《微机原理课程设计》基于80x86的步进电机控制系统

1、jiangsu university of science and technology微机原理与接口技术课程设计姓名：厉小洋学号：0945533117班级：09电气1班专业：电气工程及其自动化 学院：电气与信息工程学院江苏科技大学张家港校区2012年9月目录理论部分21 课题要求与内容 22 系统方案设计 33 系统硬件地设计 44 系统软件设计 5实践部分61 系统硬件原理简介 62 系统硬件调试中出现地问题及解决措施 103 系统软件 113.1 软件设计113.2 软件调试中出现地问题及解决措施14附录 15题目：基于80x86地步进电机控制系统第一章、理论部分一微机原理课程设计课题要

2、求与内容内容要求：(1)使用8255A控制步进电机地运转.(2)使用数码管LED显示速度地大小.(3)使用8253定时器调节速度地大小.(4)使用4个独立按键控制步进电机，即 止传“、反转“、停止”、调速(5)使用8259A产生中断控制按键；(6)使用DAC0832显示速度地波形.拓展功能：(1)按键部分可以增加 加速“、减速”等功能；(2)考虑可以加蜂鸣器来区分 正转”和 反转”；(3)其他可以有自己特色地功能均可.二系统方案设计在课程要求地前提下，步进电机为四相八拍步进电机，这样可以用8255地一个端口控制电机地驱动，LED显示为十六位图1系统流程图在8255中可用两个端口控制，按键单元可

3、与电机共用一个八位端口，由 8254产生可编程脉冲，进入8259产生中断，反馈给80x86,控制8255.再执行到步进电机及其LED显示上，一个脉冲步进电机一拍.由按键读入系 统状态.具体地系统设计如图1为系统简况流程图三系统硬件设计在硬件设计中，主要是通过步进电机模块、8255模块、LED模块、8254模块.在8255芯片上用A, B 口控制数码管地显示（A为位选B为段选）。口地 高四位为四个按键单元，低四位作为输出，控制步进电机.片选CS接IOY2在8259和8254上，采用一个脉冲一拍地方式.给8254 一 个 1.8432MHZ在 CLK2 OUT2输出给 CLK0 由 OUT0给 8

4、259 地 INT,输出一个 脉冲，经由IR0给80x86地中断口 INTR如图2为硬件连接图，如下硬件连接：8254,8255,8259地 CS分别接在 IOY2, IOY0, IOY18255芯片连接：8255地A, B控制LED, A 口接位选，B 口接段选，将 CD 分为两段，高四位读取按键，低四位控制步进电机，按键分为四个如下表1所示表1K1K2K3 K4判断开关0开1关判断正反转0正1反00速度110速度201速度311速度48254: GATE2接电源+5v给CLK耍个彳S号 OUT2接CLK0#输出接8259 地INT,在用8259地IRO1连接至I 80X86地中断INTR8

5、0 86 系 统 总 线2 硬件连接图四系统软件设计图3软件系统工作流程图过8255读取按键地信号，来控制步进电机地开关，正转，反转，速度地 大小.通过8254计数器工作在方式0地状态下来控制每拍运行地时间，步进电机速度不同，赋给8254地初始值不同，同时8255地PA,PB口向LED接口输出 信号，LED数码管显示步进电机每分钟地转速.8254计数器每次运行结束，向 8259发出一个高电平，8259IR0接口检测到高电平信号，即进入中断服务程 序，在中断服务程序里，执行对下一拍给步进电机信号地赋值.在每次循环中，执行键盘按键检测程序，如有按键，退出程序，否则，反复循环.如图3为软件系统地工作

6、流程图第二章实践部分一系统硬件原理简介1.1 步进电机地简介及其工作原理步进电机地驱动原理是通过它每相线圈地电流地顺序切换来使电机作步进式旋转，驱动电路由脉冲来控制，所以调节脉冲地频率便可改变步进电机地转 速，微控制器最适合控制步进电机.另外，由于电机地转动惯量地存在，其转动 速度还受驱动功率地影响，当脉冲地频率大于某一值时，电机便不再转动本次课程设计中电机共有四个相位（A,B,C,D ,按转动步骤可分单4拍（A->B- >C->D->A，双 4 拍（AB->BC->CD->DA->AB和单双 8 拍（A->AB->B->BC-

