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本科畢業(yè)論文（設(shè)計）(2015 屆)三維雕刻機(jī)的刀頭控制系統(tǒng)設(shè)計院 系 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 姓 名 指導(dǎo)教師 助教 2015 年 5 月學(xué)號：11084410922015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）摘 要三維雕刻機(jī)的刀頭控制系統(tǒng)是三維雕刻機(jī)控制的主要核心，它控制系統(tǒng)的性能直接關(guān)系著三維雕刻機(jī)的加工質(zhì)量和加工效率，對雕刻機(jī)的性價比有著重要的影響。本論文在對三維雕刻機(jī)的刀頭系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和功能實現(xiàn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出一個以 STC89C52 單片機(jī)為處理器的控制系統(tǒng)解決方案，充分利用 STC89C52 單片機(jī)處理器的高速運算能力，大大減少了系統(tǒng)的外圍接口器件，有效的降低系統(tǒng)成本。同時對整個系統(tǒng)的硬件開發(fā)作了詳細(xì)說明。電源的選型及設(shè)計、1602LCD 液晶顯示模塊及鍵盤的應(yīng)用設(shè)計、電機(jī)的驅(qū)動電路設(shè)計等。軟件部分包括應(yīng)用程序的設(shè)計，應(yīng)用程序的設(shè)計包括設(shè)備驅(qū)動程序、液晶顯示、鍵盤操作、電機(jī)控制等。同時利用仿真軟件對系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行仿真和調(diào)試。關(guān)鍵詞：運動控制系統(tǒng)；STC89C52；驅(qū)動電路2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）Abstract3D carving machine control system of the cutting tools of 3D engraving machine as control core, the performance of the control system of 3D carving machine has a close relationship with the machining quality and efficiency, and has an important influence for engraving machine price. In this paper the three-dimensional carving machine system structure principle and function of the realization of the cutting tools, on the basis of analysis, put forward a STC89C52 single-chip microcomputer as the processor control system solutions, make full use of the high-speed computing power of STC89C52 singlechip processor, greatly reduces the system's peripheral interface devices, effectively reduce the system cost.Also illustrates in detail the hardware development of the whole system: the power of selection and design, the application of 1602 LCD liquid crystal display module and keyboard design, motor drive circuit design, etc. Software part includes the design of the application, the design of the application including device drivers, liquid crystal display, keyboard operation, motor control, etc. At the same time by using the simulation software for simulation system design and debugging.Keywords:Motion control system; STC89C52; Driver circuitI2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）目 錄摘要 IABSTRACT.II目錄 III1 緒論 11.1 研究背景 11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3 研究目的與意義 21.4 本章小結(jié) .22 系統(tǒng)總體設(shè)計 22.1 設(shè)計要求 22.2 系統(tǒng)設(shè)計方案 .32.3 本章小結(jié) .33 系統(tǒng)硬件設(shè)計 43.1 最小系統(tǒng)設(shè)計 .43.2 顯示電路設(shè)計 .63.3 控制及驅(qū)動電路設(shè)計 93.4 本章小結(jié) .114 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .114.1 主程序 114.2 按鍵子程序 124.3 液晶 LCD1602 顯示子程序 134.