课程设计报告题目步进电机正反转及调速控制系统的设计课程名称微机原理及应用院部名称机电工程学院专业电气工程及其自动化班级10电气1班学生姓名管志成学号1004103027课程设计地点C304课程设计学时20指导教师李国利金陵科技学院教务处制步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，具有快速启动能力,定位精度高，能够直接接受数字量，因此被广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、精确定位、计算机外围设备等，在现代控制领域起着非常重要的作用。

本设计基于Proteus 7.8设计环境，运用了8086 CPU芯片以及74273芯片、74244芯片和步进电机以及7位小功率驱动芯片ULN2003A、按钮、指示灯等辅助硬件电路，设计了步进电机正反转及调速系统。

绘制软件流程图，进行了软件设计并编写了源程序，最后对软硬件系统进行联合调试。

该步进电机的正反转及调速系统具有控制步进电机正反转的功能，还可以对步进电机进行调速，不同的按钮对应不同的速度，并且在没有速度按钮按下的时候，步进电机自动切换到停止状态。

关键词：步进电机；正反转；调速控制；ULN2003A芯片；8086微机系统一、概述1.1 课程设计的目的 (4)1.2课程设计的要求 (4)二、总体设计方案及说明2.1 系统总体设计方案 (5)2.2系统工作框图 (5)三、系统硬件电路设计3.1 Intel 8086 微处理器的简介 (6)3.2 步进电机的原理 (7)3.3 ULN2003A的简介 (8)3.4 74154芯片简介 (9)3.5 74LS273芯片简介 (10)3.6 8086最小系统的设计 (11)3.7 步进电机及其驱动电路的设计 (12)3.8 电机状态显示电路的设计 (12)3.9 输入采样电路的设计 (13)3.10系统总电路图 (14)四、系统软件部分设计4.1 系统流程图 (15)4.2 系统软件源程序 (16)4.2.1电机绕组通电顺序设定 (16)4.2.2 延时子程序设计 (16)4.2.3 汇编源程序及说明 (16)五、总结5.1 系统软硬件的联合调试 (21)5.2 问题分析和解决方案 (23)5.3 心得与体会 (23)六、参考文献 (23)附录：总电路图 (25)一、概述1.1 课程设计的目的通过本课程设计，使学生掌握控制系统设计的一般步骤，掌握系统总体控制方案的设计方法。

使学生进一步掌握微型计算机应用系统的硬、软件开发方法，输入/输出(I/O)接口技术，应用程序设计技术，并能结合专业设计简单实用的微型计算机应用系统。

针对课堂重点讲授内容使学生加深对微型计算机硬件原理的理解及提高汇编语言程序设计的能力，为以后的毕业设计搭建了微机系统应用平台，提高学生的开发创新能力。

1.2课程设计的要求步进电动机正反转控制系统的设计设计一个步进电动机正反转控制系统,要求：1）系统功能：点动SW1按键控制步进电动机正转，点动SW2按键控制步进电动机反转，点动SW3按键控制步进电动机停止，在进行相应操作时，对应LED 将被点亮。

按下SW4按键使步进电机在所设定的一级速度下运转，按下SW5使步进电机在所设定的二级速度下运转，按下SW6使步进电机在设定的三级速度下运转，按下SW7使步进电机在满转速下运转；2）给出系统设计方案，画出硬件连线图，并说明工作原理；3）画出程序框图并编写程序；4）软硬件联调，完成系统工作调试；在以上工作基础上完成课程设计报告，包括设计任务与要求，总体方案说明，电路原理图与说明，软件流程图和源程序清单，问题分析与解决方案，结论与体会，参考资料等。

二、总体设计方案与说明2.1 系统总体设计方案本设计是基于Windows环境下的Proteus7.8软件，在其中进行硬件电路的的设计，汇编语言源程序的编写以及以上两部分工作完成后的软硬件系统的联合调试。

本设计的处理控制系统由Intel 8086微处理器在最小模式下组成的单处理器系统构成，用来进行对外围硬件电路进行信息采集、数据处理和控制。

由8086芯片来检测外围电路中正反转按键是否按下，若按下，则相应地改变对步进电机的施加的脉冲顺序，实现正转和反转的控制，没有键按下则电机处于停止状态；同样由8086处理器来检测外围电路中的调速按钮是否按下，若有键按下，则调用相应的时间的延时子程序，以对脉冲频率进行控制以实现对步进电机速度的调节。

显示电路采用LED指示灯来指示电机的运行状态驱动电路采用ULN2003A芯片，该芯片的电流增益高，带负载能力强。

步进电机采用35BY48S03四相步进电机，电压为DC12V，额定转速为360RPM。

2.2系统工作框图图1 系统工作框图三、系统硬件部分设计3.1 Intel 8086 微处理器的简介Intel 8086是Intel公司于1978年推出的16位微处理器。

