【導(dǎo)讀】磁場(chǎng)對(duì)生物體的組織結(jié)構(gòu)和生理活動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生一定影響。和磁場(chǎng)本身的特征相關(guān)，別一方面也和生物的種類和磁場(chǎng)的作用部位有關(guān)。單片機(jī)控制技術(shù)等知識(shí)，研究設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為核心的高精度旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)儀。機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)用按鍵對(duì)步進(jìn)電機(jī)的連續(xù)調(diào)速，實(shí)時(shí)控制與顯示步進(jìn)電機(jī)的工作方式。本設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的硬件、軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，硬件部分主要包括基于PROTEUS. 的系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)、仿真和PCB電路板的制作。軟件設(shè)計(jì)主要包括C語(yǔ)言在程序設(shè)計(jì)中的。應(yīng)用，用鍵盤輸入控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式以及將運(yùn)行狀態(tài)顯示于液晶屏。

　　

【正文】 程序模塊： (1)單片機(jī)主程序流程和初始化模塊； (2)按鍵掃描及定時(shí)中斷控制模塊； (3)LCD初始化和顯示判斷模塊； (4)LCD字符提取模塊模塊； (5)單片機(jī)給予 步進(jìn)電機(jī)的脈沖產(chǎn)生模塊。 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(duì)所需要用到的一些函數(shù)進(jìn)行定義、對(duì)單片機(jī)的一些管腳進(jìn)行定義，設(shè)置定時(shí)器的參數(shù)以及設(shè)置液晶顯示器初始顯示字符等。由于單片機(jī)內(nèi)部集成了振蕩器，因此我們啟動(dòng)其內(nèi)部振蕩器。 在單片機(jī)初始化后，我們還要對(duì) LCD進(jìn)行初始化，由于單片機(jī)和 LCD初始化的速率是不一樣的，因此我們要在兩者之間插如一個(gè)足夠長(zhǎng)時(shí)間的延時(shí)程序以確保系統(tǒng)正常工作。在單片機(jī)、 LCD 初始化完畢后，我們即可通過鍵盤輸入，調(diào)用中斷和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行脈沖控制程序?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)進(jìn) 行控制 [26]。因此，可將系統(tǒng)工作流程圖設(shè)計(jì)如下： 圖 主程序流程圖 開始 單片機(jī)初始化 延時(shí)子程序 LCD 初始化 掃描鍵盤 判斷按鍵類型 ,調(diào)用定時(shí)中斷程序控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行 5 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 21 LCD初始化及顯示判斷模塊本設(shè)計(jì)采用 AMPIRE128*64液晶模塊對(duì)步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。在具體程序設(shè)計(jì)中，我們首先要對(duì) LCD進(jìn)行初始化設(shè)置，并對(duì) LCD初始化函數(shù)進(jìn)行定義，同時(shí)，還需要對(duì)編制 LCD的顯示判斷程序，如 :判斷忙子程序、寫數(shù)據(jù)代碼子程序、寫指令代碼子程序、開顯示子程序。因此，可將 LCD 初始化程序流程圖總結(jié)如下： 圖 LCD初始化流程圖 按鍵掃描定時(shí)中斷控制模塊 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)包含 5個(gè)獨(dú)立按鍵，分別對(duì)步進(jìn)電機(jī)的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速和減速運(yùn)行給予控制，結(jié)合相應(yīng)的電阻、電容等外圍器件， 5 個(gè)按鍵分別與單片機(jī)的 相連。在實(shí)際操作中，實(shí)現(xiàn)的功能應(yīng)具備如下效果： ，會(huì)有低電平產(chǎn)生并給予 CD4068與門電路處理； ，產(chǎn)生高電平信號(hào)反饋給單片機(jī)的的 端口(INT1)； ，調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖，達(dá)到對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制。 