微機原理課程設計講解

、⑤、A0、A1為內部計數(shù)器和控制寄存器的編碼選擇信號：A1A0功能00選擇計數(shù)器001選擇計數(shù)器110選擇計數(shù)器211選擇控制寄存器圖5.28253引腳圖8253內部有三個機構和功能相同的定時/計數(shù)器，每個都有3條引線，CLK為外部計數(shù)時鐘輸入，每一個時鐘周期可以對定時器內部的16位計數(shù)器減1；OUT為定時/計數(shù)器的輸出信號，不同的工作方式輸出不同的波形；門控信號GATE用以控制定時/計數(shù)器的工作。8253采用減1計數(shù)方式。在門控信號有效時，每輸入1個計數(shù)脈沖，通道作1次計數(shù)操作。當計數(shù)脈沖是已知周期的時鐘信號時，計數(shù)就成為定時。采用二進制計數(shù)時，寫入的初值范圍為0000H~0FFFFH，最大計數(shù)值是0000H，代表65536。采用BCD碼計數(shù)時，寫入的初值范圍為0000~9999，最大計數(shù)值是0000，代表10000。與此計數(shù)器相對應，每個通道內設有一個16位計數(shù)值鎖存器。必要時可用來鎖存計數(shù)值。（特別說明：8253計數(shù)器的值先減1再判斷是否為0，為0就中斷了，所以最大初始值為0，這樣減1以后，不為0，所以為最大的，取決于CF標志位）。當某通道用作計數(shù)器時，應將要求計數(shù)的次數(shù)預置到該通道的計數(shù)器中、被計數(shù)的事件應以脈沖方式從CLK端輸入，每輸入一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器內容減“1”，待計數(shù)值計到“0”。OUT端將有輸出。表示計數(shù)次數(shù)到。當某個通道用作定時器時。由CLK輸入一定頻率的時鐘脈沖。根據(jù)要求定時的時間長短確定所需的計數(shù)值。并預置到計數(shù)器中，每輸入一個時鐘脈沖，計數(shù)器內容減“1”，待計數(shù)值計到“0”。OUT將有輸出，表示定時時間到。允許從CLK輸入的時鐘頻在1～2MHz范圍內。因此，任一通道作計數(shù)器用或作定時器用，其內部操作完全相同，區(qū)別僅在于前者是由計數(shù)脈沖進行減“1”計數(shù)。而后者是內時鐘脈沖進行減“1”計數(shù)。8253的通道工作方式有6種可供選擇的工作方式，以完成定時、計數(shù)或脈沖發(fā)生器等多種功能。8253的有六種工作方式：（1）方式0：計數(shù)結束則中斷、（2）方式1：單脈沖發(fā)生器（3）方式2：頻率發(fā)生器（4）方式3：方波發(fā)生器（5）方式4：軟件觸發(fā)選通（6）方式5：硬件觸發(fā)選通8253的6種工作方式中，門控信號GATE十分重要，且對不同的工作方式，作用也不一樣。表5GATE作用表GATE低電平或變到低電平上升沿高電平方式0禁止計數(shù)不影響允許計數(shù)方式1不影響啟動計數(shù)不影響方式2禁止計數(shù)并置OUT為高初始化計數(shù)允許計數(shù)方式3同方式2同方式2同方式2方式4禁止計數(shù)不影響允許計數(shù)方式5不影響啟動計數(shù)不影響5.3步進電機介紹步進電機在數(shù)控開環(huán)控制電路中有著不可替代的作用，是機電一體化的關鍵部件之一。步進電機是將電脈沖激勵信號轉換成相應的角位移或線位移的離散值控制電機，這種步進電機每當輸入一個電脈沖就動一步，所以又稱為脈動電動機。步進電機的驅動是在各相線圈上加上有規(guī)律變化的脈沖信號，每個脈沖對應一個步距角。脈沖驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，該角度稱為“步距角”?？梢酝ㄟ^控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機在構造上有三種主要類型：反應式、永磁式和混合式。反應式：定子上有繞組、轉子由軟磁材料組成，結構簡單、成本低、步距角小，可達1.20，但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大?？煽啃噪y保證。永磁式：永磁式步進電機的轉子用永磁材料制成，轉子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點是動態(tài)性能好，輸出力矩大，但這種電機精度差、步距角大（一般為7.50或150）?