微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)講解

、⑤、A0、A1為內(nèi)部計(jì)數(shù)器和控制寄存器的編碼選擇信號(hào)：A1A0功能00選擇計(jì)數(shù)器001選擇計(jì)數(shù)器110選擇計(jì)數(shù)器211選擇控制寄存器圖5.28253引腳圖8253內(nèi)部有三個(gè)機(jī)構(gòu)和功能相同的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，每個(gè)都有3條引線，CLK為外部計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入，每一個(gè)時(shí)鐘周期可以對(duì)定時(shí)器內(nèi)部的16位計(jì)數(shù)器減1；OUT為定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)，不同的工作方式輸出不同的波形；門控信號(hào)GATE用以控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作。8253采用減1計(jì)數(shù)方式。在門控信號(hào)有效時(shí)，每輸入1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，通道作1次計(jì)數(shù)操作。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖是已知周期的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)就成為定時(shí)。采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)，寫入的初值范圍為0000H~0FFFFH，最大計(jì)數(shù)值是0000H，代表65536。采用BCD碼計(jì)數(shù)時(shí)，寫入的初值范圍為0000~9999，最大計(jì)數(shù)值是0000，代表10000。與此計(jì)數(shù)器相對(duì)應(yīng)，每個(gè)通道內(nèi)設(shè)有一個(gè)16位計(jì)數(shù)值鎖存器。必要時(shí)可用來鎖存計(jì)數(shù)值。（特別說明：8253計(jì)數(shù)器的值先減1再判斷是否為0，為0就中斷了，所以最大初始值為0，這樣減1以后，不為0，所以為最大的，取決于CF標(biāo)志位）。當(dāng)某通道用作計(jì)數(shù)器時(shí)，應(yīng)將要求計(jì)數(shù)的次數(shù)預(yù)置到該通道的計(jì)數(shù)器中、被計(jì)數(shù)的事件應(yīng)以脈沖方式從CLK端輸入，每輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器內(nèi)容減“1”，待計(jì)數(shù)值計(jì)到“0”。OUT端將有輸出。表示計(jì)數(shù)次數(shù)到。當(dāng)某個(gè)通道用作定時(shí)器時(shí)。由CLK輸入一定頻率的時(shí)鐘脈沖。根據(jù)要求定時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短確定所需的計(jì)數(shù)值。并預(yù)置到計(jì)數(shù)器中，每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器內(nèi)容減“1”，待計(jì)數(shù)值計(jì)到“0”。OUT將有輸出，表示定時(shí)時(shí)間到。允許從CLK輸入的時(shí)鐘頻在1～2MHz范圍內(nèi)。因此，任一通道作計(jì)數(shù)器用或作定時(shí)器用，其內(nèi)部操作完全相同，區(qū)別僅在于前者是由計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)。而后者是內(nèi)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行減“1”計(jì)數(shù)。8253的通道工作方式有6種可供選擇的工作方式，以完成定時(shí)、計(jì)數(shù)或脈沖發(fā)生器等多種功能。8253的有六種工作方式：（1）方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束則中斷、（2）方式1：?jiǎn)蚊}沖發(fā)生器（3）方式2：頻率發(fā)生器（4）方式3：方波發(fā)生器（5）方式4：軟件觸發(fā)選通（6）方式5：硬件觸發(fā)選通8253的6種工作方式中，門控信號(hào)GATE十分重要，且對(duì)不同的工作方式，作用也不一樣。表5GATE作用表GATE低電平或變到低電平上升沿高電平方式0禁止計(jì)數(shù)不影響允許計(jì)數(shù)方式1不影響啟動(dòng)計(jì)數(shù)不影響方式2禁止計(jì)數(shù)并置OUT為高初始化計(jì)數(shù)允許計(jì)數(shù)方式3同方式2同方式2同方式2方式4禁止計(jì)數(shù)不影響允許計(jì)數(shù)方式5不影響啟動(dòng)計(jì)數(shù)不影響5.3步進(jìn)電機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)在數(shù)控開環(huán)控制電路中有著不可替代的作用，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵部件之一。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的離散值控制電機(jī)，這種步進(jìn)電機(jī)每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖就動(dòng)一步，所以又稱為脈動(dòng)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)是在各相線圈上加上有規(guī)律變化的脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)步距角。脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，該角度稱為“步距角”?？梢酝ㄟ^控制脈沖的個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上有三種主要類型：反應(yīng)式、永磁式和混合式。反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、步距角小，可達(dá)1.20，但動(dòng)態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大?？