【正文】 設(shè)計可以很好的節(jié)約系統(tǒng) I/O端子，同時在軟件編程中也更易操作，達到了設(shè)計的要求。 再次，考慮到要對系統(tǒng)進行精確控制，因此需要采用人機對話的方式進行，具體來來說，需要采用按鍵控制實現(xiàn)。 其次，由于單片機輸出的脈沖信號非常微弱，不能直接用于驅(qū)動步進電 機運行，因此需要采用功率驅(qū)動芯片。 ATMEL 公司生產(chǎn)的AT89C51單片機是一種低功耗 /電壓、高性能的 8位單片機，它采用 CMOS和高密度非易失性存儲器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都可以和 MCS51 系統(tǒng)兼容，片內(nèi)的 Flash ROM允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或者用其他編程器件進行編程。并且制定了本系統(tǒng)的設(shè)計方案，接下來才可以選出合適的器件以及對系統(tǒng)進行具體的設(shè)計。液晶顯示器可以實時監(jiān)控步進電機的狀態(tài)；并通過串口實現(xiàn)與計算機的實時通信。當然 ULN2020A在接入單片機控制脈沖時必須連接限流電阻，這已經(jīng)在原理圖上反映出來了。 步進電機驅(qū)動控制部分采用專用芯片 ULN2020A進行控制，其輸出管腳 1C4C 連接四相六線步進電機的相序控制端。在實際工作時，當 R/W為低電平， E為信號下降沿時鎖存 DB0DB7的數(shù)據(jù)； R/W 為高電平， E 為信號上升沿時， DDRAM 的數(shù)據(jù)讀到 DB0DB7 中。 P2口所有引腳和 P3 口的部分引腳用于外接 AMPIRE128*64液晶顯示模塊。 (參見附錄Ⅰ電路原理圖 )AT89C51單片機有 40 個引腳，我們用 P1口的 引腳擴展步進電機運行狀態(tài)控制鍵盤，設(shè)計完成后，包括停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速一共五個按鍵。 軟件部分： (1)系統(tǒng)復(fù)位初始化； (2)鍵盤掃描與處理； (3)液品顯示器初始化掃描程序； (4)定時器中斷服務(wù)程序； (5)步進電機正轉(zhuǎn)控制程序； (6)步進電機反轉(zhuǎn)控制程序；(7)步進電機加速控制程序； (8)步進電機減速控制程序； (9)步進電機停轉(zhuǎn)控制程序； (10)步進電機運行節(jié)拍控制程序。液晶顯西安工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 示器可以實時監(jiān)控步進電機的狀態(tài)；并通過串口實現(xiàn)與計算機的實時通信。因而步進電機的轉(zhuǎn)數(shù)決定旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)頻率，永久磁場的強弱決定旋轉(zhuǎn)磁場的強度。本系統(tǒng)在軟件中采用 KEIL 軟件仿真平臺對系統(tǒng)進行仿真，同時根據(jù) KEIL生成的 HEX文件，結(jié)合 PROTEUS 單片機系統(tǒng)仿真軟件，完成對系統(tǒng)硬件的仿真運行。 。 PROTEUS軟件完成系統(tǒng) PCB電路板的繪 制和制作。 。在 系統(tǒng)硬件芯片選擇完成后，需要根據(jù)系統(tǒng)功能進行電路原理圖的設(shè)計和繪制。同時，在實現(xiàn)系統(tǒng)功能的前提下要盡量考慮設(shè)計成本的縮減。 綜上所述，本文需要對以下幾個方面內(nèi)容進行研究： 。 3 系統(tǒng)設(shè)計方案規(guī)劃 8 3 系統(tǒng)設(shè)計方案規(guī)劃 設(shè)計內(nèi)容概述 根據(jù)前文所述，本系統(tǒng)在研究中釆用硬件設(shè)計和軟件編程相結(jié)合的手段對系統(tǒng)進行開發(fā)和設(shè)計。本文所設(shè) 計的步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)是以 AT89C51單片機為核心的嵌入式開發(fā)控制系統(tǒng)。