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動子程序 144.5 本章小結(jié) 165 聯(lián)調(diào)與測試 .165.1 硬件調(diào)試 165.2 軟件調(diào)試 175.3 本章小結(jié) 19致謝 .20II2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）參考文獻(xiàn) .21附錄 A：系統(tǒng)仿真模擬圖 .22附錄 B：系統(tǒng)源程序 .23IIIIV2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）11 緒論1.1 研究背景隨著科技的發(fā)展和人們對物質(zhì)基礎(chǔ)的無限追求，雕刻機(jī)在近些年不斷發(fā)展。其中，從一開始的直線雕刻，到后來的二維坐標(biāo)雕刻，那么現(xiàn)在我們將雕刻做到三維立體坐標(biāo)，那么它將實現(xiàn)那些功能。主要用于壓克力，大理石，PVC 制卡，木材，玉石等材料的大力切割，3D 字、文字、圖案、浮雕，外觀造型、鑲嵌、廣告工藝美術(shù)品、胸牌、非金屬或銅、鋁都可進(jìn)行精細(xì)雕刻制作，是店面廣告裝飾行業(yè)不可缺少的好幫手?，F(xiàn)在各種樓模進(jìn)行逼真原樣打造，外形逼真，線條流暢，工藝含量高，而且時尚，典雅，適合用于各種商業(yè).慶典活動的紀(jì)念品。那么本次設(shè)計的課題是利用 stc89c52 單片機(jī)為主控系統(tǒng)，來控制由場效應(yīng)管搭建而成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，進(jìn)而來控制步進(jìn)電機(jī)的運作。利用步進(jìn)的電機(jī)轉(zhuǎn)動為角度轉(zhuǎn)動，更好的控制雕刻運動過程中的精度要求。同時，三維雕刻機(jī)刀頭控制運動系統(tǒng)在后續(xù)會有較大的延展性。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國際發(fā)展研究方向1938 年世界第一臺手動雕刻機(jī)在法國“嘉寶”問世，1950 年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺真正意義的電動、可縮放比例的手動雕刻機(jī)。隨后美國、日本等國也開始 研制[2]。20 世紀(jì) 90 年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，直接推動微型計算機(jī)的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計算機(jī)技術(shù)帶動整個高科技群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機(jī)完成了從 2D- 2.5D-3D 加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。1.2.2 國內(nèi)發(fā)展研究方向雕刻可以追溯到我國遠(yuǎn)古時期，母系氏族時期的半坡氏族文化的“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。在我們國家北宋時期就發(fā)明了活字印刷，這里刻的字應(yīng)屬于雕刻的范疇 。隨著時代的發(fā)展，我國的雕刻藝術(shù)日益精湛，紅木雕、篆刻、玉雕、象牙雕、泥人雕等手工雕刻技術(shù)都可以堪稱一絕。傳統(tǒng)雕刻加工業(yè)是一門技術(shù)性要求很高的手工技藝， 雕刻品的質(zhì)量完全取決于雕刻師的技藝水平， 所以生產(chǎn)的效率低、成本高，制品的隨意性強(qiáng)、一致性差， 嚴(yán)重制約了雕刻行業(yè)的發(fā)展 [3]。這使得雕刻機(jī)的產(chǎn)生成為必然。而就是從上世紀(jì) 90 年代開始，機(jī)械雕刻在我過開始發(fā)展并獲得了前所未有的發(fā)展。從最初的刻字機(jī)、刻章機(jī)再到三維雕刻機(jī)，制作工藝也日漸成熟，應(yīng)用范圍2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）2也日漸廣泛 [4]。大到樓房建筑的裝飾，小到商店門前的招牌，乃至很多產(chǎn)品的標(biāo)識銘牌，可謂雕刻的使用無處不在。1.3 研究目的與意義隨著時代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，雕刻機(jī)成為我們現(xiàn)代人與時俱進(jìn)的先進(jìn)工具,它省時省力又環(huán)保，應(yīng)用也越來越廣泛 [1]。