硬件課程設(shè)計(jì)實(shí)踐報(bào)告順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 硬件課程設(shè)計(jì)實(shí)踐報(bào)告順序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中國礦業(yè)大學(xué)2010年12月26日摘 要順序控制系統(tǒng)是一種按照一定順序?qū)崿F(xiàn)的微機(jī)系統(tǒng)，它是實(shí)現(xiàn)大型機(jī)組自動化，保證安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施。在影響系統(tǒng)完好率和投入率的諸多因素中，合理劃分設(shè)計(jì)界面及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)是兩個最重要的因素。順序控制是自動控制領(lǐng)域中最基本應(yīng)用又最廣泛的一個方面,進(jìn)入21世紀(jì)以來，它發(fā)展的非常迅速，在多個行業(yè)都有應(yīng)用，備受人們的青睞。 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，順序控制在社會日常生活中的作用越來越受到人們的重視，經(jīng)過前一階段的學(xué)習(xí)和認(rèn)識，我們做出了一個簡單的順序控制系統(tǒng)，用來模擬一些機(jī)器生產(chǎn)等，以及生產(chǎn)過程中出現(xiàn)安全隱患的

2、排查情況等。我們學(xué)習(xí)了微機(jī)原理與接口技術(shù)這門課程，課上我們學(xué)到了一些計(jì)算機(jī)硬件工作的基本原理， 匯編語言程序設(shè)計(jì)方法，微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，初步形成微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)的能力，我們決定通過這次大作業(yè)來指導(dǎo)督促自己的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)的興趣，使我們的學(xué)習(xí)更有針對性。根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求，我們用微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)儀來模擬機(jī)器的工作過程，用到了8253、8255、led燈、0832、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、譯碼器以及報(bào)警燈等等，利用這些器件的工作原理可以模仿正常工作、報(bào)警等等一系列過程。在實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的過程中，我們利用匯編語言，利用上述幾種芯片，增加對計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的了解和熟悉，培養(yǎng)創(chuàng)新

3、能力和動手能力?？傮w報(bào)告目錄1. 設(shè)計(jì)步驟流程 12. 電路設(shè)計(jì)及主要功能 12.1 功能簡介 12.2 使用的主要芯片以及元件 22.3 原理簡介 22.4 8255原理及接線圖 22.5 8253原理及接線圖 52.6 0832原理及接線圖 72.7 步進(jìn)電機(jī)原理及接線圖 102.8 直流電機(jī)原理及接線圖 132.9 硬件接線圖（由實(shí)驗(yàn)設(shè)備所畫） 143程 序 流 程 圖 164. 分 析 與 測 試 175. 設(shè)計(jì)中所遇到的各種問題及解決176. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)187. 參考文獻(xiàn)198. 附錄（程序代碼）201. 設(shè)計(jì)步驟流程首先，設(shè)計(jì)和分析8253的定時功能，設(shè)計(jì)8253控制時間脈沖信號來對

4、時間進(jìn)行控制；其次，利用8255控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，用指示燈來顯示；第三，利用0832控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)和停；第四，利用紅外線報(bào)警燈，來判斷是否出現(xiàn)故障，開關(guān)控制，當(dāng)開關(guān)閉合，此時紅外線報(bào)警燈亮，電機(jī)立即停止工作，led指示燈熄滅；最后，對整個過程進(jìn)行調(diào)試和分析，畫出流程圖，以及硬件連接圖，調(diào)試程序并運(yùn)行程序2. 電路設(shè)計(jì)及主要功能2. 1功能簡介整個順序控制實(shí)驗(yàn)我們將系統(tǒng)分為六個過程：第一步：1號指示燈亮，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)10秒；第二步：2號指示燈亮，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)10秒；第三步：3號指示燈亮，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)10秒；第四步：4號指示燈亮，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)10秒；第五步：5號指示燈亮，直流電機(jī)轉(zhuǎn)動10

