机电一体化实验1、2、3指导书

11《执行元件的驱动控制及接口》实验1.1实验目的1．掌握软件脉冲分配工作原理。2．设计简单的软件脉冲分配模拟验证电路。1.2实验原理在机电一体化系统中，最常用的执行元件是步进电动机。而步进电动机的运转控制是通过对电动机绕组分配通、断电来完成的，即使用一组脉冲序列来控制电动机绕组的通、断电。当改变脉冲序列的频率时，可以改变绕组通、断电的时间，即改变步进电动机的运转速度。CPU根据轨迹控制要求，产生控制脉冲并启动或终止执行元件的工作。利用开关模拟启/停控制功能；利用修改定时参数实现变速功能；利用电平变换实现通、断电控制；通过改变通、断电顺序实现电动机旋转方向的控制。1.3实验设备与涉及的基本电路1．设备AEDK5196实验机；PC机。2．芯片及基本电路CPU（8031）；译码器（74LS138）；并行接口（8255、74LS273、74LS244）；驱动器（74LS240）。彩色灯电路；单色灯电路；定时器；开关电路；地址锁存电路；地址确认电路等。3．验证参考电路选择不同执行元件和控制元件，软件脉冲环行分配的验证电路有所不同。当不设开关控制环分演示时，可按图1-1所示模式设计验证显示电路。当设置开关控制时，可按图1-2所示模式设计验证显示电路。a)8031驱动器图1-1环行分配模拟显示电路结构方案Ⅰ演示模块b)8031地址锁存地址译码I/O接口驱动器演示模块2a)8031驱动器图1-2环行分配模拟显示电路结构方案Ⅱ演示模块b)8031地址锁存地址译码I/O接口开关驱动器演示模块开关无开关控制的模拟显示参考电路参见图1-3、1-4、1-5所示，有开关控制的模拟显示参考电路参见图1-6、1-7所示。+5V330×874LS24074LS27374LS13874LS373CSE3E2E1CBAP2ALE8031P0GQ0Q7Q1Q2Q5Q674LS373GY7EA图1-3PO口模拟环行分配控制电路D7D0Q7Q0A4A11Y41Y12Y42Y1D7D0D7D0+5V330×874LS240825574LS13874LS373CSE3E2E1CBAP2ALE8031P0GQ0Q7Q1Q2Q5Q674LS373GY0EA图1-48255PA口模拟环行分配控制电路A0A1A7A0A4A11Y41Y12Y42Y1D7D0D7D0D7D0Q1Q23330×88031P1EA+5V74LS240图1-5P1口模拟环行分配控制电路K2K1100+5VP1.2P1.1P1.08031P3.2P3.3100图1-6由P1、P3构建的模拟环行分配控制电路100K2K1100+5V+5V330×874LS240825574LS13874LS373E3E2E1CBAP2ALE8031P0GQ0Q7Q1Q2Q5Q674LS373GY0EA图1-78255PA口、PB口模拟环行分配控制电路A0A1PA7PA0A4A11Y41Y12Y42Y1D7D0D7D0D7D0Q1Q2PB7PB6CS1.4实验步骤1．设计脉冲环形分配模拟电路按三相、四相或五相步进电机的控制模式，根据指导教师分配的实验任务，在表1-1中选择模拟电路的配置方案，设计脉冲环形分配模拟电路。提示：设计模拟电路图时，可参考《单片机原理与接口》实验指导书提供的基本电路，绘制所需的模拟电路。2．设计脉冲环形分配程序按照单三拍、双三拍、单双混拍供电方式，设计一种脉冲环形分配程序。其中，包括控制方式（无开关、有开关、中断）程序段；延时程序段；数据处理程序段；模拟演示程序段。3．录入并修改程序通过PC机输入已编写好的程序，并汇编作语法检查做适当修改，使其符合自己实验所涉及的控制要求。