【導(dǎo)讀】步進(jìn)電機(jī)是一種利用電脈沖進(jìn)行控制且將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相位移的電機(jī)。實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。論文主要研究?jī)?nèi)容如下：。模塊，完成軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)是步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和速度的調(diào)節(jié)，其中步進(jìn)。電機(jī)的速度以軟件延時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短來調(diào)節(jié)。程序編寫完后使用KeiluVision4調(diào)試，直至沒。和步進(jìn)電機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，還增加了蜂鳴器和LED來表示執(zhí)行過程中的狀態(tài)。

　　

【正文】 22 圖 317 按鍵實(shí)物圖 圖 318 按鍵接線原理圖 蜂鳴器選擇：有源蜂鳴器 蜂鳴器概述 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“ H”或“ HA” (舊標(biāo)準(zhǔn)用“ FM”、“ LB”、“ JD”等 )表示。 有源蜂鳴器原理 有源蜂鳴器是靠壓電效應(yīng)的原理來發(fā)聲的，壓電材料，一般常見的是各種壓電陶瓷。南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 這種材料的特別之處在于，當(dāng)電壓作用于壓電材料時(shí)，就會(huì)隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機(jī)械變形 .另一方面 ，當(dāng)振動(dòng)壓電陶瓷時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生電荷 .就是說這種材料能把機(jī)械變形和電荷相互轉(zhuǎn)化，壓電式蜂鳴器里面的起振片，就是一種壓電陶瓷 .如上所述，要讓它振動(dòng)，除了壓電陶瓷本身，還需要適當(dāng)大小和頻率變化的電壓作用于壓電陶瓷 .有源蜂鳴器內(nèi)部帶有多諧振蕩器，可以產(chǎn)生 — . 由此有源蜂鳴器才能發(fā)聲。 有源蜂鳴器優(yōu)點(diǎn) (1)價(jià)格便宜 (2)聲音頻率可控，可以做出高低音階的效果 (3)在一些特例中，可以和 LED 復(fù)用一個(gè)控制口 (4)程序控制方便 圖 319 有源蜂鳴器實(shí)物圖 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 24 圖 320 有源蜂鳴器接線原理圖 晶振選擇： 12MHZ 晶振概述 石英 晶體 振蕩器是利用石英晶體 (二氧化硅的結(jié)晶體 )的 壓電效應(yīng) 制成的一種諧振 器件 ，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片 (簡(jiǎn)稱為晶片，它 可以是正方形、矩形或圓形等 )，在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為 電極 ，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了 石英晶體諧振器 ，簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振；而在封裝內(nèi)部添加 IC 組成振蕩電路的晶體 元件 稱為晶體振蕩器。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。 晶振工作原理 計(jì)算機(jī) 都有個(gè)計(jì)時(shí)電路，盡管一般使用 “時(shí)鐘 ”這個(gè)詞來表示這些設(shè)備，但它們實(shí)際上并不是通常意義的時(shí)鐘，把它們稱為 計(jì)時(shí)器 (timer)可能更恰當(dāng)一點(diǎn)。計(jì)算機(jī)的計(jì)時(shí)器通常是一個(gè)精密加工過的石英 晶體，石英晶體在其 張力 限度內(nèi)以一定的頻率振蕩，這種頻率取決于晶體本身如何切割及其受到張力的大小。有兩個(gè)寄存器與每個(gè)石英晶體相關(guān)聯(lián)，一個(gè)計(jì)數(shù)器 (counter)和一個(gè)保持寄存器 (holdingregister)。石英晶體的每次振蕩使計(jì)數(shù)器減 1。當(dāng)計(jì)數(shù)器減為 0 時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷，計(jì)數(shù)器從保持計(jì)數(shù)器中重新裝入初始值。這種方法使得對(duì)一個(gè)計(jì)時(shí)器進(jìn)行 編程 ，令其每秒產(chǎn)生 60 次中斷 (或者以任何其它希望的頻率產(chǎn)生中斷 )成為可能。每次中斷稱為一個(gè)時(shí)鐘嘀嗒 (clocktick)。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 晶振在電氣上可以等效成一個(gè) 電容 和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)， 電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率為串聯(lián)諧振，較高的 頻率為并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的 頻率范圍 內(nèi)，晶振等效為一個(gè) 電感 ，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器 的頻率也不會(huì)有很大的變化。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是 負(fù)載電容 值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相 放大器 (注意是放大器不是反相器 )的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于 負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般 IC 的 引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為 15p 或 ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè) 22p 的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。 