【正文】 使有關(guān)學(xué)者開始關(guān)注磁場的生物效應(yīng)。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 課題研究意義 生物的磁效應(yīng)，已經(jīng)是不爭的事實。既有現(xiàn)實的需要，又有各方面的可能，以至推動了近幾十年來生物磁學(xué)這門邊緣學(xué)科不斷地又簡單到復(fù)雜，由現(xiàn)象到本質(zhì)，由宏觀到微觀的深入發(fā)展。 磁在醫(yī)療上的應(yīng)用已經(jīng)有不少，在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用也有所聞，一些成功單位事例，顯示出生物磁效應(yīng)的美好應(yīng)用前景，當(dāng)然，旋轉(zhuǎn)磁場的生物效應(yīng)也包括在內(nèi)，并且也取得了一定的成就。為了克服其轉(zhuǎn)速不穩(wěn)等，本課題利用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高精確穩(wěn)定性和單片機(jī)的強(qiáng)大控制及邏輯運算能力，研制具有高精確穩(wěn)定性旋轉(zhuǎn)磁場。該結(jié)果表示 (7Hz)旋轉(zhuǎn)永磁場具有一定生理活性，有助于提高人體健康水平。趙立等報告，應(yīng)用磁感應(yīng)強(qiáng)度為 、外關(guān)、少商、合谷、曲池、足三里等穴位，治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎 61例 [14]， 發(fā)現(xiàn)全血粘度、全血還原粘度、血細(xì)胞壓積等血液流變學(xué)指標(biāo)均有下降。 [19]：①對酶的影響：夏緒剛等應(yīng)用旋轉(zhuǎn)時磁感應(yīng)強(qiáng)度為 20分鐘，觀察大鼠缺血再灌注大鼠磷脂酶 A2(PLA2)和內(nèi)皮素 ( ET)含量的影響，實驗結(jié)果表明，旋磁場有抑制磷脂酶 A2的活性與減低內(nèi)皮素含量的作用，對于腦缺血再灌注損傷有防治功效；②對自由基的影響 [20]：關(guān)于磁場對自由基的影響，國內(nèi)的研究結(jié)果表明，磁場具有清除自由基的作用 [11]。液晶顯示器可以實時監(jiān)控步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)；并通過串口實現(xiàn)與計算機(jī)的實時通信。 本章小結(jié) 對本課題有了初步的了解，明白其要實現(xiàn)的功能。電機(jī)的運行角度只和每次所給予的脈沖信號強(qiáng)度有關(guān)，而電機(jī)的運行速度也只和脈沖信號的頻率有直接關(guān)系。打個比方：以相序四，節(jié)拍為八來運轉(zhuǎn)(AABBBCCCDDDAA)也能夠使用兩相八拍的運轉(zhuǎn)模式。因此在理論上我們可以制造出任何相序的步進(jìn)電動機(jī)，但是由于制造工藝、制造價格等多方面因素限制，市場上一般售賣的步進(jìn)電動機(jī)相序以二至五相的居多。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的常用方式 使用變頻器對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制時，可以很好的解決步進(jìn)電機(jī)在啟動和停止時容易失步的問題，提高了系統(tǒng)的控制精度。這些優(yōu)勢使得單片機(jī)在各行各業(yè)的應(yīng)用都達(dá)到了一個新的高度。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 。支持編譯和調(diào)試環(huán)境軟件 KEILC51與其的完美結(jié)合。且使用 KEILC51進(jìn)行軟件開發(fā)時，生成語句快，代碼緊湊，簡單易懂。 本章小結(jié) 通過查閱步進(jìn)電機(jī)相關(guān)資料，了解了步進(jìn)電機(jī)的運行原理及控制方式，并確定了本課題的控制方式。 硬件設(shè)計上釆用 AT89C51單片機(jī)為控制核心，結(jié)合外圍電路的擴(kuò)展和通訊實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)的搭建，在軟件設(shè)計上采用 C語言進(jìn)行程序模塊的編制 [24]，根據(jù)系統(tǒng)需實現(xiàn)的功能按照模塊程序流程的編制思想，對系 統(tǒng)進(jìn)行軟件編程，整個系統(tǒng)以軟件結(jié)合硬件的設(shè)計思路組建，通過電路原理圖的繪制、 PCB 電路板的搭建和系統(tǒng)仿真等一系列步驟，完成對系統(tǒng)的研究和應(yīng)用設(shè)計，該系統(tǒng)的硬件和軟件仿真可在 WINDOWS環(huán)境下進(jìn)行，在實際調(diào)試的過程中，可以根據(jù)程序模塊的實際需求進(jìn)行擴(kuò)展和修改，并實現(xiàn)即時的更新功能。 。軟件程序的編制要根據(jù)硬件電路的功能來進(jìn)行，盡量采用模塊化程序編制的方式進(jìn)行，層次結(jié)構(gòu)需要清晰可調(diào)，同時需要具備與上位機(jī)的通訊功能，程序也要具備良好的可移植性，保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)能浖_發(fā)框架。在系統(tǒng)設(shè)計完成之后，需要對其進(jìn)行仿真，以驗證系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性。具體一點說就是，本系統(tǒng)利用 AT89S51單片機(jī)強(qiáng)大的控制功能，產(chǎn)生一定頻率的脈沖序列精確控制功率 ULN2020A驅(qū)動芯片，從而控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以控制旋轉(zhuǎn)磁場的頻率；鍵盤可控制步進(jìn)電機(jī)的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速和減速。 