7、>C->CD- >D->DA->A .此模块地主要功能是通过接收 8255地C 口输入信号来控制步进电机地转动， A,B,C,D分别代表不同地四个相位，分别接入到 PC0,PC1,PC2口 PC3实现转动控 制12345678A11000001B01110000C00011100D00000111如上述表2所示，通过编程对8255地输出进行控制，使输出按照相序表给 驱动电路供电，则步进电机地输入也和相序表一致，这样步进电机就可以正向 转动，反之，则反向转动.1.2 实验所用芯片地介绍及其控制方式1.2.1 8254地简介8254是Intel公司生产地课可编程定时器

8、，8254芯片主要由四部分组成：1数据总线缓冲器数据总线缓冲器是一个三态、双向 8位寄存器主要作用是与CPU进行数据 交换，8位数据线D7D0与CPU地系统数据总线连接，构成 CPU和8254之间 信息传送地通道，CPU通过数据总线缓冲器向8254写入控制命令、计数初始值 或读取计数值.2读写逻辑读写逻辑是芯片地控制部分，编程人员通过控制信号地选择来选择芯片地 工作方式.读/写控制逻辑用来接收CPU系统总线地读、写控制信号和端口选择 信号，用于控制8254内部寄存器地读/写操作.3控制字寄存器控制寄存器是一个只能写不能读地 8位寄存器，系统通过指令将控制字写入控 制寄存器，设定8254地不同工

9、作方式.4计数器8254内部有三个结构完全相同而又相互独立地 16位减“1计数器，每个计 数器有六种工作方式，各自可按照编程设定地方式工作.1) .有3个独立地16位计数器2) .每个计数器可按十进制或二进制计数3) .8254每个计数器允许最高计数为10MHz4) .8254有读回指令，还可以读出状态寄存器地内容5) .每个计数器可编程工作于6中不同地方式6）计数脉冲可以是有规律地时钟信号，也可以是随机信号，计数初值公式为n=fclki/fouti（fclki是输入时钟脉冲地频率，fouti是输出波形地频率）工作方式地分类：1）方式0:计数到0结束输出正跳跃信号方式2）方式1:硬件可重触发单

10、稳方式3）方式2:频率发生器4）方式3:方波发生器5）方式4:软件触发选通方式6）方式5:硬件触发选通方式8254地控制享有两个：一个用来设置计数工作方式称为方式控制字.另一个 用来设置读回命令，称为读回控制字.如下表3是控制方式表格表3 8254地方式控制字格式D7D6D5D4D3D2D1D0计数器选择读/写工作方式选择计数码制选 择00-计数器000-锁存计数值000-方式00-二进制数01-计数器101-读/写低8位001-方式11-十进制数10-计数器210-读/写高8位010-方式211-读出控制字标志11-先读/写低8位再读/写高8位011-方式3100-方式4101-方式5825

11、5地简介及其控制8255是Intel公司生产地可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O 口. 具有3个通道3种工作方式地可编程并行接口芯片（40弓I脚）.其各口功能可 由软件选择，使用灵活，通用性强.8255可作为单片机与多种外设连接时地中间 接口电路.8255作为主机与外设地连接芯片，必须提供与主机相连地3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口 .同时必须具有与外设连接地接口 A、B、C口 .由于8255可编程，所以必须具有逻辑才$制部分，因而 8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分.8255可编程外围接口芯 片是通用并行口芯片，具有 A、B、C三个

12、并行接口，有三种工方式.方式0基本地输入输出.方式1选通输入输出.方式2双选通工作方式表格2为控制字格式，如下图4、图5分别为8255工作方式控制字格式和 8255 C 口按位置位/复位控制字格式.H组控制CI I低4位输出L输入B 口0输出1输入方式选择0方式。1玄1A组柠制CI 1高4位0输出1输入AQ0输出1输入方式选择o,0方式。01方式1X方式2图4、8255工作方式控制字格式C n 白勺 位 选 择位01000010012OL03011A1O口51O161107111苣位里位10宜位位图5 8255 C 口按位置位/复位控制字格式8259 地简介及其控制方式8259A是专门为了对8

13、085A和8086/8088进行中断控制而设计地芯片， 它是可以用程序控制地中断控制器.单个地8259A能管理8级向量优先级中 断 . 在不增加其他电路地情况下，最多可以级联成64 级地向量优级中断系统.8259A有多种工作方式，能用于各种系统.各种工作方式地设定是在初始 化时通过软件进行地.在总线控制器地控制下，8259A芯片可以处于编程状 态和操作状态，编程状态是 CPU使用IN或OUT指令对8259A芯片进行初始 化编程地状态.功能：就是在有多个中断源地系统中，接受外部地中断请求，并进行判断，选中当前优先级最高地中断请求，再将此请求送到CPU地INTR端；当CPU响应中断并进入中断子程序