5、秒；如果系統(tǒng)沒有故障產(chǎn)生（即控制紅外燈的開關(guān)沒有閉合），此時整個順序控制系統(tǒng)將循環(huán)運(yùn)行這五個功能。當(dāng)出現(xiàn)故障的時候，即控制紅外線燈的開關(guān)閉合的時候，此時系統(tǒng)將不能循環(huán)進(jìn)行下去。所有的過程將停止下來，此時，紅外線燈亮，發(fā)出報(bào)警信號。若此時斷開開關(guān)，系統(tǒng)將繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去。 其中最主要的過程是8253控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時間，以及8255控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和0832控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動，這三個過程是整個順序系統(tǒng)的關(guān)鍵。其中8253發(fā)出時鐘脈沖信號進(jìn)行定時，而8255控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，當(dāng)時間到時，自動調(diào)整輸出脈沖的順序，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。0832負(fù)責(zé)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動，。而紅外線報(bào)警燈起到開關(guān)和檢測的作用，當(dāng)

6、危險發(fā)生時，紅外線報(bào)警燈自動發(fā)光，此時輸給8253和8255的信號均為00h；電機(jī)和led燈全滅，只有斷開開關(guān)，此時紅外線報(bào)警燈熄滅，才可以恢復(fù)正常工作。2.2 使用的主要芯片以及元件設(shè)計(jì)所需要的芯片：8253、8255a、0832所需要的設(shè)備：led指示燈、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、紅外線報(bào)警燈2.3 原理簡介（1）8253用于對整個過程計(jì)時，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)10秒，反轉(zhuǎn)10秒，正轉(zhuǎn)10秒，反轉(zhuǎn)10秒；直流電機(jī)加速轉(zhuǎn)動10秒；直流電機(jī)減速轉(zhuǎn)動10秒；（2）通過對8255a編程初始化，使8253和燈連接，控制燈的亮與滅，用以指示整個過程中步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)的工作過程；（3）用d/a轉(zhuǎn)換器0832來控制電

7、機(jī)的轉(zhuǎn)動，電機(jī)轉(zhuǎn)動的時間由8253來控制；（4）紅外線報(bào)警燈及合成，送給一定頻率的脈沖就可以是紅外燈發(fā)光，此時來控制系統(tǒng)的運(yùn)行和停止。2.4 8255原理及接線圖8255的基本工作原理8255a是intel公司為其80系列微處理器生產(chǎn)的通用可編程并行輸入輸出接口芯片，也可以與其他系列的微處理器配套使用。由于其通用性強(qiáng)，與微機(jī)接口方便，且可通過程序指定完成各種輸入輸出操作，因此，8255獲得了廣泛的應(yīng)用。它是具有3個8位的并行i/o端口，具有三種工作方式，被廣泛地使用于單片機(jī)的并行i/o端口。工作方式0：基本輸入輸出方式工作方式1：選通輸入輸出方式工作方式2：雙向傳送方式8255引腳功能說明：r

8、eset:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有i/o口均被置成輸入方式。 pa0pa7:端口a輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 pb0pb7:端口b輸入輸出線，一個8位的i/o鎖存器， 一個8位的輸入輸出緩沖器。 pc0pc7:端口c輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口c可以通過工作方式設(shè)定而分成2個4位的端口， 每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口a和端口b配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。cs:片選信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，表示芯

9、片被選中，允許8255與cpu進(jìn)行通訊。 rd:讀信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向cpu發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即cpu從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 wr:寫入信號，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許cpu將數(shù)據(jù)或控制字寫8255。 d0d7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與cpu數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)cpu 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送8255a的工作方式與控制字 8255a的工作方式 8255a在使用前要先寫入一個工作方式控制字，以指定a、b、c三個端口各自的工作方式。8255a共有三種工作方式： 方式0基本輸入輸出方式，

10、即無須聯(lián)絡(luò)就可以直接進(jìn)行8255a與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)輸入或輸出操作。a口、b口、c口的高四位和低四位均可設(shè)置為方式0。 方式1選通輸入輸出方式，此時8255a的a口和b口與外設(shè)之間進(jìn)行輸入或輸出操作時，需要c口的部分i/o線提供聯(lián)絡(luò)信號。只有a口和b口可工作在方式1。 方式2選通雙向輸入輸出方式，即同一端口的i/o線既可以輸入也可以輸出，只有a口可工作于方式2。此種方式下需要c口的部分i/o線提供聯(lián)絡(luò)信號。 有關(guān)8255a三種工作方式的功能及應(yīng)用的詳細(xì)介紹見下一節(jié)。8255a的控制字 （1）工作方式選擇控制字 8255a的工作方式可由cpu寫一個工作方式選擇控制字到8255a的控制寄存器來選擇。

