进电机送电. 电机数据设置模块 以上为设置电机任务流程图,主要是设置转向,步数.由于人输入的是十进制的,而机器使用16进制计数,所以我们要把十进制转化为十六进制.在执行任务时,也一样,要把十六进制转化为十进制通过数码管显示. 四相电机八拍正反转动子模块 电机在本系统中,主要是控制方向和控制步数.主要是通过两子程序来完成,正向八拍子程序和反向八拍子程序,两个子程序没在的区别,主要是送数过程相反,在这里主要以正向程序进行分析. 以下为正转八拍流程图: LS164和LED显示模块 设计选用LS164做为数码管的控制源,74LS164做为移位锁存驱动芯片,是8位串行输入并行输出,并行口直接与数码管相连,这里有4 个数码管,用4个164,所以显示需改变,要重新移位送数4*8个. 键盘模块 本方案使用4*4键盘,并过8255控制,其中PC0-4控制行,PB0-4控制列.在需要按键时 不断的扫描行(该行送0),并读PB口,如有位为"0"那么可通过送0位和读0位判断是哪个键按下,并将键值送入键盘缓冲区. 调试分析: 在设计过程中,不管在硬件设计和软件设计过程中,需要一步一步,全面的设 计不能想到点做一点,要全面的考虑.如在硬件布局中,不能拿到芯片就向往上焊,需要先设计整体布整图在焊接. GAL调试 出现的问题:在*.lst文件中的GAL管脚图中,发现10管脚不为GND,为A2 原因:在写程序时,多写了一个A6,使GAL出错 经验总结:以前地认为类似这种错误,在编译时会自动找到,会有出错提示, 有思维定式,所以以后写程序时,要注意尽量少出现类似的低级错误. 显示模块调试 出现的问题:在上电调试时,发现显示出错,从0到F显示乱码,只控制全灭和全亮. 原因查找思路:①可能是LEDTB出错,少写,移位或者把阳极编码写成阴极编码. ②硬件电路出错,移位输入口AB接错. ③显示子程序出错,在控制4*8次移位时出错多移或少移. ④8255控制出错 原因:为①LED编码表出错,由于设计硬件使用右移方式,即从DP,G移到A,但是LEDTB中从高到低为G到A,右移时先移A,所以软硬件不统一,导致,显示出错. 经验总结:设行时思路要清楚,软硬件要统一. 再仔细察一次. 出现问题:光电耦合送1,送0,输出都为高. 原因查找思路:①输入输出接地线出错 ②输出上拉是阻过小 原因:用万用表查得,TIP521已烧掉,此时发现输入输出的限流电阻太小只有200欧,电流太大. 解决方案:限流电阻使用1K电阻 经验总结:设行时,要全面的考虑,要很好考虑上拉限流,防止出错. 附页 作品实物图: 源代码: ;---步进电机自动控制系统- ;----向端口送数宏- wp macro port,dat mov dx, port mov al, dat out dx, al endm ;---读端口宏- rp macro port mov dx, port in al, dx endm ;---屏幕显示字符串宏- info macro port mov ah,09h lea dx,port int 21h endm ;----延时宏- delay macro port,dat push cx push ax mov dx,port mov cx,dat mov ah,86h int 15h pop ax pop cx endm data segment c8255_ctl equ 203h; 8255控制口 c8255_a equ 200h; 8255A口c8255_b equ 201h; 8255B口c8255_c equ 202h; 8255c口pstb1 db 05h,15h,14h,54h,50h,51h,41h,45h; 四相双八拍正向加电代码 pstb2 db 45h,41h,51h,50h,54h,14h,15h,05h; 四相双八拍反向加电代码 pslong db 08h; 表示加电方式八相 steplong dw 0000h,0000h,0000h,0000h,0000h; 走的步数 step1 db 00h; 键盘输入时百位 step2 db 00h; 键盘输入时十位 step3 db 00h; 键盘输入时个位 step dw 0000h direct db 5 dup (0ah); 旋转方向,0a为正向,0b为反向 dir db 0ah; fin db 00h; 一次任务是否完成标志位,00是未完成,01为完成 keytb db 0ffh; 键盘输入存储区 playtb db 4 dup (00h); 显示缓存存放0到11h,10为全灭,11为全亮,4个数码管 dptb db 4 dup (00h); 存放playtb转换过来的LED编码 Ctb db 0feh,00h,0fdh,00h,0fbh,00h,0f7h,00h,0efh Ctb1 db 0feh,0fdh,0fbh,0f7h,0efh;LED发光二极373输出代码 LEDtb db 003h,09fh,025h,00dh,099h,049h,041h,01fh; db 001h,009h,011h,0c1h,063h,085h,061h,071h,0ffh,00h;0ff为全灭,11为全亮 data ends code segment assume cs:code,ds:data start: mov ax, data mov ds, ax call init; 初始化 main: call setdata; 设置电机数据 mov di, 00h mov si, 00h runbegin: wp 204h, ctb1[si] wp c8255_ctl, 00001011b; PC5=0 关373 mov ax, steplong[di]; 读第di个任务步数 ;wp 204h,ctb[di] mov step, ax cmp step, 0000h; 如果步数为0,执行下一个任务 je runnext mov al, direct[si]; 读第di个任务的转向,并存入显示区 mov dir, al mov playtb+3,al cmp dir, 0ah je run1; 是否正转 cmp dir, 0bh je run2; 是否反转 run1: call move1; 正转操作 cmp fin,00h je run1 jmp runnext run2: call move2; 反转操作 cmp fin, 00h je run2 jmp runnext runnext:inc di inc di inc si cmp di,09h ja goon jmp runbegin goon: mov