近幾年來中國的雕刻機(jī)迅速地發(fā)展著，從以前的手工雕刻轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的機(jī)器雕刻。雕刻機(jī)給人們帶來了巨大的方便，不僅節(jié)省了雕刻時間，還提高了雕刻的工藝，雕刻機(jī)的出現(xiàn)也帶動了許多行業(yè)的發(fā)展，像藝術(shù)玻璃雕刻機(jī)、木工雕刻機(jī)、石材雕 刻機(jī)、數(shù)控雕刻機(jī)等等。三維雕刻機(jī)刀頭控制系統(tǒng)其實就是雕刻機(jī)執(zhí)行部件的控制系統(tǒng)，主要是研究如何通過手動設(shè)置三維坐標(biāo)并且利用 X 軸、Y 軸、Z 軸三個步進(jìn)電機(jī)達(dá)到設(shè)定坐標(biāo)位置。其中，可以預(yù)期達(dá)到的目的是，設(shè)定一個坐標(biāo)，就可以到達(dá)一個坐標(biāo)。1.4 本章小結(jié)本章主要是對雕刻機(jī)的初步的介紹，通過雕刻機(jī)的發(fā)展史，對三維雕刻機(jī)有全面的認(rèn)識，從中國古代的雕刻技術(shù)到國外的第一臺手動雕刻機(jī)的誕生，可以看出三維雕刻機(jī)正在向一個全新的方向發(fā)展，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維雕刻機(jī)技術(shù)也不斷的進(jìn)步，越來越多地在我們的生活中起到極其重要的作用。2 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 設(shè)計要求本設(shè)計有五個模塊，分別是輸入模塊，顯示模塊，控制模塊，驅(qū)動模塊，執(zhí)行模塊。2.1.1 輸入模塊的要求本模塊總共有九個按鍵，其中六個按鍵為 X、Y、Z 軸的數(shù)字輸入鍵，對此的要求為對應(yīng)按鍵按下對應(yīng)數(shù)字顯示加“一”或減“一” ，另外三個分別是，開始、暫停/繼續(xù)、原點。對應(yīng)的要求是，按下“開始”按鍵控制模塊執(zhí)行電機(jī)運動；按下“暫停/繼續(xù)”按鍵控制模塊暫停電機(jī)運動，再按一次“暫停/繼續(xù)”按鍵則電機(jī)繼續(xù)運動；按下“原點”按鍵（在電機(jī)運動結(jié)束才按此鍵）則對應(yīng)要求為，電機(jī)運動達(dá)到目標(biāo)點后回到原點。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）32.1.2 顯示模塊的要求本模塊為 LCD1602 液晶顯示屏，系統(tǒng)開始時，在兩行顯示里分別顯示“HF Normal Univ.“和“Zhang Shouxiang“，顯示結(jié)束后停頓一下繼續(xù)分別顯示“X： ，Y： ，Z： ”和“O：（ 0，0，0） ”，輸入模塊輸入可在上面顯示即可。2.1.3 控制模塊的要求本模塊為 stc89c52 單片機(jī)，主要功能就是接受輸入模塊輸入的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行輸出給顯示模塊顯示、給驅(qū)動模塊使執(zhí)行模塊運動。其中還配有復(fù)位和中斷功能。2.1.4 驅(qū)動模塊的要求本模塊為場效應(yīng)管組成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，主要實現(xiàn)的功能為將單片機(jī)輸出的高低電平轉(zhuǎn)化為方波脈沖信號進(jìn)而來控制步進(jìn)電機(jī)的運動。其中，場效應(yīng)管的供電與電機(jī)供電相同，接地需用 0 歐姆電阻與數(shù)字地相連。2.1.5 執(zhí)行模塊要求本模塊為三個步進(jìn)電機(jī)組成，其主要功能為接收驅(qū)動電路輸出的方波脈沖進(jìn)行電機(jī)運動，同時三個電機(jī)分別控制 X、Y、Z 三軸，其中，X 和 Y 軸是直接控制上下和左右，而 Z 軸而是通過控制工作平面臺來控制前后的實現(xiàn)。2.2 系統(tǒng)設(shè)計方案圖 2-1 為系統(tǒng)電路的整體框圖，包括 stc89c52 的單片機(jī)最小系統(tǒng)，LCD1602 液晶顯示模塊，按鍵鍵盤輸入模塊，驅(qū)動電路模塊和執(zhí)行電機(jī)模塊。圖 2-1 系統(tǒng)整體電路框圖2.3 本章小結(jié)2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）4通過本章的介紹，可以了解到系統(tǒng)總體的情況，且知道系統(tǒng)總共可分為五個模塊，五個模塊都有各自的功能和性能特點，其中驅(qū)動模塊是利用場效應(yīng)管集合組成，利用其將高低電平變成連續(xù)方波脈沖來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的運轉(zhuǎn)。同時，系統(tǒng)的整體電路框圖也是十分的清晰和實用的。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計3.1.1 STC89C52 單片機(jī)主要特性1、對于單片機(jī)，它是 8 位的微性處理器。2、對于單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器，是可以用來存放可讀的數(shù)據(jù)或可寫的數(shù)據(jù)，比如運算的中間結(jié)果和最終結(jié)果以及我們想要顯示的數(shù)據(jù)等等，SST89 系列單片機(jī)是可以為我們額外提供 1K 的 RAM。