步進電機實訓(xùn)報告

1、2010/2011學(xué)年第1學(xué)期專用周實訓(xùn)報告課程名稱 ： 可編程控制器專用周 班 級 ： 計算機控制0901 姓 名 ： 齊 珊 教學(xué)周數(shù) ： 1 周 指導(dǎo)教師 ： 吳洋 、吳剛 目錄一、課題題目及要求設(shè)計并制作一個基于3232點陣LED模塊的書寫顯示屏，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。在控制器的管理下，LED點陣模塊顯示屏工作在人眼不易覺察的掃描微亮和人眼可見的顯示點亮模式下；當(dāng)光筆觸及LED點陣模塊表面時，先由光筆檢測觸及位置處LED點的掃描微亮以獲取其行列坐標(biāo)，再依據(jù)功能需求決定該坐標(biāo)處的LED是否點亮至人眼可見的顯示狀態(tài)，從而在屏上實現(xiàn)“點亮、劃亮、反顯、整屏擦除、筆畫擦除、連寫多字、對象拖

2、移”等書寫顯示功能?？刂破?232 LED 點陣模塊 光筆 圖1-1 LED點陣書寫顯示屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)計的最終要求是：在點亮功能下當(dāng)光筆接觸屏上某點LED時，能即時點亮該LED；在劃亮功能下當(dāng)光筆快速劃過時，能同步點亮劃過的各LED，其速度要求2S內(nèi)能劃過并點亮40點LED；在反顯功能下能對屏上顯示的信息實現(xiàn)反向顯示；在屏幕擦除功能下能實現(xiàn)對屏上所顯示信息整屏擦除；在筆畫擦除功能下，能用光筆擦除屏上所顯漢字的筆畫；在連寫多字功能下，能結(jié)合自選的擦除方式，在30S內(nèi)以劃亮方式寫出四個漢字且存入機內(nèi)；在對象拖移功能下，能用光筆將選定顯示內(nèi)容在屏上進行拖移，先用光筆以劃亮方式在屏上圈定欲拖移顯示

3、對象，再用光筆將該對象拖移到屏上另一位置；當(dāng)光強改變時，能自動連續(xù)調(diào)節(jié)屏上顯示亮度；當(dāng)光筆連續(xù)未接觸屏面的時間超過1-5MIN時，自動關(guān)閉屏上顯示，并使系統(tǒng)進入休眠模式。二、實訓(xùn)目的1、運用Proteus中電子線路設(shè)計與仿真（了解電路分析、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)）2、熟練掌握電子線路設(shè)計與仿真的一般流程3、進一步熟練Proteus電路仿真工具和Keil仿真軟件進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)4、能夠?qū)W會使用可編程控制器等其它應(yīng)用系統(tǒng)的編程方法5、熟練在Keil軟件中熟練輸入、設(shè)置、調(diào)試、排除錯誤、修改及調(diào)試程序的方法6、對給定題目能進行系統(tǒng)設(shè)計，能畫出硬件原理圖及軟件流程圖7、掌握識別元器件類型、引腳的極性、

4、實物引腳排列方向8、掌握焊接元器件的方法，學(xué)會規(guī)劃、合理布局焊接路電路板方法9、能進行電路板的焊接，并能檢查存在的問題10、掌握簡單產(chǎn)品的開發(fā)流程和詳細(xì)的設(shè)計過程。11、提高和培養(yǎng)創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力12、進一步鞏固所學(xué)的理論知識，提高運用所學(xué)知識分析和解決實際問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)三、設(shè)計過程1、系統(tǒng)整體設(shè)計根據(jù)課題要求，LED點陣書寫顯示屏由主控模塊，按鍵電路、LED點陣模塊、光筆電路及LED點陣驅(qū)動顯示等部分組成。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：按鍵MCU驅(qū)動電 路LED點陣光筆檢 測LCD顯示光強檢 測圖2-1系統(tǒng)框圖2、核心控制模塊的的設(shè)計核心控制模塊是系統(tǒng)的大腦，控制著系統(tǒng)

