微机原理课程设计讲解

、⑤、A0、A1为内部计数器和控制寄存器的编码选择信号：A1A0功能00选择计数器001选择计数器110选择计数器211选择控制寄存器图5.28253引脚图8253内部有三个机构和功能相同的定时/计数器，每个都有3条引线，CLK为外部计数时钟输入，每一个时钟周期可以对定时器内部的16位计数器减1；OUT为定时/计数器的输出信号，不同的工作方式输出不同的波形；门控信号GATE用以控制定时/计数器的工作。8253采用减1计数方式。在门控信号有效时，每输入1个计数脉冲，通道作1次计数操作。当计数脉冲是已知周期的时钟信号时，计数就成为定时。采用二进制计数时，写入的初值范围为0000H~0FFFFH，最大计数值是0000H，代表65536。采用BCD码计数时，写入的初值范围为0000~9999，最大计数值是0000，代表10000。与此计数器相对应，每个通道内设有一个16位计数值锁存器。必要时可用来锁存计数值。（特别说明：8253计数器的值先减1再判断是否为0，为0就中断了，所以最大初始值为0，这样减1以后，不为0，所以为最大的，取决于CF标志位）。当某通道用作计数器时，应将要求计数的次数预置到该通道的计数器中、被计数的事件应以脉冲方式从CLK端输入，每输入一个计数脉冲，计数器内容减“1”，待计数值计到“0”。OUT端将有输出。表示计数次数到。当某个通道用作定时器时。由CLK输入一定频率的时钟脉冲。根据要求定时的时间长短确定所需的计数值。并预置到计数器中，每输入一个时钟脉冲，计数器内容减“1”，待计数值计到“0”。OUT将有输出，表示定时时间到。允许从CLK输入的时钟频在1～2MHz范围内。因此，任一通道作计数器用或作定时器用，其内部操作完全相同，区别仅在于前者是由计数脉冲进行减“1”计数。而后者是内时钟脉冲进行减“1”计数。8253的通道工作方式有6种可供选择的工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能。8253的有六种工作方式：（1）方式0：计数结束则中断、（2）方式1：单脉冲发生器（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（6）方式5：硬件触发选通8253的6种工作方式中，门控信号GATE十分重要，且对不同的工作方式，作用也不一样。表5GATE作用表GATE低电平或变到低电平上升沿高电平方式0禁止计数不影响允许计数方式1不影响启动计数不影响方式2禁止计数并置OUT为高初始化计数允许计数方式3同方式2同方式2同方式2方式4禁止计数不影响允许计数方式5不影响启动计数不影响5.3步进电机介绍步进电机在数控开环控制电路中有着不可替代的作用，是机电一体化的关键部件之一。步进电机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电机，这种步进电机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称为脉动电动机。步进电机的驱动是在各相线圈上加上有规律变化的脉冲信号，每个脉冲对应一个步距角。脉冲驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，该角度称为“步距角”。可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机在构造上有三种主要类型：反应式、永磁式和混合式。反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成，结构简单、成本低、步距角小，可达1.20，但动态性能差、效率低、发热大。可靠性难保证。永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好，输出力矩大，但这种电机精度差、步距角大（一般为7.50或150）。混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步距的精度。其特点是输出力矩大、动态性能好、步距角小，但结构复杂、成本相对较高。图5.3步进电机系统图步进电机的工作原理：通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度，转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。主要特点1.步距误差不会长期积累；2.无刷，可靠性高；3.易于启动、停止、正反转及调速控制，快速响应好；4.可在相当宽范围内平滑调速，同时易于实现多台步进电机的同步运行控制；5.步距角选择范围大，可以根据不同的需要选择步进电机；6.存在失步和共振现象；7.需要使用步进电动机驱动源。本次设计采用国产20BY-0型步进电机,其使用+5V直流电源，步距角为18度，电机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为二相激磁方式。图5.4步进电机表6步进电机相序表相顺序ABCD01100101102001131001相顺序从0到1称为一步，电机轴将转过18度，0→1→2→3→0则称为通电一周，转轴将转过72度，若循环进行这种通电一周的操作，电机便连续的转动起来。而进行相反的通电顺序如3→2→1→0，将使电机同速反转。通电一周的周期越短，即驱动频率越高，则电机转速越快，但步进电机的转速也不可能太快，因为其每走一步需要一定的时间，若信号频率过高，可能导致电机失步，甚至只在原地颤动。表78253和8255的地址分配表芯片A15～A8A7A6A5A4A3A2A1～A0地址（十六进制）82530000000000100000～110020H～0023H82550000000000101000～110028H～002BH5.48255和8253设计步进电机控制电路原理图图5.5步进电机电路原理图6、用8255外联LED和键盘显示电路矩阵键盘输入原理：在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到+5V上，当无键按下时，行线处于高电平。有键按下时，行、列线导通，行线电平由与此行线相连的列线电平决定。LED显示原理：通过8位锁存器74LS273控制LED灯显示，当某个发光二极管通过一定的电流时，该段就发光。控制其让某些段发光，某些段不发光则可以显示一些数字和符号。表8LED和键盘地址分配表A15～A8A7A6A5A4A3～A0地址（十六进制）键盘0000000001110000～00110070H～0073HLED0000000010000000～00110080H～0083H图6.1键盘及LED显示电路图五、课程设计心得体会问题及解决方案1、Protel99se软件安装时出现问题，注册不成功。之后是安装打开却无法新建设计。分析认为应该是在安装过程中某一步可能安装错误。解决方法是重新安装，按照步骤一步一步的操作。最终软件成功安装并可以正常使用。由于刚开始对Protel99se软件的认知不足，不会使用该绘图软件，后面借阅图书馆相关的书籍及网上搜索软件使用方法，初步掌握了软件的使用，学会了如何查找、放置、删除元件并修改相关元件的属性。能使用软件进行简单的电路原理图设计。将电路原理图插入World文档时，如果直接截图插入，图片放大后会不清晰，所以采用软件中的Edit-select-All,之后Copy,这样粘贴插入后的图片是矢量图，放大后不会影响清晰度。二、设计体会本次课程设计虽然花费时间比较长、任务比较繁多一些，但在设计过程中极大地锻炼并提高了自己的设计和动手能力。对微机原理技术在生活中的应用有了更广的认识。设计中对从对Protel99软件的一无所知，到后来查阅资料、上网搜索，熟练掌握使用Protel99完成各种电路的绘制（时钟电路、总线电路、存储电路、译码电路、A/D和D/A转换电路、步