【正文】 引用和注釋，應(yīng)力求客觀、公允、準(zhǔn)確。 2) 著錄參考文獻能方便地把論文作者的成果與前人的成果區(qū)別開來。 4) 著錄參考文獻有利于節(jié)省論文篇幅。如果說學(xué)位申請者的課程考試通過了，但論文在答辯時被評為不合格，那么就不會授予他學(xué)位。學(xué)士學(xué)位論文既 如需要圖紙等資料，聯(lián)系 1961660126 是學(xué)位論文又是畢業(yè)論文 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) VDC 、 CB 771387號文件給學(xué)術(shù)論文的定義為： 學(xué)術(shù)論文是某一學(xué)術(shù)課題在實驗性、理論性 或觀測性上具有新的科學(xué)研究成果或創(chuàng)新見解的知識和科現(xiàn)象、制定新理論的一種手段，舊的科學(xué)理論就必然會不斷地為新理論推翻。梅森）因此，沒有創(chuàng)造性，學(xué)術(shù)論文就沒有科學(xué)價值。一般來說，學(xué)術(shù)論文具有論證色彩，或具有論辯色彩。 一般普通刊物（省級、國家級）審核時間為一周，高質(zhì)量的雜志，審核時間為 1420天。 。但各單位一般根據(jù)期刊的主管單位的級別來對期刊劃為省級期刊和國家級期刊。國家級期刊主管單位是國家部門或直屬部門。 1602LCD。 Drive circuit 1 第 1章 緒論 課題來源 本畢業(yè)設(shè)計課題是屬于教師擬定性課題，主要是研究基于單片機的對步進電機的有效控制。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。步進電機 慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。 選擇 步進電機 時，首先要保證 步進電機 的輸出功率大于負載所需的功率。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。 選擇 步進電機 時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。 選擇功率 步進電機 時，應(yīng)當(dāng)估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與 步進電機 的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。 課題目的 培養(yǎng)綜合運用四年大學(xué)所學(xué)知識去分析問題和解決實際問題的能力。 體驗一個科研項目開發(fā)的全過程，學(xué)會單片機開發(fā)應(yīng)用方法 ,鍛煉應(yīng)用能力 ,動 手能力。通過這次畢業(yè)論文及設(shè)計，檢驗的綜合素質(zhì)和專業(yè)教育的培養(yǎng)效果，并且使學(xué)會閱讀、利用英文文獻資料，閱讀并翻譯外文資料的能力，學(xué)會設(shè)計報告和論文。同時也標(biāo)志了自動控制領(lǐng)域成為了數(shù)字化時代的一員 [ 3]。它更讓人類懂得，數(shù)字時代的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳?，將加快科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。本論文著重闡述了以單片機為主體， LED 點陣顯示芯片及步進電機為核心的系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機的性能。 應(yīng)解決的主要問題 在基于單片機的懸掛運動控制系 統(tǒng)中，主要分三個部分設(shè)計，一個是輸入和鍵盤顯示模塊；另一個是步進電機驅(qū)動模塊；第三個是最小系統(tǒng)和輸出模塊設(shè)計。 技術(shù)要求 設(shè)計一電機控制系統(tǒng)，控制物體在傾斜（仰角 ≤ 100度）的板上運動。物體的形狀不限，質(zhì)量大于 100克。板上標(biāo)有間距為 1cm 的淺色坐標(biāo)線（不同于畫筆顏色），左下角為直角坐標(biāo)原點 , 示意圖如下。因此對待開發(fā)系統(tǒng)的經(jīng)濟可行性的論證就成為可行性研究的重要內(nèi)容。 懸掛運動控制系統(tǒng)主要由核心模塊、步進電機驅(qū)動模塊、輸入模塊、顯示模塊、通訊模塊等組成。 步進電機驅(qū)動模塊由 1K 330 歐的電阻， 56 560 2N305 MJ2955 三極管， 1N4007 二極管等組成。 輸入模塊主要由 16 個 OMRON按鈕組成。 以上元件共需大約 489 元。費用約為 800元。 本系統(tǒng)完全實現(xiàn)后由單片機控制步進電機帶動重物繪圖。維護的費用主要是在測試時出現(xiàn)的錯誤需要更正時，替換的元器件大概 10 元左右。 2. 成本 效益分析 社會效益：懸掛運動系統(tǒng)是大學(xué)生電子競賽中的一個題目。 技術(shù)可行性研究 1. 風(fēng)險分析：懸掛運動控制系統(tǒng)要完成的功能為設(shè)計一電機控制系統(tǒng)，控制物體在傾斜（仰角≤ 100 度）的板上運動。物體的形狀不限，質(zhì)量大于 100 克。板上標(biāo)有間距為 1cm 的淺色坐標(biāo)線（不同于畫筆顏色），左下角為直角坐標(biāo)原點。相應(yīng)的軟件設(shè)計已經(jīng)有了三種備選方案。編程語言（ C51）已經(jīng)熟練掌握。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等 特點。 雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。硬件系統(tǒng)包括開發(fā)平臺 SST89E58 單片機實驗與開發(fā)集成系統(tǒng)，將其作為硬件系統(tǒng)的檢測方式之一。單片機芯片采用 SST89E58系列單片機中的。具體的環(huán)境是應(yīng)用 KeilC開發(fā)平臺，以此來進行程序的編譯、通訊以及程序的調(diào)試?，F(xiàn)在比較普遍的單片機編程語言主要有兩種 —— 匯編和 C51 編程語言 ,匯編語言的可讀性、可移植性差，沒有通用性， 而 C51 更接近人類語言、直觀、更易于描述復(fù)雜算法，所以選用的是 C51 語言。 方案提出 對本系統(tǒng)的軟件設(shè)計已經(jīng)準(zhǔn)備了 閉環(huán)數(shù)字控制方式和開環(huán)數(shù)字控制方式兩 套方案。首先單片機根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)來計算物體要移動的距離并控制物體往坐標(biāo)的大概方向運動，紅外發(fā) 6 射接收器來探測懸掛 物體 移動了多少個 1*1cm 的小方格 ,并經(jīng)過 A/D 送給單片機，單片機通過特定的算 法計算出物體的坐標(biāo)，并控制電機的轉(zhuǎn)動來控制物體往坐標(biāo)進發(fā)，在此過程中單片機不斷計算，不斷調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速和方向使懸掛 物體 做一定路線的移動。任何一個電路設(shè)計得不好，也會使物體運動產(chǎn)生很大的偏差 [5]。由圖可看出，此種控制方式與上面的控制 方式少了反饋電路 [6]。由于少了反饋電路，系統(tǒng)的精度只與單片機所采用的算法準(zhǔn)確性有關(guān)，此種方式電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低且易于調(diào)整和維護，是一種較理想的方式。 需求分析 當(dāng)今時代，是一個新技術(shù)層出不窮的時代。大部分的高等工科學(xué)校都已開設(shè)了單片機課程。目前，一個學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機的高潮正在工廠、學(xué)校及企事業(yè)單位大規(guī)模地興起。 步進電機是一種離散運動的裝置 [4]，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著緊密的本質(zhì)的聯(lián)系。 這里給出 懸掛運動控制系統(tǒng) 的要求： 基本要求： 1. 控制系統(tǒng)能夠通過鍵盤或其他方式任意設(shè)定坐標(biāo)點參數(shù)； 2. 控制物體在 80cm100cm 的范圍內(nèi)作自行設(shè)定的運動 ，運動軌跡長度不小于100cm，物體在運動時能夠在板上畫出運動軌跡，限 300秒內(nèi)完成； 3. 控制物體作圓心可任意設(shè)定、直徑為 50cm 的圓周運動，限 300秒內(nèi)完成； 4. 物體從左下角坐標(biāo)原點出發(fā)，在 150 秒內(nèi)到達設(shè)定的一個坐標(biāo)點 (兩點間直線距離不小于 40cm)。 首先是最小系統(tǒng)部分。根據(jù)設(shè)計之前對設(shè)計題目 的分析，可大致的了解到系統(tǒng)所要求程序和所要存儲數(shù)據(jù)單元的大小，這里采用的單片機為 SST系列單片機中的 SST89E58。 然后是信號的輸出部分。 最后本設(shè)計是要實現(xiàn)電機的驅(qū)動部份，因為，電機的驅(qū)動是用四項模擬信號輸入來控制的，所以要設(shè)計一個電機驅(qū)動電路，把單片機輸出的數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換成電機能夠使用的模擬信號。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 單片機本身具備比較強大的功能，但往往不能滿足一個實際應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，有些單片機本身就缺少一些功能部分需要擴展至應(yīng)用系統(tǒng)所要求的規(guī)模。 懸掛控制系統(tǒng)由鍵盤， MSC1602 液晶顯示器， SST89E58 單片機， 42BYG205 電機等組成。 鍵盤采用 4 4 矩陣鍵盤通過程序設(shè)計完成鍵盤掃描。單片機收到命令后，按照相應(yīng)的算法，經(jīng)過計算后發(fā)出控制信號傳給電機。 9 圖 功能框圖 原理總框圖： 圖 串行通信原理圖 詳細設(shè)計 硬件設(shè)計 1. 整體設(shè)計 懸掛運動控制系統(tǒng)主要由核心模塊、步進電機驅(qū)動模塊、輸入模塊、顯示模塊、通訊模塊等組成。本系統(tǒng)能夠完成以下功能：由 鍵盤輸入工作模式和坐標(biāo)數(shù)據(jù)，其中工作模式包括：模式 1：畫直線，輸入起點和終點的坐標(biāo)后，電機將帶動重物運動出一條直線的軌跡。模式 3： 3 邊圖形，輸入 3 個點的坐標(biāo)后，電機將帶動重物運動出一個三角形的軌跡。然后顯示模塊會將工作的狀態(tài)顯示在 LCD 上，反映輸入的數(shù)據(jù)是鍵盤控制部分 SST89C52 單片機控制部分 LCD 顯示部分 電機控制部分 微機 接收 串行通訊 PC 機顯示 單片機 10 否正確，和電機當(dāng)前的運行狀態(tài)。