旋轉(zhuǎn)磁場儀硬件和軟件設(shè)計(jì)與外文翻譯論文

1、 .PAGE69 / NUMPAGES78 .本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目：旋轉(zhuǎn)磁場儀的硬件設(shè)計(jì)院 （系）： 電子信息工程學(xué)院專 業(yè)： 生物醫(yī)學(xué)工程 班 級： 學(xué) 生： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2013年06月本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目：旋轉(zhuǎn)磁場儀的硬件設(shè)計(jì)院 （系）： 電子信息工程學(xué)院專 業(yè)： 生物醫(yī)學(xué)工程 班 級： 學(xué) 生： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2013年06月旋轉(zhuǎn)磁場儀的硬件設(shè)計(jì)摘要所有生物體都具有磁場，在生物體周圍的環(huán)境中也常常存在著很多形式的磁場，這些磁場對生物體的組織結(jié)構(gòu)和生理活動都會產(chǎn)生一定影響。磁場對生物體的影響效應(yīng)一方面和磁場本身的特征相關(guān)，別一方面也和生物的種類和磁場的作用部位有關(guān)。為了

2、更方便、準(zhǔn)確地研究旋轉(zhuǎn)磁場的生物效應(yīng)，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(jì)了一種以單片機(jī)為核心的高精度旋轉(zhuǎn)磁場儀。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)自身帶的定時(shí)中斷，I/O輸出以與將一些外圍器件等有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)用按鍵對步進(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。另外，采用優(yōu)化合理的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，用軟件編程等精確控制技術(shù)，使整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。本設(shè)計(jì)對系統(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

3、與將運(yùn)行狀態(tài)顯示于液晶屏。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)磁場；磁場生物效應(yīng)The Hardware Design of Rotating Magnetic FieldAbstractAll life forms have magnetism.All kinds of magnetic field would have some effects on the configuration and activities of life forms that whichever environmental magnetic,additional magnetic or inside magnetic

4、of organism.The biologic effects are related to the characteristics and the intension of the magnetic field,as well as the species and the tissues of the life forms.In order to study on biological effects of rotary magnetic field conveniently and precisely,In this subject, according to the knowledge

5、 has been learned of the electronic circuits,MCU control technology,and research and design a instrument for generating rotary magnetic field,which is based on a single-chip microcomputer.The design for the AT89C51 microcomputer as the core,the microcomputer itself with the timer interrupt,I/O outpu

6、t and peripheral devices combine to achieve a continuous speed control with buttons on the stepper motor,stepper motor real-time control and display of ways of working.In addition,the optimization of stepper motor drive circuit,software programming and precise control of the whole system is stable.T

7、he design of the system is the design and implementation of hardware and software,The hardware part includes the system schematic diagram based on the PROTEUS design,simulation and PCB circuit board production. The software design includes C language programming,with the keyboard input to control th

8、e stepper motor works,and will run the state displayed on the LCD screen to good effect in the actual production application.Key words: single chip microcomputer;step motor;rotary magnetic field;biological effects of magnetic fields目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc26765 中文摘要 PAGEREF _Toc26765 I HYPER

9、LINK l _Toc11546 英文摘要 PAGEREF _Toc11546 II HYPERLINK l _Toc30260 1 緒論 PAGEREF _Toc30260 1 HYPERLINK l _Toc17984 1.1 課題背景、意義與國外相關(guān)研究情況 PAGEREF _Toc17984 1 HYPERLINK l _Toc18 1.1.1 課題背景 PAGEREF _Toc18 1 HYPERLINK l _Toc1389 1.1.2 課題研究意義 PAGEREF _Toc1389 2 HYPERLINK l _Toc2773 1.1.3 國外相關(guān)研究情況 PAGEREF _To

10、c2773 2 HYPERLINK l _Toc28773 1.2 課題的主要研究容 PAGEREF _Toc28773 3 HYPERLINK l _Toc31692 1.3 論文的結(jié)構(gòu)安排 PAGEREF _Toc31692 4 HYPERLINK l _Toc3333 1.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc3333 4 HYPERLINK l _Toc18432 2 系統(tǒng)控制與所用軟件概述 PAGEREF _Toc18432 5 HYPERLINK l _Toc28745 2.1 步進(jìn)電機(jī)概述 PAGEREF _Toc28745 5 HYPERLINK l _Toc15411 2.1

11、.1 步進(jìn)電機(jī)的定義 PAGEREF _Toc15411 5 HYPERLINK l _Toc22745 2.1.2 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行原理概述 PAGEREF _Toc22745 5 HYPERLINK l _Toc21929 2.1.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的常用方式 PAGEREF _Toc21929 5 HYPERLINK l _Toc11039 2.2 PROTEUS軟件簡介 PAGEREF _Toc11039 6 HYPERLINK l _Toc14972 2.3 KEILC51軟件簡介 PAGEREF _Toc14972 6 HYPERLINK l _Toc17116 2.4 本章小結(jié) PAG