如果你使用 C語言編程，那么 KEILC51幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。在實際中可方便的應(yīng)用于大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)中，是電子信息、計算機軟件開發(fā)人員進行軟件開發(fā)時很好的工具 [26]。 KEILC51 軟件基于 Windows 平臺，提供豐富的編程語言選擇和強大的集成開發(fā)調(diào)試環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)的仿真分析中，可將控制系統(tǒng)工作的高級語言 (C語言、匯編語言等 )與 PROTEUS中相對應(yīng)的電路系統(tǒng)完美結(jié)合，實現(xiàn)同步連調(diào)。 。具有數(shù)字電路和模擬電路、單片機及接口電路系統(tǒng) SIMULATION、 KC和 SPI調(diào)試器、 RS232動態(tài)仿真、鍵盤和顯示系統(tǒng)仿真的功能；軟件內(nèi)部還集成了電路監(jiān)測儀器，如示波器、動態(tài)指針、信號發(fā)生器等。在其 ，包括： 8051系列、 AVR 系列、 Z80系列、 PIC系列、 HC11 系列以及各種接口電路。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。它不僅具有其它 EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。 由于步進電機是典型的脈沖控制運轉(zhuǎn)設(shè)備，而 8051系列單片機以其 I/O口多，體積小，成本低廉，外圍電路連接方便，可編程控制等綜合優(yōu)勢越來越 多的被引入到步進電機控制系統(tǒng)中使用，逐漸成為國內(nèi)外控制步進電機的主流方式。 [23] 隨著嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，以單片機特別是 8051系列單片機作為控制核心的步進電機控制電路在生產(chǎn)生活領(lǐng)域得到了普及，單片機有著大規(guī)模數(shù)字集成電路和高成本控制芯片難以比擬的控制優(yōu)勢：體積小、價格便宜、通用性的接口以及編程簡易。但是變頻器的應(yīng)用成本較高，結(jié)構(gòu)和操作也比較復(fù)雜，無形中提高步進電機的控制難度。按照相序數(shù)量可分為：五相、四相、三相、二相電機等。 感應(yīng)子式步進電機一般可以按照機座號和相許數(shù)量進行細致分類。 步進電動機轉(zhuǎn)動的條件是：按照一定順序?qū)ζ鋭畲爬@阻進行通電即可實現(xiàn)其轉(zhuǎn)動，通電的相序不同，其轉(zhuǎn)動的方向也會不一樣。很容易總結(jié)出這樣運轉(zhuǎn)的條件是A? ， B?。原因是：相序為四的電機以四相運行可以，同時以二相運行也能達到效果。這種采用弱點控制強電的控制方式使得步進電機在速度、位移等控制領(lǐng)域有著普通電機不能比擬的優(yōu) 勢 [18]。 在負載正常范圍的情況下，步進電機的運行狀態(tài)只和數(shù)字脈沖發(fā)生器提供的信號的頻率和脈沖占空比有關(guān)，一般情況下，電機的狀態(tài)不受負載的影響。并且對該系統(tǒng)所涉及的元器件進行查找，查閱相關(guān)資料，大體確定本系統(tǒng)的工作原理及主要內(nèi)容，確定所需要的模塊，為后續(xù)工作做好了充分的準備。 論文的結(jié)構(gòu)安排 論文由 7章節(jié)構(gòu)成，具體如下： 第 1章： 緒論 介紹課題的背景及意義、主要研究內(nèi)容，并對相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀做簡要分析； 第 2章 ：系統(tǒng)控制及所用軟件概述 步進電機控制系統(tǒng)的概念、控制方式及 PROTEUS、KEILC51概述； 第 3章：系統(tǒng)設(shè)計方案規(guī)劃 介紹了本系統(tǒng)的總體設(shè)計方案系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，并對系統(tǒng)原理進行了介紹； 第 4章：系統(tǒng)硬件部分設(shè)計 