3、對于單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲器，是可以為我們所用來存放程序和其中的部分原始數(shù)據(jù)和必要的表格。在單片機(jī)中可能也有一些它們的內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，比如8031，8032，80C31 等等。在我看來對于單片機(jī)的 RAM 和 ROM 都集成起來應(yīng)用是目前單片機(jī)發(fā)展的趨勢，這樣不僅方便了廣大用戶進(jìn)行電路設(shè)計并且提高了單片機(jī)系統(tǒng)的抗騷擾性。對于 SST 公司當(dāng)前開發(fā)出的 89 系列，其中包括 16K、32K、64K Flash 的存儲器，這么多的種類可以提供給廣大的消費者根據(jù)自己的需求進(jìn)行挑選使用。4、對于單片機(jī)它是有四個 8 位的輸入和輸出的接口 P0~P3，既可輸入，也可輸出。5、對于單片機(jī)它是有兩個定時器或者是兩個計數(shù)器，每個定時器和每個計數(shù)器都可來計數(shù)，也可用來定時，并且根據(jù)計數(shù)和定時的結(jié)果來實現(xiàn)應(yīng)用計算機(jī)的控制。在設(shè)計串行通信中，我們會在 52 系列單片機(jī)中提供 3 個 16 位定時器和計數(shù)器。6、此次的單片機(jī)它是有 5 個中斷源組成的中斷控制系統(tǒng)。但現(xiàn)在新出的單片機(jī)都大于 5 個中斷源，例如 SST89E58RD 它就是 9 個中斷源。7、對于單片機(jī)它是一個全雙工 UART 的串行輸入和輸出接口，它的功能主要你是為了實現(xiàn)單片機(jī)和微機(jī)的串行通信。8、對于單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器，振蕩頻率最大為 12MHz。SST89V58RD 的振蕩頻率最大為 40MHz，這樣可以很好的加快指令執(zhí)行的速度。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）5P1.0234/MOSI67CK8RET9XALVNU供圖 3-1STC89C52 單片機(jī)引腳圖STC89C52 單片機(jī)部分引腳的說明：1、時鐘電路 XTAL1 引腳和 XTAL2 引腳：XTAL2：此引腳是 18 腳，它是連接外部晶體和微調(diào)電容的其中一端；振蕩電路在單片機(jī)內(nèi)部它是反相放大器的輸出端，其中單片機(jī)的振蕩電路頻率和晶體固有頻率是一致的。如果此引腳在外部輸入時鐘脈沖的話則可以使用外部時鐘電路。如果用示波器檢查 XTAL2 端是有脈沖信號輸出，那么此次振蕩電路是正常在工作。XTAL1：此引腳是 19 腳，它是連接外部晶體和微調(diào)電容的其中另一端；在單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路的反相放大器輸入端是此引腳。當(dāng)單片機(jī)使用外部時鐘，此引腳要接地。2、單片機(jī)控制信號的引腳 RST：RST：此引腳為 9 腳，如果需要復(fù)位信號則它是輸入端，有效的電平為高電平。如果輸入端使用備用電源時，主電源 Vcc 也同時發(fā)生故障，低電平降低到一定值時，＋5V 電源自動生成兩個機(jī)器周期的高電平，復(fù)位的操作過程基本結(jié)束。RST 引腳的第二個功能就是接入 RST 端，是 RAM 的備用電源，主要功能是保護(hù) RAM 中的信息完整，為了單片機(jī)在復(fù)位后可以正常運行操作。3、本統(tǒng)設(shè)計將單片機(jī)的所有可用 32 個引腳全部用完，其中每個模塊的引腳分別是：按鍵模塊共需要 9 個引腳，分別為 P1.3~P1.7 和 P3.0~P3.3；顯示模塊共需要 11 個引腳，分別為 P0.0~P0.7 和 P1.0~P1.2；2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）6驅(qū)動模塊共需要 12 個引腳，分別為 P2.0~P2.7 和 P3.4~P3.7。3.1.2STC89C52 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)STC89C52 系列單片機(jī)內(nèi)部中斷系統(tǒng)有 5 個中斷源，它還有 2 個優(yōu)先級，可用來二級中斷的嵌套。單片機(jī)內(nèi)部特殊的功能寄存器，寄存器中斷可以使寄存器 IE 控制 CPU來控制可不可以響應(yīng)中斷；各個中斷源的優(yōu)先和滯后是有可以用中斷優(yōu)先級寄存器 IP安排的；如果屬于同樣的優(yōu)先級同時提出中斷請求時，我們可以通過單片機(jī)內(nèi)部的邏輯進(jìn)行查詢，從而來判斷誰先誰后。在 STC89C52 系列單片機(jī)的實際應(yīng)用中，常常需要控制一定的時間，比如規(guī)定一段時間輸出、規(guī)定一段時間開始檢測、規(guī)定一段時間來進(jìn)行掃描等等；對外部發(fā)生的事件也要經(jīng)常計算數(shù)據(jù)。STC89C52 單片機(jī)內(nèi)部會有兩個可編程的定時和計數(shù)器可供使用：T0 和 T1，它們的主要功能就是可以定時工作而且還可以在外部工作，同時可以處于計數(shù)模式。