步进电机三轴联动单片机控制系统.docx

步进电机三轴联动单片机控制系统 大连轻工业学院 宋文阁 王学俊 摘要 介绍了由M C S8031 单片机控制步进电机, 实现三轴联动差补控制。在系统中实现由串 行口和并行口与 PC 486 计算的通讯。系统数据缓存区扩展到 1M 字节, 系统中使用了中断式结构, 提高了系统的控制性能, 实现了 L CD 液晶显示和键盘管理。 关键词: 单片机 步进电机 控制 硬件 软件 前言 在单片机控制系统中, 可以选择多种控 制 C PU 。 以 前 多 选 择 Z80, 而 现 在 多 选 择 M C S8031 系 列 8 位 机 和 M C S8098 系 列 16 位 机, 在 高 档 控 制 系 统 中 可 以 选 择 英 特 尔 80960 系列 32 位单片机。 由于M C S8098 系 列 16 位 机 现 已 停 产, 市 场 上 很 难 买 到, 而 80960 系列 32 位机由于刚刚兴起, 普及面较 窄, 价 格 较 高, 所 以 使 用 的 也 较 少, 而 M C S8031 系列单片机对于大多数科技人员 较熟悉, 其价格较低, 性能也不错, 现在某些 高速 M C S8031 系列机种如 D S80C 320 的使 用晶振频率已达到 25M H z, 且指令的执行机 器周期由原来 8031 的 12 个晶振周期减少到 4 个晶振周期, 单字节指令的执行时间由原 来 的 1Λs ( 12M H z 晶振) 缩短到 160n s, 大幅 度提高了执行速度。 其程序的执行速度已超 过M C S8098 等 16 位机。高速单片机的指令 系统和M C S8031 系列完全兼容。 所以选用 M C S8031 系列单片机作控制系统适合我国 国情和技术发展潮流。 由于M C S8031 地址 线的限制, 使得其数据存储空间最大只能达 到 64k 字节, 对于要求有较大的数据存储空 间的系统有一定限制, 这样就得使用其它办 法扩展数据存储空间。 所以我们研制了这样 系统硬件结构 控制系统采用标准三总线结构, P 0 口作 为 8 位数据线和低 8 位地址线, P 2 口作为高 1 2 8 位地址线。由于寻址 1M 字节需要 20 条地 址线, 所以使用 P 1 口的 P 110、P 111、P 112 和 P 113 作为扩展的三条地址线使用, 这样扩展 后相当于把 1M 字 节 空 间 分 成 16 页, 每 页 64k 字节空间。 对不同 64k 页空间的读写操 作只比以前多一次对 P 1 口操作, 存储器选 用 HM 628128BL P 28 型 静 态 存 储 器 ( 见 图 1) , 单片存储容量为 128k 3 8。每片需要 17 条 地址线, 除 P 0 和 P 2 口提供的 16 条地址线 外, 还由 P 110 作为第 17 条地址线A 16, 其它 3 条 P 111、P 112、P 113 通过 74H C 138 译码器 ( 见图 2) 产生 8 个片选信号供扩展的存储器 使用。由于本系统中使用了 2 片 82C 55, 作为 扩 展 的 并 行 口, 需 要 2 个 片 选 信 号, 另 外 L CD 显示模块也需要 1 个片选信号。所以实 际上在本系统中得到的存储器有效地址空间 为 5 片 128k 芯片所确定的 640k 字节。程序 存储器选用 27512, 得到 64k 字节程序存储 空间。扩展的 2 片 82C 55, 其中的 1 片工作于 方式 0, 用作步进电机控制输出口; 另 1 片 图 2 74H C 138 译码器产生片选信号 82C 55 则用 PA 口工作于方式 1 ( 见图 3) , 用作 同计算机通讯的并行口, 当有数据从计算机发 来时, 由 82C 55 的 PC 3 产生中 图 3 并行接口和键盘接口 断 信 号 通 过 8031 的 IN T 1 引 脚 向 产生中断, 以读取计算机发来 8031C PU 的 数 据, PB 口 工 作 于 方 式 0 和 PC 0、 PC 1、PC 2 用于 键 盘 输 入 口, PC 0、PC 1、 PC 2 通过 74H C 33 芯片产生的键盘中断 信号通过 IN T 0 向 8031C PU 产生键盘 中断。由 C PU 来处理键盘操作。串行口 通过M A X 202E 芯片 (见图 4) 连接 8031 和标准的 25 针 串 行 口 实 现 电 平 转 换, 并 由 P 116、P 117 形 成 硬 件 握 手 信 号 R T S 和 C T S, 使串行通讯更加可靠。 系统复位采用 M 51953BL 芯片 ( 见图 5) 并由 74H C 14 反相 输出, 供