4表1-1模拟电路配置方案一览表控制方案三相环分四相环分五相环分Ⅰ硬件延时1sPO口－彩色灯P1口－彩色灯8255PB－单色灯ⅡP3口－彩色灯PO口－彩色灯P3口－单色灯ⅢP1口－彩色灯PI口－开关P3口－单色灯P1口－开关PO－单色灯P1－开关Ⅳ软件延时1sPO口－彩色灯PI口－开关8255PC－彩色灯P3口－开关P3口－单色灯PI口－开关ⅤPO口－彩色灯P3口－开关P1口－彩色灯8255PC－开关8255PB－单色灯8255PC－开关Ⅵ8255PA－彩色灯8255PB－开关8255PA－彩色灯PI－开关PO－单色灯8255PA－开关4．检查实验装置检查AEDK实验机的实际工作状态，打开机箱电源，按RESET键，检查数码管显示器显示状态是否正常。通过PO口、74LS240驱动器、单色或彩色灯，检查所使用导线是否导通。通过单色或彩色灯、导线连接开关，检查开关的开、合状态。5．观察软件环形分配结果按设计好模拟电路接线，随后合上AEDK实验机的电源，再将调试好的程序传至单片机，并全速运行该程序，观察运行情况，及时记录出现的问题。1.5实验要求与报告1．严格按操作步骤的顺序操作，接线前，先测试连线的导通状态，然后断电连线。2．接线完成后，先自查两遍，再请实验指导老师检查一遍，方可通电。3．不允许随意通电，或拆装实验装置。4．记录实验调试过程中出现的问题，以及解决的方法。5．撰写实验报告：（1）实验目的、实验设备、实验原理；（2）环形分配模拟电路接线图；（3）环形分配控制程序流程框图；（4）环形分配控制程序清单；（5）简述实验中遇到的问题及解决方法；（6）实验结论及实验体会。51.6实验参考资料1．延时参数的计算（1）软件延时假设：AEDK实验机的晶体振荡频率为fOSC=11.0592MHz，需要延时0.2s，采用双重计数循环来延时，则延时程序中的时间参数应按下列方法确定。MOVdirect1，#n1；2TLP1：MOVdirect2，#n2；2TLP2：NOP；1TNOP；1TDJNZdirect2，LP2；2TDJNZdirect1，LP1；2TRET；2T①估算延时程序的最大定时长度t=2T＋[2T＋(1T＋1T＋2T)n2＋2T]n1=4T[1＋(1＋n2)n1]当)s(0592.11101212T6OSCf、n1=n2=256时，程序循环次数最多，定时时间最长。)s(285559.0256256110592.1110124tt6max②相对精确计算延时参数∵t=4T[1＋(1＋n2)n1]=0.2（s）∴1n460791n1101240592.112.01n1T4tn11612循环参数计算值参见表1-2.所示。表1-2循环参数取值一览表n1256249245235230179.295n2178.996185.056187.077195.081199.343256讨论：当n1=256、n2=178.996时，圆整后取n2=179，循环误差最小，但为“超时”误差。当n1=249、n2=185.056时，圆整后取n2=185，循环误差次之，并产生“欠时”误差。在考虑其它程序语句对定时控制的影响时，可以选用有“欠时”误差的循环参数。否则，选用误差最小的循环参数。（2）硬件延时6假设：利用定时器T0或T1提供的基本定时、计数功能，完成所需要的延时长度。实际应用时可参考下列做法进行。设T0——定时器，T1——计数器.，均按方式1计数。①估算T0、T1共同作用时最大定时长度T0独立完成定时任务时，可产生的延时量为f)s(071111.00592.111012212Z2t616OSC0160当T0、T1的计数器初值TLi0=0、THi0=0时，通过T0、T1共同作用可获得最长的定时。即)h(294538.1(min)672296.77)s(338.46600592.1110122212Z2Z2tNt61616OSC01611601f式中：t——总时间；N1——T1的最大计数值；t0——T0的最长定时量；Z1——计数器T1的计数初值；Z0——定时器T0的计数初值。