12、EREF _Toc17116 7 HYPERLINK l _Toc5446 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案規(guī)劃 PAGEREF _Toc5446 8 HYPERLINK l _Toc28311 3.1 設(shè)計(jì)容概述 PAGEREF _Toc28311 8 HYPERLINK l _Toc30566 3.2 系統(tǒng)功能概述 PAGEREF _Toc30566 8 HYPERLINK l _Toc19296 3.3 系統(tǒng)原理概述 PAGEREF _Toc19296 9 HYPERLINK l _Toc15920 3.4 系統(tǒng)總體硬件框圖 PAGEREF _Toc15920 9 HYPERLINK l _Toc111

13、87 3.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc11187 10 HYPERLINK l _Toc6848 4 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc6848 11 HYPERLINK l _Toc19081 4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)說明 PAGEREF _Toc19081 11 HYPERLINK l _Toc6477 4.2 系統(tǒng)主要器件選擇 PAGEREF _Toc6477 11 HYPERLINK l _Toc21463 4.2.1 單片機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc21463 11 HYPERLINK l _Toc11308 4.2.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc1

14、1308 14 HYPERLINK l _Toc22018 4.2.3 功率驅(qū)動芯片的選擇 PAGEREF _Toc22018 15 HYPERLINK l _Toc8172 4.2.4 外擴(kuò)程序存儲芯片 PAGEREF _Toc8172 15 HYPERLINK l _Toc3103 4.2.5 74LS373芯片 PAGEREF _Toc3103 15 HYPERLINK l _Toc18724 4.2.6 7404芯片 PAGEREF _Toc18724 15 HYPERLINK l _Toc12014 4.2.7 CD4068芯片 PAGEREF _Toc12014 15 HYPERL

15、INK l _Toc496 4.2.8 液晶顯示器的選擇 PAGEREF _Toc496 16 HYPERLINK l _Toc10996 4.3 系統(tǒng)模塊電路 PAGEREF _Toc10996 16 HYPERLINK l _Toc31802 4.3.1 晶振電路模塊 PAGEREF _Toc31802 16 HYPERLINK l _Toc19490 4.3.2 復(fù)位電路模塊 PAGEREF _Toc19490 16 HYPERLINK l _Toc22321 4.3.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊 PAGEREF _Toc22321 17 HYPERLINK l _Toc13282 4.3.4

16、串口通訊電路模塊 PAGEREF _Toc13282 17 HYPERLINK l _Toc6564 4.3.5 按鍵電路模塊 PAGEREF _Toc6564 18 HYPERLINK l _Toc21649 4.3.6 液晶顯示電路模塊 PAGEREF _Toc21649 18 HYPERLINK l _Toc31 4.3.7 外擴(kuò)程序存儲模塊 PAGEREF _Toc31 18 HYPERLINK l _Toc17828 4.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc17828 19 HYPERLINK l _Toc17655 5 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc17655 20

17、HYPERLINK l _Toc7687 5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說明 PAGEREF _Toc7687 20 HYPERLINK l _Toc31145 5.2 單片機(jī)主程序流程和初始化模塊 PAGEREF _Toc31145 20 HYPERLINK l _Toc11905 5.3 LCD初始化與顯示判斷模塊 PAGEREF _Toc11905 21 HYPERLINK l _Toc1075 5.4 按鍵掃描定時(shí)中斷控制模塊 PAGEREF _Toc1075 21 HYPERLINK l _Toc1051 5.5 步進(jìn)電機(jī)脈沖產(chǎn)生模塊 PAGEREF _Toc1051 23 HYPERLINK

18、 l _Toc10333 5.6 LCD字符提取模塊 PAGEREF _Toc10333 23 HYPERLINK l _Toc6876 5.7 本章小結(jié) PAGEREF _Toc6876 23 HYPERLINK l _Toc1024 6 系統(tǒng)仿真、PCB設(shè)計(jì)與實(shí)物展示 PAGEREF _Toc1024 24 HYPERLINK l _Toc11103 6.1 系統(tǒng)硬件仿真測試 PAGEREF _Toc11103 24 HYPERLINK l _Toc24272 6.1.1 系統(tǒng)仿真說明 PAGEREF _Toc24272 24 HYPERLINK l _Toc4614 6.1.2 開機(jī)界面

19、顯示 PAGEREF _Toc4614 24 HYPERLINK l _Toc28983 6.1.3 控制界面顯示 PAGEREF _Toc28983 24 HYPERLINK l _Toc1241 6.1.4 系統(tǒng)仿真波形 PAGEREF _Toc1241 26 HYPERLINK l _Toc9024 6.2 PCB電路板繪制 PAGEREF _Toc9024 28 HYPERLINK l _Toc13654 6.3 系統(tǒng)實(shí)物展示 PAGEREF _Toc13654 29 HYPERLINK l _Toc2980 6.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc2980 29 HYPERLINK