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(xiàng)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(jì)（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(shí)器 1開中斷 KEY1 按下？ 延時(shí) 調(diào)減速運(yùn)行子程序 KEY2 按下？ KEY4 按下？ KEY3 按下？ KEY5 按下？ 調(diào)加速運(yùn)行子程序 調(diào)反轉(zhuǎn)運(yùn)行子程序 調(diào)停止運(yùn)行子程序 調(diào)正轉(zhuǎn)運(yùn)行子程序 西安工業(yè)大學(xué)畢 業(yè)設(shè)計(jì)（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。該步進(jìn)電機(jī)一共有六根引線，四個(gè)相序分別為 A、 B、 C、 D，根據(jù)我們前面介紹的關(guān)于步進(jìn)電機(jī)通電脈沖的知識(shí)，對(duì)該類電機(jī)有三種勵(lì)磁脈沖方式使其運(yùn)轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電機(jī)的脈沖控制包含四相單四拍、四相雙四拍、四相八拍等方式。每種控制方式都有其優(yōu)點(diǎn)和缺陷?？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。 因此，本設(shè)計(jì)選用四相八拍的勵(lì)磁順序?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)進(jìn)行通電。在實(shí)際編 程的時(shí)候，用二進(jìn)制數(shù)字 0、 1 對(duì) A、 B、 C、 D 四個(gè)相位建立導(dǎo)通順序建立四相八拍的模型，當(dāng)以“ AABBBCCCDDDA”順序提取模型運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，電機(jī)正轉(zhuǎn)；反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 LCD字符提取模塊 本設(shè)計(jì)在 LCD中顯示的漢字字符程序可以從 HZ Dot Reader字庫(kù)軟件中提取，具體需要提取“歡”“迎”“使”“用”“正”“反”“轉(zhuǎn)”“高”“低”“速”“?！薄爸埂薄斑\(yùn)”“行”“空白”幾個(gè)字符。 本章小結(jié) 在對(duì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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。（參見附件Ⅲ系統(tǒng)源程序）本系統(tǒng)的 總體軟件設(shè)計(jì)流程介紹完畢。以下，我們將根據(jù)硬件和軟件設(shè)計(jì)結(jié)果，采用 PROTEUS仿真軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的硬件仿真，系統(tǒng)硬件仿真是進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的必要環(huán)節(jié)，因此十分重要。 6 系統(tǒng)仿真、 PCB 設(shè)計(jì)及實(shí)物展示 24 6 系統(tǒng)仿真、 PCB設(shè)計(jì)及實(shí)物展示 系統(tǒng)硬件仿真測(cè)試 系統(tǒng)仿真說明 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，硬件仿真是系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)完成之后必須進(jìn)行的環(huán)節(jié)，這對(duì)于系統(tǒng)可行性和穩(wěn)定性的測(cè)試有著重要的意義。本系統(tǒng)仿真需要結(jié)合 KEILC51和 PROTEUS軟件進(jìn)行 [21]。前面設(shè)計(jì)方案中已經(jīng)說過本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用 C語(yǔ)言，因此在本系統(tǒng)的語(yǔ)言設(shè)計(jì)中，我們采用 KEILC51匯編編程工具來進(jìn)行程序的開發(fā)，調(diào)試和軟件仿真。通過KEILC51 進(jìn)行系統(tǒng)程序的編寫與編譯，在程序文檔編譯完成之后，我們可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制程序進(jìn)行編寫、調(diào)試、運(yùn)行和軟件仿真，在仿真結(jié)束后，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“控制 .HEX”文件，此文件可以為我們?cè)?PROTEUS 中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件仿真提供了依據(jù)。 系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件仿真測(cè)試包括系統(tǒng)的幵機(jī)界面顯示、通過按鍵對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制以及運(yùn)行 LCD顯示等幾方面。 