②相对精确计算延时参数设置0.5s的定时时钟，T0提供50ms的基本时钟、T1提供10次的循环定时操作，则T0、T1的计数器初值分别为H400B4608012100592.111050212t2Z6316OSC160fZ1=216－10=65526=FFF6H即：TL0=00H、TH0=0B4H；TL1=0F6H、TH1=0FFH。③T0、T1的初始化参考程序方式控制字格式参见表1-3。表1-3T0、T1方式字格式T1T0D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M001010001TMOD=51H，P3.0接P3.5（T1计数脉冲输入端）。初始化程序：MOVTMOD，#51HMOVTL1，#0F6HMOVTH1，#0FFH7MOVTL0，#00HMOVTH0，#0B4HCLRP3.0SETBTR1SETBTR0用查询方式判断T0、T1的工作情况。当TF1=1时，约定的延时时间到。其程序段为┆TT0:CLRP3.0JNBTF0，TT0MOVTL0，#00HMOVTH0，#0B4HSETBP3.0CLRTF0JNBTF1，TT0CLRTR0CLRTR12．并行接口的选用及初始化（1）PO口当PO口采用一般I/O口接口芯片74LS273、并通过地址译码器74LS138选择接口地址时，没有接口的初始化问题，只需使用片外寻址方式对PO口进行操作即可。例如：输入用“MOVXA，@DPTR”，输出用“MOVX@DPTR，A”。（2）8255芯片8255A有两个控制字：工作方式控制字、C口置位控制字。工作方式控制字的作用：设置端口PA、PB、PC的工作模式，是三个8位I/O口，还是四个I/O口，是单向口还是双向口等。其控制字格式如表1-4所示。表1-48255方式字格式D7D6D5D4D3D2D1D0标志位A组方式I/O（A口）I/O（C上口）B组方式I/O（B口）I/O（C下口）100、01、10输入1/输出0输入1/输出00、1输入1/输出0输入1/输出08255芯片用基本输入/输出工作模式时，初始化仅涉及芯片工作方式控制字的设置。8例如：PA口——输入、接开关，控制系统启动/停止操作；PB口——输出，接指示灯，模拟状态。其控制字为：1000×01×=82H，初始化程序：MOVA，#82HMOVX@DPTR，AC口置位控制字的作用：设置端口PA、PB在选同方式或双向方式下所需控制线的初始状态，其控制字格式如表1-5所示。表1-58255PC口工作方式控制字格式D7D6D5D4D3D2D1D0标志位未定义（一般取0）PC口位选择编码位初值0×××000～111复位0/置位13．三相步进电动机脉冲环行分配参考程序（1）基本实验条件=00为单三拍；①20H单元寄存脉冲分配与电机旋向模式：20H.1、20H.0=11为双三拍；=10为混拍。20H.7=0——为正转；20H.7=1——为反转。②单三拍、双三拍、混拍环分控制字参见表1-6所示。表1-6三相步进电动机脉冲环行分配控制字表电机转向单三拍控制字双三拍控制字正转0FEH0FDH0FBH0FCH0F9H0FAH反转0FEH0FBH0FDH0FAH0F9H0FCH混拍控制字正转0FEH0FCH0FDH0F9H0FBH0FAH反转0FEH0FAH0FBH0F9H0FDH0FCH③P3.2——K1停止开关；P3.3——K2启动开关。④定时器：T0，基本时间50ms。⑤计数器：R7——通电循环计数器；R3——延时循环计数器。⑥寄存器：DPTR——数表指针；SP——堆栈指针；R0——脉冲值偏移量。⑦模拟灯的连接：P1.0——DG1（或DR1）；P1.1——DG2（或DR2）；P1.2——DG3（或DR3）。（2）参考程序ORG0000HLJMPSTARTORG0100H9START：MOVSP,#60H；设置堆栈指针MOVTMOD,#01H；设置定时器T0，方式1MOVDPTR,#TAB；脉冲数据表指针WAIT1：SETBP3.2JBP3.2