通訊模塊是能 max232 芯片，使用一定的協(xié)議，使單片機能與微機之間進行通訊，實現(xiàn)上位機與下位機之間的相互控制。 2. 主要功能模塊設(shè)計 懸掛運動控制系統(tǒng)主要由最小系統(tǒng)模塊、步進電機驅(qū)動模塊、輸入模塊、顯示模塊等組成。 (1) 核心模塊 核心模塊是整個懸掛運動系統(tǒng)的最基本 的部分。 SST98E58 內(nèi)部具有三總路線和 32K 的存儲器，所以不用擴展總線和外部存儲 [8]。 (2) 步進電機驅(qū)動模塊 步進電機的驅(qū)動模塊是完成對步進電機的驅(qū)動，步電機是由 +12V電壓驅(qū)動的，這個驅(qū)動電路的主要功能是將 +5V 的電壓轉(zhuǎn)換為 +12V電壓 [9]。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。感應(yīng)子式步步進電機大體分為兩種：① 反應(yīng)式步進電機，②感應(yīng)子式步進電機。我們的對步進電機驅(qū)動是將輸出 4 個的 +5V和 0V信號經(jīng)過集成運放 LM324 變換成兩個 +5V的信號 [9]，再經(jīng)過步進電機的驅(qū)動電路形成步進電機所需的兩個 +12V的信號，分別對應(yīng)步進電機的兩相 AB，按照上述順序變換，實現(xiàn)對步進電機的驅(qū)動。見圖 。當(dāng)某一鍵按下，并且列線掃描到該鍵所在的列時，會使該鍵所在的行線接口鉗制到低電平，這時就可以確定是那一個鍵按下了。見圖。有 8 根數(shù)據(jù)線（ D0～ D7）和三根控制線（ RS、 R/W、 E）與單片機相聯(lián) RS：數(shù)據(jù) /命令選擇端， R/W：讀寫選擇端，E：使能信號。 13 圖 輸入模塊框圖 (5) 通訊模塊 本懸掛運動控制系統(tǒng)利用單片機自帶的串行口，通過 max232 與微型計算機相聯(lián)，實現(xiàn)相互控制。 該器件包含 2 驅(qū)動器、 2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F 電平。 232C接口標(biāo)準(zhǔn)采用 EIA 電平。實際應(yīng)用常采用 ? 12V或 ? 15V。 ② 傳送順序： 第一個字符，表示圖形標(biāo)志，根據(jù)標(biāo)志位，決定數(shù)據(jù)位的字符個數(shù)。其中 1 表示直線， 2 表示圓形， 3 表示三角形， 4 表示四邊形， 5 表示五邊形。 圓形：連續(xù) 6 字節(jié)數(shù)據(jù)，前 4 個為圓心坐標(biāo)，后 2 個為半徑。 四邊形：連續(xù) 16 字節(jié)數(shù)據(jù)（四個點的坐標(biāo)），最后組裝成 8 個無符號字符型數(shù)據(jù)。 14 圖 顯示模塊框圖 (6) 系統(tǒng)組成原理圖 系統(tǒng)的總體框圖如圖 圖 系統(tǒng)控制硬件總框圖 15 3. 主要元器件功能與選用 (1) 步進電機介紹 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。 雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電 機在常規(guī)下使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。僅僅處于一種盲目的仿制階段。簽于上述情況，我們決定以廣泛的感應(yīng)子式步進電機為例。望能對廣大用戶在選型、使用、及整機改進時有所幫助。步進電機可分為反應(yīng)式步進電機（簡稱 VR）、永磁式步進電機（簡稱 PM）和混合式步進電機（簡稱 HB）。 步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。例如：三相步進電機的三拍工 作方式，其各相通電順序為 ABC－ D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A,B,C， D相的通斷。 ③ 控制步進電機的速度 如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。 直流電機又分為直流無刷電機和直流有刷電機，是最早實現(xiàn)調(diào)速的電動機，其優(yōu)點是 有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，高的效率，但其數(shù)字控制方面較難把握。 步進電機是多種機電設(shè)備中被廣泛應(yīng)用的一種電機 ，它 主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。三相、四相、五相步進電機分別有三個、四個、五個繞組，其它以此類推。轉(zhuǎn)子的主要結(jié)構(gòu)是磁性轉(zhuǎn)軸，當(dāng)定子中的繞組在相序信號作用下，有規(guī)律的通電、斷電工作時，轉(zhuǎn)子周圍就會有一個按此規(guī)律變化的電磁場，因此一個按規(guī)律變化的電磁力就會作用在 因此 轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動。另外步進電機還有動態(tài)響應(yīng)快易于起停，易于正反速及變速等優(yōu)點。 (4) 驅(qū)動方式的選擇 我們知道步進電動機使用脈沖電源工作。 ①單電壓驅(qū)動 單電壓驅(qū)動是指電動機繞組在工作時，只用一個電壓電源對繞組供電。 ②雙電壓驅(qū)動 雙電壓驅(qū)動是用提高電壓的方法使繞組中的電流上升波形變陡。這種驅(qū)動方法在低頻段具有單電壓驅(qū)動的特點，在高頻段具