11、控制字的格式，可以分別選擇端口a、端口b和端口c上下兩部分的工作方式。端口a有方式0、方式1和方式2共三種工作方式，端口b只能工作在方式0和方式1，而端口c僅工作在方式0。 注意：在端口a工作在方式1或方式2，端口b工作在方式1時，c口部分i/o線被定義為8255a與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的聯(lián)絡(luò)信號線，此時，c口剩下的i/o線仍工作在方式0，是輸入還是輸出則由工作方式控制字的d0和d3位決定。 （2）c口按位置位/復(fù)位控制字 8255a的c口具有位控功能，即端口c的8位中的任一位都可通過cpu向8255a的控制寄存器寫入一個按位置位/復(fù)位控制字來置1或清0，而c口中其他位的狀態(tài)不變。控制字格式。

12、 應(yīng)注意的是，c口的按位置位/復(fù)位控制字必須跟在方式選擇控制字之后寫入控制字寄存器，即使僅使用該功能，也應(yīng)先選送一個方式控制字。方式選擇控制字只需寫入一次，之后就可多次使用c口按位置位/復(fù)位控制字對c口的某些位進(jìn)行置1或清0操作。8255a引腳及功能示意圖b組a組（b） 功能示意圖（a）引腳圖8.14 8255a引腳及功能示意圖 a口 c口8255a c口 b口csd0d7wrrda0a1resetpa0pa78pc4pc74pc0pc34pb0pb781 402 393 384 375 366 357 348 339 3210 8255a 3111 3012 2913 2814 2715 2

13、616 2517 2418 2319 2220 21pa3 pa2pa1 pa0 rd cs gnd a1a0 pc7 pc6 pc5 pc4pc0 pc1 pc2 pc3 pb0 pb1 pb2 pa4 pa5pa6 pa7 wr reset d0 d1d2 d3 d4 d5 d6d7 vcc pb7 pb6 pb5 pb4 pb3 8255a內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖b組控制部件內(nèi)部db（8）pa7 pa0d0d7數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫控制邏輯reseta1a0wrrdcsa組端口a（8）a組端口c(高4位)b組端口c(低4位)b組端口b（8）a組控制部件pc7 pc4pc3 pc0pb7 pb0圖8.1

14、5 8255a內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2.5 8253原理及接線圖 8253是nmos工藝制成的可編程計(jì)數(shù)器/定時器，有幾種芯片型號，外形引腳及功能都是兼容的，只是工作的最高計(jì)數(shù)速率有所差異，例如8253（2.6mhz）,8253-5(5mhz) 8253內(nèi)部有三個計(jì)數(shù)器，分別成為計(jì)數(shù)器0、計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2，他們的機(jī)構(gòu)完全相同。每個計(jì)數(shù)器的輸入和輸出都決定于設(shè)置在控制寄存器中的控制字，互相之間工作完全獨(dú)立。每個計(jì)數(shù)器通過三個引腳和外部聯(lián)系，一個為時鐘輸入端clk，一個為門控信號輸入端gate，另一個為輸出端out。每個計(jì)數(shù)器內(nèi)部有一個8位的控制寄存器，還有一個16位的計(jì)數(shù)初值寄存器cr、一個計(jì)數(shù)執(zhí)行部件

15、ce和一個輸出鎖存器ol。 執(zhí)行部件實(shí)際上是一個16位的減法計(jì)數(shù)器，它的起始值就是初值寄存器的值，而初始值寄存器的值是通過程序設(shè)置的。輸出鎖存器的值是通過程序設(shè)置的。輸出鎖存器ol用來鎖存計(jì)數(shù)執(zhí)行部件ce的內(nèi)容，從而使cpu可以對此進(jìn)行讀操作。順便提一下，cr、ce和ol都是16位寄存器，但是也可以作8位寄存器來用8253在本實(shí)驗(yàn)中工作于方式2和方式3。 8253在方式2時有它自己的工作的特點(diǎn)。對某一計(jì)數(shù)通道寫入控制字，選定工作方式2時，out端輸出高電平。如果gate為高電平,則在寫入計(jì)數(shù)值后的下一個時鐘脈沖時,將計(jì)數(shù)值裝入執(zhí)行部件.此后,計(jì)數(shù)器隨著時鐘脈沖的輸入而遞減計(jì)數(shù).當(dāng)計(jì)數(shù)值減為1時

