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1、XXX工业大学城市学院毕 业 论 文作 者： 学 号： 系 ： 专 业： 题 目： 带液晶显示的实时地形沙盘软件设计 指导者： 讲师 评阅者： 2011 年 6 月 2 日毕业论文中文摘要带液晶显示的实时地形沙盘软件设计摘 要实时地形沙盘就是利用现代电子设备模拟出实时地形来作为楼盘实时演示等的模型。本文通过利用51单片机驱动步进电机阵列实现地形变化，同时在液晶显示模块上显示当前地形数据。51单片机控制74HC154 416线译码器扩充51单片机的输出接口，从而控制uln2003an芯片带动微型步进电机4*4阵列，使步进电机能够按照预设地形数据有规律的运转，带动步进电机上的螺丝转动从而能够使螺帽
2、上下运动从而实现点的上下振动，模拟出地形的显示，再而在液晶显示模块上显示出地形相关数据。本文软件部分是通过C语言完成的，主要驱动步进电机的正反转，用选择语句判断电机是正转还是反转，然后用for语句来同时控制16个电机的转动。关键词：单片机 步进电机 液晶显示毕业论文外文摘要THE SOFTWARE DESIGN OF REAL-TIME TERRAIN SAND TABLE WITH LCD ABSTRACTReal-time terrain sand table used modern electronic equipment simulate real-time terrain as th
3、e model building real-time demo.This article through the use of 51 SCM drive stepping motor array realize terrain change, at the same time in LCD module on terrain data show the current. 51 single-chip microcomputer control 74HC154 4-16 line 51 single-chip microcomputer decoder expansion of output i
4、nterface, So as to control uln2003an chip micro stepping motor driven 4*4 array, Make stepping motor can according to preset terrain data regular operation, Drive screws on the stepper motor rotation thus can make nuts movement up and down the fluctuation vibration so as to realize the point, Simula
5、te the terrain is displayed, Then showing data of terrain in LCD module.The software was finished by C language, Main drive stepping motor positive &negative, Judge motor with select statements are turn or reverse, Then use “for” statements to control 16 motor rotation simultaneously.KEYWORDS: SCM s
6、tep-motor LCD display目 次1 引言12 课题研究的基本内容和意义 13 硬件介绍 23.1译码器74hc154 23.2驱动芯片uln2003 33.3 步进电机43.4 液晶显示模块44 软件设计思想54.1 编程语言的选用54.2 电机正反转的C语言控制64.3 液晶显示模块软件设计75 程序流程 85.1 电机正传流程85.2 电机反转流程95.3 总流程 10结论 11参考文献 12致谢 131 引言在军事题材的电影、电视作品中，我们常常看到指挥员们站在一个地形模型前研究作战方案。这种根据地形图、航空像片或实地地形，按一定的比例关系，用泥沙、兵棋和其它材料堆制的模
7、型就是沙盘。沙盘还常用来制作经济发展规划和大型工程建设的模型，其形象直观，颇受计划决策者和工程技术人员的青睐。步进电机是现代数字控制技术中最早出现的执行部件 ，其特点就是可以将数字脉冲控制信号直接转换为一定数值的机械角位移，并且能够自动产生定位转矩使转轴锁定1。本文则是利用步进电机能够按照预设的数字信号来有规则的运转，通过单片机来设计和开发步进电机的控制系统，可以很好地满足这一要求。本文设计了以单片机为核心的步进电机的控制系统 ，单片机 AT89C51通过译码器74hc154来扩充单片机输出接口，然后控制带uln2003an的二相步进电机，通过 I /O口输出具有一定时序的方波作为步进电机的控