硬件原理、系統(tǒng)涉及元件介紹及各 模塊設(shè)計； 第 5章：系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 程序總體流程圖及各模塊流程圖； 第 6章：系統(tǒng)仿真、 PCB設(shè)計及實物展示 運用 PROTEUS完成 PCB設(shè)計，基于 KEIL及PROTEUS進行系統(tǒng)仿真，并完成了實物制作； 第 7章：總結(jié) 總結(jié)設(shè)計，得出結(jié)論，總結(jié)設(shè)計收獲和體會，同時指出整個設(shè)計工作的不足之處和需要改進的地方 。 其硬件系統(tǒng)主要由單片機控制模塊（ AT89S51 單片機）、步進電機驅(qū)動模塊（ ULN2020A功率驅(qū)動芯片）、串口通信模塊（ MAX232芯片）、液晶顯示模塊（ AMPIRE128 64液晶顯示器）、晶振模塊、鍵盤模塊，外擴存儲器模塊（ 27512EPROM芯片）等部分構(gòu)成。具體一點說就是，利用 AT89S51 單片機強大的控制功能，產(chǎn)生一定頻率的脈沖序列精確控制功率ULN2020A 驅(qū)動芯片，從而控制步進電機的轉(zhuǎn)速 [22]，以控制旋轉(zhuǎn)磁場的頻率；鍵盤可控制步進電機的啟動 /停止、正轉(zhuǎn) 、反轉(zhuǎn)、加速和減速。 課題的主要研究內(nèi)容 該 課題主要通過以單片機為核心控制，步進電機為驅(qū)動，實現(xiàn)高精確穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)磁場，其整體設(shè)計思路是：將磁場強度不同的永久磁條，通過固定架固定在步進電機的轉(zhuǎn)軸上，當步進電機轉(zhuǎn)動時，其永久磁鐵產(chǎn)生的磁場也跟著旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。 [2]：于玲娜等進行了磁場對瘢痕組織影響的觀察研究，以磁感應(yīng)強度 ～ ，觀察對瘢痕組織的影響，結(jié)果通過光鏡可見表皮增厚，瘢痕及橫紋肌退變等異常改變，這 些變化以磁療組最輕，而對照組改變明顯，認為磁療有防治瘢痕形成及促進瘢痕軟化的作用。上述作者的研究表明，磁場有改善血液流變學的作用。磁場 使紅細胞體積增大，攜氧能力增加，有利于改善組織的供血供氧狀態(tài)，促進代謝；②對血液流變學的影響：梁路光等報告，應(yīng)用磁感強度為 作用于大鼠腹部，又以表面磁感強度為 ，各為每天 30分鐘共 1周，然后測定血液流變學的全血比粘度、血漿比粘度和紅細胞壓積等指標 [13]，結(jié)果在上述磁場作用下，實驗組大鼠的血液粘度和血漿粘度明顯降低，全血粘度降低非常明顯。 [10]：磁場的生物效應(yīng)因施用方 式不同而異，脈沖磁場能使細胞破碎，弱恒滋場能促進細胞生長而強恒場則抑制細胞分裂，旋轉(zhuǎn)和平移磁場下，細胞的生物效應(yīng)大于恒場并隨著時間的延長會產(chǎn)生和脈沖場相同的結(jié)果，生物效應(yīng)的強弱和細胞種類大小、運動速度 [11]以及細胞所處的不同時期均有關(guān)系。例如： [9]：研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)， (7Hz)旋轉(zhuǎn)永磁場可以改善人體表面熱分布，影響人體的收縮壓、舒張壓、以及收縮與舒張壓力差，降低患者的心率。 國內(nèi)外相關(guān)研究情況 關(guān)于旋轉(zhuǎn)磁場生物效應(yīng)的研究，近年來在國內(nèi)外都取 得了許多新的進展。常用直流電機帶動永久磁塊旋轉(zhuǎn)的方法來產(chǎn)生，對于直流電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定程度受控制電壓和本身外界阻力等因素的影響，故其旋轉(zhuǎn)磁場的頻率精度會受到較大的影響。 旋轉(zhuǎn)磁場作用于生物體后，在生物體內(nèi)引起一系列的生物學效應(yīng)，為臨床磁療提供了理論基礎(chǔ) [3]。因此，生物材料磁性的研究也可以提供有關(guān)生物材料的結(jié)構(gòu)和活動情況的信息。 