5、的所有輸入輸出、計算、判斷與決策?！癓ED點陣書寫顯示屏”檢測精度要求高且數(shù)據(jù)存儲容量大，選擇適合的控制模塊，能確保其快速是實現(xiàn)穩(wěn)定及達到系統(tǒng)要求的基本條件。使用STC系列單片機，該系列單片機是高集成單片機，功能和性能都要比51系列強大很多。比如STC11F32是1T單片機，速度是AT89S51的12倍。而且內(nèi)部集成了內(nèi)置振蕩器和復(fù)位，EEPROM、ADC、PWM、四態(tài)I/O接口。3、光筆設(shè)計光筆設(shè)計的關(guān)鍵是選擇合適的傳感器件，具有很高的靈敏度和一定的響應(yīng)時間的傳感器才能完成系統(tǒng)的要求及功能。方案一：采用光敏二極管，與光敏電阻相比有較好的高頻特性，具有一定的可靠性，功耗低.相比于光敏電阻而言靈

6、敏度較差，需要較高倍數(shù)的放大器才能實現(xiàn)精準(zhǔn)識別的效果。方案二：采用光敏三極管，其工作原理與光敏二極管相似。但光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。所以其靈敏度更高，響應(yīng)時間快?；谝陨戏治?，我們采用光敏三極管作為光筆的檢測部件。4、顯示方案的設(shè)計采用LCD液晶顯示器。LCD有明顯的優(yōu)點：微功耗、尺寸小，超薄輕巧、顯示信息量大、字跡清晰、美觀、視覺舒適。使整個控制系統(tǒng)更加人性化。采用LCM301液晶顯示器，其是串行口顯示，所需I/O口較少，節(jié)省了資源，焊接電路時也較為方便。5、點陣顯示模式設(shè)計將點陣的驅(qū)動電源分為兩路，一路為正常電壓，另一路通過硬件電

7、路調(diào)節(jié)恰好能使點陣處于微亮狀態(tài)。結(jié)合軟件實現(xiàn)點陣的顯示模式的改變。這樣節(jié)省了資源的同時，也節(jié)約了時間。三、系統(tǒng)硬件設(shè)計1光筆的設(shè)計光筆用光電三極管3DU33型光敏三極管檢測點陣屏發(fā)光的強弱變化電壓信號，LM393為比較器。由于點陣的光強相對較弱，通過光電三極管的電流很小，通過串接硅二極管來提升光電三極管發(fā)射極電壓，方便后級比較器作業(yè)，便于單片機檢測信號。光筆原理圖如下圖3-1所示：圖3-1光筆原理圖在一空的筆殼內(nèi)，將光敏三極管放置在筆殼底端，光敏三極管的引腳從一個與其直徑等寬的空管引出至空管的頂部，并在其中一引腳中接一彈片，在接近的地方用銅片貫穿空管且正好卡在筆管的內(nèi)部。與此同時，用一彈簧套在

8、空管外部，并將其底不固定，這樣，當(dāng)筆管在點陣屏上上下抖動時，內(nèi)部光敏三極管就能很好的檢測了。其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：圖3-2光筆的結(jié)構(gòu)圖2 3232LED點陣的連接經(jīng)分析要想得到3232的點陣需要用16個共陽型88點陣（其引腳圖如圖3-3所示）來構(gòu)建。其方法是將點陣對應(yīng)的行線和列線分別進行連接，使每一條行線引腳接一行32個LED，列線也相同。圖3-3LED點陣3 3232LED點陣的驅(qū)動控制電路3232 LED點陣的行信息控制用2片74HC154，構(gòu)成532譯碼器，單片機口線控制其譯碼輸出。列的微亮掃描、點亮也分別用2片74HC154，4個片選分別單獨控制，微亮掃描（2.5V）、點亮（5V）電源

