微機(jī)原理擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)制作模擬電梯

趙長(zhǎng)君

微機(jī)原理課是一門讓人頭痛的課程，教者感到累，學(xué)者覺得乏味難懂。筆者多年從事計(jì)算機(jī)教學(xué)，親身體驗(yàn)了這一點(diǎn)。而做實(shí)驗(yàn)是解決教學(xué)矛盾的好辦法之一。當(dāng)有的學(xué)生看到自己用智慧與雙手建造的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼前匆?guī)定的設(shè)計(jì)而動(dòng)作時(shí)，興奮異常，從此成為了本課程的癡迷者。做實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手能力，還使學(xué)生有了成就感，增強(qiáng)了自信心，可謂一舉多得。本文以自制小電梯為例，與計(jì)算機(jī)教師及單片機(jī)愛好者交流。

一、材料準(zhǔn)備

所需元器件：電機(jī)一個(gè)、輸入（電梯）鍵盤一個(gè)、AT89C51、7404、晶振12M各一、電容20P×2、10U×1、S8050（9013）×4、電阻2.2K×4。為減小開支，從手邊的廢舊產(chǎn)品著手，電機(jī)選用淘汰的5.25英寸軟驅(qū)上的步進(jìn)電機(jī)。另需一塊4×3鍵盤，用廢舊電話座機(jī)鍵盤部分便可。其余是些常見器件，找來一些廢舊電路板拆一拆就能解決一半。用一多抽頭變壓器，配合整流電路，輸出直流5V一路，12V一路，電源也解決了。

在本例中，為了準(zhǔn)確控制電梯，采用步進(jìn)電機(jī)來帶動(dòng)。讓學(xué)生掌握與學(xué)會(huì)使用步進(jìn)電機(jī)也是這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的之一。

二、制作原理

現(xiàn)將步進(jìn)電機(jī)的特性說明如下。

電機(jī)必須加上驅(qū)動(dòng)電路才能轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸入端必須輸入脈沖信號(hào)。若無脈沖輸入時(shí)，轉(zhuǎn)子保持一定的位置，維持靜止?fàn)顟B(tài)，若加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)子則會(huì)以一定的角度轉(zhuǎn)動(dòng)。所以如果加入連續(xù)脈沖時(shí)，則旋轉(zhuǎn)角度與脈沖頻率成正比。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角一般為1.8度，即一周為360度，需要200個(gè)步進(jìn)角度才能完成1轉(zhuǎn)。改變線圈勵(lì)磁的順序，則可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)與急速停止的優(yōu)越特性。步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁的方式有1相勵(lì)磁、2相勵(lì)磁、1-2相勵(lì)磁三種。

本實(shí)驗(yàn)選用的屬四相混合式步進(jìn)電機(jī)，定子上有4個(gè)繞組，每個(gè)繞組阻值為75歐，可直接加12V電壓，但轉(zhuǎn)速較低，約300轉(zhuǎn)/分。電機(jī)有6根引出線，顏色相同的兩根線均為電源線（如為5根線，則有一根電源線），其余4根為繞組引出線。勵(lì)磁方式選用2相勵(lì)磁，這樣可獲得較大轉(zhuǎn)矩。

在本例中，鍵盤的控制采用鍵盤掃描法。鍵盤行掃描法的原理是：行設(shè)置低電平，在判斷有鍵被按下后，同時(shí)讀入列狀態(tài)。如果列狀態(tài)出現(xiàn)并非全部為1狀態(tài)，這時(shí)0狀態(tài)的行與列交點(diǎn)的鍵就是所按下的鍵。在單片機(jī)的應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)用到鍵盤，但廢舊電話卻是很容易找到。這些“大哥大”一旦壞了便留之無用棄之可惜，這里它有了用武之地：用做輸入鍵盤，既節(jié)省了成本又免去了出力耗時(shí)。一部座機(jī)電話機(jī)拆開后，成為基座板和上面板兩部分。把連接兩塊板的數(shù)據(jù)線從接近基座端剪斷，帶鍵盤的上片就是實(shí)驗(yàn)所要的部分。

程序?qū)崿F(xiàn)功能：每次加電后先請(qǐng)按鍵給出電梯當(dāng)前樓層號(hào)碼，之后就可以反復(fù)輸入欲去樓層號(hào)碼。程序?qū)⒏鶕?jù)當(dāng)前樓層號(hào)碼與欲去樓層號(hào)碼判斷電梯如何運(yùn)動(dòng)：當(dāng)前樓層號(hào)碼大于欲去樓層號(hào)碼則電機(jī)反轉(zhuǎn)，這時(shí)電梯將按每層兩個(gè)電機(jī)周向下運(yùn)動(dòng)；若當(dāng)前樓層號(hào)碼小于欲去樓層號(hào)碼則電機(jī)正轉(zhuǎn)，這時(shí)電梯將按每層兩個(gè)電機(jī)周向上運(yùn)動(dòng)。

三、硬件制作

明白程序后，就可以進(jìn)行硬件制作了。制板、焊裝等自然不在話下，只有鍵盤部分的連接需要認(rèn)真測(cè)量，找出其對(duì)應(yīng)關(guān)系后再細(xì)心焊接。按要求接上電源、步進(jìn)電機(jī)。將89c51放入編程器，將調(diào)試好的程序載入編程器隨機(jī)軟件，執(zhí)行擦除、查空、下載、校驗(yàn)，之后插入控制板，檢查無誤后接通電源進(jìn)行調(diào)試。

最后的工作就是組裝電梯井，這一環(huán)節(jié)就可完全施展手工技藝了。電梯的造型與美觀視自己的條件而定。這里提供一個(gè)簡(jiǎn)易的方案：首先，制一環(huán)形線槽固定在電機(jī)輸出軸上，量得周長(zhǎng)為58mm，程序設(shè)計(jì)每?jī)蓚€(gè)電機(jī)周為一層樓，所以每層樓高為116mm。找來三塊寬120mm高1500mm的鋁塑板邊料，組成三面圍成的一個(gè)電梯井。底部70mm（視變壓器體積而定）做為電源盒，從70mm起，上方每隔116mm在正面做一個(gè)橫條，起到標(biāo)識(shí)樓層和加固的作用，共12層樓，剩下的閣樓正好用來安放電路板和固定電機(jī)。用有機(jī)玻璃做一個(gè)56mm的正立方體就是電梯貨廂了，再用細(xì)而韌的漁線作為電梯吊繩，分別將兩端固定在電機(jī)軸和貨廂。工程完工，接下來，就準(zhǔn)備一個(gè)“開梯”典禮吧！

（作者單位：遼寧省丹東市技師學(xué)院）