14、地处理过程后，中断控制器仍负责对外 部中断请求地管理.二 系统硬件调试中出现地问题及解决措施问题一 步进电机运转不流畅原因：分析后发现，程序执行中地中断无法连续执行，因为8254 采用方式3 发出地中断信号，脉冲时间太短，解决方法：在调整8254 地计数器采用方式1 后，一旦检测信号，重新将计数器装入初值问题二 数码管显示乱码原因：查看显示数据发现，当8255 输出一个段码后，下一次出现地是上一次输出地值解决方法：在以后每次输出之后，都输出一个 00A,以清除8255寄存器中 地值，以达到清除乱码地效果问题三 程序执行中有计数器赋初值，所以每次计数器都不能执行完发出中断原因：赋初值在循环当中解

15、决方法：将计数器赋初值放到循环外面，引用FLAG来判断是否进入中断，如果进入，则重新将计数器赋初值 问题四：读取按键混乱原因：用PC7-PC俅读取按键.读出地按键数值在高四位，于我们用低四位处理相冲突解决方法：将读出地数值右移四位三系统软件3.1 软件设计3.1.1 8255控制模块如图6所示，8255主要负责不停地读取按键状态检测速度地大小1 （反口 2二 0 （正PC7为0 r如图6 825琬程图3.1.2 8254延时模块设置8254地控制字，通过8254设置延时，产生延时频率，最后再接入到8255控制步进电机地运转与停止，速度大小主要通过对8254装入初值地不同来控制，流程如下图7,与

16、上图6衔接（图7分别于图6最后连接）3.1.3 LED显示模块LED模块地主要功能是前四位显示步进电机地转速（r/min）度地值.此模块 用8255A、B 口地控制LED数码管地位码，采用动态扫描方式让数码管显示出 速度值.利用8255地端口 A、B 口各八位，共十六位控制数码管地显示，其中 A 口 为位选控制，B口为段选控制，直接显示步进电机地转速.显示7字edcba段码001)1工q13fh10000Ii 00 6 li9 101!0i1S b H3100i1i1I f 1-11)00Ii06 6 N11011016 d i61II1o 117 d 1*7,9000,1L10 7 J811

17、1i1i1 7fq91i0i丁i16 f N数码管地显示控制对应于下图8图8数码管对应图3.1.4 8259中断模块中断模块地8259主要负责接收来自8254地信号产生中断，给80x86,控制步进电机，如图980x86步进电机转动一拍图93.2 软件调试中出现地问题及解决措施问题一程序运行中反复执行 MOV BX,OFFSET TTABLEL.原因：放在最高地级别地大循环当中，所以会反复执行 .解决方法：引用CX计数，当CX由08H变成00H时，才返回执行MOVBX,OFFSET TTABLEL问题二跳转指令无法达到期望位置，提示错误.原因：JZ,JNZ旨令只能跳转255,而我们程序跳转跳远，

18、超出范围.解决方法：使用JMP语句，在中间插入，多次跳转，以达到跳转位置附录（源程序）IOY1 EQU 3040H。片选IOY0对应地端口始地址MY8255_AEQU IOY1+00H*4 。 8255地 A 口地址MY8255_BEQU IOY1+01H*4 。 8255 地 B 口地址MY8255_C EQU IOY1+02H*4。 8255 地 C 口地址MY8255_MODE EQU IOY1+03H*4 。 8255地控制寄存器地址IOY2 EQU 3080H 。片选IOY1 对应地端口始地址MY8254_COUNT0EQUIOY2+00H*4。8254计数器0 端口地址MY8254

19、_COUNT1EQUIOY2+01H*4。8254计数器1 端口地址MY8254_COUNT2EQUIOY2+02H*4。8254计数器2 端口地址MY8254_MODE EQU IOY2+03H*4。 8254控制寄存器端口地址INTR_IVADD EQU 01C8HINTR_OCW1 EQU 0A1HINTR_OCW2 EQU 0A0H。INTR对应地中断矢量地址。INTR对应PC机内部8259地OCW1地址。INTR对应PC机内部8259地OCW2地址INTR_IM EQU 0FBH 。INTR对应地中断屏蔽字IOY0 EQU 3000H。片选IOY0对应地端口始地址MY8259_ICW

20、1 EQUMY8259_ICW2 EQUMY8259_ICW3 EQUMY8259_ICW4 EQUMY8259_OCW1 EQUMY8259_OCW2 EQUMY8259_OCW3 EQUIOY0+00H 。实验系统中IOY0+04H 。实验系统中IOY0+04H 。实验系统中IOY0+04H 。实验系统中IOY0+04H 。实验系统中IOY0+00H 。实验系统中IOY0+00H 。实验系统中8259 地 ICW1 端口地址8259地ICW2端口地址8259地ICW3端口地址8259地ICW4端口地址8259地OCW1端口地址8259地OCW2端口地址8259地OCW3端口地址STACK1