煽啃噪y保證。永磁式：永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能好，輸出力矩大，但這種電機(jī)精度差、步距角大（一般為7.50或150）?；旌鲜剑夯旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個(gè)小齒以提高步距的精度。其特點(diǎn)是輸出力矩大、動(dòng)態(tài)性能好、步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高。圖5.3步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)圖步進(jìn)電機(jī)的工作原理：通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。主要特點(diǎn)1.步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累；2.無刷，可靠性高；3.易于啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及調(diào)速控制，快速響應(yīng)好；4.可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，同時(shí)易于實(shí)現(xiàn)多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的同步運(yùn)行控制；5.步距角選擇范圍大，可以根據(jù)不同的需要選擇步進(jìn)電機(jī)；6.存在失步和共振現(xiàn)象；7.需要使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)源。本次設(shè)計(jì)采用國產(chǎn)20BY-0型步進(jìn)電機(jī),其使用+5V直流電源，步距角為18度，電機(jī)線圈由四相組成，即A、B、C、D四相，驅(qū)動(dòng)方式為二相激磁方式。圖5.4步進(jìn)電機(jī)表6步進(jìn)電機(jī)相序表相順序ABCD01100101102001131001相順序從0到1稱為一步，電機(jī)軸將轉(zhuǎn)過18度，0→1→2→3→0則稱為通電一周，轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過72度，若循環(huán)進(jìn)行這種通電一周的操作，電機(jī)便連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)起來。而進(jìn)行相反的通電順序如3→2→1→0，將使電機(jī)同速反轉(zhuǎn)。通電一周的周期越短，即驅(qū)動(dòng)頻率越高，則電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，但步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也不可能太快，因?yàn)槠涿孔咭徊叫枰欢ǖ臅r(shí)間，若信號(hào)頻率過高，可能導(dǎo)致電機(jī)失步，甚至只在原地顫動(dòng)。表78253和8255的地址分配表芯片A15～A8A7A6A5A4A3A2A1～A0地址（十六進(jìn)制）82530000000000100000～110020H～0023H82550000000000101000～110028H～002BH5.48255和8253設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制電路原理圖圖5.5步進(jìn)電機(jī)電路原理圖6、用8255外聯(lián)LED和鍵盤顯示電路矩陣鍵盤輸入原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V上，當(dāng)無鍵按下時(shí)，行線處于高電平。有鍵按下時(shí)，行、列線導(dǎo)通，行線電平由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。LED顯示原理：通過8位鎖存器74LS273控制LED燈顯示，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管通過一定的電流時(shí)，該段就發(fā)光?？刂破渥屇承┒伟l(fā)光，某些段不發(fā)光則可以顯示一些數(shù)字和符號(hào)。表8LED和鍵盤地址分配表A15～A8A7A6A5A4A3～A0地址（十六進(jìn)制）鍵盤0000000001110000～00110070H～0073HLED0000000010000000～00110080H～0083H圖6.1鍵盤及LED顯示電路圖五、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)問題及解決方案1、Protel99se軟件安裝時(shí)出現(xiàn)問題，注冊(cè)不成功。之后是安裝打開卻無法新建設(shè)計(jì)。分析認(rèn)為應(yīng)該是在安裝過程中某一步可能安裝錯(cuò)誤。解決方法是重新安裝，按照步驟一步一步的操作。最終軟件成功安裝并可以正常使用。由于剛開始對(duì)Protel99se軟件的認(rèn)知不足，不會(huì)使用該繪圖軟件，后面借閱圖書館相關(guān)的書籍及網(wǎng)上搜索軟件使用方法，初步掌握了軟件的使用，學(xué)會(huì)了如何查找、放置、刪除元件并修改相關(guān)元件的屬性。能使用軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的電路原理圖設(shè)計(jì)。將電路原理圖插入World文檔時(shí)，如果直接截圖插入，圖片放大后會(huì)不清晰，所以采用軟件中的Edit-select-All,之后Copy,這樣粘貼插入后的圖片是矢量圖，放大后不會(huì)影響清晰度。二、設(shè)計(jì)體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)雖然花費(fèi)時(shí)間比較長(zhǎng)、任務(wù)比較繁多一些，但在設(shè)計(jì)過程中極大地鍛煉并提高了自己的設(shè)計(jì)和動(dòng)手能力。對(duì)微機(jī)原理技術(shù)在生活中的應(yīng)用有了更廣的認(rèn)識(shí)。設(shè)計(jì)中對(duì)從對(duì)Protel99軟件的一無所知，到后來查閱資料、上網(wǎng)搜索，熟練掌握使用Protel99完成各種電路的繪制（時(shí)鐘電路、總線電路、存儲(chǔ)電路、譯碼電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路、步