開機(jī)界面顯示 點(diǎn)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行正 /反轉(zhuǎn)、加速 /減速運(yùn)轉(zhuǎn)、停止運(yùn)轉(zhuǎn)的測(cè)試。圖 ；圖 ；圖 ；圖 ；圖 ；圖 ；仿真結(jié)果如圖 ～圖 所示： 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 正轉(zhuǎn)運(yùn)行界面 圖 反轉(zhuǎn)運(yùn)行及面 圖 正轉(zhuǎn)高速運(yùn)行界面 圖 正轉(zhuǎn)低速運(yùn)行界面 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 反轉(zhuǎn)高速運(yùn)行界面 圖 系統(tǒng)仿真波 形 當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)連接驅(qū)動(dòng)模塊的四個(gè)口會(huì)產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號(hào)，用示波器可以測(cè)量其脈沖信號(hào)波形。圖 ；圖 ；圖 為正轉(zhuǎn)時(shí)減速鍵按下波形；圖 ；圖 形；圖 。如圖 ～圖 所示： 圖 正轉(zhuǎn)鍵按下波形 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 正轉(zhuǎn)時(shí)加速鍵按下波形 圖 正轉(zhuǎn)時(shí)減速鍵按下波形 圖 反轉(zhuǎn)鍵按下波形 圖 反轉(zhuǎn)時(shí)加速鍵按下波形 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 反轉(zhuǎn)時(shí)加速鍵按下波形 PCB電路板繪制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，需要對(duì)系統(tǒng)的 PCB電路板進(jìn)行繪制，以方便完成對(duì)實(shí)物電路板的制作。在 PCB電路板的繪制中采用的是 PROTEUS軟件。我們將已經(jīng)繪制完成的系統(tǒng)電路圖的網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入進(jìn) PROTEUS的 PCB設(shè)計(jì)環(huán)境中，經(jīng)過元件布局，板框大小設(shè)置，手工步線，覆銅等一系列操作后 [20]，設(shè)計(jì)完成的 PCB版就可以送給生產(chǎn)廠家加工生產(chǎn)做出實(shí)物了。（具體的 PCB電路效果圖見附錄Ⅱ）另外，為了更加直觀的觀看到實(shí)物 PCB電路板的效果，我們采用 PROTEUS中電路板 3D 效果建模功能對(duì) 控制板 3D 建模圖象，如圖 、 所示： 圖 系統(tǒng) 3D效果圖正面 圖 系統(tǒng) 3D效果圖反面 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 系統(tǒng)實(shí)物展示 由于從最初的原理圖設(shè)計(jì)到 PCB設(shè)計(jì)是用的 PROTEUS軟件進(jìn)行的，但是聯(lián)系廠家制作PCB 板時(shí)發(fā)現(xiàn)要用 PROTEL 99SE設(shè)計(jì)的 PCB才能生產(chǎn)以及時(shí)間不足沒法重新設(shè)計(jì)，導(dǎo)致 PCB沒做出來，后來去買成品電路板自己焊接連線，最后也做出了實(shí)物，如圖 所示： 圖 系統(tǒng)實(shí)物圖 本章小結(jié) 本章進(jìn)行了系統(tǒng)的仿真，按鍵能夠?qū)崿F(xiàn)控制步進(jìn)電機(jī)的功能， LCD 也能顯 示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，用軟件中的示波器測(cè)量了單片機(jī)脈沖輸出波形，仿真結(jié)果符合當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)初衷，進(jìn)行了 PCB板的繪制，并且完成了實(shí)物的制作。 LCD顯示模塊 串口通訊 接 +5V電源 接地 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 接+12V電源 外擴(kuò)存儲(chǔ)模塊 按鍵模塊 單片機(jī)控制模塊 7 結(jié)論 30 7 結(jié)論 設(shè)計(jì)總結(jié) 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用于生物體后，在生物體內(nèi)引起一系列的生物學(xué)效應(yīng)，為臨床磁療提供了理論基礎(chǔ)。 