16、, out端由高電平變?yōu)榈碗娖?待計(jì)數(shù)器的值減為0時, out端引腳又回到高電平, 與此同時,還將計(jì)數(shù)初值重新裝入計(jì)數(shù)器,開始一個新的計(jì)數(shù)過程,并由些周而復(fù)始地計(jì)數(shù).如果裝入計(jì)數(shù)器的初值為n,那么在out引腳上,每隔n個周期就產(chǎn)生一個負(fù)脈沖,其寬度與時鐘脈沖的周期相同,頻率為輸入時鐘脈沖頻率的n分之一.所以,這實(shí)際上是一種分頻工作方式。 在操作過程中,任何時候都可由cpu重新寫入新的計(jì)數(shù)值,它不會影響當(dāng)前計(jì)數(shù)過程的進(jìn)行.比如說,原來的計(jì)數(shù)值n=4,在計(jì)數(shù)過程中計(jì)數(shù)值回零前,又寫入新的計(jì)數(shù)值n=3,8253仍按n=4進(jìn)行計(jì)數(shù).當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時,一個計(jì)數(shù)周期結(jié)束,8253將按新寫入的計(jì)數(shù)值n=3進(jìn)

17、行計(jì)數(shù). 當(dāng)需要產(chǎn)生連續(xù)的負(fù)脈沖序列信號時,可使8253工作于方式2.在本實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,就是讓0通道工作在方式2下. 通道0的工作在實(shí)驗(yàn)中起到的作用是在out1端輸出一個比較合適的時鐘頻率，然后用通道1進(jìn)行時間的控制。通道1在控制燈閃爍的時候采用的工作方式是方式3，這樣可以讓8255的a端口檢測到輸出端的方波信號。 對于方式3來說,它的工作方式與方式2有著很多相似的地方,然而,又不能等同.因?yàn)樗鼈兏髯杂兄煌奶攸c(diǎn).使用的時候就要加以區(qū)別。 我們可以從輸出的波形上看出它們的一些不同之處。因?yàn)榉绞?輸出的不是序列負(fù)脈沖,而是對稱的方波或基本對稱的矩形波.當(dāng)然,無論是方式2,還是方式3,都要將gate

18、端置為高電平才可實(shí)現(xiàn)它的功能。 8253有一些它的特點(diǎn)。如果寫入計(jì)數(shù)器的初值為偶數(shù)，則當(dāng)8253進(jìn)行計(jì)數(shù)時，每輸入一個時鐘脈沖，均使計(jì)數(shù)值減2。計(jì)數(shù)值減為0時，out輸出引腳由高電平變成低電平，同時自動重新裝入計(jì)數(shù)初值，繼續(xù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時，out引腳又回到高電平，同時再一次將計(jì)數(shù)初值裝入計(jì)數(shù)器，開始下一輪循環(huán)計(jì)數(shù)；如果寫入的計(jì)數(shù)初值為奇數(shù)，則當(dāng)輸出端out為高電平時，第一個時鐘脈沖使計(jì)數(shù)器減1，以后每來一個時鐘脈沖，都使計(jì)數(shù)器減2，當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時，輸出端out由高電平變成低電平，同時重新裝入計(jì)數(shù)初值，繼續(xù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。這時第一個時鐘脈沖使計(jì)數(shù)器減3，以后每個時鐘脈沖都使計(jì)數(shù)器減2，計(jì)