20、 l _Toc9655 7 結(jié)論 PAGEREF _Toc9655 30 HYPERLINK l _Toc30840 7.1 設(shè)計(jì)總結(jié) PAGEREF _Toc30840 30 HYPERLINK l _Toc30076 7.2 設(shè)計(jì)收獲 PAGEREF _Toc30076 30 HYPERLINK l _Toc22027 7.3 設(shè)計(jì)中存在的問題與解決方法 PAGEREF _Toc22027 30 HYPERLINK l _Toc18238 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc18238 32 HYPERLINK l _Toc11764 致 PAGEREF _Toc11764 34 HYPER

21、LINK l _Toc12818 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 PAGEREF _Toc12818 35 HYPERLINK l _Toc1896 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 PAGEREF _Toc1896 36 HYPERLINK l _Toc772 附錄系統(tǒng)總體原理圖 PAGEREF _Toc772 37 HYPERLINK l _Toc31558 附錄系統(tǒng)PCB效果圖 PAGEREF _Toc31558 38 HYPERLINK l _Toc30580 附錄系統(tǒng)源程序代碼 PAGEREF _Toc30580 39 HYPERLINK l _Toc8571 附錄英文文獻(xiàn)與翻譯 PAGER

22、EF _Toc8571 48緒論課題背景、意義與國外相關(guān)研究情況課題背景磁場對生物的影響與生物磁性的發(fā)現(xiàn)和研究有著悠久的歷史，但生物磁學(xué)作為磁學(xué)和生物學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科而獲得迅速發(fā)展的廣泛應(yīng)用以與受到普遍的重視，卻還是比較近期的事。我國是最早發(fā)現(xiàn)和利用磁性的國家，而且也是最早利用磁石治病，首先開創(chuàng)生物磁學(xué)的國家。遠(yuǎn)在兩千多年前的西漢初期，就有了磁石治病的記載。此后歷代的醫(yī)藥典籍上都有這方面的豐富資料。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(shí)期。到目前為止，在利用磁場治?。ù暖煟┖痛艌雎樽恚ù怕椋┓矫?，我國還是處于世界的領(lǐng)先地位。磁場生物效應(yīng)是生物磁學(xué)研究的一個(gè)重要容。地球上的生物是在

23、地球磁場( 很弱，約0.5G)的作用下生存和發(fā)展的，且已適應(yīng)地磁并把它作為正常生活條件的一部份，如同地球上的溫度、氣壓等。當(dāng)人為地改變生物體周圍的磁場時(shí)， 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)。磁場的生物效應(yīng)是近二、三十年才逐漸受到人們的重視。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、射線具有電離作用的輻射對人體的傷害作用與在醫(yī)學(xué)上的診斷治療作用均被廣泛認(rèn)識和接受1。長期以來，由于低頻率的電磁場(50Hz60Hz)對組織不產(chǎn)生熱效應(yīng)和可感知的物理或化學(xué)反應(yīng)，因此人們一直認(rèn)為這種電磁場對生物體沒有任何生物學(xué)效應(yīng)2。直到1967年聯(lián)人

24、Vyalov3調(diào)查了1068名接觸磁場強(qiáng)度為0.001T0.1T(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。這些效應(yīng)大多是暫時(shí)性功能性變化，但經(jīng)過3年5年也有產(chǎn)生不可逆的器質(zhì)變化。1979年，Wetherimer和Jeeper4首次報(bào)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)。盡管這一重要的流行病學(xué)研究在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為缺乏精確的電磁場強(qiáng)度和病例收集，但仍然引起了強(qiáng)烈反響。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，凡是接近強(qiáng)磁場的均增加患白血病和腦瘤的機(jī)會。這些情況使有關(guān)學(xué)者開始關(guān)注磁場的生物效應(yīng)。隨著核磁共振和磁療器械的應(yīng)用，人們接觸強(qiáng)磁場的機(jī)會越來

25、越多，更加重視磁場生物效應(yīng)的研究，并從動物實(shí)驗(yàn)和臨床觀察應(yīng)用兩方面取得了相當(dāng)?shù)某晒?。外加磁場對生物的影響，屬于磁場生物效用，而生物自身的磁場屬于生物此現(xiàn)象，兩者雖都是生物磁學(xué)研究的容，但它們屬于兩個(gè)不同的領(lǐng)域。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(qiáng)磁場、弱磁場所產(chǎn)生的生物效應(yīng)很不一樣，即使同樣類型的磁場，對于不同的生物層次，如生物分子、細(xì)胞、組織、器官和生物活體的影響也不一樣，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。課題研究意義生物的磁效應(yīng)，已經(jīng)是不爭的事實(shí)。生物磁學(xué)的研究雖然有著悠久的歷史，但較為系統(tǒng)的研究是