playtb+2,0eh; mov playtb+1,0eh; mov playtb, 0eh; mov playtb+3,0eh; 显示E call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb+2,0fh; mov playtb+1,0fh; mov playtb, 0fh; mov playtb+3,0fh; 显示F call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call sound call keyset cmp keytb,0eh jne exit1 jmp main; 如果按下E继续 exit1: cmp keytb,0fh jne goon; 如果按下F退出系统 exit: mov playtb+3,10h mov playtb, 10h mov playtb+2,10h mov playtb+1,10h call display mov ah, 4ch; 返回DOS int 21h; 返DOS ;----初始化子程序- init proc wp c8255_ctl, 10000010b; 8255PA,PC输出,PB输入 wp c8255_c, 0ffh wp c8255_ctl, 00001010b; PC5=0 关373 wp c8255_ctl, 00001110b; pc7=0 关ls164 ret init endp ;--初始化子程序- ;--电机数据设置子程序- setdata proc push si push ax push dx push cx mov direct,0ah mov direct+1,0ah mov direct+2,0ah mov direct+3,0ah mov direct+4,0ah setst: mov si, 00h; 第几个任务 mov di, 00h set: wp 204h, ctb[si] mov playtb+2,00h; 设置步数百位00 mov playtb+1,00h; 设置步数十位0 mov playtb, 00h; 设置步数个位 set1: mov al, step1 mov playtb+2,al; 设置步数百位 mov al, step2 mov playtb+1,al; 设置步数十位 mov al, step3 mov playtb, al; 设置步数个位0 mov al,direct[di]; 设置正转反转 mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb+3,010h; 设置正转反转全亮全灭 call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call keyset cmp keytb, 0eh; 是否确定 jne set10 jmp setok set10: cmp keytb, 0ah; 是否为正转 je set2 cmp keytb, 0bh; 是否为反转 je set3; cmp keytb, 0dh; 是否设置下一个量 je setstep1; 跳往设置步数百位 jmp set1 set3: mov direct[di], 0bh; 反转 mov playtb+3,0bh jmp setstep1 set2: mov direct[di], 0ah; 正转 mov playtb+3,0ah setstep1: mov al, step1 mov playtb+2,al; 设置步数百位 mov al, step2 mov playtb+1,al; 设置步数十位 mov al, step3 mov playtb, al; 设置步数个位0 mov al,direct[di]; 设置正转反转 mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb+2,010h; 设置步数百位全灭 call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call keyset cmp keytb, 0eh; 是否确定 jne setstep11 jmp setok setstep11: cmp keytb, 0ch; 设置上一个量 jne setstep10 jmp set1 setstep10: cmp keytb, 0dh; 设置下一个量 je setstep2 cmp keytb,09h ja setstep1 mov al,keytb mov playtb+2,al mov step1,al; 设置步数百位 setstep2: mov al, step1 mov playtb+2,al; 设置步数百位 mov al, step2 mov playtb+1,al; 设置步数十位 mov al, step3 mov playtb, al; 设置步数个位0 mov al,direct[di]; 设置正转反转 mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb+1,010h; 设置步数百位全灭 call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call keyset cmp keytb, 0eh; 是否确定 jne setstep21 jmp setok setstep21: cmp keytb, 0ch; 设置上一个量 jne setstep20 jmp setstep1 setstep20: cmp keytb, 0dh; 设置下一个量 je setstep3 cmp keytb,09h ja setstep2 mov al,keytb mov playtb+1,al mov step2,al; 设置步数十位 setstep3:; 设置步数个位info info_3 mov al, step1 mov playtb+2,al; 设置步数百位 mov al, step2 mov playtb+1,al; 设置步数十位 mov al, step3 mov playtb, al; 设置步数个位0 mov al,direct[di]; 设置正转反转 mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb,010h; 设置步数个位全灭 call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call