微机原理扩展实验:单片机制作模拟电梯

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  • 更新时间2017-07-19
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文 / 赵长君

微机原理课是一门让人头痛的课程,教者感到累,学者觉得乏味难懂。笔者多年从事计算机教学,亲身体验了这一点。而做实验是解决教学矛盾的好办法之一。当有的学生看到自己用智慧与双手建造的实验模型正是按规定的设计而动作时,兴奋异常,从此成为了本课程的痴迷者。做实验有利于培养学生动脑、动手能力,还使学生有了成就感,增强了自信心,可谓一举多得。本文以自制小电梯为例,与计算机教师及单片机爱好者交流。

一、材料准备

所需元器件:电机一个、输入(电梯)键盘一个、AT89C51、7404、晶振12M各一、电容20P×2、10U×1、S8050(9013)×4、电阻2.2K×4。为减小开支,从手边的废旧产品着手,电机选用淘汰的5.25英寸软驱上的步进电机。另需一块4×3键盘,用废旧电话座机键盘部分便可。其余是些常见器件,找来一些废旧电路板拆一拆就能解决一半。用一多抽头变压器,配合整流电路,输出直流5V一路,12V一路,电源也解决了。

在本例中,为了准确控制电梯,采用步进电机来带动。让学生掌握与学会使用步进电机也是这个实验的目的之一。

二、制作原理

现将步进电机的特性说明如下。

电机必须加上驱动电路才能转动,驱动电路的信号输入端必须输入脉冲信号。若无脉冲输入时,转子保持一定的位置,维持静止状态,若加入适当的脉冲信号时,转子则会以一定的角度转动。所以如果加入连续脉冲时,则旋转角度与脉冲频率成正比。步进电机的步进角一般为1.8度,即一周为360度,需要200个步进角度才能完成1转。改变线圈励磁的顺序,则可改变电机的转动方向。步进电机具有瞬间启动与急速停止的优越特性。步进电机的励磁的方式有1相励磁、2相励磁、1-2相励磁三种。

本实验选用的属四相混合式步进电机,定子上有4个绕组,每个绕组阻值为75欧,可直接加12V电压,但转速较低,约300转/分。电机有6根引出线,颜色相同的两根线均为电源线(如为5根线,则有一根电源线),其余4根为绕组引出线。励磁方式选用2相励磁,这样可获得较大转矩。

在本例中,键盘的控制采用键盘扫描法。键盘行扫描法的原理是:行设置低电平,在判断有键被按下后,同时读入列状态。如果列状态出现并非全部为1状态,这时0状态的行与列交点的键就是所按下的键。在单片机的应用中经常会用到键盘,但废旧电话却是很容易找到。这些“大哥大”一旦坏了便留之无用弃之可惜,这里它有了用武之地:用做输入键盘,既节省了成本又免去了出力耗时。一部座机电话机拆开后,成为基座板和上面板两部分。把连接两块板的数据线从接近基座端剪断,带键盘的上片就是实验所要的部分。

程序实现功能:每次加电后先请按键给出电梯当前楼层号码,之后就可以反复输入欲去楼层号码。程序将根据当前楼层号码与欲去楼层号码判断电梯如何运动:当前楼层号码大于欲去楼层号码则电机反转,这时电梯将按每层两个电机周向下运动;若当前楼层号码小于欲去楼层号码则电机正转,这时电梯将按每层两个电机周向上运动。

三、硬件制作

明白程序后,就可以进行硬件制作了。制板、焊装等自然不在话下,只有键盘部分的连接需要认真测量,找出其对应关系后再细心焊接。按要求接上电源、步进电机。将89c51放入编程器,将调试好的程序载入编程器随机软件,执行擦除、查空、下载、校验,之后插入控制板,检查无误后接通电源进行调试。

最后的工作就是组装电梯井,这一环节就可完全施展手工技艺了。电梯的造型与美观视自己的条件而定。这里提供一个简易的方案:首先,制一环形线槽固定在电机输出轴上,量得周长为58mm,程序设计每两个电机周为一层楼,所以每层楼高为116mm。找来三块宽120mm高1500mm的铝塑板边料,组成三面围成的一个电梯井。底部70mm(视变压器体积而定)做为电源盒,从70mm起,上方每隔116mm在正面做一个横条,起到标识楼层和加固的作用,共12层楼,剩下的阁楼正好用来安放电路板和固定电机。用有机玻璃做一个56mm的正立方体就是电梯货厢了,再用细而韧的渔线作为电梯吊绳,分别将两端固定在电机轴和货厢。工程完工,接下来,就准备一个“开梯”典礼吧!

(作者单位:辽宁省丹东市技师学院)