26、十九世紀(jì)末期特別是二十世紀(jì)中期的事。由于過去積累了不少資料，現(xiàn)代物理學(xué)、磁學(xué)和生物學(xué)的迅速發(fā)展，使生物磁學(xué)的研究圍不斷擴(kuò)大，加以當(dāng)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、宇宙航行等的現(xiàn)實(shí)需求，要求研究和應(yīng)用磁場對生物和人體的影響，生物磁性與生物結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系。此外，現(xiàn)代磁技術(shù)的迅速發(fā)展，提供了生物磁學(xué)的宏觀和微觀研究的物理基礎(chǔ)。既有現(xiàn)實(shí)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。目前除恒定磁場外，還對不同頻率不同強(qiáng)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與人體的影響進(jìn)行研究；根據(jù)電流產(chǎn)生磁場的效應(yīng)，生物體

27、的電流會在其周圍產(chǎn)生微弱磁場。對于這些生物磁場的研究，將有助于闡明生物活動中的一些生理和病理現(xiàn)象；生物的不同組織器官具有不同的磁性，這一方面與組織器官的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，另一方面也與其生理和病理狀態(tài)有關(guān)。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。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，并且也取得了一定的成就。旋轉(zhuǎn)磁場作用于生物體后，在生物體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)3。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，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的方法多種多樣。

28、常用直流電機(jī)帶動永久磁塊旋轉(zhuǎn)的方法來產(chǎn)生，對于直流電機(jī)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。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)大控制與邏輯運(yùn)算能力，研制具有高精確穩(wěn)定性旋轉(zhuǎn)磁場。國外相關(guān)研究情況關(guān)于旋轉(zhuǎn)磁場生物效應(yīng)的研究，近年來在國外都取得了許多新的進(jìn)展。目前已有實(shí)驗(yàn)研究了其對于血細(xì)胞5和血液流變學(xué)、組織愈合、酶和自由基、血糖與組織細(xì)胞6、膽汁、損傷康復(fù)、骨7、桿菌生長8等方面的影響。例如：1.低頻旋轉(zhuǎn)磁場對人體表面熱分布和血壓與心率的影響9：研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，0.4T低頻(7Hz)旋轉(zhuǎn)永磁場可以改善人體表面

29、熱分布，影響人體的收縮壓、舒壓、以與收縮與舒壓力差，降低患者的心率。該結(jié)果表示0.4T低頻(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。2.磁場對細(xì)胞生長分裂的影響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(xì)胞破碎，弱恒滋場能促進(jìn)細(xì)胞生長而強(qiáng)恒場則抑制細(xì)胞分裂，旋轉(zhuǎn)和平移磁場下，細(xì)胞的生物效應(yīng)大于恒場并隨著時(shí)間的延長會產(chǎn)生和脈沖場一樣的結(jié)果，生物效應(yīng)的強(qiáng)弱和細(xì)胞種類大小、運(yùn)動速度11以與細(xì)胞所處的不同時(shí)期均有關(guān)系。3.旋轉(zhuǎn)磁場對血細(xì)胞和血液流變學(xué)的影響12：對血細(xì)胞的影響：于玲娜等應(yīng)用磁感應(yīng)強(qiáng)度0.080.09T 的旋磁作用于試管的離體血液實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，白細(xì)胞在旋轉(zhuǎn)磁場

30、作用下，產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，使細(xì)胞代加強(qiáng)，部分細(xì)胞發(fā)生超微結(jié)構(gòu)的改變，也可能是引起白細(xì)胞減少的原因之一。磁場使紅細(xì)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(jìn)代；對血液流變學(xué)的影響：梁路光等報(bào)告，應(yīng)用磁感強(qiáng)度為0.09T的旋磁場作用于大鼠腹部，又以表面磁感強(qiáng)度為0.25T的磁片貼敷于大鼠腹部，各為每天30分鐘共1周，然后測定血液流變學(xué)的全血比粘度、血漿比粘度和紅細(xì)胞壓積等指標(biāo)13，結(jié)果在上述磁場作用下，實(shí)驗(yàn)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。立等報(bào)告，應(yīng)用磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.05T的磁片貼敷于關(guān)、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)

31、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。上述作者的研究表明，磁場有改善血液流變學(xué)的作用。4.磁場對組織愈合的影響：經(jīng)梁應(yīng)權(quán)15、常漢英16、續(xù)力民17、王萬春18等研究表明，磁場不僅對軟組織的損傷可以加快其愈合，而且對硬質(zhì)組織的骨折也可以促進(jìn)其愈合。5.磁場對瘢痕組織的影響2：于玲娜等進(jìn)行了磁場對瘢痕組織影響的觀察研究，以磁感應(yīng)強(qiáng)度0.080.09T的旋磁場作用于大鼠的人工瘢痕處，觀察對瘢痕組織的影響，結(jié)果通過光鏡可見表皮增厚，瘢痕與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(rèn)為磁療有防治瘢痕形成與促進(jìn)瘢痕軟化的作用。6.對某些酶和自由基的影響19：對