keyset cmp keytb, 0eh; 是否确定 je setok cmp keytb, 0ch; 设置上一个量 jne setstep4 jmp setstep2 setstep4: cmp keytb,09h ja setstep3 mov al,keytb mov playtb,al mov step3,al; 设置步数个位 jmp setstep3 setok: mov al, step1 mov playtb+2,al; 设置步数百位 mov al, step2 mov playtb+1,al; 设置步数十位 mov al, step3 mov playtb, al; 设置步数个位0 mov al,direct[di]; 设置正转反转 mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call display; mov dl,100 mov al,step1 mul dl mov steplong[si],ax mov dl,10 mov al,step2 mul dl add steplong[si],ax mov al,step3 mov ah,00h add steplong[si],ax; 将步数转化为16进制并保存 mov step1, 00h mov step2, 00h mov step3, 00h cmp di,04h jae setout inc di inc si inc si jmp set setout: mov playtb+2,0eh; mov playtb+1,0eh; mov playtb, 0eh; mov playtb+3,0eh; 显示E call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb+2,0fh; mov playtb+1,0fh; mov playtb, 0fh; mov playtb+3,0fh; 显示F call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call keyset cmp keytb,0eh je runst; 按下E表示确定返回 cmp keytb,0fh jne setout jmp setst; 按下F表示取消 runst: mov step1, 00h mov step2, 00h mov step3, 00h pop cx pop dx pop ax pop si ret setdata endp ;--电机数据设置子程序- ;--键盘扫描子程序- keyset proc push si push ax push cx push bx mov keytb, 0ffh wp c8255_ctl,00000001b wp c8255_ctl,00000011b wp c8255_ctl,00000101b wp c8255_ctl,00000111b; 将PC0123,置高 mov bx, 00h ks0: wp c8255_ctl,bl; PC行输出0 rp c8255_b; 读PB口mov ah, al inc bl wp c8255_ctl,bl; PC相应行输出1 and ah,0fh; 屏蔽前4位cmp ah,0fh jnz ks1 cmp bl, 07h je ksout inc bl add bh, 04h; 标志行,一行有四位所以加4 jmp ks0 ks1: cmp ah, 0eh jne ks2 mov keytb, bh jmp ksout ks2: cmp ah, 0dh jne ks3 inc bh mov keytb, bh jmp ksout ks3: cmp ah, 0bh jne ks4 add bh, 02h mov keytb, bh jmp ksout ks4: cmp ah, 07h jne ksout add bh,3 mov keytb, bh ksout: pop bx pop cx pop ax pop si ret keyset endp ;---键盘扫描子程序- ;--- LED显示子程序- display proc push si push ax push cx push bx push di mov di, 00h dis: mov cx, 08h; 一个LED右移8位mov al,playtb[di] mov ah,00h mov si,ax mov al,ledtb[si]; 转换为相应的LED编码 mov dptb[di],al dis0: mov al, dptb[di] ror al, 1; 右移一位 jc dis1 mov dptb[di],al wp c8255_ctl,00001100b; 移入位是0,pc6置低 数据位0 wp c8255_ctl,00001111b; pc7置高 wp c8255_ctl,00001110b; PC7置低,一个高脉冲 jmp dis2 dis1: mov dptb[di],al wp c8255_ctl,00001101b; pc6置高 数据位1 wp c8255_ctl,00001111b; pc7置高 wp c8255_ctl,00001110b; 移入位是1,PC7置低,一个高脉冲 dis2: loop dis0 inc di; 前一个LED显示数据 cmp di,04h jne dis pop di pop bx pop cx pop ax pop si ret display endp ;--- LED显示子程序- ;--- -正转子程序- move1 proc push si push ax push cx push bx mov cx, 08h mov si, 00h mov fin, 00h; mv1: wp c8255_a, pstb1[si] dec step; 步数减1 call con; 十六进制换十进制并存入显示存储区 call display cmp step, 00h je mv10 inc si delay 0140h,00h;延时 loop mv1 jmp mv1out mv10: mov fin, 01h mv1out: pop bx pop cx pop ax pop si ret move1 endp ;----正转子程序- ;----反转子程序- move2 proc push si push ax push cx push bx mov cx, 08h mov si, 00h