它采用HMOS工艺制造，片内有2.9万个晶体管，单一电源+5V供电，时钟频率4.77-10MHz，片内数据总线、寄存器和外部数据总线都为16位，最大可寻址的物理地址为1M。

要掌握一个CPU的工作性能及使用方法，首先应该了解它的编程结构。

在8086CPU的编程结构上，从功能上，分为两部分，即总线接口部件（BIU）和执行部件（EU）。

8086的逻辑地址为20位，物理地址为16位，，对于编程员来说，只需要考虑逻辑地址即可。

8086为40只引脚双列直插式封装。

Intel 8086 可以工作在最大和最小两种模式下，最小模式和最大模式的确定是通过一条MN/MN所接的逻辑电平是“1”还是“0”来完成。

在最小方式下，微处理器被用来构成一个小规模的单处理机系统，微处理器本身必须提供全部的的控制信号给外围电路。

在最大方式下，微处理器被用来构成一个较大规模的多机系统。

在最小模式下的信号如下：（1）AD15~AD0（address data bus）地址/数据复用引脚（双向工作）分时复用的地址/数据线。

（2）A19/S6~A16/S3（Address/Status）输出，是分时复用的地址/状态线。

用作地址线时，A19~A16与A15~A0一起构成访问存储器的20位物理地址。

（3）BHE/ S7 （Bus High Enabale/Status）总线高字节有效信号。

三态输出，低电平有效，用来表示当前高8 位数据线上的数据有效。

（4）NMI（Non Maskable Interrupt Request）不可屏蔽中断请求信号。

由外部输入，上升沿触发，不受中断允许标志的限制。

（5）INTR（Interrupt Request）可屏蔽中断请求信号。

由外部输入，电平触发，高电平有效。

（6）RD（Read）读信号。

三态输出，低电平有效，表示当前CPU正在读存储器或IO端口。

(7) CLK（Clock）主时钟引脚（输入）。

由8284时钟发生器输入。

8286CPU可使用的最高时钟频率随芯片型号不同而异，8086为5MHz，8086-1为10MHz，8086-2 为8MHz。

(8) RESET（reset）复位信号。

由外部输入，高电平有效。

(9) READY（ready）准备就绪信号。

由外部输入，高电平有效，表示CPU 访问的存储器或IO端口已准备好传送数据。

(10) TEST 测试信号。

由外部输入，低电平有效。

CPU 执行WAIT 指令时，每隔5 个时钟周期对TEST 进行一次测试，若测试TEST 无效，则CPU 处于踏步等待状态，直到TEST有效，CPU才继续执行下一条指令。

(11) MN/MX 工作模式选择信号。

由外部输入，MN/MX 为高电平时，CPU 工作在最小模式；MN/MX为低电平时，CPU工作在最大模式。

(12) GND/VCC电源地和电源。

8086CPU只需要单一的+5V电源，由VCC引脚输入。

(13) INTA 中断响应信号。

向外部输出，低电平有效。

在中断响应周期，该信号表示CPU响应外部发来的INTR信号，用作读中断类型码的选通信号。

(14) ALE 地址锁存允许信号。

向外部输出，高电平有效。

在最小模式系统中用作地址锁存器的片选信号。

(15) DEN数据允许信号，三态输出，低电平有效。

(16) DT/R 数据发送/接收控制信号(17) M/IO 存储器/IO 端口访问信号。

(18) WR写信号。

三态输出，低电平有效，表示当前CPU正在写存储器或IO 端口。

(19) HOLD总线请求信号。

由外部输入、高电平有效。

表示有其他共享总线的处理器/控制器向CPU请求使用总线。

(20) HLDA 总线请求响应信号。

向外部输出，高电平有效。

CPU 一旦测试到有HOLD 请求，就在当前总线周期结束后，使HLDA有效，表示响应这一总线请求，并立即让出总线使用权。

在不要求使用总线的情况下，CPU中指令执行部件可继续工作。

HOLD变为无效后，CPU也将HLDA置成无效，并收回对总线的使用权，继续操作。

3.2 步进电机的原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲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。

本设计采用35BY48S03四相八拍型步进电机，电压为DC12V，额定转速为360RPM。

步进电机的工作原理示意图如下：图2 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。

而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D 方向转动。

在本设计中，我们使用四相八拍的运行方式，即控制正转时，电机绕组的通电顺序为：AD-D-DC-C-CB-B-BA-A；反转时，电机绕组的通电顺序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。

3.3 ULN2003A的简介ULN2003A是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003A输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003A输出端为高电平。

图3 ULN2003A由于集成电路集驱动和保护于一体，作为小功率步进电机的专用驱动芯片，ULN2003A 是该高耐压、大电流达林顿陈列，由7个硅NPN 达林顿管组成。