32、酶的影響：夏緒剛等應(yīng)用旋轉(zhuǎn)時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.08T的旋磁場作用于大鼠頸總動脈區(qū)20分鐘，觀察大鼠缺血再灌注大鼠磷脂酶A2(PLA2)和皮素( ET)含量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，旋磁場有抑制磷脂酶A2的活性與減低皮素含量的作用，對于腦缺血再灌注損傷有防治功效；對自由基的影響20：關(guān)于磁場對自由基的影響，國的研究結(jié)果表明，磁場具有清除自由基的作用11。課題的主要研究容該課題主要通過以單片機(jī)為核心控制，步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)高精確穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)磁場，其整體設(shè)計(jì)思路是：將磁場強(qiáng)度不同的永久磁條，通過固定架固定在步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，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。因而步進(jìn)電機(jī)

33、的轉(zhuǎn)數(shù)決定旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)頻率，永久磁場的強(qiáng)弱決定旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)度21。具體一點(diǎn)說就是，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ULN2003A驅(qū)動芯片，從而控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速22，以控制旋轉(zhuǎn)磁場的頻率；鍵盤可控制步進(jìn)電機(jī)的啟動/停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速和減速。液晶顯示器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)；并通過串口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)通信。其硬件系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制模塊（AT89S51單片機(jī)）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊（ULN2003A功率驅(qū)動芯片）、串口通信模塊（MAX232芯片）、液晶顯示模塊（AMPIRE12864液晶顯示器）、晶振模塊、鍵盤模塊，外擴(kuò)存儲器模塊（27512E

34、PROM芯片）等部分構(gòu)成。具體的設(shè)計(jì)容包括一下幾個(gè)方面：（1）明確系統(tǒng)功能要求，完成系統(tǒng)功能模塊的劃分；（2）在系統(tǒng)需求與設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求下，對整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)提出具體的設(shè)計(jì)方案；（3）完成系統(tǒng)的硬件原理設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)與PCB設(shè)計(jì)；（4）基于PROTEUS與KEILC51軟件完成系統(tǒng)仿真。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 介紹課題的背景與意義、主要研究容，并對相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀做簡要分析；第2章：系統(tǒng)控制與所用軟件概述步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的概念、控制方式與PROTEUS、KEILC51概述；第3章：系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案規(guī)劃 介紹了本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，并對系統(tǒng)原理進(jìn)行了介紹

35、；第4章：系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 硬件原理、系統(tǒng)涉與元件介紹與各模塊設(shè)計(jì)；第5章：系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 程序總體流程圖與各模塊流程圖；第6章：系統(tǒng)仿真、PCB設(shè)計(jì)與實(shí)物展示 運(yùn)用PROTEUS完成PCB設(shè)計(jì)，基于KEIL與PROTEUS進(jìn)行系統(tǒng)仿真，并完成了實(shí)物制作；第7章：總結(jié) 總結(jié)設(shè)計(jì)，得出結(jié)論，總結(jié)設(shè)計(jì)收獲和體會，同時(shí)指出整個(gè)設(shè)計(jì)工作的不足之處和需要改進(jìn)的地方。本章小結(jié)對本課題有了初步的了解，明白其要實(shí)現(xiàn)的功能。并且對該系統(tǒng)所涉與的元器件進(jìn)行查找，查閱相關(guān)資料，大體確定本系統(tǒng)的工作原理與主要容，確定所需要的模塊，為后續(xù)工作做好了充分的準(zhǔn)備。系統(tǒng)控制與所用軟件概述步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)的定義步進(jìn)電機(jī)指

36、的是以數(shù)字脈沖信號作為電機(jī)線或教位移的控制信號，并以數(shù)字脈沖頻率對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的動力控制系統(tǒng)。在負(fù)載正常圍的情況下，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)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(jī)的狀態(tài)不受負(fù)載的影響。電機(jī)的運(yùn)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(yùn)行速度也只和脈沖信號的頻率有直接關(guān)系。這種采用弱點(diǎn)控制強(qiáng)電的控制方式使得步進(jìn)電機(jī)在速度、位移等控制領(lǐng)域有著普通電機(jī)不能比擬的優(yōu)勢18。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行原理概述慢速同步電動機(jī)是感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的別稱。原因是：相序?yàn)樗牡碾姍C(jī)以四相運(yùn)行可以，同時(shí)以二相運(yùn)行也能達(dá)到效果。打個(gè)比方：以相序四，節(jié)拍為八來運(yùn)轉(zhuǎn)(A-AB-B-B