晶振的基本分類 晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振 (諧振 )的英文名稱不同，無源晶振為 crystal(晶體 )，而有源晶振則叫做 oscillator(振蕩器 )。無源晶振需要借助 于 時(shí)鐘電路 才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來，所以 “無源晶振 ”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種 電子器件 。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置 IC 共同作用來工作的。振蕩器直接應(yīng)用于 電路中，諧振器工作時(shí)一般需要提供 電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)：諧振 電阻 (RR)，諧振器沒有電阻要求。 RR 的大小直接影響電路的性能，因此這是各商家競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要參數(shù)。 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 26 圖 321 晶振實(shí)物圖 圖 322 晶振接線原理圖 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 第四章 軟件設(shè)計(jì) 鍵盤子程序設(shè)計(jì) 我在程序中使用軟件延時(shí)來消抖，一共有五個(gè)獨(dú)立按鍵。 它們的功能分別為：步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、停止、調(diào)節(jié)速度級(jí)別、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)獨(dú)立按鍵的情況，只要閉 合就執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。 獨(dú)立按鍵可以短按和長(zhǎng)按，長(zhǎng)按就會(huì)不間斷的執(zhí)行相應(yīng)按鍵的程序。 圖 41 鍵盤子程序設(shè)計(jì) 第四章 軟件設(shè)計(jì) 28 顯示子程序設(shè)計(jì) 我使用的是 LCD12864 型號(hào)。 程序中首先編寫 LCD12864 的初始化程序 ，載入初始的信息，然后根據(jù)獨(dú)立按鍵的具體操作來實(shí)時(shí)調(diào)整屏幕上的信息。 屏幕上會(huì)顯示作者的姓名，所學(xué)專業(yè)，學(xué)號(hào)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、速度及步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。 圖 42 顯示子程序設(shè)計(jì) 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 蜂鳴器子程序設(shè)計(jì) 我使用的是有源蜂鳴器。 我把有源蜂鳴器子程序封裝在一個(gè)獨(dú)立函數(shù)中，給它多個(gè)脈沖，讓蜂鳴器產(chǎn)生聲音。當(dāng)點(diǎn)擊獨(dú)立按鍵時(shí)就調(diào)用蜂鳴器函數(shù)，產(chǎn)生聲音。 可以按照實(shí)際情況來調(diào)節(jié)脈沖數(shù)，從而產(chǎn)生不同頻率的聲音。 圖 43 蜂鳴器子程序設(shè)計(jì) 第四章 軟件設(shè)計(jì) 30 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)速子程序設(shè)計(jì) 在這里 主要使用到三個(gè)獨(dú)立按鍵：步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針、逆時(shí)針、調(diào)速按鍵。 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獨(dú)立按鍵，當(dāng)按下順時(shí)針獨(dú)立按鍵時(shí)去調(diào)用步進(jìn)電機(jī)的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)相序表，反之，則去調(diào)用步進(jìn)電機(jī)的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)相序表。 對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，我使用的是調(diào)節(jié)軟件延時(shí)時(shí)間的大小。例如延時(shí) 1ms， 2ms 等。 圖 44 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)速子程序設(shè)計(jì) 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì) Main函數(shù)中對(duì)獨(dú)立按鍵進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，按照不同的獨(dú)立按鍵來改變 LCD1286 LED的狀態(tài)，操作步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。 圖 45 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì) 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 32 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 步進(jìn)電機(jī)電機(jī)參數(shù)簡(jiǎn)要分析 (1)這次實(shí)驗(yàn)使用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 28BYJ48，特性 ① 5V ② 四相五線 ③ 減速步進(jìn)電機(jī)，減速比為 1： 64 ④ 步進(jìn)角為 采用四相八拍運(yùn)行方式即 AABBBCCCDDDAA 如果需要轉(zhuǎn)動(dòng) 1 圈，那么需要 360/*64=4096 個(gè)脈沖信號(hào)。 (2)步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度 (稱為步角 )轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖 圖 51 Protel 99 SE 原理圖 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 33 圖 52 作品效果圖 1 圖 53 作品效果圖 2 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 34 圖 54 作品效果圖 3 圖 55 作品效果圖 4 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 35 圖 56 作品效果圖 5 第六章 結(jié)語 36 第六章 結(jié)語 畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，大學(xué)也意味著即將結(jié)束。通過這幾個(gè)月的磨練學(xué)習(xí)，把所有學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行了一次全面而系統(tǒng)的綜合，并融會(huì)貫通應(yīng)用到實(shí)際中去，不但完善了自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)所學(xué)過的各種理論知識(shí)與專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了一次 全面的梳理。感謝薄翠梅老師和陶棟琦學(xué)長(zhǎng)對(duì)我的指導(dǎo)，對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)起到了非常好的導(dǎo)航作用。 人類文明在不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度飛快，伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)適用各種現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制，特別應(yīng)用于小功率負(fù)載的控制；具有成本底，性能穩(wěn)定，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，在科技的進(jìn)步中起到了非常重要的作用，而步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)可方便地應(yīng)用與各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)與領(lǐng)域。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)所學(xué)課程的一個(gè)高度的綜合。無論是基礎(chǔ)知識(shí)還是專業(yè) 知識(shí)都被設(shè)計(jì)統(tǒng)一起來，使零散的知識(shí)系統(tǒng)化，形成了一種能力，這也是畢業(yè)設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目的。這也為我們走入社會(huì)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，為走入社會(huì)對(duì)知識(shí)與理論的應(yīng)用做了一個(gè)好的鋪墊。人生的路是漫長(zhǎng)而曲折的，在這漫長(zhǎng)而曲折的道路上需要自己的不斷努力與拼搏。作為即將離校的學(xué)生，走出校門就站在另一個(gè)人生起點(diǎn)上，還有很長(zhǎng)的路要走，這必須有足夠的勇氣去迎接挑戰(zhàn)，克服困難，創(chuàng)造奇跡。特別對(duì)未來要充滿期盼，充滿希望，要微笑著走人生的每一步。 此次論文的完成既為大學(xué)四年畫上了一個(gè)完美的句號(hào)，也為將來的人生之路做好了一個(gè)很好的鋪墊。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 37 致謝 隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的逐漸完成，離畢業(yè)離校的日子也就越來越近了。在這大學(xué)四年里，我非常感謝各位老師四年來對(duì)我的栽培，以及各位同學(xué)朋友對(duì)我的幫助，正是由于他們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活上給予我無微不至的關(guān)懷，才使我在這四年期間不僅學(xué)到了扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，還學(xué)到了很多為人處事的原則。 通過這次最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了很多專業(yè)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)技能也有了很大的提高，其實(shí)，有些事并非我們想的那樣難，世上無難事，只怕有心人，只要我們真正用心去做了，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)一切就變得很容易了。雖然感覺自己做的還不是很好，但畢竟自己親自 去完成了實(shí)物，所以還是有成就感的。 在整個(gè)設(shè)計(jì)、修改過程中，薄翠梅老師和陶棟琦學(xué)長(zhǎng)悉心地給予了我許多指導(dǎo)和幫助，對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)旅程起到了非常好的導(dǎo)航作用，在此我要衷心地感謝。通過他們的指導(dǎo)，使我少走了很多彎路。由衷的感謝他們！ 最后，我還要感謝我的母校 —— 南京工業(yè)大學(xué)，感謝“她”為我提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境。如果沒有“她”也就沒有今天的我們，即將離開學(xué)校，還真有點(diǎn)舍不得，在以后的日子里我會(huì)時(shí)常想起這里的一幕幕，因?yàn)樵谶@里曾經(jīng)給我留下了太多的喜 .怒 .哀 .樂，有太多的人和事值得我去懷念了。 在這即將離開之 即，祝所有的老師和同學(xué)朋友身體健康，工作順利，愿我的母校明天更加美好！ 參考文獻(xiàn) 38 參考文獻(xiàn) [1]克勞斯貝伊特，沃爾夫?qū)┠废?.基本電路 [M].北京：科學(xué)出版社， 1999 年 9 月 . 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