mov fin, 00h mv2: wp c8255_a, pstb2[si] dec step; 步数减1 call con; 十六进制换十进制并存入显示存储区 call display cmp step, 00h je mv20 inc si delay 0140h,0000h;延时 loop mv1 jmp mv2out mv20: mov fin, 01h mv2out: pop bx pop cx pop ax pop si ret move2 endp ;---十六进制转十进制并存入显示存储区- con proc push cx push ax mov ax, step mov cl, 100 div cl mov playtb+2,al mov al,ah mov ah, 00h mov cl, 0ah div cl mov playtb+1,al mov playtb, ah pop ax pop cx ret con endp ;----警告声子程序- sound proc push ax push bx push cx push dx push di push si rp 61h mov ah, al or al, 3 wp 61h, al; 开内部扬声器 wp 43h, 10110110b; 内部8253初始化 wp 42h, 33h wp 42h, 05h; 赋计数初值 delay 1a98h, 1h; 延时 mov al, ah out 61h, al; 关闭内部扬声器 pop si pop di pop dx pop cx pop bx pop ax ret sound endp code ends end start
下载该文档
文档格式：DOC
更新时间：2014-07-23
下载次数：0
点击次数：1
步进电机自动控制系统 设计内容 设计用PC机对四相步进电机,方向,步数及自动化控制系统,并编写汇编程序实现相应轻能. 设计要求 (1)设计控制系统硬件电机. (2)由8255键盘控制电机的方向,走的步数,并由数码管显示相应的参数. (3)在命令执行结束后,由PC内部扬声器发出信号提示. 设备与器材 PC机一台,TPC-1实验台一个,并行接口8255一片,步进电机一个,LED数码管4个,74ls164按键11个, GAL芯片一个,74LS245一片. 硬件方案 硬件共分成5个模块:①译码驱动电路,②8255控制键盘模块③8255LED显示模块,④步电机驱动模块,⑤步进电机模块 a) 译码驱动电路 方案一 使用适当的门电路来实现不同地址的,用74LS245做数据驱动,缺点: 由于只使用门电路,电路连线非常复杂 方案二 使用76LS138和适当门电路实现译码,相对于方案一电路复杂度有一定的改观,在TPC实验箱上使用这种译码方案 方案三 使用可编程逻辑器件GAL16V8实现译码功能,用GAL优点:成本低,电路连线少.本设计选择这个方案来实现译码功能. 键盘模块 方案一 用8255 12个口直接接按键,此方法成本高,不使用行列法,浪费端口,如用行列法只用7个端口. 方案二 使用2个74LS273或74LS373控制键盘,其中一个控制行,273反向从键盘中读数据,另一个控制列选,273正向向键盘发数据. 方案三 使用7281芯片同时控制键盘和数码,7281通过串行口和总线通信,端口使用少,且操作方便. 方案四 PC0~4,PB0~4分别控制16个按键.由于本模块技术已经成熟,在应用中广泛使用,所以本设计选择此方案来实现. c) LED数码管显示模块 方案一 74LS138一片,ULN2803A一片和74HC573一片,来实现显示,74LS138译 码送UNL2083A通过UNL2083A控制位,通过74HC573控制数据,本方案,成本较高,要单片机中有使用比较多. 方案二 使用一片8255A控制两个74HC573和一个正相驱动器74LS07和一个反相驱 动器74LS06分别控制4个LED位选和编码数据传输.此方案用到了8255A由于模块②中用到的8255A3个口都以使用,再用一个8255A成本比较高. 方案三 通过一个片信号,两个74HC373和一个正相驱动器74LS06和一个反相驱动 器74LS07分别控制3个LED位选和编码数据传输.此方案成本低,但是软件实现的点复杂. 方案四 使用4个74HC373和控制4个LED编码数据,用8255A PC高位和总线片选信号控制数据输入位选,由于是静态显示,一般用于1个或2个数码管的显示. 方案五 使用4个74LS164,通过串行移位来实现LED显示.成本不高,使用端口少,可以直接通过8255PC7和PB7口,一个做为移位控制,一个送数据.本设计使用此方案 d) 步进电机驱动模块 方案一 使用4N25光电耦合,隔离步进电机和控制电路的电源,保护电源.使用达林顿管做为驱动. 方案二 使用TIP521光电耦合,隔离步进电机和控制电路的电源,并使用三极管9013进行驱动.这里用此方案. e) 步进电机模块 方案一 方案二 实现判断键按下的先后.本设计使用此方案 ㈠硬件方案论证 1 译码驱动电路 译码驱动电路如图001所示,有一片GAL16V8芯片和一片74F245芯片组成. 其中GAL16V8用于译码,在其内部烧入软件,如图把A2~A9接入并译码成/y0、,/y0做为片选信号地,细详地址编码如下表 二进制地址 十六进制地址 /y0(8255) 10 0000 00** 200~203 74F245芯片用于驱动,由于总线数据信号和各芯片数信号弱,驱动能力差,所以必须在8根总线数据线和各芯片数据线之间加一个双向驱动器74F245.74F245芯片用于总线和外扩芯片间数据交换时74F245芯片有效,/G为低电平有效,/G连接GAL,/gg端口通过A5A6 A7A8A9,IOW,IOR,AEN来控制,当符合/GG=A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/IOR*/AEN+A9*/A8*/ A7*/A6*/A5*/IOW*/AEN这一公式,那么19端口输出为低,74F245允许数据并加强信号.IOR、IOW也通过GAL16V8进行信号驱动加强. 译码驱动电路如下: 2、8255控制键盘模块 8255控制键盘,在技术上的已经非常成熟,在这里设计为行列描法对键盘进行控制.其中PC0、PC1、PC2、PC3控制行选,PC4、PC5、PC6控制列选.当列选中一列发出0信号时,三行读数据,如有键按下,相应行的电压为0V,即读数为"0".反之,无按下那么三位读都为"1".