8、制信号，从而实现了步进电机有规则的运转，在每个电机上面装上螺丝螺帽，电机正转反转的时候会带动螺帽的上下移动，从而在空间上有高度之差，再把16个电机摆成44的阵列，模拟显示出方块地形，通过液晶屏显示出来。2 课题研究的基本内容和意义电动地形沙盘能够根据实际的三维地理信息数据，以缩微实体的方式还原地形。本设计利用单片机驱动步进电机阵列实现地形变化，同时在液晶显示模块上显示当前地形数据。根据实际电路及选用硬件，编写液晶显示模块的驱动程序、步进电机的驱动程序等。课题研究的意义有： 电动沙盘在实际中，如楼盘结构图，战地沙盘图等起到重要作用，具有重大的现实意义。 综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个
9、问题。使自己的实践动手、动笔能力得到锻炼。 为工作时候的产品开发、改进打下基础； 掌握文献检索、资料查询的基本方法以及获取新知识的能力。3 硬件介绍3.1 译码器74hc15474HC154是一款高速CMOS器件，74HC154引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC154译码器可接受4位高有效二进制地址输入，并提供16个互斥的低有效输出。74HC154的两个输入使能门电路可用于译码器选通，以消除输出端上的通常译码“假信号”，也可用于译码器扩展。该使能门电路包含两个“逻辑与”输入，必须置为低以便使能输出端。任选一个使能输入端作为数据输入，74HC154可充当一个1-16的多路分配
10、器。当其余的使能输入端置低时，地址输出将会跟随应用的状态24。译码器的引脚功能如表3.1所示。表3.1引脚端SYMBOL符号NAME AND FUNCTION名称及功能1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，13，14，15，16，17Y0 to Y15Outputs输出(Active LOW)低电平18，19G1， G2Enable Inputs(Active LOW)使能输入(低电平)23，22，21，20A to DAddress Inputs地址输入12GNDGround接地(0V)24VCCPositive Supply Voltage电源电压译码器的引脚图如图3.1所示，图
11、3.1 74HC154译码器引脚图3.2 驱动芯片uln2003Uln2003是一种高耐压、大电流的达林顿陈列，由七个NPN达林顿管组成。每一对达林顿都串联一个2.7的基级电阻，在5v的工作电压下与TTL和COMS电路相连，可以直接处理需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003的内部结构如图1所示，灌电流可达500mA，并且在关态是能够承受50v的电压，可以在高负电流下并行输出运行58。图3.2 uln2003内部结构驱动芯片uln2003A的引脚功能表如下：引脚功能17号CPU脉冲输入端，端口对应一个信号输出端。8号接地9号该脚是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林
12、顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。如果该脚接地，实际上就是达林顿管的集电极对地接通。1016号脉冲信号输出端，对应7脚信号输入端。3.3 步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 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用。它必须由双环形
13、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。为了达到4-16译码器控制步进电机的四条引线的有序变化，我们要给译码器的输入口一次赋值0000 0001 0010 0011对应译码器的输出口Y0，Y1，Y2，Y3依次点亮，以驱动第一个电机，同理，我们再依次赋值0100 0101 0110 0111驱动第二个电机，以此类推。若把赋值顺序反过来就能实现电机的反转912。3.4 LM3033B液晶显示模块 LM3033B系列液晶显示模块是深圳TOPWAY公司生产的中文显示模块中的一员。采用了台湾的ST7920控制芯片，并提供了中