與此同時，波特率發(fā)生器是由 T1 用作串行口的。3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 P1.034/MOSI7CK8RET9XALVNU供+YHZpFuW-B圖 3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖圖 3-3 為 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路圖，單片機(jī)的最小系統(tǒng)有單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路組成，時鐘電路挑選的是 12MHZ 的晶振來提供時鐘，主要功能是給單片機(jī)提供一個時間的參考標(biāo)準(zhǔn)。其中，機(jī)器周期的時間就是執(zhí)行一條基本的指令所需2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）7要是時間。STC89C52 單片機(jī)的復(fù)位電路，它的功能就是按下復(fù)位按鍵單片機(jī)可以恢復(fù)到初始的工作狀態(tài)。圖中 10K 排阻為 P0 口的上拉電阻，因為漏極開路結(jié)構(gòu)的 P0 口跟其它 IO 結(jié)構(gòu)不同，如果要讓它正常使用則必須加上上拉電阻。3.2 顯示電路設(shè)計3.2.1 液晶模塊簡介液晶 LCD1602 模塊使用的控制器是 HD44780，HD44780 控制器的指令集不僅簡單而且功能強(qiáng)大，可以進(jìn)行字符的移動和字符閃爍，LM016L 與 MCU 通訊是用 8 位并行傳輸或 4 位并行傳輸兩種方式，兩個 8 位的寄存器組成了 HD44780 控制器，一個是數(shù)據(jù)寄存器，另一個是指令寄存器。指令寄存器僅僅用于寄存的指令碼，只能寫入數(shù)據(jù)不能讀出數(shù)據(jù)。寄存數(shù)據(jù)的是 DR，DDRAM 與 CGRAM 中的數(shù)據(jù)都是由內(nèi)部操作自動寫入的，或者臨時存儲是從 DDRAM 和 CGRAM 讀出的數(shù)據(jù)，當(dāng) BF 顯示的值為 1 的時候，是位于內(nèi)部模式，接受的數(shù)據(jù)和外部的操作不會響應(yīng)。用來存儲顯示的字符是放在 DDTAM 中，它可以存儲 80 個字符碼，CGROM 是由 8 位字符碼生成的 5*7 點陣字符 160 種和 5*10 點陣字符 32 種。8 位的字符，其中編碼和字符都是一一對應(yīng)的， CGRAM 是可以編寫特殊字符的，容量為 64 個字節(jié)，它可分為 8 個 5 乘 7 點陣的字符或者 4 個 5 乘 10 點陣的字符，AC 存儲的位置是 DDRAM 和 CGRAM 的地址中，如果將地址碼和指令一起寫入 IR 中,那么地址碼會被 IR 自動的撞在 AC 中，當(dāng)然，放在 DDRAM 和 CGRAM 中也是可以的，液晶LCD1602 模塊的引腳圖如圖 3-4 所示。圖 3-3 LCD1602 引腳圖液晶寄存器選擇控制如表 3-1。表 3-1 寄存器選擇控制RS R/W 操作說明0 0 寫入指令寄存器（清除屏等）2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）80 1 讀 busy flag（DB7），以及讀取位址計數(shù)器（DB0~DB6）值1 0 寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)3.2.2 液晶顯示部分和 STC89C52 的接口數(shù)據(jù)線是用 STC89C52 的 P0 口，LCD 的 EN 為 P1.2、R/W 為 P1.1、RS 為 P1.0。EN是下降沿觸發(fā)的片選信號，讀寫數(shù)據(jù)的信號是 R/W 來完成的，寄存器的選擇信號是由RS 來完成的，此模塊的設(shè)計重點是下面這些：顯示模塊如何進(jìn)行初始化，剛剛開始的清理屏幕，接著把數(shù)據(jù)為 8 位的接口設(shè)置好，并且以單行數(shù)顯示出來，字型是 5 乘 7的基礎(chǔ)點陣，再然吧整體顯示設(shè)置好，不讓光標(biāo)和字體閃爍,最后把正向增量方式設(shè)置好并且不移動它的位置?？梢园炎址拖?LCD 的顯示緩沖區(qū)當(dāng)中，2 個字符的數(shù)組可用于程序當(dāng)中，第一行顯示學(xué)校名稱，另一個顯示作者名字，要顯示的字符和數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，完成后可以統(tǒng)一顯示.。首先取一個要顯示的字符和數(shù)據(jù)送到 LCD 的顯示緩沖區(qū)，程序需延時 2.5ms,判斷是否能夠顯示的個數(shù)，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)。如圖 3-4 所示。P34/MOSI6CKRET9XALVNU供+WDBlcd圖 3-4LCD1602 與 STC89C52 的接口3.3 控制及驅(qū)動電路設(shè)計3.3.1按鍵控制電路2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）9按鍵電路主要采用基本按鍵，高電平和低電平來控制所需輸入的數(shù)據(jù)。