9、分別通過三極管構(gòu)成的開關(guān)加到點陣的列控制端。由于整屏顯示是1024個燈循環(huán)亮，為提高顯示亮度，限流電阻取51歐姆（取消也可以，但為了防止制作調(diào)試過程中燒壞LED燈，不取消為好），電路如圖3-4所示。微亮掃描時流過LED的電流為： （2.5-1.8）/51=13.7mA點亮點陣時流過LED的電流為： （5-1.8）/51=62.7mA流過LED電流雖然比較大，但時間很短，因此不會燒壞LED燈。圖3-4LED驅(qū)動電路4顯示電路部分功能及原理為了滿足系統(tǒng)在工作時能準(zhǔn)確顯示光筆對應(yīng)亮點所處的行列坐標(biāo)值，我們采用型號為LCM103的液晶顯示器顯示。LCM103為10位多功能通用型8段式液晶顯示模塊，內(nèi)含

10、看門狗時鐘發(fā)生器2種頻率的蜂鳴驅(qū)動電路內(nèi)置顯示RAM，可顯示任意字段筆畫劃3-4線串行接口可與任何單片機接口。其接口應(yīng)用模塊如圖3-5所示：引腳排列圖如表3-1所示。引腳符號說明輸入/輸出1VDD正電源，必須接！ 輸入2VLCDLCD屏工作電壓調(diào)整，可調(diào)整視角對比度，必須接！。輸入3/INTWDT/定時器輸出,集電極開路輸出，不用可不接。輸出4LED不用輸入5BZ壓電陶瓷蜂鳴片驅(qū)動 +極輸出6/BZ壓電陶瓷蜂鳴片驅(qū)動 極 輸出7/CS模塊片選,內(nèi)部上拉，必須接！ 輸入8/RD模塊數(shù)據(jù)讀出控制線，內(nèi)部上拉輸入9/WR模塊數(shù)據(jù)/指令寫入控制線,內(nèi)部上拉，必須接！ 輸入10DATA數(shù)據(jù)輸入/輸出,內(nèi)

11、部上拉，必須接！ 輸入/輸出11VSS負(fù)電源,接地線，必須接！圖3-5 LCD接口應(yīng)用模塊表3-1 LED接口引腳排列圖5鍵盤的使用及設(shè)計鍵盤是使用比較簡單的獨立式鍵盤，而且具有發(fā)光二極管指示功能模塊。在程序中采用中斷掃描的方式，在沒有鍵操作時CPU執(zhí)行正常程序，只在有鍵操作時才處理鍵盤程序。其電路如圖3-6所示：圖3-6獨立式鍵盤電路圖按鍵功能：按鍵一：實現(xiàn)點亮等功能；按鍵二：修改休眠時間；按鍵三：實現(xiàn)多姿連寫時的保存與回放；按鍵四：實現(xiàn)整屏擦除于休眠喚醒6光照的檢測與控制經(jīng)分析，想要實現(xiàn)當(dāng)環(huán)境光強改變時能自動連續(xù)調(diào)節(jié)屏上顯示亮度的要求，其關(guān)鍵是對點陣周圍環(huán)境光照的檢測與控制。我們通過硬件電

12、路很好的完成了對光照的檢測?；驹硎怯肔M358與光敏電阻夠成一恒流源并于三極管的基極連接，當(dāng)光敏電阻因光強的變化而改變其自身阻值時，三極管的基極電壓也會隨著變化。與其集電極連接的發(fā)光二極管的亮度也會伴隨著改變，以此判斷周圍光強的變化。電路如圖3-7所示：。圖3-7光照檢測四、系統(tǒng)軟件設(shè)計1主程序設(shè)計 主程序包括系統(tǒng)初始化，點陣掃描控制，液晶顯示，以及“反顯”、“擦除”等功能下數(shù)據(jù)處理程序，流程圖如圖4-1所示。其中點陣掃描控制程序，微亮掃描控制由單片機口控制對以譯碼器的片選和地址輸入，使點陣按行列有規(guī)律地循環(huán)點亮，由圖3-3知點亮顯示的列控制信息譯碼地址與微亮連接在一起，控制點亮的工作過程