系統(tǒng)原 理概述 本系統(tǒng)以 AT89C51單片機(jī)作為核心，通過外部擴(kuò)展其他硬件完成對步進(jìn)電機(jī)運行狀態(tài)的顯示。 P2 口連接 AMPIRE128*64液晶顯示模塊的 DB0DB7，用于單片機(jī)和液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)傳輸， ， ， 分別與 AMPIRE128*64 液晶顯示模塊的 RS， R/W， E相連完成數(shù)據(jù)的顯示，具體來說： R/W為讀寫信號線， RS 為數(shù)據(jù)指令選擇端， E端為使能端子。 COM端連接 +12V電源用于對其工作進(jìn)行供電。因此可總結(jié)系統(tǒng)框圖如下所示： 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 系統(tǒng)總體硬件框圖 本章小結(jié) 根據(jù)任務(wù)書要求，通過了解確定該課題所要研究的內(nèi)容、系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，以及明白本系統(tǒng)的原理。內(nèi)部包含 256字節(jié) RAM， 4個 8位并行 I/O口，多個中斷源， 2個中斷優(yōu)先級， 2個定時計數(shù)器，因此， 89C51單片機(jī)是一種功能強(qiáng)大，速度快速，靈活性高而且價格便宜的控制芯片 [27]。在設(shè)計中采用 5個獨立按鍵完成對系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)運行的控制。系統(tǒng)設(shè)計需要解決實時監(jiān)控的問題，同時需要建立可操作的人機(jī)通訊液晶顯示界面，本系統(tǒng)的液晶顯示模塊采用了能夠顯示中文字庫的液晶顯示器件 AMPIRE128*64。由此可見， AT89C51 單片機(jī)的功能比其他同類別的單片機(jī)強(qiáng)，可應(yīng)用場合多，性價比高，可靈活應(yīng)用于生活生產(chǎn)等各種控制領(lǐng)域 [28]。在停止 CPU工作的狀態(tài)下可選擇空閑模式，然而 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口和中斷系統(tǒng)的工作不受空閑模式的影響、 RAM 中的數(shù)據(jù)不會 因掉電方式而丟失，直到下一個硬件復(fù)位時振蕩器才繼續(xù)開始工作。在 FIASH編程時， P0口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須接上拉電阻 [22]。 P2 口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時 ，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲器 進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其 特殊功能寄存器 的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部 存儲器 時， 地址鎖存 允許的 輸出 電平 用于鎖存地址的低位字節(jié)。然而要 注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù) 存儲器 時，將跳過一個 ALE脈沖。如果 微處理 器 在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 EA/VPP：當(dāng) 保持低電平時，則在此期間外部程序 存儲器 （ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。如采用外部 時鐘源 驅(qū)動器件， XTAL2應(yīng)不接。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 本設(shè)計采用四相六線式步進(jìn)電機(jī)，具體型號選用蘇州長泰電機(jī)有限責(zé)任公司出產(chǎn)的57BYG601 四相六線式步進(jìn)電機(jī) [18]。適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。 EPROM 內(nèi)資料的寫入要用專用的 編程 器，并且往 芯片 中寫內(nèi)容時必須要加一定的編程 電壓 （ VPP=1224V，隨不同的芯片型號而定）。當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE為低電平時， Q0～ Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng) LE端 施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。 CD4068芯片 CD4068 為與非 /與門芯片，其主要性能和參數(shù)為：有 2個輸出端口， 1腳為與門信號輸出端， 13 腳為與 非信號輸出端。 液晶顯示器的選擇 液晶顯示器件（ LCD）獨具的低壓、微功耗特性使他在單片機(jī)系統(tǒng)中特得到了廣泛的應(yīng)用，常用的液晶顯示模塊分為數(shù)顯液晶模塊、點陣字符液晶模塊和點 陣圖形液晶模塊，其中圖形液晶模塊在我國應(yīng)用較為廣泛，因為漢字不能像西文字符那樣用字符模塊即可顯示，要想顯示漢字必須用圖形模塊 .由于本設(shè)計需要對步進(jìn)電機(jī)的運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，因此采用液晶顯示器來顯示，本設(shè)計選擇的 LCD是 AMPIRE128 64的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形。