毕业设计（论文）-模拟建筑塔钟

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1、南华大学机械工程学院毕业设计（论文）1绪论1.1发展现状和趋势随着现代城建的发展，在大中城市的中心建筑上安置塔钟已越来越常见。塔钟控制系统的核心部件是步进电机，早期的步进电机驱动电路多采用分立元件或CMOS集成电路的构成、电路复杂，成本高，抗干扰能力弱，适应温度范围窄，在各种恶劣环境下不能确保可靠地工作．走时调整及调整显示也往往采用机械的方法，不仅调整困难，而且显示也不够直观方便。这些建筑钟所使用的电机容易出现误触发而快走，因为步距太大产生失步故障，解决上述问题的方法之一是采用小步距角高频率驱动的步进电机，并用单片机加以控制。其后出现的以

2、微电脑为核心的步进控制器有取代逻辑控制器的趋势，但由于其微电脑多采用Z80单片机，故硬件较复杂，抗干扰能力差。再后来出现的MCS——96系列单片机，如8098内部具有高速输出口HSO，特别适合于步进电机控制，用8098单片机作为步进电机控制器，使得系统具有硬件电路简单可靠，软件编程容易灵活，抗干扰能力强，性能，价格比高等优点，通过简单的编程就可以灵活地改变控制方式，具有很强的通用性。近年来出现的MCS——51系列单片机比MCS——96系列又有了更大发展。1.2本论文主要内容论文的第一章为绪论，介绍了国内外发展的现状以及论文研究的目的和意义

3、等内容；第二章介绍系统总体方案以及塔钟的相关知识——步进电机；第三章介绍了硬件部分设计；第四章进行了软件部分编程；第五章是Proteus仿真图。第67页共67页南华大学机械工程学院毕业设计（论文）2.建筑塔钟的研究2.1建筑塔钟的总体方案设计本设计的目的就是利用AT89C51系列单片机所开发的塔钟控制系统来实现整点报时，断电后启用备用电源记录时间，恢复供电后快速调节正确时间等功能。比之以前的各种塔钟系统具有更高的精准性，更高的抗干扰能力，性价比高，通用性强等优点。下图是总体设计框图：LED数码管显示AT89C51步进电机备用电源单片机电源

4、蜂鸣器步进电机电源按键控制图2.1总体设计框图第67页共67页南华大学机械工程学院毕业设计（论文）2.2建筑塔钟相关知识——步进电机2.2.1步进电机概述及控制原理 步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。使用多相步进电动机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态

5、就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下： 1．控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如

6、：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-A,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C相的通断。2．控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。 3．控制步进电机的速度 第67页共67页南华大学机械工程学院毕业设计（论文）如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使

7、用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。2.3步进电机种类及原理步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、感应子式步进电机和混合式步进电机（简称HB）等。 2.3.1反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。1.结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向

8、右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：图2.2定转子展开图2.旋转：第67页共67页南华大学机械工程学院毕业设计（论文）