键盘编码从第一行到第三行为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、d、E、F 3、8255LED显示模块 如图所示,下图为发光二极管控制电路,用于标志,任务号 74LS164为移位寄存器,当CLK来一个正脉冲74LS164移位一次,即我们要给8*4个脉冲信号,并在一次脉冲前给在PC7给出相应的"0"或"1",在164和数码管之间加一个500欧的限流电阻.这里设计为阳极数据管.PC7控制CLK,PC6控制移位补充位. 4、步电机驱动模块 8255PA控制四相电机的数据,并通过74LS373锁存,PB0控制74LS373数据是否可以通过. 当PB0为高电平时,74LS373数据可以通过,并送出相应的数据.使用TIP521光电耦合,隔离步进电机和控制电路的电源,并使用三极管9013进行驱动,达到四相电机的驱动电流. 5、步进电机模块 步进电动机的工作原理及运用 步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁.其中全部励磁又有1相励磁及2相励磁之分,而半步励磁又称为1-2相磁.图为步进电动机的控制等效电路,适应控制A、B、/A、/B的励磁信号,即可控制步进电动机的转动.每输出一个脉冲信号,步进电动机只走一步.因此,依序不断送出脉冲信号,即可步进电动机连续转动.分述如下: 1相励磁法:在每一瞬间只有一个线圈导通.消耗电力小,精确度良好,但转矩小,振动较大,每送一励磁信号可走1.8度.若以1相励磁法控制步进电动机正转,其励磁顺序如图所示.若励磁信号反向传送,则步进电动机反转. 励磁顺序:A->B->C->D->A SETP A B C D 1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 0 0 1 0 4 0 0 0 1 2相励磁法:在每一瞬间会有两个线圈同时导通.因其转矩大,振动小,故目前使用最多的励磁方式,每送一励磁信号可走1.8度.若以2相励磁法控制步进电动机正转,其励磁顺序如图所示.若励磁信号反向传送,则步进电动机反转. 励磁顺序:AB->BC->CD->DA->AB SETP A B C D 1 1 1 0 0 2 0 1 1 0 3 0 0 1 1 4 1 0 0 1 四相双八拍顺序:AB->-ABC->BC->BCD->CD->CDA->DA->DAB SETP A B C D 1 1 1 0 0 2 1 1 1 0 3 0 1 1 0 4 0 1 1 0 5 0 0 1 1 6 1 0 1 1 7 1 0 0 1 8 1 1 0 1 3、步进电动机的负载转矩与速度成反比,速度愈快负载转矩愈小,当速度快至其极限时,步进电动机不再运转.所以在每走一步后,程序必须DELAY一段时间. 在这里使用四相八拍步进电机. (2)、软件方案论证 根据硬件所选的方案,软件共分成6个模块:①GAL16V8芯片译码电路的编程 ②主程序模块,③、初始化模块,④、电机数据设置模块⑤、8255四相电机控制模块⑥ 164和LED显示模块 ⑦ 键盘模块 GAL16V8芯片译码电路的编程源代码: GAL16V8 ADDRESS DECODER HZY 2005-07-12 DECODER NC A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 GND NC GG IOWout IORout Y1 Y0 AEN IOW IOR VCC /Y0=A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*/A2*/IOR*/AEN+A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*/A2*/IOW*/AEN /Y1=A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*A2*/IOR*/AEN+A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*A2*/IOW*/AEN /IOWout=/IOW /IORout=/IOR /GG=A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/IOR*/AEN+A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/IOW*/AEN DESCRIPTION 地址编码表 二进制地址 十六进制地址 /y0(8255) 10 0000 00** 200~203 /y1(8259) 10 0000 01** 204~207 主程序模块 主程序模块主要实现三大子功能: ⑴对各芯片进行初始化操作 ⑵根据硬件的连接和抢答的流程把各个功能模块有序的组织起来 ⑶读任务并根据任务向步进电机送电. 电机数据设置模块 以上为设置电机任务流程图,主要是设置转向,步数.由于人输入的是十进制的,而机器使用16进制计数,所以我们要把十进制转化为十六进制.在执行任务时,也一样,要把十六进制转化为十进制通过数码管显示. 四相电机八拍正反转动子模块 电机在本系统中,主要是控制方向和控制步数.主要是通过两子程序来完成,正向八拍子程序和反向八拍子程序,两个子程序没在的区别,主要是送数过程相反,在这里主要以正向程序进行分析. 以下为正转八拍流程图: LS164和LED显示模块 设计选用LS164做为数码管的控制源,74LS164做为移位锁存驱动芯片,是8位串行输入并行输出,并行口直接与数码管相连,这里有4 个数码管,用4个164,所以显示需改变,要重新移位送数4*8个. 键盘模块 本方案使用4*4键盘,并过8255控制,其中PC0-4控制行,PB0-4控制列.在需要按键时 不断的扫描行(该行送0),并读PB口,如有位为"0"那么可通过送0位和读0位判断是哪个键按下,并将键值送入键盘缓冲区. 调试分析: 在设计过程中,不管在硬件设计和软件设计过程中,需要一步一步,全面的设 计不能想到点做一点,要全面的考虑.如在硬件布局中,不能拿到芯片就向往上焊,需要先设计整体布整图在焊接. GAL调试 出现的问题:在*.lst文件中的GAL管脚图中,发现10管脚不为GND,为A2 原因:在写程序时,多写了一个A6,使GAL出错 经验总结:以前地认为类似这种错误,在编译时会自动找到,会有出错提示, 有思维定式,所以以后写程序时,要注意尽量少出现类似的低级错误. 显示模块调试 出现的问题:在上电调试时,发现显示出错,从0到F显示乱码,只控制全灭和全亮. 