19、數(shù)值減為0時，out引腳又回到高電平，并重新裝入計(jì)數(shù)初值后，開始下一輪循環(huán)計(jì)數(shù)。這兩種情況下，從out端輸出的方波頻率都等于時鐘脈沖的頻率除以計(jì)數(shù)初值。但要注意，當(dāng)寫入的計(jì)數(shù)初值為偶數(shù)時，輸出完全對稱的方波，寫入計(jì)數(shù)初值為奇數(shù)時，其輸出波形的高電平寬度比低電平多一個時鐘周期。 如果希望改變輸出方波的速率，cpu可在任何時候重新裝入新的計(jì)數(shù)初值，在下一個計(jì)數(shù)周期就可按新的計(jì)數(shù)初值計(jì)數(shù)，從而改變方波的速率。8353采用級聯(lián)方式。此實(shí)驗(yàn)中使用8253的0通道和1通道以實(shí)現(xiàn)級聯(lián)。8253的地址是如何安排的呢？它的三個通道是怎樣分配地址的端口的呢？我們在這個實(shí)驗(yàn)當(dāng)中采用的端口的起始的地址是200h，所以

20、就有這樣的分配：通道0的地址端口為200h，通道1的地址端口為201h，通道2的地址端口為202h，8253的控制端口的地址為203h。這就是它們的地址端口的分配。8253引腳及功能示意圖：2.6 0832原理及接線圖nsc公司生產(chǎn)的dac0832是一種內(nèi)部帶有數(shù)據(jù)輸入寄存器的8位d/a轉(zhuǎn)換器，采用先進(jìn)的cmos工藝制成，芯片內(nèi)有r-2r梯形電阻網(wǎng)路，用于對參考電壓產(chǎn)生的電流進(jìn)行分流，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果以一組差動電流iout1和iout2輸出。在dac0832內(nèi)部有一個8位輸入寄存器和一個8位dac寄存器，它們可以分別選通。這樣，就可以把從cpu送來的數(shù)據(jù)先打入輸入寄存器，在需要進(jìn)行d/a

21、轉(zhuǎn)換時再選通dac寄存器，實(shí)現(xiàn)d/a轉(zhuǎn)換，這種工作方式稱為雙緩沖工作方式。dac0832結(jié)構(gòu)：* d0d7：8位數(shù)據(jù)輸入線，ttl電平，有效時間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)；* ile：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；* cs：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；* wr1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ile、cs、wr1的邏輯組合產(chǎn)生le1，當(dāng)le1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，le1的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；* xfer：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；* wr2：dac寄

22、存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由wr1、xfer的邏輯組合產(chǎn)生le2，當(dāng)le2為高電平時，dac寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，le2的負(fù)跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入dac寄存器并開始d/a轉(zhuǎn)換。* iout1：電流輸出端1，其值隨dac寄存器的內(nèi)容線性變化；* iout2：電流輸出端2，其值與iout1值之和為一常數(shù)；* rfb：反饋信號輸入線，改變rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；* vcc：電源輸入端，vcc的范圍為+5v+15v；* vref：基準(zhǔn)電壓輸入線，vref的范圍為-10v+10v；* agnd：模擬信號地* dgnd：數(shù)字信號地 dac0832

23、工作方式：根據(jù)對dac0832的數(shù)據(jù)鎖存器和dac寄存器的不同的控制方式，dac0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。 dac0832引腳功能電路應(yīng)用原理圖dac0832是采樣頻率為八位的d/a轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使dac0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路d/a異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。所以這個芯片的應(yīng)用很廣泛,關(guān)于dac0832應(yīng)用的一些重要資料見下圖： d/a轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電阻可通過rfb端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接

24、。dac0832邏輯輸入滿足ttl電平，可直接與ttl電路或微機(jī)電路連接。dac0832的工作方式 dac0832進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換，可以采用兩種方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。 第一種方法是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而dac寄存器工作在直通狀態(tài)。具體地說，就是使 和 都為低電平，dac寄存器的鎖存選通端得不到有效電平而直通；此外，使輸入寄存器的控制信號ile處于高電平、 處于低電平，這樣，當(dāng) 端來一個負(fù)脈沖時，就可以完成1次轉(zhuǎn)換。 第二種方法是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而dac寄存器工作在鎖存狀態(tài)。就是使 和 為低電平，ile為高電平，這樣，輸入寄存器的鎖存選通信號處于無效狀態(tài)而直通；當(dāng) 和 端輸入1個