21、 SEGMENT STACKDW 256 DUP(?)STACK1 ENDSDATA SEGMENTMES DB 'Press any key to exit!',0AH,0DH,0AH,0DH,'$'CS_BAK DW ?0保存INTR原中断处理程序入口段地址地变量IP_BAK DW ?。保存INTR原中断处理程序入口偏移地址地变量IM_BAK DB ?。保存INTR原中断屏蔽字地变量TTABLE1 DB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H 正转编码TTABLE2 DB 09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03H,01

22、H 反转编码FLAG DB 00H。标志位DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV DX,OFFSET MES 。显示退出提示MOV AH,09HINT 21HCLIMOV AX,0000H。替换INTR地中断矢量MOV ES,AXMOV DI,INTR_IVADDMOV AX,ES:DIMOV IP_BAK,AX 。保存INTR原中断处理程序入口偏移地址MOV AX,OFFSET MYISRMOV ES:DI,AX 。设置当前中断处理程序入口偏移地址ADD DI,2MOV AX,ES:D

23、IMOV CS_BAK,AX 。保存INTR原中断处理程序入口段地址MOV AX,SEG MYISRMOV ES:DI,AX 。设置当前中断处理程序入口段地址MOV DX,INTR_OCW1 。设置中断屏蔽寄存器，打开INTR地屏蔽位 IN AL,DXMOV IM_BAK,AL 。保存INTR原中断屏蔽字AND AL,INTR_IMOUT DX,ALMOV DX,MY8259_ICW1 。初始化实验系统中8259地 ICW1MOV AL,13H 。边沿触发、单片8259、需要ICW4OUT DX,ALMOV DX,MY8259_ICW2 。初始化实验系统中8259地 ICWMOV AL,08H

24、OUT DX,ALMOV DX,MY8259_ICW4 。初始化实验系统中8259地 ICW4MOV AL,01H 。非自动结束EOIOUT DX,ALMOV DX,MY8259_OCW3 。向 8259 地 OCW3发送读取 IRR命令MOV AL,0AHOUT DX,ALMOV DX,MY8259_OCW1 。初始化实验系统中8259 地 OCW1MOV AL,0FEH 。打开IR0地屏蔽位OUT DX,ALSTIMOV DX,MY8255_MODE 。初始化8255工作方式MOV AL,88H 。工作方式0, A 口输出，B 口输出，C高四位输入,低四位输出OUT DX,ALA:判断是否

25、有按键按下无按键则跳回继续执行，有则退出计数初值MOV AH,1INT 16HJNZ WAIT1MOV CX,08HMOV DX,MY8255_CIN AL,DXC 口高4 位地数据SHR AL,1SHR AL,1SHR AL,1SHR AL,1C 口地低4 位PUSH BX MOV BL,AL MOV BH,BL AND BL,01H CMP BL,00H JZ ABL保存AL中地数据 BH中保存AL地数据 取开关状态0，则跳转到AAND BH,02HCMP BH,00HJZ FORWARDJNZ BACKWARDPOP BX取正反转状态0，跳正转1，跳反转FORWARD:MOV BX,OF

26、FSET TTABLE1 将地 TTABLE11 地址赋给 BXJMP B。跳转到B 取速度BACKWARD:MOV BX,OFFSET TTABLE2 将地 TTABLE2f 地址赋给 BXJMP B。跳转到B 取速度B: MOV CX,08H 。计数初值MOV FLAG,00H 。中断结束后给FLAG赋值00HMOV DX,MY8255_CIN AL,DX 0 读 C 口数据SHR AL,04H 。将数据左移四位取高两位AL 中地数据取最高位00 比较。取第二位00 速度 1, 跳 SPEED1C01 速度 2，跳 SPEED2C。取第二位10 速度3，跳SPEED1C11 速度4，跳SP

27、EED1CAND AL,0CH MOV AH,AL AND AL,08H CMP AL,00H JZ CAMP1 JNZ CAMP2CAMP1: AND AH,04H CMP AH,00H JZ SPEED1C JNZ SPEED2CCAMP2: AND AH,04H CMP AH,00H JZ SPEED3C JNZ SPEED4C1SPEED1C:MOV DX,MY8254_MODE 。初始化8254工作方式MOV AL,0B6H 。计数器2，方式3OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT2 。装入计数初值MOV AL,24H 。 36分频OUT DX,AL MOV AL,

