2873.A机床加工模拟系统设计报告包含源代码.doc

计算机科学与技术学院硬件课程设计报告姓 名： 学 号： 专 业： 信息安全 班 级： 信安063 设计题目： 机床加工模拟系统 成 员： 指导教师： 职 称： 副教授 2008年 7月 课程设计指导教师评阅书指导教师评语：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日摘 要在汇编语言与芯片技术的基础上设计模拟机床加工，设计涉及的芯片有8255A等，实现的功能为：根据需要拨动开关，实现步进电机的不同转速，以满足机床加工的不同需要。信号输入由8255A芯片实现，不同的转速的实现则是通过软件延时完成，步进电机转向通过励磁数据进行移位控制。关键词：机床模拟 ；步进机 ；芯片 ；8255A ；汇编语言目 录1.问题的提出 51.1 问题提出51.2小组分工52 需求分析52.1仪器设备52.2步进机的基本概念52.3步进电机的驱动原理62.4步进电机的一些基本参数62.4.1电机固有步距角62.4.2步进电机的相数62.4.3保持转矩62.4.4 DETENT TORQUE72.5 设计方案73 电路设计及其主要功能94程序流程104.1 8255方式设置104.2 程序流程105.分析与测试 125.1电路连接125.2程序分析125.3 测试分析146. 设计总结14参考文献15附录151 问题的提出1.1 问题提出近些年随着工业化的到来，机床加工得到非常广泛的应用，而在机床加工中，步进功能必不可少，所谓步进是一般普通电机的高级发展阶段，它综合体现了电机的机构学、运动与动力学、现代设计理论、电磁学、控制理论等诸多方面的研究和发展水平，是一个复杂的综合系统。通常一个机床在加工时需要在一个加工方向对应一个步进机，所以步进机的应用尤为重要，那么对给定的步进电机，如何运用所学的硬件知识、电磁学理论及相关实验器材，来控制步进电机的转速、转向呢？它又具体怎么实现步进功能的呢？1.2 小组分工在本次硬件课程设计中，8255芯片和汇编程序控制部分由XXX同学负责；步进电机原理部分和过程模拟部分由XXX同学负责2 需求分析2.1 仪器设备微机 1台；芯片8255A；小功率四相四拍步进电机1只（附带接口等套件）；2.2 步进电机的基本概念步进电机是一种把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。每输入一个脉冲信号，步进电动机前进一步，故又称脉冲电动机。步进电动机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置 2.3 步进电机的驱动原理步进电机的驱动电路根据控制信号来进行工作，在本设计中控制信号由8255A芯片产生。如果给定工作方式按正序换相通电，步进电机正转；如果按反序通电换相，则步进电机反转。如果给步进电机发送一个控制脉冲，它就转动一个步进角，再发送一个脉冲，它再转动一个步进角。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快，通过编程对8255A的脉冲进行延时，就可以对步进电机进行调速。2.4步进电机的一些基本参数2.4.1电机固有步距角它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 2.4.2步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。 2.4.3保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。 2.4.4 DETENT TORQUE是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。2.5设计方案由于本次设计中实验室提供了四相四拍的小功率步进电机，故在对原方案进行了改进的基础上，采用四相四拍步进电机来完成最终的设计。本方案中使用的步进电机为四相四拍步进电机，即：1（BA）、2（BB）、3（BC）、4（BD）。步进电机的驱动方式为二相激励方式，各绕组通电顺序如表（2）：顺序 相 1（BA）2（BB）3（BC）4（BD）01100101102001131001表（2）表中首先向12绕组输入驱动电流，接着23，34，41，又返回到12，按这种顺序切换，电机即可按顺时针方向旋转。若绕组通电中的顺序为14，34，23，12，则电机可按逆时针方向旋转。该四相四拍步进电机简图如图（2）：图（2）可通过对8255A芯片不同的延时来得到不同频率的输出脉冲，从而得到不同的步进旋转速度。并且我们可根据公式 3600/Zr*n 可计算出四相四拍步进电机在每收到一个脉冲的情况下，转动的步进角为1.80（当转子齿数为50时）。 得到四相四拍时的激磁波形图如图（3）： 图（3）3 电路设计及其主要功能利用8255A芯片产生步进电机的励磁脉冲，开关K0K6控制步进电机的转速，K7控制步进电机的转向。8255A芯片的片选端CS接300H307H，输出端PA0PA3接电机线圈接口A、B、C、D，输入端口PC0PC7接电平开关K0K7。具体功能： 当K0K6中任一开关为“1”（向上拔）时步进电机启动，全部都为“0”时停止。其中K0为“1”时电机速度最慢，K6为“1”时电机速度最快。