25、負(fù)脈沖時，使得dac寄存器工作在鎖存狀態(tài)，提供鎖存數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 根據(jù)上述對dac0832的輸入寄存器和dac寄存器不同的控制方法，dac0832有如下3種工作方式： 單緩沖方式。單緩沖方式是控制輸入寄存器和dac寄存器同時接收資料，或者只用輸入寄存器而把dac寄存器接成直通方式。此方式適用只有一路模擬量輸出或幾路模擬量異步輸出的情形。 雙緩沖方式。雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收資料，再控制輸入寄存器的輸出資料到dac寄存器，即分兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個d/a轉(zhuǎn)換同步輸出的情節(jié)。 直通方式。直通方式是資料不經(jīng)兩級鎖存器鎖存，即 ， ， ， 均接地，ile接高電平。此方式適用于連續(xù)反饋

26、控制線路，不過在使用時，必須通過另加i/o接口與cpu連接，以匹配cpu與d/a轉(zhuǎn)換。dac0832引腳以及功能示意圖2.7 步進(jìn)電機(jī)原理及接線圖步進(jìn)電機(jī)的組成 ：步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步進(jìn)角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度

27、，從而達(dá)到調(diào)速的目的。以三相步進(jìn)電機(jī)為例，電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。0、1/3、2/3,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即a與齒1相對齊，b與齒2向右錯開1/3，c與齒3向右錯開2/3。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)原理：如a相通電，b，c相不通電時，由于磁場作用，齒1與a對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。如b相通電，a，c相不通電時，齒2應(yīng)與b對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3，此時齒3與c偏移為1/3，齒4與a偏移（-1/3）=2/3。如c相通電，a，b相不通電，齒3應(yīng)與c對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3，此時齒4與a偏移為

28、1/3對齊。如a相通電，b，c相不通電，齒4與a對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3 這樣經(jīng)過a、b、c、a分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到a相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按a，b，c，a通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3,向右旋轉(zhuǎn)。如按a，c，b，a通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。由此可見：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系，而方向由導(dǎo)電順序決定。不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用a-ab-b-bcc-ca-a這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3改變?yōu)?/6。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3變?yōu)?/12，1/24，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。不

29、難推出：電機(jī)定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移/m, 2/m(m-1)/m,。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)與控制步進(jìn)電機(jī)的三個重要參數(shù)是相數(shù)、拍數(shù)和步距角。相數(shù)：產(chǎn)生不同對極n、s磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，用n表示。以三相電機(jī)為例，有三相三拍運(yùn)行方式即ab-bc-ca-ab，三相六拍運(yùn)行方式即a-ab-b-bc-c-ca-a。電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機(jī)繞組通電時序?yàn)閍b-bc-ca或a-

30、ab-b-bc-c-ca-a為時正轉(zhuǎn)，通電時序?yàn)閏a-bc-ab或a-ca-c-bc-b-ab-a時為反轉(zhuǎn)。步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。=360度/（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時步距角為=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時步距角為=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。步進(jìn)電機(jī)的方向控制以下以三相六拍的步進(jìn)電機(jī)，具體說明如下:控制繞組的通電方式為ab-bc-ca-ab 或ab-ca-bc-ab，每拍同時有兩相繞組通電，三拍為一個循環(huán)，當(dāng)a 、b 兩相控制繞組同時通電時，轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時考慮到兩

31、對定子極的作用，只有a 相極和b 相極對轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡才是轉(zhuǎn)子的平衡位置。雙三拍運(yùn)行時的步距角是30,但雙三拍運(yùn)行時每一拍總有一相繞組持續(xù)通電，例如由a、 b 兩相通電變?yōu)閎、 c 兩相通電時，b 相保持持續(xù)通電狀態(tài)，c 相磁拉力使轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動，而b 相磁拉力卻起有阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動的作用。步進(jìn)電動機(jī)的速度控制步進(jìn)電機(jī)速度的控制是通過控制單片機(jī)發(fā)出的步進(jìn)脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)。對于軟件脈沖分配方式采用調(diào)整兩個控制字之間的時間間隔來實(shí)現(xiàn)調(diào)速；對于硬件脈沖分配方式則采用定時中斷方式來調(diào)整脈沖頻率從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。根據(jù)以上所述，控制步進(jìn)電機(jī)速度的方法有兩種。(1)軟件延時法：通過調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的