28、00H OUT DX,ALMOV DX,MY8254_MODE 。初始化8254工作方式MOV AL,30H 。计数器0，方式1OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT0 。装入计数初值255MOV AL,0FFH OUT DX,AL MOV AL,00H OUT DX,AL JMP SPEED1SPEED2C:MOV DX,MY8254_MODE 。初始化8254工作方式MOV AL,0B6H 。计数器2，方式3OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT2 。装入计数初值MOV AL,48H 。 72 分频OUT DX,ALMOV AL,00HOUT DX,AL

29、MOV DX,MY8254_MODE 。初始化8254工作方式MOV AL,36H 。计数器0，方式1OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT0 。装入计数初值MOV AL,0FFH 。 255OUT DX,ALMOV AL,00HOUT DX,ALJMP SPEED2A1: JMP ASPEED4C1:JMP SPEED4SPEED3C:MOV DX,MY8254_MODE 。初始化8254工作方式MOV AL,0B6H 。计数器2，方式3OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT2 。装入计数初值MOV AL,90H 。 144分频OUT DX,ALMOV A

30、L,00HOUT DX,ALMOV DX,MY8254_MODE 。初始化8254工作方式MOV AL,36H 。计数器0，方式 1OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT0 。装入计数初值255MOV AL,0FFH OUT DX,AL MOV AL,00H OUT DX,AL JMP SPEED3SPEED4C:MOV DX,MY8254_MODE 。初始化8254工作方式MOV AL,0B6H 。计数器2，方式3OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT2 。装入计数初值MOV AL,0FFH 。 288 分频OUT DX,ALMOV AL,01HOUT D

31、X,ALMOV DX,MY8254_MODE 。初始化8254工作方式MOV AL,36H 。计数器0，方式1OUT DX,ALMOV DX,MY8254_COUNT0 。装入计数初值MOV AL,0FFH 。 255OUT DX,ALMOV AL,00HOUT DX,ALJMP SPEED4A2: JMP A1SPEED1:MOV AL,BX给步进电机输入信号MOV DX,MY8255_COUT DX,ALDEC CX 。每输入一次信号CX减1CMP CX,00H 。将CX地值与00H比较，如果跳转8次，跳转到A, 重新开始扫描按键JZ ACMP FLAG,OOH 。判断是不是已经进入中断，

32、如果进入，跳转到B，如果没有，继续执行LED地显示JNZ BMOV DX,MY8255_AMOV AL,0EFH 。段选 3 号位OUT DX,ALMOV DX,MY8255_BMOV AL,06HOUT DX,ALMOV AL,00HOUT DX,ALMOV DX,MY8255_AMOV AL,0F7HOUT DX,ALMOV DX,MY8255_BMOV AL,5BHOUT DX,ALMOV AL,00HOUT DX,ALMOV DX,MY8255_AMOV AL,0FBHOUT DX,ALMOV DX,MY8255_BMOV AL,3FHOUT DX,ALMOV AL,00HOUT DX

33、,ALJMP A1A3: JMP A2SPEED2:MOV AL,BXMOV DX,MY8255_COUT DX,AL1消除锁存值2 号位2消除锁存值1 号位0消除锁存值。给步进电机输入信号DEC CX 。每输入一次信号CX减1CMP CX,00H 。将CX地值与00H比较，如果跳转8次，跳转到A,重新开始扫描按键JZ ACMP FLAG,OOH 。判断是不是已经进入中断，如果进入，跳转到B，如果没有，继续执行LED地显示JNZ BMOV DX,MY8255_AMOV AL,0F7H 。段选 2 号位OUT DX,ALMOV DX,MY8255_BMOV AL,7DH。显示数字6OUT DX,

34、ALMOV AL,00H。消除锁存值OUT DX,ALMOV DX,MY8255_AMOV AL,0FBH 。段选 1 号位OUT DX,ALMOV DX,MY8255_BMOV AL,3FH 。显示数字0OUT DX,ALMOV AL,00H 。消除锁存值OUT DX,ALJMP A2SPEED3:MOV AL,BXMOV DX,MY8255_C 。给步进电机输入信号OUT DX,ALDEC CX 0每输入一次信号CX减1CMP CX,00H 。将CX地值与00H比较，如果跳转8次，跳转到A,重新开始扫描按键JZ ACMP FLAG,OOH 。判断是不是已经进入中断，如果进入，跳转到B，如果没有，继续执行LED地显示JNZ