其中X11,X00，Y11，Y00，Z11，Z00為輸入控制數(shù)字鍵，KS,ZT,YD為運行功能鍵。其中各個按鍵的功能如下：X11按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動X軸的數(shù)值“加”；X00按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動X軸的數(shù)值“減”；Y11按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動Y軸的數(shù)值“加”；Y00按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動Y軸的數(shù)值“減”；Z11按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動Z軸的數(shù)值“加”；Z00按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動Z軸的數(shù)值“減”；KS按鍵的功能為開始驅(qū)動電機(jī)運動；ZT按鍵的功能為暫停電機(jī)運動；YD按鍵的功能為電機(jī)回歸原處。圖3-5 按鍵控制布局3.3.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路對于驅(qū)動電路是利用場效應(yīng)管的特性來實現(xiàn)的。由于一個電機(jī)有四根輸入端，則利用四個場效應(yīng)管的導(dǎo)通和斷開來實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)工作。則本設(shè)計利用的場效應(yīng)管則是MOS場效應(yīng)管（增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管），下面就讓我們來介紹一下這個場效應(yīng)管。驅(qū)動電路是一個增強(qiáng)型N溝道MOS場效應(yīng)管的使用。當(dāng)輸入端為高電平時，N溝道MOS場效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出端與電源地接通。在該電路中，電機(jī)的某一路線圈就會導(dǎo)通，通過這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時由于漏電流的影響，使得柵壓在還沒有2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）10到0V，通常在柵極電壓小于1到2V時，MOS場效應(yīng)管既被關(guān)斷。這樣一來我們就可以利用單片機(jī)生成的高低電平來產(chǎn)生脈沖方波。這樣一來我們就可以使得步進(jìn)電機(jī)根據(jù)場效應(yīng)管產(chǎn)生的脈沖方波來進(jìn)行工作運轉(zhuǎn)。其中下圖為驅(qū)動電路仿真圖和驅(qū)動電路模擬仿真圖：圖3-6 驅(qū)動電路仿真圖3-6 驅(qū)動電路模擬仿真3.4 本章小結(jié)本章主要是對設(shè)計中的最小系統(tǒng)單片機(jī) STC89C52，顯示模塊的液晶顯示LCD1602，驅(qū)動模塊的場效應(yīng)管，以及輸入模塊按鍵組合的介紹，并且對它們的連接做了介紹，對輸入模塊電路和顯示模塊電路做了概述和分析。同時說明了單片機(jī)的最小的工作系統(tǒng)。通過硬件方面的設(shè)計，可以對本次設(shè)計的整體的概況做了詳細(xì)地說明。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）114 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 主程序主程序的功能主要是負(fù)責(zé)接收按鍵鍵盤輸入的數(shù)值，將其顯示在顯示模塊當(dāng)中，最后通過數(shù)值來進(jìn)行生成方波信號來控制電機(jī)運動。主程序流程圖如圖 4-1 所示。圖 4-1 主程序流程圖4.2 按鍵子程序按鍵子程序主要的功能是：輸入 X、Y、Z 的數(shù)值，以“加”或“減”的方式來達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值，其中，還有功能鍵“開始” 、 “暫?！?、 “原點”按鍵。按鍵子程序流程圖如圖 4-2 所示。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）12圖 4-2 按鍵子程序流程圖4.3 液晶 LCD1602 顯示子程序液晶 LCD1602 顯示子程序主要功能是：顯示初始字幕，實時顯示輸入設(shè)定的數(shù)值，顯示電機(jī)運行。液晶 LCD1602 顯示子程序流程圖如圖 4-3 所示。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）13圖 4-3 液晶 LCD1602 顯示子程序流程圖4.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動子程序步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動子程序主要功能是：利用驅(qū)動電路產(chǎn)生的方波脈沖進(jìn)行電機(jī)運轉(zhuǎn)，其中，電機(jī)根據(jù)輸入值進(jìn)行“正轉(zhuǎn)”還是“反轉(zhuǎn)“，然后從 X 軸電機(jī)開始到 Y 軸電機(jī)再到 Z 軸電機(jī)這樣一次轉(zhuǎn)動，最終達(dá)到設(shè)定目標(biāo)點。