目前除恒定磁場外，還對不同頻率不同強度的交變磁場和不同寬度不同重 復(fù)頻率的脈沖磁場對生物及人體的影響進行研究；根據(jù)電流產(chǎn)生磁場的效應(yīng)，生物體內(nèi)的電流會在其周圍產(chǎn)生微弱磁場。此外，現(xiàn)代磁技術(shù)的迅速發(fā)展，提供了生物磁學的宏觀和微觀研究的物理基礎(chǔ)。 生物磁學的研究雖然有著悠久的歷史，但較為系統(tǒng)的研究是十九世紀末期特別是 二十世紀中期的事。一般說來，磁場生物效用是多種多樣的，不但不同類型的磁場，如恒定磁場、交變磁場、脈沖磁場、旋轉(zhuǎn)磁場、強磁場、弱磁場所產(chǎn)生的生物效應(yīng)很不相同，即使同樣類型的磁場，對于不同的生物層次，如生物分子、細胞、組織、器官和生物活體的影響也不相同，而且對于不同的生物，如微生物、植物、動物和人類的作用也有差異。隨著核磁共振和磁療器械的應(yīng)用，人們接觸強磁場的機會越來越多，更加重視磁場生物效應(yīng)的研究，并從動物實驗和臨床觀察應(yīng)用兩方面取得了相當?shù)某晒?。進一步研究發(fā)現(xiàn)，凡是接近強磁場的均增加患白血病和腦瘤的機會。 1979年， Wetherimer和 Jeeper[4]首次報道兒童白血病發(fā)病率明顯升高與居住的地方過于靠近高壓線有關(guān)。直到 1967年蘇聯(lián)人 Vyalov[3]調(diào)查了 1068名接觸磁場強度為 ～(1T=104G)的職業(yè)人員，發(fā)現(xiàn)有的人產(chǎn)生不明原因的植物神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)，如疲乏、頭痛、失眠、消化不良等。并且首先是從研究電磁場對人 體造成的危害開始，像 X射線、γ射線具有電離作用的輻射對人體的傷害作用及在醫(yī)學上的診斷治療作用均被廣泛認識和接受 [1]。當人為地改變生物體周圍的磁場時， 破壞了生物體原來的磁平衡狀態(tài)，由此產(chǎn)生的一系列生物體生理或心理變化， 稱為磁場的生物效應(yīng)。 磁場生物效應(yīng)是生物磁學研究的一個重要內(nèi)容。在國外，磁 石在古代醫(yī)藥上的應(yīng)用也可追溯到古希臘時期。遠在兩千多年前的西漢初期，就有了磁石治病的記載。biological effects of magic fields 目錄 IV 目錄 中文摘要 ............................................. II 英文摘要 ............................................ III 1 緒論 ............................................... 1 課題背景、意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況 .............................. 1 課題背景 ................................................ 1 課題研究意義 ............................................. 2 國內(nèi)外相關(guān)研究情況 ....................................... 2 課題的主要研究內(nèi)容 ............................................. 3 論文的結(jié)構(gòu)安排 ................................................ 4 本章小結(jié) ...................................................... 4 2 系統(tǒng)控制及所用軟件概述 ................................. 5 步進電機概述 .................................................. 5 步進電機的定義 ........................................... 5 步進電機運行原理概述 ..................................... 5 步進電機驅(qū)動的常用方式 ............................