13、是通過判斷點陣顯示緩沖內(nèi)容對應(yīng)位的信息，控制其片選，當(dāng)需要點亮?xí)r，控制片選有效，反之，控制片選無效，利用微亮掃描過程實現(xiàn)點亮控制。圖4-1主程序框圖2外中斷0服務(wù)程序（坐標(biāo)檢測）外中斷0是作為光筆的檢測使用，由圖3-2知，光筆碰觸顯示屏過程中，遇到發(fā)光點輸出翻轉(zhuǎn)的跳變信號，送給單片機中斷，作為中斷的觸發(fā)信號，由于中斷程序優(yōu)先執(zhí)行，打斷微亮掃描過程，在中斷服務(wù)程序中根據(jù)此時的行列掃描的序號，就可判斷光點的坐標(biāo)，進而為其他功能的實現(xiàn)提供依據(jù)，流程圖如圖4-2所示圖4-2中斷程序框圖3.外中斷1服務(wù)程序（按鍵處理）外中斷1為按鍵操作處理程序，如圖4-3所示：圖4-3外中斷1服務(wù)程序框圖4LCM103

14、驅(qū)動程序設(shè)計LCM103采用的是串行接口，所有數(shù)據(jù)都是在脈沖的作用下一位一位按順序?qū)懭肽K內(nèi)部，由時序圖知數(shù)據(jù)線上信息是在脈沖上升沿寫入。寫命令的數(shù)據(jù)格式是12位，單個寫數(shù)據(jù)的格式是13位，寫數(shù)據(jù)也可以連續(xù)寫，由于每個字位占用內(nèi)部3個RAM空間存放字段碼，因此寫數(shù)據(jù)采用連續(xù)寫方式比較好。在數(shù)據(jù)連續(xù)寫格式中，前面9位為模式位和模塊內(nèi)部RAM的起始地址，后面數(shù)據(jù)格式是每3位加1個0，取三個一組構(gòu)成一個字位的信息，也是12位，這樣就可以將所有寫操作（命令和數(shù)據(jù)）分為寫9位信息和寫12位信息兩個功能程序。顯示示字段的排列方式與LED數(shù)碼管一致，每位字段編碼由8段構(gòu)成，占用連續(xù)的3個地址空間，但在寫入格

15、式中每個數(shù)據(jù)是4位，編寫字符的字段碼時要給每個數(shù)據(jù)后加0，09顯示字符的字段碼如表4-1所示。表4-1 09顯示字符的字段碼字符二進制十六進制D0 D1 D2 D3D0 D1 D2 D3D0 D1 D2 D301 0 0 00 1 1 01 1 1 086EH11 0 0 00 0 1 00 0 0 0820H21 0 0 01 1 0 01 0 1 08CAH31 0 0 01 1 1 00 0 1 08E2H41 0 0 01 0 1 00 1 0 08A4H50 0 0 01 1 1 00 1 1 00e6H60 0 0 01 1 1 01 1 1 00EEH71 0 0 00 1 1 00 0 0 0860H81 0 0 01 1 1 01 1 1 08EEH91 0 0 01 1 1 00 1 1 08E6H地址低 高在寫數(shù)據(jù)送顯示之前，先按照初始化步驟進行初始化，然后寫數(shù)據(jù)，程序見附錄。六、總結(jié)短短的一周可編程控制器專用周已經(jīng)接近尾聲，在這一周中，我們按給定的題目進行設(shè)計。綜合運用所學(xué)的電路設(shè)計的基本知識，包括數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、可編程控制器和單片機控制原理、Proteus電子線路仿真等知識，實現(xiàn)對電機的控制。通過本次實訓(xùn)使我掌握了電子線路設(shè)計與仿真的一般過程，進一步理解Pr