37、C-C-CD-D-DA-A)也能夠使用兩相八拍的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。很容易總結(jié)出這樣運(yùn)轉(zhuǎn)的條件是 ，。一個(gè)二相電機(jī)的部繞組和四相的全部一樣，在實(shí)際使用中，相序?yàn)槎嗟幕緸楣β瘦^小的電機(jī)，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了充分應(yīng)用其靈活的動態(tài)特性，通常用八根接線對其進(jìn)行連接通電，這樣應(yīng)用的好處是：電機(jī)不但能以四相應(yīng)用，也能二相應(yīng)用，大大提高了其利用率。步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動的條件是：按照一定順序?qū)ζ鋭畲爬@阻進(jìn)行通電即可實(shí)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。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(jià)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。感應(yīng)子式步進(jìn)電

38、機(jī)一般可以按照機(jī)座號和相許數(shù)量進(jìn)行細(xì)致分類。按照機(jī)座號可分為：42BYG、57BYG、86BYG、110BYG (國際標(biāo)準(zhǔn))。按照相序數(shù)量可分為：五相、四相、三相、二相電機(jī)等。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的常用方式1.變頻器控制方式使用變頻器對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制時(shí)，可以很好的解決步進(jìn)電機(jī)在啟動和停止時(shí)容易失步的問題，提高了系統(tǒng)的控制精度。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(jìn)電機(jī)的控制難度。PLC控制方式使用ABB、西門子、歐姆龍等國際知名PLC生產(chǎn)制造商研發(fā)的系列PLC產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的理想化控制，但是基于PLC核心的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)成本高昂，且難以實(shí)現(xiàn)精確控制，在本系統(tǒng)中不

39、太適合。3.單片機(jī)控制方式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(jī)特別是8051系列單片機(jī)作為控制核心的步進(jìn)電機(jī)控制電路在生產(chǎn)生活領(lǐng)域得到了普與，單片機(jī)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(jià)格便宜、通用性的接口以與編程簡易。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(gè)新的高度。由于步進(jìn)電機(jī)是典型的脈沖控制運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，而8051系列單片機(jī)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(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中使用，逐漸成為國外控制步進(jìn)電機(jī)的主流方式。PROTEUS軟件簡介英國Lab center electronic

40、s公司研發(fā)的Proteus ISIS24軟件一款用于電子分析和系統(tǒng)仿真的軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)與外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)與外圍器件的工具。雖然目前國推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。它可以對數(shù)字、模擬電路和嵌入式開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件仿真且基于Windows平臺，其特性包括以下幾方面25：1.實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的仿真功能。在其7.1版本中提供了眾多單片機(jī)模型，包括：8051系列、AVR系列、Z80系列、PIC系列、HC11系列以與各種接口電路。2.實(shí)現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的交互仿真功能。具有數(shù)字電

41、路和模擬電路、單片機(jī)與接口電路系統(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。3.集原理圖和PCB繪制功能于一身，對電路系統(tǒng)完成原理圖設(shè)計(jì)后可直接進(jìn)行印刷電路板的繪制。4.硬件仿真和軟件仿真的結(jié)合調(diào)試功能。支持編譯和調(diào)試環(huán)境軟件KEILC51與其的完美結(jié)合。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(shí)現(xiàn)同步連調(diào)。KEILC51軟件簡介KEILC51是HYPERLINK :/baike.baidu /view/239

42、8.htm美國KEIL Software公司出品的51系列兼容HYPERLINK :/baike.baidu /view/1012.htm單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。KEILC51軟件基于Windows平臺，提供豐富的編程語言選擇和強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試環(huán)境。且使用KEILC51進(jìn)行軟件開發(fā)時(shí)，生成語句快，代碼緊湊，簡單易懂。在實(shí)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(jì)算機(jī)軟件開發(fā)人員進(jìn)行軟件開發(fā)時(shí)很好的工具26。KEILC51提供了包括CHYPERLINK :/baike.baidu /view/487

43、018.htm編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)HYPERLINK :/baike.baidu /view/14867.htm集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。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(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。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(yùn)行原理與控制方式，并確定了本課題的控制方式。本文所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)為核心的嵌入式開發(fā)控制系統(tǒng)。并查閱軟件資料，學(xué)習(xí)了相關(guān)軟件，為后續(xù)設(shè)計(jì)的開展打

44、下了基礎(chǔ)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案規(guī)劃設(shè)計(jì)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(jì)和軟件編程相結(jié)合的手段對系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)的搭建，在軟件設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)系統(tǒng)以軟件結(jié)合硬件的設(shè)計(jì)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(jì)，該系統(tǒng)的硬件和軟件仿真可在WINDOWS環(huán)境下進(jìn)行，在實(shí)際調(diào)試的過程中，可以根據(jù)程序模塊的實(shí)際需求進(jìn)行擴(kuò)展和修改，并實(shí)現(xiàn)即時(shí)的更新功能。綜上所述，

