步进电机自动控制系统

步进电机自动控制系统设计内容设计用P C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。

a)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、F3、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）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。

(3)四相双八拍顺序：AB->-ABC->BC->BCD->CD->CDA->DA->DAB3、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⑥164和LED显示模块⑦键盘模块GAL16V8芯片译码电路的编程源代码：GAL16V8ADDRESS DECODERHZY 2005-07-12DECODERNC A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 GNDNC 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*/I OW*/AEN/Y1=A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*A2*/IOR*/AEN+A9*/A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*A2*/I OW*/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,datmov dx, portmov al, datout dx, alendm;---读端口宏-------------------------------------------------------------rp macro portmov dx, portin al, dxendm;---屏幕显示字符串宏-----------------------------------------------------info macro portmov ah,09hlea dx,portint 21hendm;----延时宏--------------------------------------------------------------- delay macro port,datpush cxpush axmov dx,portmov cx,datmov ah,86hint 15hpop axpop cxendm;------------------------------------------------------------------------------ data segmentc8255_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 0000hdirect 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,0efhCtb1 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 endscode segmentassume cs:code,ds:datastart: mov ax, datamov ds, axcall init; 初始化main:call setdata; 设置电机数据mov di, 00hmov si, 00hrunbegin:wp 204h, ctb1[si]wp c8255_ctl, 00001011b; PC5=0 关373mov ax, steplong[di]; 读第di个任务步数;wp 204h,ctb[di]mov step, axcmp step, 0000h; 如果步数为0，执行下一个任务je runnextmov al, direct[si]; 读第di个任务的转向，并存入显示区mov dir, almov playtb+3,alcmp dir, 0ahje run1; 是否正转cmp dir, 0bhje run2; 是否反转run1: call move1; 正转操作cmp fin,00hje run1jmp runnextrun2: call move2; 反转操作cmp fin, 00hje run2jmp runnextrunnext:inc diinc diinc sicmp di,09hja goonjmp runbegingoon: mov playtb+2,0eh;mov playtb+1,0eh;mov playtb, 0eh;mov playtb+3,0eh; 显示Ecall displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005smov playtb+2,0fh;mov playtb+1,0fh;mov playtb, 0fh;mov playtb+3,0fh; 显示Fcall displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005scall soundcall keysetcmp keytb,0ehjne exit1jmp main; 如果按下E继续exit1: cmp keytb,0fhjne goon; 如果按下F退出系统exit: mov playtb+3,10hmov playtb, 10hmov playtb+2,10hmov playtb+1,10hcall displaymov ah, 4ch; 返回DOSint 21h; 返DOS;----初始化子程序--------------------------------------------- init procwp c8255_ctl, 10000010b; 8255PA,PC输出，PB输入wp c8255_c, 0ffhwp c8255_ctl, 00001010b; PC5=0 关373wp c8255_ctl, 00001110b; pc7=0 关ls164retinit endp;--初始化子程序-------------------------------------------;--电机数据设置子程序------------------------------------- setdata procpush sipush axpush dxpush cxmov direct,0ahmov direct+1,0ahmov direct+2,0ahmov direct+3,0ahmov direct+4,0ahsetst: mov si, 00h; 第几个任务mov di, 00hset: wp 204h, ctb[si]mov playtb+2,00h; 设置步数百位00mov playtb+1,00h; 设置步数十位0mov playtb, 00h; 设置步数个位set1: mov al, step1mov playtb+2,al; 设置步数百位mov al, step2mov playtb+1,al; 设置步数十位mov al, step3mov playtb, al; 设置步数个位0mov al,direct[di]; 设置正转反转mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005smov playtb+3,010h; 设置正转反转全亮全灭call displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005scall keysetcmp keytb, 0eh; 是否确定jne set10jmp setokset10: cmp keytb, 0ah; 是否为正转je set2cmp 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 set1set3: mov direct[di], 0bh; 反转mov playtb+3,0bhjmp setstep1set2: mov direct[di], 0ah; 正转mov playtb+3,0ahsetstep1:mov al, step1mov playtb+2,al; 设置步数百位mov al, step2mov playtb+1,al; 设置步数十位mov al, step3mov playtb, al; 设置步数个位0mov al,direct[di]; 设置正转反转mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005smov playtb+2,010h; 设置步数百位全灭call displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005scall keysetcmp keytb, 0eh; 是否确定jne setstep11jmp setoksetstep11:cmp keytb, 0ch; 设置上一个量jne setstep10jmp set1setstep10:cmp keytb, 0dh; 设置下一个量je setstep2cmp keytb,09hja setstep1mov al,keytbmov playtb+2,almov step1,al; 设置步数百位setstep2:mov al, step1mov playtb+2,al; 设置步数百位mov al, step2mov playtb+1,al; 设置步数十位mov al, step3mov playtb, al; 设置步数个位0mov al,direct[di]; 