步進(jìn)電機(jī)實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、2010/2011學(xué)年第1學(xué)期專用周實(shí)訓(xùn)報(bào)告課程名稱 ： 可編程控制器專用周 班 級(jí) ： 計(jì)算機(jī)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(jì)并制作一個(gè)基于3232點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)亮模式下；當(dāng)光筆觸及LED點(diǎn)陣模塊表面時(shí)，先由光筆檢測(cè)觸及位置處LED點(diǎn)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(diǎn)亮至人眼可見的顯示狀態(tài)，從而在屏上實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)亮、劃亮、反顯、整屏擦除、筆畫擦除、連寫多字、對(duì)象拖

2、移”等書寫顯示功能?？刂破?232 LED 點(diǎn)陣模塊 光筆 圖1-1 LED點(diǎn)陣書寫顯示屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)計(jì)的最終要求是：在點(diǎn)亮功能下當(dāng)光筆接觸屏上某點(diǎn)LED時(shí)，能即時(shí)點(diǎn)亮該LED；在劃亮功能下當(dāng)光筆快速劃過時(shí)，能同步點(diǎn)亮劃過的各LED，其速度要求2S內(nèi)能劃過并點(diǎn)亮40點(diǎn)LED；在反顯功能下能對(duì)屏上顯示的信息實(shí)現(xiàn)反向顯示；在屏幕擦除功能下能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)漢字且存入機(jī)內(nèi)；在對(duì)象拖移功能下，能用光筆將選定顯示內(nèi)容在屏上進(jìn)行拖移，先用光筆以劃亮方式在屏上圈定欲拖移顯示

3、對(duì)象，再用光筆將該對(duì)象拖移到屏上另一位置；當(dāng)光強(qiáng)改變時(shí)，能自動(dòng)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(shí)間超過1-5MIN時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉屏上顯示，并使系統(tǒng)進(jìn)入休眠模式。二、實(shí)訓(xùn)目的1、運(yùn)用Proteus中電子線路設(shè)計(jì)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(jì)與仿真的一般流程3、進(jìn)一步熟練Proteus電路仿真工具和Keil仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)4、能夠?qū)W會(huì)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(cuò)誤、修改及調(diào)試程序的方法6、對(duì)給定題目能進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能畫出硬件原理圖及軟件流程圖7、掌握識(shí)別元器件類型、引腳的極性、

4、實(shí)物引腳排列方向8、掌握焊接元器件的方法，學(xué)會(huì)規(guī)劃、合理布局焊接路電路板方法9、能進(jìn)行電路板的焊接，并能檢查存在的問題10、掌握簡(jiǎn)單產(chǎn)品的開發(fā)流程和詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程。11、提高和培養(yǎng)創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力12、進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)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(jì)過程1、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)根據(jù)課題要求，LED點(diǎn)陣書寫顯示屏由主控模塊，按鍵電路、LED點(diǎn)陣模塊、光筆電路及LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)顯示等部分組成。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：按鍵MCU驅(qū)動(dòng)電 路LED點(diǎn)陣光筆檢 測(cè)LCD顯示光強(qiáng)檢 測(cè)圖2-1系統(tǒng)框圖2、核心控制模塊的的設(shè)計(jì)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(jì)算、判斷與決策?！癓ED點(diǎn)陣書寫顯示屏”檢測(cè)精度要求高且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，選擇適合的控制模塊，能確保其快速是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定及達(dá)到系統(tǒng)要求的基本條件。使用STC系列單片機(jī)，該系列單片機(jī)是高集成單片機(jī)，功能和性能都要比51系列強(qiáng)大很多。比如STC11F32是1T單片機(jī)，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(jì)光筆設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)識(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。所以其靈敏度更高，響應(yīng)時(shí)間快?；谝陨戏治觯覀儾捎霉饷羧龢O管作為光筆的檢測(cè)部件。4、顯示方案的設(shè)計(jì)采用LCD液晶顯示器。LCD有明顯的優(yōu)點(diǎn)：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(gè)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(shí)也較為方便。5、點(diǎn)陣顯示模式設(shè)計(jì)將點(diǎn)陣的驅(qū)動(dòng)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(diǎn)陣處于微亮狀態(tài)。結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣的顯示模式的改變。這樣節(jié)省了資源的同時(shí)，也節(jié)約了時(shí)間。三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1光筆的設(shè)計(jì)光筆用光電三極管3DU33型光敏三極管檢測(cè)點(diǎn)陣屏發(fā)光的強(qiáng)弱變化電壓信號(hào)，LM393為比較器。由于點(diǎn)陣的光強(qiáng)相對(duì)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(jí)比較器作業(yè)，便于單片機(jī)檢測(cè)信號(hào)。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(gè)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(shí)，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(diǎn)陣屏上上下抖動(dòng)時(shí)，內(nèi)部光敏三極管就能很好的檢測(cè)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(diǎn)陣的連接經(jīng)分析要想得到3232的點(diǎn)陣需要用16個(gè)共陽(yáng)型88點(diǎn)陣（其引腳圖如圖3-3所示）來構(gòu)建。其方法是將點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)的行線和列線分別進(jìn)行連接，使每一條行線引腳接一行32個(gè)LED，列線也相同。圖3-3LED點(diǎn)陣3 3232LED點(diǎn)陣的驅(qū)動(dòng)控制電路3232 LED點(diǎn)陣的行信息控制用2片74HC154，構(gòu)成532譯碼器，單片機(jī)口線控制其譯碼輸出。列的微亮掃描、點(diǎn)亮也分別用2片74HC154，4個(gè)片選分別單獨(dú)控制，微亮掃描（2.5V）、點(diǎn)亮（5V）電源