当K7向上拔时步进电机正转，向下拔时电机反转。 具体电路图如图（5）：4 程序流程4.1 8255方式设置通过比较分析上述两方案可知它们的编程思想及原理基本类似。 在本设计中8255芯片的地址为300H307H，A端口设置为方式0输出，C端口设置为方式0输入。假设K0K6对应的延时参数分别为0F0H、0B0H、80H、60H、40H、20H、10H；当然也可根据需要再进行修改，从而得到不同的延时状态，励磁数据初始化为33H（00110011B）。根据K7的设定每次左移一位或右移一位，然后将低4位输出到8255A的端口A输出。此时，与激励数据中的“0”对应的绕组将通电，由此驱动电机旋转。4.2 程序流程开 始 显 示 提 示 信 息8255初始化：方式0，A口输出，C口输入初始化励磁数据33H励磁数据从A口输入键盘有无键按下？励磁数据是0FFH？YNN返回DOS恢复励磁数据从C口输入开关状态K0K6D都为0？根据K0K6状态设置延时时间N保存当前励磁数据励磁数据是0FFH?电机停止转动：励磁数据0FFH延时K7=1?励磁数据左移1位励磁数据右移1位YYYN N5.分析与测试 5.1电路连接 确保导线完好无损，然后8255A芯片的片选端CS接300H307H，输出端PA0PA3接电机线圈接口A、B、C、D；输入端口PC0PC7接电平开关K0K7，步进电机接12V电源并接地。5.2程序分析源程序如下：DATA SEGMENTBUF DB 0MES DB 'K0-K6 ARE SPEED CONTYOL', 0AH, 0DH DB 'K6 IS THE LOWEST SPEED ', 0AH, 0DH DB 'K0 IS THE HIGHEST SPEED', 0AH, 0DH DB 'K7 IS THE DIRECTION CONTROL', 0AH, 0DH,'$'DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS: CODE, DS: DATASTART: MOV AX, CS ；初始化 MOV DS, AX MOV AX, DATA MOV DS, AX MOV DX, OFFSET MES MOV AH, 09 INT 21H MOV DX, 303H MOV AL, 8BH OUT DX, AL ; MOV BUF, 33HOUT1: MOV AL,BUFMOV DX, 300HOUT DX, ALPUSH DXMOV AH,06H MOV DX,0FFHINT 21H POP DXJE IN1MOV AH, 4CHINT 21HIN1: MOV DX, P55C IN AL, DX TEST AL, 01H JNZ K0 TEST AL, 02H JNZ K1 TEST AL, 04H JNZ K2 TEST AL, 08H JNZ K3 TEST AL, 10H JNZ K4 TEST AL, 20H JNZ K5 TEST AL, 40H JNZ K6STOP: MOV DX, P55A MOV AL, 0FFH JMP OUT1 K0: MOV BL,10HSAM: TEST AL,80H JZ ZX0 JMP NX0 K1: MOV BL,18H JMP SAM K2: MOV BL,20H JMP SAM K3: MOV BL,40H JMP SAM K4: MOV BL,80H JMP SAMK5: MOV BL,0C0H JMP SAM K6: MOV BL,0FFH JMP SAMZX0: CALL DELAYMOV AL,BUFROR AL,1MOV BUF,ALJMP OUT1 NX0: CALL DELAYMOV AL,BUFROL AL,1MOV BUF, ALJMP OUT1DELAY PROC NEAR DELAY1: MOV CX,0e000H DELAY2: LOOP DELAY2 DEC BL JNZ DELAY1 RETDELAY ENDPCODE ENDS END START5.3 测试分析首先按照设计思想连接电路，在FD88模式下输入源程序，进行调试，排除错误后打开步进机，初始状态时，将各个开关均置0，然后依次将k0k6置一，观察步进机的转速，然后将K7置一，观察步进机转向。6. 设计总结通过本次设计我对机床模拟的过程以及步进机的原理理解的非常透彻了，对8255也更加的熟练了，本次设计存在的主要问题是编程方面，原因是汇编语言已经有些陌生了，在复习了一遍后，终于完成了编程工作。另外，通过上网查资料，并借鉴了别人的一些思路，对自己的设计起到了非常大的作用，而且提高了自己独立学习的能力，受益匪浅。近些年来，机床加工越来越普遍了，步进机的应用也就更加广泛了，例如在数控机床中，将加工零件的图形、尺寸及工艺要求编制成一定符号的加工指令，输入计算机。计算机根据给定的数据和要求进行运算，而后发出电脉冲信号。计算机每发一个脉冲，步进电机便转过一定角度，由步进电机通过传动装置所带动的工作台或刀架就移动一个很小的距离（或转过一个很小的角度）。脉冲一个接着一个发来，步进电机便一步一步地转动，达到自动加工零件的目的。步进机的应用大大地方便了机床加工，提高了工作效率以及加工精度。虽然其原理比较复杂，但一旦设计出来，操作就比较简便了。参考文献1 周荷琴,吴秀清. 微型计算机原理与接口技术 第三版.中国科技大学出版社