單片機(jī)的 ， ， 四個引腳分別和非門芯片 7404 的輸入端相連用于控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動芯片 ULN2020A，如圖 ： 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路模塊 串口通訊電路模塊 為了實現(xiàn)用計算機(jī)也能控制該系統(tǒng)以及與計算機(jī)的實時通訊，本系統(tǒng)采用 MAX232與一些外圍器件組成本系統(tǒng)的串口通訊模塊，如圖 所示： 圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 按鍵電路模塊 本系統(tǒng)需要對步進(jìn)電機(jī)的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速和減速給予控制 ，因此需要五個獨立按鍵，將這五個按鍵分別與單片機(jī)的 ， ， ， ， ，并結(jié)合外圍器件電阻及 CD4068八輸入與非 /與門芯片實現(xiàn)多步進(jìn)電機(jī)的控制，如圖 ： 圖 按鍵控制電路模塊 液晶顯示電路模塊 本系統(tǒng)采用 AMPIRE128*64液晶顯示器作為系統(tǒng)的顯示模塊，該液晶顯示器共有 18個引腳， GND端接地， VCC和 RST引腳連接 +5V電源信號， DB0DB7分別連接單片機(jī)的 端口， PS 與 ， R/W與 相連， E與 ， CS1 和 CS2分別連接 和， V0 連接滑動變阻器。 單片機(jī)主程序流程和初始化模塊 在本部分程序中，我們主要的工作量有：對所需要用到的一些函數(shù)進(jìn)行定義、對單片機(jī)的一些管腳進(jìn)行定義，設(shè)置定時器的參數(shù)以及設(shè)置液晶顯示器初始顯示字符等。因此，可將系統(tǒng)工作流程圖設(shè)計如下： 圖 主程序流程圖 開始 單片機(jī)初始化 延時子程序 LCD 初始化 掃描鍵盤 判斷按鍵類型 ,調(diào)用定時中斷程序控制步進(jìn)電機(jī)運行 5 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 21 LCD初始化及顯示判斷模塊本設(shè)計采用 AMPIRE128*64液晶模塊對步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。 因此，可繪制按鍵掃描及中斷程序及框圖如下： 定義 LCD顯示各項函數(shù) 判斷 LCD 忙 寫指令代碼 寫數(shù)據(jù)代碼 LCD 開顯示 西安工業(yè)大學(xué)畢 業(yè)設(shè)計（論文） 22 Y N Y N Y N Y N Y N 圖 按鍵掃描及中斷處理流程圖 返回 定時器 1開中斷 KEY1 按下？ 延時 調(diào)減速運行子程序 KEY2 按下？ KEY4 按下？ KEY3 按下？ KEY5 按下？ 調(diào)加速運行子程序 調(diào)反轉(zhuǎn)運行子程序 調(diào)停止運行子程序 調(diào)正轉(zhuǎn)運行子程序 西安工業(yè)大學(xué)畢 業(yè)設(shè)計（論文） 23 步進(jìn)電機(jī)脈沖產(chǎn)生模塊 我們選用的步進(jìn)電機(jī)為四相六線形式的步進(jìn)電機(jī) 57BYG601?？傮w來說，四相八拍與其他控制方式相比較，步距角減小了一倍，有利于削弱振蕩，提高電機(jī)的帶負(fù)載能力。 本章小結(jié) 在對系統(tǒng)軟件設(shè)計流程進(jìn)行詳細(xì)闡述后，接下來要通過流程圖進(jìn)行系統(tǒng)的編程。本系統(tǒng)仿真需要結(jié)合 KEILC51和 PROTEUS軟件進(jìn)行 [21]。 開機(jī)界面顯示 點擊仿真按鈕，程序調(diào)用初始化函數(shù)，進(jìn)入幵機(jī)界面顯示，如圖 ： 圖 系統(tǒng)開機(jī)界面 控制界面顯示 當(dāng)系統(tǒng)幵機(jī)后，我們可以通過按鍵對系統(tǒng)進(jìn)行正 /反轉(zhuǎn)、加速 /減速運轉(zhuǎn)、停止運轉(zhuǎn)的測試。在 PCB電路板的繪制中采用的是 PROTEUS軟件。 要研究旋轉(zhuǎn)磁場的生物效應(yīng)，就必須有能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的儀器， 本課題根據(jù)已學(xué)過的電子電路知識、單片機(jī)控制技術(shù)等知識，研究設(shè)計了一種以單片機(jī)為核心的高精度旋轉(zhuǎn)磁場儀，可以通過按鍵控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向、速度，從而控制旋轉(zhuǎn)磁場的方向和頻率，同時利用 LCD 顯示步進(jìn)電機(jī)的運行狀態(tài)。 這次畢業(yè)設(shè)計我受益匪淺，在設(shè)計中遇到過許多不能理解的問題和不懂的知識，需要自己去研究 、 去學(xué)習(xí)，通過查閱各類相關(guān)資料和書籍 ，詢問指導(dǎo)老師和其他同學(xué)， 找到解決問題的方法，利用一切可以利用的資源，經(jīng)過理解，再轉(zhuǎn)化為自己的知識。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 （ 3） 元件引腳的 Number 與 PCB 元件封裝引腳（實際上為焊盤 Pad）的 Designator不相同時，修改元件庫或修改元件的封裝庫，以保證元件引腳的 Number（順序號）與Designator（編號）的設(shè)置完全相同。解決方法：在元件斷點處連線；元器件之間盡量用線連接，避免直接將元件端點對接的方法完成電氣連接。