9、分別通過三極管構(gòu)成的開關(guān)加到點(diǎn)陣的列控制端。由于整屏顯示是1024個(gè)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(shí)流過LED的電流為： （2.5-1.8）/51=13.7mA點(diǎn)亮點(diǎn)陣時(shí)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(shí)間很短，因此不會(huì)燒壞LED燈。圖3-4LED驅(qū)動(dòng)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(shí)能準(zhǔn)確顯示光筆對(duì)應(yīng)亮點(diǎn)所處的行列坐標(biāo)值，我們采用型號(hào)為L(zhǎng)CM103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(shí)鐘發(fā)生器2種頻率的蜂鳴驅(qū)動(dòng)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(jī)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(hào)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(duì)比度，必須接！。輸入3/INTWDT/定時(shí)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(dòng) +極輸出6/BZ壓電陶瓷蜂鳴片驅(qū)動(dòng) 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(jì)鍵盤是使用比較簡(jiǎn)單的獨(dú)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(shí)CPU執(zhí)行正常程序，只在有鍵操作時(shí)才處理鍵盤程序。其電路如圖3-6所示：圖3-6獨(dú)立式鍵盤電路圖按鍵功能：按鍵一：實(shí)現(xiàn)點(diǎn)亮等功能；按鍵二：修改休眠時(shí)間；按鍵三：實(shí)現(xiàn)多姿連寫時(shí)的保存與回放；按鍵四：實(shí)現(xiàn)整屏擦除于休眠喚醒6光照的檢測(cè)與控制經(jīng)分析，想要實(shí)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)改變時(shí)能自動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié)屏上顯示亮度的要求，其關(guān)鍵是對(duì)點(diǎn)陣周圍環(huán)境光照的檢測(cè)與控制。我們通過硬件電

12、路很好的完成了對(duì)光照的檢測(cè)?；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(qiáng)的變化而改變其自身阻值時(shí)，三極管的基極電壓也會(huì)隨著變化。與其集電極連接的發(fā)光二極管的亮度也會(huì)伴隨著改變，以此判斷周圍光強(qiáng)的變化。電路如圖3-7所示：。圖3-7光照檢測(cè)四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1主程序設(shè)計(jì) 主程序包括系統(tǒng)初始化，點(diǎn)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(diǎn)陣掃描控制程序，微亮掃描控制由單片機(jī)口控制對(duì)以譯碼器的片選和地址輸入，使點(diǎn)陣按行列有規(guī)律地循環(huán)點(diǎn)亮，由圖3-3知點(diǎn)亮顯示的列控制信息譯碼地址與微亮連接在一起，控制點(diǎn)亮的工作過程

13、是通過判斷點(diǎn)陣顯示緩沖內(nèi)容對(duì)應(yīng)位的信息，控制其片選，當(dāng)需要點(diǎn)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(shí)現(xiàn)點(diǎn)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(cè)）外中斷0是作為光筆的檢測(cè)使用，由圖3-2知，光筆碰觸顯示屏過程中，遇到發(fā)光點(diǎn)輸出翻轉(zhuǎn)的跳變信號(hào)，送給單片機(jī)中斷，作為中斷的觸發(fā)信號(hào)，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(shí)的行列掃描的序號(hào)，就可判斷光點(diǎn)的坐標(biāo)，進(jìn)而為其他功能的實(shí)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(dòng)程序設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)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(gè)字位占用內(nèi)部3個(gè)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(gè)0，取三個(gè)一組構(gòu)成一個(gè)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(gè)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(gè)地址空間，但在寫入格

15、式中每個(gè)數(shù)據(jù)是4位，編寫字符的字段碼時(shí)要給每個(gè)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(jìn)制十六進(jìn)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(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)。綜合運(yùn)用所學(xué)的電路設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，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(jī)控制原理、Proteus電子線路仿真等知識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。通過本次實(shí)訓(xùn)使我掌握了電子線路設(shè)計(jì)與仿真的一般過程，進(jìn)一步理解Pr