14、文字库，为中文显示开发方面带来了更多的方便。现以LM3033BOBR3为例说明LM3033B系液晶显示模块的应用。该模块的主要特性有: 汉字显示：内置汉字字库、提供8192个1616点阵汉字（简体） 半宽字型显示：内置128个168点阵字符 绘图显示：绘图显示画面提供一个64256点的绘图区域GDRAM 自定义字符显示：含CGRAM提供2组软件可编程的1616点阵造字功能 电源电压：5V单电源供电 显示分辨率：12864点 显示方式：STN、正显、半透 显示颜色：白底蓝字 驱动方式：1/33DUTY、1/5BIAS通讯方式：8/4位并行方式或串行方式该模块可满足系统各种工作电压及便携式仪器低功
15、耗的要求。广泛用于各种仪器仪表、家用电器和信息产品上作为显示器件。液晶显示模块管脚功能：1号VSS，2号VDD，3号NC，4号RS（CS），五号R/W（SID），六号E（SCID），714号DB0DB7，15号PSB，16号NC，17号/RST，18号NC，19号BLA，20号BLK13。4 软件设计思想4.1 编程语言的选用 当初构想是用汇编语言写，汇编语言给译码器赋值来驱动步进电机，通过给步进电机每根线依次赋值，使步进电机有个循环的脉冲，从而导致步进电机内部磁铁的旋转，来控制电机的运转。步进电机的控制方法有如下：（1）控制换相顺序 首先要确定步进电机运行的工作方式，然后根据所选用工作方式的
16、换相顺序进行脉冲分配。 TABLE_F: ;正转脉冲输出时序表 DB 0F1H，0F3H，0F2H，0F6H，0F4H，0FCH，0F8H，0F9H DB 00 ;正转结束 TABLE_R: ;反转脉冲输出时序表 DB 0F9H，0F8H，0FCH，0F4H，0F6H，0F2H，0F3H，0F1H DB 00 ;反转结束 （2）控制步进电机的转向 程序按照步进电机正反转的要求依次将存储在内存 ROM 区域相应的脉冲输出时序表的内容取出去驱动步进电机，就可实现步进电机运行方向的转换。MOV DPTR，#TABLE_F ;选择转向（正转） MOVC A，A+DPTR MOV P1，A ;发送驱动脉
17、冲 MOV DPTR，#TABLE_R ;选择转向（反转） MOVC A，A+DPTR MOV P1，A ;发送驱动脉冲（3）步进电机的速度控制 控制步进电机的运行速度实际上就是控制单片机发出脉冲的频率，输出频率的高低是由延时时间的长短来决定的。 DELAY: MOV R5，RATE DEL2: MOV R7，#5 DEL3: MOV R6，#250 DJNZ R6，$ DJNZ R7，DEL3 DJNZ R5，DEL2 RET用汇编语言可以很好的控制单个步进电机的运转，但是本题用的是16个步进电机，用汇编语言就显出其局限性。如果控制16个电机，汇编语言的程序将会非常的复杂。故采用C语言代替汇
18、编语言驱动步进电机，使步进电机正转反转14。4.2 电机正反转的C语言控制开始判断按钮是否按下，如果按下则电机正转，用一个for循环，让16个电机依次赋值，让P0和P2口同时赋值，首先P0和P2赋值a1=00，延时，在给P0和P2口赋值，a2a1+0x11，再延时，同时再给P0和P2口赋值a3a2+0x11，这样就给电机的4根线轮流的给脉冲，这样步进电机就可以以一个方向转动起来。如果在正转的时候，按下按钮，则程序则转为反转程序，反转的时候和正转的原理是一样的，只是给步进电机方向赋值就可以了，开始时，同样给P0和P2口赋值a100，延时，再给P0和P2口附上a2a1ox11，再延时，再给P0和P
19、2口赋值a3a20x11，这样一直下去，就可以不停给16个步进电机的64根引线轮流赋值，给脉冲，这样16个电机就可以按照相反的方向转动起来。4.3 液晶显示模块的软件设计写命令到LCDvoid WRCMD(uchar cmdcode)chk_busy(); 判断忙位RS=0;RW=0;E=1;lcd_bus=cmdcode;E=0;写数据到LCDvoid WRData(uchar Dispdata)chk_busy();RS=1;RW=0;E=1;lcd_bus=Dispdata;E=0;首屏显示文本void ShowText()WRCMD(0x30); WRCMD(0x01); WRCMD(
20、0x81); Printstr(河北工业大学); WRCMD(0x92); Printstr(理学院); WRCMD(0x89); Printstr(物理C072 班); WRCMD(0x9A); Printstr(); WRCMD(0xb1); Printstr(年月日); WRCMD(0xAb); Printstr(星期)1516;5 程序流程5.1 电机正转流程判断按钮是否按下，没有按下，马上进入电机正转程序，for循环对16个电机进行16轮赋值，P0和P2口同时依次赋值0x00，0x11，0x22，0x330xff，这样16个电机就可以依次的运转起来。当循环里检测到按钮一旦按下，退出正