32、延時子程序，改變兩控制字之間延時時間來實(shí)現(xiàn)。采用軟件延時方法實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是程序簡單，思路清晰，不占用硬件資源，缺點(diǎn)是cpu的等待時間過長，占用大量機(jī)時，因此沒有實(shí)用價值。(2)定時器中斷法。以805l單片機(jī)為例，在中斷服務(wù)子程序中進(jìn)行脈沖輸出操作，調(diào)整定時器的定時常數(shù)就可實(shí)現(xiàn)脈沖頻率的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種方法占用cpu時間較少，容易實(shí)現(xiàn)，是一種比較實(shí)用的調(diào)速方法。2.8 直流電機(jī)原理及接線圖直流電動機(jī)因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動中得到廣泛應(yīng)用。直流電動機(jī)按勵磁方式分為永磁、他勵和自勵3類,其中自勵又分為并勵、串勵和復(fù)勵3種。直流電動機(jī) - 特點(diǎn)：(一)調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，

33、是指電動機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電動機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。(二)起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都用直流電動機(jī)拖動。直流電動機(jī) 工作原理：如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷 a 流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷 b 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（b）所示的位置，電刷 a 和換向片2接觸，電

34、刷 b 和換向片1接觸，直流電流從電刷 a 流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷 b 流出。此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。這就是直流電動機(jī)的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。實(shí)用中的直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個線圈構(gòu)成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動，繞組形式同發(fā)電機(jī)。他勵直流電動機(jī) 他勵直流電動機(jī)由勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個獨(dú)立的直流電源供電。在勵磁電壓uf的作用下，勵磁繞組中通過勵磁電流if，從而產(chǎn)生主磁

35、極磁通。在電樞電壓ua的作用下，電樞繞組中通過電樞電流ia。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生機(jī)械以某一轉(zhuǎn)速n運(yùn)轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時，切割磁感線產(chǎn)生電動勢e.電動勢的方向與電樞電流的方向相反。2.9 硬件接線圖（根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備所畫）實(shí)際連接圖4程 序 流 程 圖開始初始化，給8253送控制字和初值給8255寫控制字 循環(huán)檢測a口狀態(tài) and語句輸出到led指示燈步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)10秒and語句輸出到led指示燈步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)10秒 y運(yùn)行一次步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)（y/n） nand語句輸出到led指示燈直流電機(jī)加速轉(zhuǎn)動10秒 and語句輸出到led指示燈 直流電機(jī)加速轉(zhuǎn)動10秒y 檢驗(yàn)開關(guān)是否閉合n紅外報(bào)警燈發(fā)光，電機(jī)停

36、止轉(zhuǎn)動結(jié) 束5. 分 析 與 測 試設(shè)計(jì)中所遇到的各種問題及解決要實(shí)現(xiàn)順序控制的全過程，需要用到8253計(jì)時，用led燈指示每個過程，用8255來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動以及0832控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動等等。在運(yùn)行程序的過程中出現(xiàn)了很多錯誤，給8255送控制字和初值，通過級聯(lián)來給每個過程計(jì)時，8255的a口作輸入，8253的輸出接a口；b口作輸出，8255循環(huán)檢測a口的狀態(tài)，通過b輸出到燈上。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們先后遇到了3個困難。（1）首先，我們最初的編程思想是循環(huán)檢測a口狀態(tài)時，用的是軟件延時來實(shí)現(xiàn)的，但是肖碩老師告訴我們必須用硬件延時來實(shí)現(xiàn)，于是我們經(jīng)過努力，最終完成了硬件來控制時間；這是第一個錯誤

37、。（2）其次，就是在步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的時候，遇到了錯誤，主要問題是步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)沒有控制，由于不了解步進(jìn)電機(jī)，我們做出的實(shí)驗(yàn)是電機(jī)正轉(zhuǎn)2圈反轉(zhuǎn)2圈，無法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的長時間正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，最后我們把8255輸出脈沖的順序進(jìn)行了調(diào)換，完成了這一步的過程。（3）最后，就是報(bào)警燈的控制上出現(xiàn)了失誤，我們的報(bào)警裝置無法實(shí)現(xiàn)報(bào)警后，機(jī)器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，后來我們輸入了程序，即報(bào)警燈亮的時候，8255輸出圈00h，這樣的話就是所有部件的接受信號為0，達(dá)到機(jī)器停止轉(zhuǎn)動的效果。6. 實(shí) 驗(yàn) 總 結(jié)當(dāng)選擇這個順序控制這個實(shí)驗(yàn)的時候，首先，因?yàn)轫樞蚩刂茖?shí)驗(yàn)首先在機(jī)械化生產(chǎn)中用很大的應(yīng)用，這對我們進(jìn)一步了解電子機(jī)械有很大的