原因查找思路:①可能是LEDTB出错,少写,移位或者把阳极编码写成阴极编码. ②硬件电路出错,移位输入口AB接错. ③显示子程序出错,在控制4*8次移位时出错多移或少移. ④8255控制出错 原因:为①LED编码表出错,由于设计硬件使用右移方式,即从DP,G移到A,但是LEDTB中从高到低为G到A,右移时先移A,所以软硬件不统一,导致,显示出错. 经验总结:设行时思路要清楚,软硬件要统一. 再仔细察一次. 出现问题:光电耦合送1,送0,输出都为高. 原因查找思路:①输入输出接地线出错 ②输出上拉是阻过小 原因:用万用表查得,TIP521已烧掉,此时发现输入输出的限流电阻太小只有200欧,电流太大. 解决方案:限流电阻使用1K电阻 经验总结:设行时,要全面的考虑,要很好考虑上拉限流,防止出错. 附页 作品实物图: 源代码: ;---步进电机自动控制系统- ;----向端口送数宏- wp macro port,dat mov dx, port mov al, dat out dx, al endm ;---读端口宏- rp macro port mov dx, port in al, dx endm ;---屏幕显示字符串宏- info macro port mov ah,09h lea dx,port int 21h endm ;----延时宏- delay macro port,dat push cx push ax mov dx,port mov cx,dat mov ah,86h int 15h pop ax pop cx endm data segment c8255_ctl equ 203h; 8255控制口 c8255_a equ 200h; 8255A口c8255_b equ 201h; 8255B口c8255_c equ 202h; 8255c口pstb1 db 05h,15h,14h,54h,50h,51h,41h,45h; 四相双八拍正向加电代码 pstb2 db 45h,41h,51h,50h,54h,14h,15h,05h; 四相双八拍反向加电代码 pslong db 08h; 表示加电方式八相 steplong dw 0000h,0000h,0000h,0000h,0000h; 走的步数 step1 db 00h; 键盘输入时百位 step2 db 00h; 键盘输入时十位 step3 db 00h; 键盘输入时个位 step dw 0000h direct db 5 dup (0ah); 旋转方向,0a为正向,0b为反向 dir db 0ah; fin db 00h; 一次任务是否完成标志位,00是未完成,01为完成 keytb db 0ffh; 键盘输入存储区 playtb db 4 dup (00h); 显示缓存存放0到11h,10为全灭,11为全亮,4个数码管 dptb db 4 dup (00h); 存放playtb转换过来的LED编码 Ctb db 0feh,00h,0fdh,00h,0fbh,00h,0f7h,00h,0efh Ctb1 db 0feh,0fdh,0fbh,0f7h,0efh;LED发光二极373输出代码 LEDtb db 003h,09fh,025h,00dh,099h,049h,041h,01fh; db 001h,009h,011h,0c1h,063h,085h,061h,071h,0ffh,00h;0ff为全灭,11为全亮 data ends code segment assume cs:code,ds:data start: mov ax, data mov ds, ax call init; 初始化 main: call setdata; 设置电机数据 mov di, 00h mov si, 00h runbegin: wp 204h, ctb1[si] wp c8255_ctl, 00001011b; PC5=0 关373 mov ax, steplong[di]; 读第di个任务步数 ;wp 204h,ctb[di] mov step, ax cmp step, 0000h; 如果步数为0,执行下一个任务 je runnext mov al, direct[si]; 读第di个任务的转向,并存入显示区 mov dir, al mov playtb+3,al cmp dir, 0ah je run1; 是否正转 cmp dir, 0bh je run2; 是否反转 run1: call move1; 正转操作 cmp fin,00h je run1 jmp runnext run2: call move2; 反转操作 cmp fin, 00h je run2 jmp runnext runnext:inc di inc di inc si cmp di,09h ja goon jmp runbegin goon: mov playtb+2,0eh; mov playtb+1,0eh; mov playtb, 0eh; mov playtb+3,0eh; 显示E call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb+2,0fh; mov playtb+1,0fh; mov playtb, 0fh; mov playtb+3,0fh; 显示F call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call sound call keyset cmp keytb,0eh jne exit1 jmp main; 如果按下E继续 exit1: cmp keytb,0fh jne goon; 如果按下F退出系统 exit: mov playtb+3,10h mov playtb, 10h mov playtb+2,10h mov playtb+1,10h call display mov ah, 4ch; 返回DOS int 21h; 返DOS ;----初始化子程序- init proc wp c8255_ctl, 10000010b; 8255PA,PC输出,PB输入 wp c8255_c, 0ffh wp c8255_ctl, 00001010b; PC5=0 关373 wp c8255_ctl, 00001110b; pc7=0 关ls164 ret init endp ;--初始化子程序- ;--电机数据设置子程序- setdata proc push si push ax push dx push cx mov direct,0ah mov