21、转循环。图5.1.1 电机正转程序流程图电机正转C语言程序如下：for(num=0;num16;num+)if(num=0)P0=P2=a1=a1;elseP0=P2=a1=a1+0x11;delay(300);if(s1=0)break;硬件电路图5.1.2所示，图5.1.2 硬件设计电路图5.2 电机反转流程判断按钮是否按下，按下，马上进入电机反转程序，for循环对16个电机进行16轮赋值，P0和P2口同时依次赋值0x00，0xff，0xee，0xdd0x11，这样16个电机就可以依次的反转起来。当循环里检测到按钮一旦松开，退出反转循环。图5.2 电机反转程序流程图电机反转程序如下：for
22、(num=0;num0;x-)for(y=110;y0;y-);void init()P0=0;P2=0;a1=0x00;s1=1;结 论本文主要介绍了如何用单片机驱动步进电机阵列来完成模拟地图显示，电动沙盘在实际中，如楼盘结构图，战地沙盘图等起到重要作用，具有重大的现实意义，通过对本论文以及实物制作的完成，使我们了解了现代电动沙盘的现状，理解了单片机、译码器、继电器等硬件的接口原理，学习了用C语言驱动单片机的方法，强化了我们的动手实践能力，为以后的产品设计中打下了良好的基础。本论文所描述的步进电机驱动程序，只是简单的利用译码器驱动芯片uln2003来带动步进电机的运转，实现步进电机的正转与反
23、转简单的模拟了地形的显示，并没有深入的研究步进电机的特性，进行更高要求，更复杂的地图显示，也是本软件设计的一大遗憾，通过本次毕业设计的学习，我想在将来的学习中，肯定能完成更高要求，更复杂的软件设计来实现更有效的步进电机的地形显示。参 考 文 献1. 谭建成.电机控制专用集成电路.机械工业出版社 ，19972. 余永权 ，李小青 ，陈林康编著.单片机应用系统的功率接口技术.北京航空航天大学出版社 ，1993.3. 赵晓安编著.计算机硬件技术基础教程.天津大学出版社.4. 石亚和.单片计算机接口技术.东北大学自动化仪表教研室.5. 毕查德拉扎维.模拟 CMOS集成电路设计 M .西安交通大学出版社
24、.2003: 240 - 243.6. 张友德 ，赵志英 ，涂时亮编.单片微型机原理应用与实验.复旦大学出版社 ，1996.7. 陆畹青.8098单片机原理与应用 M 同济大学出版社.8. 陈世坤.电机设计.机械工业出版社，2000.9. 江衍煊.步进电机变频技术应用.第三版.哈尔滨工业大学出版社.10. 陆畹青.8098单片机原理与应用 同济大学出版社.11. 张义和，陈敌北编著. 例说8051.人民大学出版社.12. 肖看，李群芳编著.单片机原理、接口及应用.清华大学出版社.13. 任向民，卢惠林编著.汇编语言程序设计使用教程.清华大学出版社.14. 方方，周伟编著.单片微机原理及应用.北
25、京交通大学出版社.15. 谭浩强.C语言程序设计.第三版.清华大学出版社.16. 龚运新，罗惠敏，彭建军编著.单片机接口C语言开发技术.清华大学出版社.致 谢 毕业论文正代表着大学的终结，完成它既有一种收获感，又有一种失落感，可无论如何它代表着我四年的努力，代表了我四年的历程。当它终于完工的时候，我不禁想起了很多人，很多事，尤其是辛勤培养我的老师们，谢谢你们！ 本课题在选题及研究过程中得到李志广老师的悉心指导。李志广老师多次询问我的毕设进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。李志广老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，他做人做事的态度，给了我很
26、大的教育，使我终生受益无穷。正是在李志广老师的悉心指导，亲切关怀和严格要求下，才使得本研究工作得以顺利完成，李志广老师渊博的知识、严谨的治学态度、孜孜不倦的科研精神，以及他平易近人和正直淳朴的优秀品格永远是我学习的榜样。感谢范志新老师，张旭老师，赵同军老师，李再东老师，孙玉宝老师，马红梅老师，叶文江老师，张艳君老师对我学业上的传授！感谢王佳伟、闫文娟老师四年来对我们的指导！毕业在即，我也即将步入我的研究生生涯，我将带着你们所传授的技能去努力，去奋斗，多谢你们！ 感谢我的舍友及和我共度四年美好大学生活的2007级物理班的全体同学，感谢你们四年来给予我生活、学习上的帮助和支持，是你们使我的大学生活精彩而丰富。 最后要感谢的是我的父母、亲人和女朋友，感谢你们在物质和精神上对我的支持与鼓励，我会带着你们对我的爱与期待继续追寻我的梦想，实现自己的价值。