步進(jìn)電機(jī)子程序流程圖如圖 4-3 所示。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）14圖 4-4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動子程序流程圖2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）154.5 本章小結(jié)本章主要是對本次設(shè)計的軟件設(shè)計做了進(jìn)一步的介紹，包括主程序設(shè)計流程圖，按鍵子程序流程圖，液晶顯示 LCD1602 子程序流程圖，驅(qū)動電路子程序流程圖進(jìn)行介紹和展示。其中按鍵子程序主要是進(jìn)行數(shù)值的輸入和一些功能鍵。程序流程圖的設(shè)計提出了程序編寫的具體的方法和方向。不僅對三維雕刻機(jī)輸入模塊進(jìn)和顯示模塊的程序編寫起作用，而且對驅(qū)動電路的程序也做出了相應(yīng)的編寫。5 聯(lián)調(diào)與測試5.1 硬件調(diào)試本設(shè)計是有五個模塊，其中輸入模塊、顯示模塊和控制模塊集合在一個平板上。布局分布為 LCD1602 顯示模塊在左上方位置，按鍵模塊部分在左下方位置，控制模塊位于中部。其中，還有一個三節(jié)電池盒在右邊中部。如 5-1 圖所示。圖 5-1 輸入、顯示、控制模塊硬件圖（正反面）驅(qū)動模塊是有 12 個場效應(yīng)管組合而成，其中四個為一組，共三組，分別為三個步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。驅(qū)動電路在工作時，主要是把單片機(jī)的高低電平轉(zhuǎn)化為可用的方波信號，進(jìn)而使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。如 5-1 圖所示。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）16圖 5-2 驅(qū)動模塊硬件圖（正反面）執(zhí)行模塊是有三個步進(jìn)電機(jī)組合而成，如 5-3 圖所示。圖 5-3 執(zhí)行模塊步進(jìn)電機(jī)硬件圖系統(tǒng)設(shè)計總體硬件，如 5-4 圖所示。圖 5-4 系統(tǒng)設(shè)計總體硬件圖5.2 軟件調(diào)試Proteus 軟件給我提供了一個非常實用的仿真平臺，但由于 Proteus 的庫中沒有我所需要的步進(jìn)電機(jī)，所以我可以利用發(fā)光二極管代替步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部線圈。這樣一來的話，就可以更加直觀的看到仿真的效果。如 5-5 和 5-6 圖所示。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）17RSWERSWEP1.3P1.5P1.7P1.4P1.6P3.0P3.1P3.2P3.P1.3.4P1.5.6P1.7 P3.0.1P3.2.P3.4.5P3.6.7P2.0.1P23P2.4.5P2.6.7 P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.P2.1P2.0P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0/T21./EX2P1.23.34P1.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89C52D71463D5124D31029D1807E6RW5S4VS1D2VE3LCD1M06L234567891RP1ESACK-8X1 X0 KSY1 Y0 ZTZ1 Z0 YDD1LED-GRENR130 2LED-GRENR230 3LED-GRENR30 4LED-GRENR430 D5LED-REDR530 6LED-REDR630 7LED-REDR730 8LED-REDR830 D9LED-YELOWR930 10LED-YELOWR130 1LED-YELOWR130 12LED-YELOWR1230X1CRYSTALC11nFC21nF C31nFR1310k圖 5-5 系統(tǒng)仿真初始顯示圖RSWERSWEP1.3P1.5P1.7P1.4P1.6P3.0P3.1P3.2P3.P1.3.4P1.5.6P1.7 P3.0.1P3.2.P3.4.5P3.6.7P2.0.1P23P2.4.5P2.6.7 P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.P2.1P2.0P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0/T21./EX2P1.23.34P1.