38、幫助；其次，因?yàn)轫樞蚩刂茖?shí)驗(yàn)應(yīng)用的器件比較多，使我們對以前的很多芯片和器件進(jìn)行復(fù)習(xí)。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們碰到了很多的難題，首先是步進(jìn)電機(jī)的使用，由于以前沒有用過步進(jìn)電機(jī)，所以對于步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，我們無法實(shí)現(xiàn)，最終利用輸入的順序?qū)⑵鋵?shí)現(xiàn)。其次是0832以及8255、8253等芯片的配合使用，難度很大。所以我們一方面，去圖書館查閱資料，借閱相關(guān)的書籍，另一方面，在老師的幫助和指導(dǎo)下去完成這個實(shí)驗(yàn)?？傊?，在實(shí)驗(yàn)最后，有一些功能并沒有實(shí)現(xiàn)，這是很大的遺憾，我們已經(jīng)進(jìn)了很大的努力了，以后我們將會繼續(xù)努力學(xué)習(xí)這些東西，爭取掌握和能夠應(yīng)用它們?nèi)ソ鉀Q實(shí)際問題。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們學(xué)到了很多東西，但有的時候還是比

39、較迷茫，不知道從哪些方面努力和下手，幸虧有兩位恩師的幫助，老師幫我們解決問題，指導(dǎo)我們的實(shí)驗(yàn)過程，才使我們的實(shí)驗(yàn)最終可以完成。我們十分感謝兩位老師的幫助。這次實(shí)驗(yàn)，從理論上和實(shí)踐上都是對我們的檢查，我們受益匪淺，也認(rèn)識到了自己基礎(chǔ)知識的不足和欠缺，需要我們加倍努力，以后我們將更加努力的學(xué)習(xí)好我們的專業(yè)課程。7.參考文獻(xiàn)1 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第四版） 周荷琴 吳秀清 編著 2 計(jì)算機(jī)硬件課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書3 百度文庫4 csdn源碼下載網(wǎng)8.附錄（程序代碼）code segmentassume cs:codestart:mov dx,20bh ;8255的初始化mov al,10010000

40、b；a口輸入，b口c口輸出 out dx,almov al,00110101b mov dx,203h out dx,al ; 向8253的控制口寫控制字 mov al,00h mov dx,200h out dx,al mov al,20h out dx,al ;向通道0寫初值 mov al,01110111b mov dx,203h out dx,al mov al,00h mov dx,201h out dx,al mov al,10h out dx,al ;向通道1寫初值， 8253輸出2mhz方波 mov ah,01ht1: mov ah,aly1: mov dx,208h ;檢測a

41、口狀態(tài) in al,dx and al,01h cmp ah,00h；高四位為0 jnz t1；不是則循環(huán) cmp al,01h；低四位為0 jz t1；不是則循環(huán)a:mov dx,20ahmov al,00h；先送0out dx,almov al,0feh；送低電平，使第一個燈亮out dx,al mov bx,16work:；依次給步進(jìn)電機(jī)送脈沖，使其正轉(zhuǎn) mov al,01h；送01h mov dx,209hout dx,almov cx,5000delay1:dec cxcmpcx,00jnz delay1mov al,02h；送02hmov dx,209hout dx,almov c

42、x,5000delay2:dec cxcmpcx,00jnz delay2mov al,04h；送04hmov dx,209hout dx,almov cx,5000delay3:dec cxcmpcx,00jnz delay3 mov al,08h；送08hmov dx,209hout dx,almov cx,5000delay4:dec cxcmpcx,00jnz delay4mov al,10h；送10hmov dx,209hout dx,almov cx,5000delay5:dec cxcmpcx,00jnz delay5mov al,20h；送20hmov dx,209hout dx,almov cx,5000delay6:dec cxcmpcx,00jnz delay6mov al,40h