1、毕业 设计（ 论文 ） 第 1 页 共 66 页 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
2、后出现的以 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
3、目的 和意义等内容 ； 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 。 毕业 设计（ 论文 ） 第 2 页 共 66 页 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 ： 图 2.1 总体设计框图 LED 数码管显示 AT8
4、9C51 步进电机 备用电源 单片机电源 蜂鸣器 步进电机电源 按键控制 毕业 设计（ 论文 ） 第 3 页 共 66 页 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 各相的通电状态就发生变化，转
5、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：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 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，