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89C52D71463D5124D31029D1807E6RW5S4VS1D2VE3LCD1M06L234567891RP1ESACK-8X1 X0 KSY1 Y0 ZTZ1 Z0 YDD1LED-GRENR130 2LED-GRENR230 3LED-GRENR30 4LED-GRENR430 D5LED-REDR530 6LED-REDR630 7LED-REDR730 8LED-REDR830 D9LED-YELOWR930 10LED-YELOWR130 1LED-YELOWR130 12LED-YELOWR1230X1CRYSTALC11nFC21nF C31nFR1310k圖 5-6 系統(tǒng)仿真效果圖5.3 本章小結(jié)本章首先對硬件電路做了部分介紹和圖片展示，同時，每個模塊都有自己的特點2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）18和功能。對于整個系統(tǒng)的電路來看硬件電路搭建的也相當(dāng)可以，也有相應(yīng)圖片展示。對于系統(tǒng)軟件調(diào)試這塊主要是利用 Proteus 軟件進(jìn)行仿真，在仿真的過程中我們可以從初始狀態(tài)到運行狀態(tài)的一個變化，同時可以精確的知道自己的設(shè)計方法和思路是否正確，當(dāng)然，正確的硬件電路搭建需要和系統(tǒng)仿真結(jié)合調(diào)試，這樣一來的話，系統(tǒng)的實踐性就更加完美了。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）19致謝時間一轉(zhuǎn)眼就過去四個月了，我也終于把畢業(yè)設(shè)計做好了和論文寫完了，在畢業(yè)設(shè)計的制作過程中和論文的寫作過程中我遇到了很多的困難，很多挫折。多虧了同學(xué)和老師的幫助。尤其要感謝一下我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師尹靜老師，她對我進(jìn)行的指導(dǎo)非常細(xì)心和有耐性?？匆娢覍懙恼撐臅牡臉?biāo)注慢慢的和我說其中的問題所在，在修改的過程中多次請教老師，老師每次都有很有耐性的和我說明其中的原因。同時特別感謝張濤濤和馬定建兩位同學(xué)，在我程序編寫的時候給予我很重要的指點。在請教老師和同學(xué)的情況下，我還經(jīng)常去圖書館查找一些相關(guān)的資料。當(dāng)然，在查找資料的過程中免不了要尋求圖書館老師的幫助，同時也要感謝學(xué)校給我提供這么充足的圖書資源。對于文獻(xiàn)里的那些作者我也是非常感謝的，有了他們在之前的文章鋪墊，使我在寫論文更加有了方向感。臨近畢業(yè)，大家都在忙著工作，考研復(fù)試，公務(wù)員考試和各類事業(yè)單位的考試。同學(xué)們都在忙碌著，對于畢業(yè)設(shè)計的感情還是有有著特殊的感覺，應(yīng)該是大學(xué)四年在本專業(yè)內(nèi)做的做厲害的事情了。當(dāng)然，和專業(yè)精英比起來我們撰寫的論文可能不算什么，但是對于我們自己而言，此次的畢業(yè)設(shè)計是一段不可磨滅的回憶。作者：張守祥2015 年 4 月 28 日2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）20參考文獻(xiàn)2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）21附錄 A：系統(tǒng)仿真模擬圖RSRWERSRWEP1.3 P1.5 P1.7P1.4 P1.6 P3.0P3.1 P3.2 P3.P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.P3.4P3.5P3.6P3.7P2.0P2.1P2.P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2. P2.1 P2.0 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7XTAL218XTAL119 ALE30EA31PSEN29RST9P0./AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD63P0.7/AD732P1.0/T21P1./T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT012P3./INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92P2./A1023P2.3/A124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1 AT89C52D7 14D6 13D5 12D4 1D3 10D2 9D1 8D0 7E6RW5RS 4VS 1VD2VE 3LCD1LM016L234567891RP1RESPACK-8X1X0KSY1Y0ZTZ1Z0YDD1 LED-GRENR1302 LED-GRENR2303 LED-GRENR304 LED-GRENR430D5 LED-REDR5306 LED-REDR6307 LED-REDR7308 LED-REDR830D9 LED-YELOWR93010 LED-YELOWR10301 LED-YELOWR13012 LED-YELOWR1230X1CRYSTALC11nF C21nFC31nFR1310k2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）1附錄 B：系統(tǒng)源程序