要研究旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的生物效應(yīng)，就必須有能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的儀器， 本課題根據(jù)已學(xué)過的電子電路知識(shí)、單片機(jī)控制技術(shù)等知識(shí)，研究設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為核心的高精度旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)的方向和頻率，同時(shí)利用 LCD 顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。其系 統(tǒng)硬件部分主要包括單片機(jī)控制模塊（ AT89C51單片機(jī)）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、按鍵模塊、 LCD顯示模塊、串口通訊模塊、外擴(kuò)程序存儲(chǔ)模塊等；軟件部分主要包括單片機(jī)主程序流程和初始化模塊、按鍵掃描及定時(shí)中斷控制模塊、 LCD初始化和顯示判斷模塊、 LCD字符提取模塊模塊、單片機(jī)給予步進(jìn)電機(jī)的脈沖產(chǎn)生模塊。 設(shè)計(jì)收獲 本次設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用了許多電子電路知識(shí)、單片機(jī)控制技術(shù)，通過對(duì)這些知識(shí)的學(xué)習(xí)和運(yùn)用讓我收獲很大?？煽偨Y(jié)為以下各個(gè)方面： （ 1） 通過本次設(shè)計(jì)我對(duì)單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了學(xué)習(xí)，研究 ,AT89C51單片機(jī)的外形、引腳 、工作特性等知識(shí)進(jìn)行了掌握，使我對(duì)其結(jié)構(gòu)、功能特性有了一定的了解以及對(duì)一些模塊電路的設(shè)計(jì)有了更深刻的認(rèn)識(shí)； （ 2） 對(duì)步進(jìn)電機(jī)工作原理、驅(qū)動(dòng)芯片和型號(hào)的選型和研究，使我對(duì)步進(jìn)電機(jī)有了更深的了解； （ 3） 通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)仿真軟件 PROTEUS 的相關(guān)知識(shí)，特別是將 PROTEUS 應(yīng)用于單片機(jī)最小系統(tǒng)仿真以及該軟件 PCB 電路板繪制的相關(guān)知識(shí)，使我能夠熟練的應(yīng)用該軟件； （ 4） 學(xué)習(xí)了 C語(yǔ)言編程仿真軟件 KEILC51，并能夠熟練的應(yīng)用它。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我受益匪淺，在設(shè)計(jì)中遇到過許多不能理解的問題和不懂的知識(shí)，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(shí)。 設(shè)計(jì)中存在的問題及解決方法 （ 1） 畫原理圖時(shí)元器件之間的連接都是直接用線連接，視覺上比較雜亂。后來對(duì)于距離較近的芯片之間用線路連接；而對(duì)于距離較遠(yuǎn)的芯片之間改用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接，使電路圖清晰、明朗。 （ 2） 正確填寫原理圖中各元器件的封裝，對(duì)于庫(kù)中沒有對(duì)應(yīng)封裝的芯片，搜集該芯片的詳細(xì)信息，根據(jù)其資料料提供的外形圖建立自己的封裝庫(kù)用來完成該芯片封裝的制作。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 （ 3） 元件引腳的 Number 與 PCB 元件封裝引腳（實(shí)際上為焊盤 Pad）的 Designator不相同時(shí)，修改元件庫(kù)或修改元件的封裝庫(kù)，以保證元件引腳的 Number（順序號(hào)）與Designator（編號(hào)）的設(shè)置完全相同。 （ 4） 生成的印刷電路板圖與電路原理圖不相符，有個(gè)別與案件沒有電氣連接。產(chǎn)生原因：該故障出在原理圖設(shè)計(jì)上，原理圖上看上去具有電氣連接關(guān)系的線路交叉點(diǎn)實(shí)際上并沒有連接上。包括連線超過元器件的斷點(diǎn)或連線的兩部分存在重合。解決方法：在元件斷點(diǎn)處連線；元器件之間盡量用線連接，避免直接將元件端點(diǎn)對(duì)接的方法完成電氣連接。 （ 5） 由于從最初的原理圖設(shè)計(jì)到 PCB 設(shè)計(jì)都是用的 PROTEUS 軟件進(jìn)行的，但是聯(lián)系廠家制作 PCB板時(shí)才發(fā)現(xiàn)要用 PROTEL 99SE設(shè)計(jì)的 PCB才能生產(chǎn)，加上時(shí)間不足沒法在重新設(shè)計(jì)，所以導(dǎo)致了 PCB沒做出來，后來去買了成品電路板自己焊接連線，最后也做出了本設(shè)計(jì)的實(shí)物。 通過設(shè)計(jì)也暴露了自己的缺點(diǎn)和不足 ， 所以在注重加強(qiáng)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，遇到問題多思考多分析多實(shí)踐，不斷進(jìn)取。我會(huì)在今后的學(xué)習(xí)生活中繼續(xù)鍛煉自己，掌握更多的實(shí)際本領(lǐng) 。