direct+1,0ah mov direct+2,0ah mov direct+3,0ah mov direct+4,0ah setst: mov si, 00h; 第几个任务 mov di, 00h set: wp 204h, ctb[si] mov playtb+2,00h; 设置步数百位00 mov playtb+1,00h; 设置步数十位0 mov playtb, 00h; 设置步数个位 set1: mov al, step1 mov playtb+2,al; 设置步数百位 mov al, step2 mov playtb+1,al; 设置步数十位 mov al, step3 mov playtb, al; 设置步数个位0 mov al,direct[di]; 设置正转反转 mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb+3,010h; 设置正转反转全亮全灭 call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call keyset cmp keytb, 0eh; 是否确定 jne set10 jmp setok set10: cmp keytb, 0ah; 是否为正转 je set2 cmp keytb, 0bh; 是否为反转 je set3; cmp keytb, 0dh; 是否设置下一个量 je setstep1; 跳往设置步数百位 jmp set1 set3: mov direct[di], 0bh; 反转 mov playtb+3,0bh jmp setstep1 set2: mov direct[di], 0ah; 正转 mov playtb+3,0ah setstep1: mov al, step1 mov playtb+2,al; 设置步数百位 mov al, step2 mov playtb+1,al; 设置步数十位 mov al, step3 mov playtb, al; 设置步数个位0 mov al,direct[di]; 设置正转反转 mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb+2,010h; 设置步数百位全灭 call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call keyset cmp keytb, 0eh; 是否确定 jne setstep11 jmp setok setstep11: cmp keytb, 0ch; 设置上一个量 jne setstep10 jmp set1 setstep10: cmp keytb, 0dh; 设置下一个量 je setstep2 cmp keytb,09h ja setstep1 mov al,keytb mov playtb+2,al mov step1,al; 设置步数百位 setstep2: mov al, step1 mov playtb+2,al; 设置步数百位 mov al, step2 mov playtb+1,al; 设置步数十位 mov al, step3 mov playtb, al; 设置步数个位0 mov al,direct[di]; 设置正转反转 mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb+1,010h; 设置步数百位全灭 call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call keyset cmp keytb, 0eh; 是否确定 jne setstep21 jmp setok setstep21: cmp keytb, 0ch; 设置上一个量 jne setstep20 jmp setstep1 setstep20: cmp keytb, 0dh; 设置下一个量 je setstep3 cmp keytb,09h ja setstep2 mov al,keytb mov playtb+1,al mov step2,al; 设置步数十位 setstep3:; 设置步数个位info info_3 mov al, step1 mov playtb+2,al; 设置步数百位 mov al, step2 mov playtb+1,al; 设置步数十位 mov al, step3 mov playtb, al; 设置步数个位0 mov al,direct[di]; 设置正转反转 mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb,010h; 设置步数个位全灭 call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call keyset cmp keytb, 0eh; 是否确定 je setok cmp keytb, 0ch; 设置上一个量 jne setstep4 jmp setstep2 setstep4: cmp keytb,09h ja setstep3 mov al,keytb mov playtb,al mov step3,al; 设置步数个位 jmp setstep3 setok: mov al, step1 mov playtb+2,al; 设置步数百位 mov al, step2 mov playtb+1,al; 设置步数十位 mov al, step3 mov playtb, al; 设置步数个位0 mov al,direct[di]; 设置正转反转 mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call display; mov dl,100 mov al,step1 mul dl mov steplong[si],ax mov dl,10 mov al,step2 mul dl add steplong[si],ax mov al,step3 mov ah,00h add steplong[si],ax; 将步数转化为16进制并保存 mov step1, 00h mov step2, 00h mov step3, 00h cmp di,04h jae setout inc di inc si inc si jmp set setout: mov playtb+2,0eh; mov playtb+1,0eh; mov playtb, 