45、本文需要對以下幾個(gè)方面容進(jìn)行研究：1.系統(tǒng)硬件的選擇。考慮到本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于畢業(yè)設(shè)計(jì)的，因此在設(shè)計(jì)中以畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求為準(zhǔn)。同時(shí)，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的前提下要盡量考慮設(shè)計(jì)成本的縮減。2.系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)和繪制。在系統(tǒng)硬件芯片選擇完成后，需要根據(jù)系統(tǒng)功能進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計(jì)和繪制。具體來說，應(yīng)該盡量采用典型的電路模塊，以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)研發(fā)的要求，同時(shí)，本系統(tǒng)需要在PROTEUS仿真平臺下進(jìn)行預(yù)測試，因此，在電路設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到仿真元件的可移植性，以便于進(jìn)行系統(tǒng)硬件仿真。3.系統(tǒng)軟件編程。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(shí)需要具備與

46、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。4.采用PROTEUS軟件完成系統(tǒng)PCB電路板的繪制和制作?？紤]到系統(tǒng)在設(shè)計(jì)完成之后需要出實(shí)物，因此需要完成對系統(tǒng)PCB電路板的繪制。5.系統(tǒng)硬件和軟件仿真。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，需要對其進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性。本系統(tǒng)在軟件中采用KEIL軟件仿真平臺對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，同時(shí)根據(jù)KEIL生成的HEX文件，結(jié)合PROTEUS單片機(jī)系統(tǒng)仿真軟件，完成對系統(tǒng)硬件的仿真運(yùn)行。系統(tǒng)功能概述本系統(tǒng)基于畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，需要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，將磁場強(qiáng)度不同的永久磁條，通過固定架固定在步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，其永久磁鐵產(chǎn)生的

47、磁場也跟著旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。因而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)決定旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)頻率，永久磁場的強(qiáng)弱決定旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)度。具體一點(diǎn)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ULN2003A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。液晶顯示器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)；并通過串口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)通信。在綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)等各方面因素后明確系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能：硬件部分：(1)單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需的平穩(wěn)電壓；(2)液晶顯示模塊；(3)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的鍵盤；(4)時(shí)鐘電路與復(fù)位電路；(5)步進(jìn)

48、電機(jī)運(yùn)行的驅(qū)動和功率放大電路設(shè)計(jì)；（6）串口通訊模塊；（7）外擴(kuò)程序存儲模塊；（8）用PROTEUS對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)、仿真和對系統(tǒng)輸出進(jìn)行測試。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(shí)器中斷服務(wù)程序；(5)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)控制程序；(6)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)控制程序；(7)步進(jìn)電機(jī)加速控制程序；(8)步進(jìn)電機(jī)減速控制程序；(9)步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)控制程序；(10)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行節(jié)拍控制程序。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(yùn)行狀態(tài)的顯示。(參見附錄電路原理圖)AT89C51單片機(jī)有40個(gè)引腳，我們用P

49、1口的P1.0-P1.4引腳擴(kuò)展步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制鍵盤，設(shè)計(jì)完成后，包括停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速一共五個(gè)按鍵。P1.5，P1.6，P1.7，P3.6四個(gè)引腳分別和與非門芯片7404的輸入端相連用于擴(kuò)展步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的驅(qū)動控制芯片ULN2003A。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。P2口連接AMPIRE128*64液晶顯示模塊的DB0-DB7，用于單片機(jī)和液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)傳輸，P3.2，P3.4，P3.5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

50、子。在實(shí)際工作時(shí)，當(dāng)R/W為低電平，E為信號下降沿時(shí)鎖存DB0-DB7的數(shù)據(jù)；R/W為高電平，E為信號上升沿時(shí)，DDRAM的數(shù)據(jù)讀到DB0-DB7中。P3.0，P3.1分別與液晶顯示模塊的CS1 (左半屏片選端)和CS2 (右半屏片選端)相連用于對液品模塊的顯示進(jìn)行編程設(shè)置。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制部分采用專用芯片ULN2003A進(jìn)行控制，其輸出管腳1C-4C連接四相六線步進(jìn)電機(jī)的相序控制端。COM端連接+12V電源用于對其工作進(jìn)行供電。當(dāng)然ULN2003A在接入單片機(jī)控制脈沖時(shí)必須連接限流電阻，這已經(jīng)在原理圖上反映出來了。系統(tǒng)總體硬件框圖本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)芯片作為核心，利用AT89S51單

51、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ULN2003A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。液晶顯示器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)；并通過串口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)通信。因此可總結(jié)系統(tǒng)框圖如下所示：鍵盤模塊步進(jìn)電機(jī) A T89S51單片機(jī) 驅(qū)動模塊 液晶顯示模塊 串口模塊晶振模塊PC外擴(kuò)存儲模塊圖3.1 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容、系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，以與明白本系統(tǒng)的原理。并且制定了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，接下來才可以選出合適的器件以與對系統(tǒng)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬

52、件設(shè)計(jì)說明首先，在系統(tǒng)核心控制芯片的選擇上，我們釆用AT89C51單片機(jī)。ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)是一種低功耗/電壓、高性能的8位單片機(jī)，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MCS-51系統(tǒng)兼容，片的Flash ROM允許在系統(tǒng)改編程序或者用其他編程器件進(jìn)行編程。部包含256字節(jié)RAM，4個(gè)8位并行I/O口，多個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級，2個(gè)定時(shí)計(jì)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(jià)格便宜的控制芯片27。其次，由于單片機(jī)輸出的脈沖信號非常微弱，不能直接用于驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，因此需要采用功率驅(qū)動芯片。根據(jù)上文所述

53、的硬件典型電路模塊的設(shè)計(jì)方案，我們在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用集成達(dá)林頓管ICULN2003A作為系統(tǒng)的功率驅(qū)動芯片，該芯片是目前步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行最常見的芯片，符合我們典型電路模塊設(shè)計(jì)的要求。再次，考慮到要對系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，因此需要采用人機(jī)對話的方式進(jìn)行，具體來來說，需要采用按鍵控制實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)中采用5個(gè)獨(dú)立按鍵完成對系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的控制。獨(dú)立按鍵的設(shè)計(jì)可以很好的節(jié)約系統(tǒng)I/O端子，同時(shí)在軟件編程中也更易操作，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。在實(shí)際編程時(shí)，我們采用按鍵掃描的方式進(jìn)行按鍵程序的編寫。最后，通過液晶顯示模塊顯示參數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解決實(shí)時(shí)監(jiān)控的問題，同時(shí)需要建立可操作的人機(jī)通訊液晶顯示界

54、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。系統(tǒng)主要器件選擇單片機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)由美國ATMEL公司生產(chǎn)，具有低電壓和高性能等特點(diǎn)，并且屬于CM0S8位單片機(jī)系列。其部含有容量為4K的PEROM和存儲空間為128比特的RAM，并且還有通用的8位中央處理器(CPU)以與Flash存儲單元。該器件的生產(chǎn)技術(shù)具有集成度高、程序不容流失且保持時(shí)間長等存儲有點(diǎn)，對MCS-51指令系統(tǒng)也完全兼容26。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(jià)比高，可靈活應(yīng)用于生活生產(chǎn)等各種控制領(lǐng)域28

55、。引腳排列如圖4.1所示：圖4.1 AT89C51引腳結(jié)構(gòu)圖1.主要性能參數(shù)：兼容MCS-51系列單片機(jī)；4k重復(fù)利用閃存；指令擦寫周期數(shù)可達(dá)到一千次；全靜態(tài)操作；0赫茲24兆赫茲；3級的ROM加密級別，良好的程序性；部數(shù)據(jù)存儲器達(dá)128*8K；I/0數(shù)據(jù)口達(dá)32個(gè)，且都可獨(dú)立編程；兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，位數(shù)為16位；六個(gè)中斷源；可編程串行UART通道。2.AT89C51的控制功能主要有29：4k大小的Flash高速存儲器，128字節(jié)部數(shù)據(jù)存儲器，32個(gè)I/O數(shù)據(jù)口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)中斷構(gòu)造，一個(gè)全雙工串行通信口，部集成振蕩器和時(shí)鐘電路。在使用時(shí)，該款單片機(jī)邏輯操作頻率可達(dá)O赫茲，且省

56、電模式達(dá)到兩種。在停止CPU工作的狀態(tài)下可選擇空閑模式，然而RAM，定時(shí)/計(jì)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(gè)硬件復(fù)位時(shí)振蕩器才繼續(xù)開始工作。3.AT89C51管腳說明30：VCC：供電電壓；GND：接地；P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為HYPERLINK :/baike.baidu /view/1410710.htm高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)HYPERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/

57、地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻22。P1口：P1口是一個(gè)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣

58、故。P2口當(dāng)用于外部HYPERLINK :/baike.baidu /view/421016.htm程序存儲器或16位地址HYPERLINK :/baike.baidu /view/1273932.htm外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)HYPERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其HYPERLINK :/baike.baidu /view/714719.htm特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和HYPERLINK :/bai

59、ke.baidu /view/8407048.htm控制信號。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。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。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表4.1所示：表4.1 P3口的特殊功能管腳特殊功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6（HYPERLINK :/baike.baidu /

60、view/1273932.htm外部數(shù)據(jù)HYPERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm存儲器寫選通）P3.7（HYPERLINK :/baike.baidu /view/1273932.htm外部數(shù)據(jù)HYPERLINK :/baike.baidu /view/87697.htm存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些HYPERLINK :/baike.baidu /view/8407048.htm控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)HYPERLINK :/baike.baidu /view/713240.htm機(jī)器周期的