设置正转反转mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005smov playtb+1,010h; 设置步数百位全灭call displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005scall keysetcmp keytb, 0eh; 是否确定jne setstep21jmp setoksetstep21:cmp keytb, 0ch; 设置上一个量jne setstep20jmp setstep1setstep20:cmp keytb, 0dh; 设置下一个量je setstep3cmp keytb,09hja setstep2mov al,keytbmov playtb+1,almov step2,al; 设置步数十位setstep3:; 设置步数个位info info_3 mov al, step1mov playtb+2,al; 设置步数百位mov al, step2mov playtb+1,al; 设置步数十位mov al, step3mov playtb, al; 设置步数个位0mov al,direct[di]; 设置正转反转mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005smov playtb,010h; 设置步数个位全灭call displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005scall keysetcmp keytb, 0eh; 是否确定je setokcmp keytb, 0ch; 设置上一个量jne setstep4jmp setstep2setstep4:cmp keytb,09hja setstep3mov al,keytbmov playtb,almov step3,al; 设置步数个位jmp setstep3setok: mov al, step1mov playtb+2,al; 设置步数百位mov al, step2mov playtb+1,al; 设置步数十位mov al, step3mov playtb, al; 设置步数个位0mov al,direct[di]; 设置正转反转mov playtb+3,al; 设置正转反转0a call display;mov dl,100mov al,step1mul dlmov steplong[si],axmov dl,10mov al,step2mul dladd steplong[si],axmov al,step3mov ah,00hadd steplong[si],ax; 将步数转化为16进制并保存mov step1, 00hmov step2, 00hmov step3, 00hcmp di,04hjae setoutinc diinc siinc sijmp setsetout: mov playtb+2,0eh;mov playtb+1,0eh;mov playtb, 0eh;mov playtb+3,0eh; 显示Ecall displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005smov playtb+2,0fh;mov playtb+1,0fh;mov playtb, 0fh;mov playtb+3,0fh; 显示Fcall displaydelay 0a000h, 0h; 延时0.005scall keysetcmp keytb,0ehje runst; 按下E表示确定返回cmp keytb,0fhjne setoutjmp setst; 按下F表示取消runst: mov step1, 00hmov step2, 00hmov step3, 00hpop cxpop dxpop axpop siretsetdata endp;--电机数据设置子程序------------------------------------- ;--键盘扫描子程序------------------------------------------ keyset procpush sipush axpush cxpush bxmov keytb, 0ffhwp c8255_ctl,00000001bwp c8255_ctl,00000011bwp c8255_ctl,00000101bwp c8255_ctl,00000111b; 将PC0123，置高mov bx, 00hks0: wp c8255_ctl,bl; PC行输出0rp c8255_b; 读PB口mov ah, alinc blwp c8255_ctl,bl; PC相应行输出1and ah,0fh; 屏蔽前4位cmp ah,0fhjnz ks1cmp bl, 07hje ksoutinc bladd bh, 04h; 标志行，一行有四位所以加4jmp ks0ks1: cmp ah, 0ehjne ks2mov keytb, bhjmp ksoutks2: cmp ah, 0dhjne ks3inc bhmov keytb, bhjmp ksoutks3: cmp ah, 0bhjne ks4add bh, 02hmov keytb, bhjmp ksoutks4: cmp ah, 07hjne ksoutadd bh,3mov keytb, bhksout:pop bxpop cxpop axpop siretkeyset endp;---键盘扫描子程序------------------------------------------ ;--- LED显示子程序------------------------------------------ display procpush sipush axpush cxpush bxpush dimov di, 00hdis: mov cx, 08h; 一个LED右移8位mov al,playtb[di]mov ah,00hmov si,axmov al,ledtb[si]; 转换为相应的LED编码mov dptb[di],aldis0: mov al, dptb[di]ror al, 1; 右移一位jc dis1mov dptb[di],alwp 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 dis2dis1: mov dptb[di],alwp c8255_ctl,00001101b; pc6置高数据位1wp 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 dis0inc di; 前一个LED显示数据cmp di,04hjne dispop dipop bxpop cxpop axpop siretdisplay endp;--- LED显示子程序------------------------------------------ ;--- -正转子程序--------------------------------------------- move1 procpush sipush axpush cxpush bxmov cx, 08hmov si, 00hmov fin, 00h;mv1: wp c8255_a, pstb1[si]dec step; 步数减1call con; 十六进制换十进制并存入显示存储区call displaycmp step, 00hje mv10inc sidelay 0140h,00h;??????????延时loop mv1jmp mv1outmv10: mov fin, 01hmv1out:pop bxpop cxpop axpop siretmove1 endp;----正转子程序-------------------------------------------- ;----反转子程序-------------------------------------------- move2 procpush sipush cxpush bxmov cx, 08hmov si, 00hmov fin, 00hmv2: wp c8255_a, pstb2[si]dec step; 步数减1call con; 十六进制换十进制并存入显示存储区call displaycmp step, 00hje mv20inc sidelay 0140h,0000h;??????????延时loop mv1jmp mv2outmv20: mov fin, 01hmv2out:pop bxpop cxpop axpop siretmove2 endp;---十六进制转十进制并存入显示存储区------------------------------------------ con procpush cxpush axmov ax, stepmov cl, 100div clmov playtb+2,almov al,ahmov ah, 00hmov cl, 0ahdiv clmov playtb+1,almov playtb, ahpop axpop cxretcon endp;----警告声子程序--------------------------------------------sound procpush bxpush cxpush dxpush dipush sirp 61hmov ah, alor al, 3wp 61h, al; 开内部扬声器wp 43h, 10110110b; 内部8253初始化wp 42h, 33hwp 42h, 05h; 赋计数初值delay 1a98h, 1h; 延时mov al, ahout 61h, al; 关闭内部扬声器pop sipop dipop dxpop cxpop bxpop axretsound endpcode endsend start。