；旌鲜剑夯旌鲜讲竭M電機綜合了反應式和永磁式的優(yōu)點，其定子上有多相繞組、轉子上采用永磁材料，轉子和定子上均有多個小齒以提高步距的精度。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好、步距角小，但結構復雜、成本相對較高。圖5.3步進電機系統(tǒng)圖步進電機的工作原理：通常電機的轉子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度，轉子也隨著該磁場轉一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉。所以可控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。主要特點1.步距誤差不會長期積累；2.無刷，可靠性高；3.易于啟動、停止、正反轉及調速控制，快速響應好；4.可在相當寬范圍內平滑調速，同時易于實現(xiàn)多臺步進電機的同步運行控制；5.步距角選擇范圍大，可以根據(jù)不同的需要選擇步進電機；6.存在失步和共振現(xiàn)象；7.需要使用步進電動機驅動源。本次設計采用國產(chǎn)20BY-0型步進電機,其使用+5V直流電源，步距角為18度，電機線圈由四相組成，即A、B、C、D四相，驅動方式為二相激磁方式。圖5.4步進電機表6步進電機相序表相順序ABCD01100101102001131001相順序從0到1稱為一步，電機軸將轉過18度，0→1→2→3→0則稱為通電一周，轉軸將轉過72度，若循環(huán)進行這種通電一周的操作，電機便連續(xù)的轉動起來。而進行相反的通電順序如3→2→1→0，將使電機同速反轉。通電一周的周期越短，即驅動頻率越高，則電機轉速越快，但步進電機的轉速也不可能太快，因為其每走一步需要一定的時間，若信號頻率過高，可能導致電機失步，甚至只在原地顫動。表78253和8255的地址分配表芯片A15～A8A7A6A5A4A3A2A1～A0地址（十六進制）82530000000000100000～110020H～0023H82550000000000101000～110028H～002BH5.48255和8253設計步進電機控制電路原理圖圖5.5步進電機電路原理圖6、用8255外聯(lián)LED和鍵盤顯示電路矩陣鍵盤輸入原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V上，當無鍵按下時，行線處于高電平。有鍵按下時，行、列線導通，行線電平由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。LED顯示原理：通過8位鎖存器74LS273控制LED燈顯示，當某個發(fā)光二極管通過一定的電流時，該段就發(fā)光?？刂破渥屇承┒伟l(fā)光，某些段不發(fā)光則可以顯示一些數(shù)字和符號。表8LED和鍵盤地址分配表A15～A8A7A6A5A4A3～A0地址（十六進制）鍵盤0000000001110000～00110070H～0073HLED0000000010000000～00110080H～0083H圖6.1鍵盤及LED顯示電路圖五、課程設計心得體會問題及解決方案1、Protel99se軟件安裝時出現(xiàn)問題，注冊不成功。之后是安裝打開卻無法新建設計。分析認為應該是在安裝過程中某一步可能安裝錯誤。解決方法是重新安裝，按照步驟一步一步的操作。最終軟件成功安裝并可以正常使用。由于剛開始對Protel99se軟件的認知不足，不會使用該繪圖軟件，后面借閱圖書館相關的書籍及網(wǎng)上搜索軟件使用方法，初步掌握了軟件的使用，學會了如何查找、放置、刪除元件并修改相關元件的屬性。能使用軟件進行簡單的電路原理圖設計。將電路原理圖插入World文檔時，如果直接截圖插入，圖片放大后會不清晰，所以采用軟件中的Edit-select-All,之后Copy,這樣粘貼插入后的圖片是矢量圖，放大后不會影響清晰度。二、設計體會本次課程設計雖然花費時間比較長、任務比較繁多一些，但在設計過程中極大地鍛煉并提高了自己的設計和動手能力。對微機原理技術在生活中的應用有了更廣的認識。設計中對從對Protel99軟件的一無所知，到后來查閱資料、上網(wǎng)搜索，熟練掌握使用Protel99完成各種電路的繪制（時鐘電路、總線電路、存儲電路、譯碼電路、A/D和D/A轉換電路、步