0eh; mov playtb+3,0eh; 显示E call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s mov playtb+2,0fh; mov playtb+1,0fh; mov playtb, 0fh; mov playtb+3,0fh; 显示F call display delay 0a000h, 0h; 延时0.005s call keyset cmp keytb,0eh je runst; 按下E表示确定返回 cmp keytb,0fh jne setout jmp setst; 按下F表示取消 runst: mov step1, 00h mov step2, 00h mov step3, 00h pop cx pop dx pop ax pop si ret setdata endp ;--电机数据设置子程序- ;--键盘扫描子程序- keyset proc push si push ax push cx push bx mov keytb, 0ffh wp c8255_ctl,00000001b wp c8255_ctl,00000011b wp c8255_ctl,00000101b wp c8255_ctl,00000111b; 将PC0123,置高 mov bx, 00h ks0: wp c8255_ctl,bl; PC行输出0 rp c8255_b; 读PB口mov ah, al inc bl wp c8255_ctl,bl; PC相应行输出1 and ah,0fh; 屏蔽前4位cmp ah,0fh jnz ks1 cmp bl, 07h je ksout inc bl add bh, 04h; 标志行,一行有四位所以加4 jmp ks0 ks1: cmp ah, 0eh jne ks2 mov keytb, bh jmp ksout ks2: cmp ah, 0dh jne ks3 inc bh mov keytb, bh jmp ksout ks3: cmp ah, 0bh jne ks4 add bh, 02h mov keytb, bh jmp ksout ks4: cmp ah, 07h jne ksout add bh,3 mov keytb, bh ksout: pop bx pop cx pop ax pop si ret keyset endp ;---键盘扫描子程序- ;--- LED显示子程序- display proc push si push ax push cx push bx push di mov di, 00h dis: mov cx, 08h; 一个LED右移8位mov al,playtb[di] mov ah,00h mov si,ax mov al,ledtb[si]; 转换为相应的LED编码 mov dptb[di],al dis0: mov al, dptb[di] ror al, 1; 右移一位 jc dis1 mov dptb[di],al wp c8255_ctl,00001100b; 移入位是0,pc6置低 数据位0 wp c8255_ctl,00001111b; pc7置高 wp c8255_ctl,00001110b; PC7置低,一个高脉冲 jmp dis2 dis1: mov dptb[di],al wp c8255_ctl,00001101b; pc6置高 数据位1 wp c8255_ctl,00001111b; pc7置高 wp c8255_ctl,00001110b; 移入位是1,PC7置低,一个高脉冲 dis2: loop dis0 inc di; 前一个LED显示数据 cmp di,04h jne dis pop di pop bx pop cx pop ax pop si ret display endp ;--- LED显示子程序- ;--- -正转子程序- move1 proc push si push ax push cx push bx mov cx, 08h mov si, 00h mov fin, 00h; mv1: wp c8255_a, pstb1[si] dec step; 步数减1 call con; 十六进制换十进制并存入显示存储区 call display cmp step, 00h je mv10 inc si delay 0140h,00h;延时 loop mv1 jmp mv1out mv10: mov fin, 01h mv1out: pop bx pop cx pop ax pop si ret move1 endp ;----正转子程序- ;----反转子程序- move2 proc push si push ax push cx push bx mov cx, 08h mov si, 00h mov fin, 00h mv2: wp c8255_a, pstb2[si] dec step; 步数减1 call con; 十六进制换十进制并存入显示存储区 call display cmp step, 00h je mv20 inc si delay 0140h,0000h;延时 loop mv1 jmp mv2out mv20: mov fin, 01h mv2out: pop bx pop cx pop ax pop si ret move2 endp ;---十六进制转十进制并存入显示存储区- con proc push cx push ax mov ax, step mov cl, 100 div cl mov playtb+2,al mov al,ah mov ah, 00h mov cl, 0ah div cl mov playtb+1,al mov playtb, ah pop ax pop cx ret con endp ;----警告声子程序- sound proc push ax push bx push cx push dx push di push si rp 61h mov ah, al or al, 3 wp 61h, al; 开内部扬声器 wp 43h, 10110110b; 内部8253初始化 wp 42h, 33h wp 42h, 05h; 赋计数初值 delay 1a98h, 1h; 延时 mov al, ah out 61h, al; 关闭内部扬声器 pop si pop di pop dx pop cx pop bx pop ax ret sound endp code ends end start