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内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
74LS04光电隔离器光电隔离器光电隔离器功率放大74LS04功率放大晶振AT89C5174LS04功率放大三相步进电机MAX232 图2.2电路框图
其中电路原理图（见附录A） 2.2.2.1晶振电路
·时钟震荡器：AT89C51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英或陶瓷震荡器一起构成自激震荡器震荡电路如图。外接石英晶体（或陶瓷震荡器）及电容C1、C2接在放大器的震荡回路中构成并联震荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有非常严格的要求，但电容的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡工作的稳定性、起震的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐使用30pF±10pF，而如果使用陶瓷谐振器建议选择40pF±10pF。用户还可以采用外部时钟，采用外部时钟如图2.3所示。在这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，既内部时钟发生器的输入端，XTAL2悬空。
C2X212HZC1X1GND
图2.3 内部震荡电路
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2.2.2.2光电隔离器
光电耦合器是把发光器件(如发光二极管)和光敏器件(如光敏三极管)组装在一起，通过光线实现耦合
发光二极管光敏三极管正极集电极构成电一光和光一电的转换器件。图2.4所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。当电信号送人光电耦合器
负极发射极的输入端时，发光二极管通过电流 图2.4三极管型光电耦合器原理图
而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极管不亮，光敏三极管截止，CE不通。对于数字量，当输人为低电子\时，光敏三极管截止，输出为高电平\；当输人为高电平\时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平\。若基极有出线则可满足温度补偿、检测调制要求。这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。
光电耦合器之所以在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种噪声干扰，使通道上的信号噪声比大为提高，主要有以下几方面的原因：
(1)光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106?。据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的噪声电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极管 发光，从而被抑制掉了。
(2)光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰噪声都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。
(3)光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。
(4)光电耦合器的响应速度极快，其响应延迟时间只有10μs左右，适于对响应速度要求很高的场合。
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2.2.2.3 MAX232的介绍
MAX232是电压转换芯片，将ttl电平转换成可以和电脑串口匹配的电压MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。在传输方面，MAX232内部将+5V的电平提升为-10V~+10V，然后接受TTL/ CMOS的+5V电平，并转化成?10V信号送到线路上。在接受方面，MAX232从线路上接受?10V信号，经过内部电路转换成+5V电平。实际上MAX232只是一个电平转换器，但是只需要+5V电源与4~5个小电容（10uf即可）就可以同时提供双向电平调整。 内部结构基本可分三个部分：
第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。15脚DNG、16脚VCC（+5v）。 2.2.3 PCB板的生成
此硬件部分是建立在protel99的环境下工作的。
PCB基本设计流程如下：前期准备->PCB结构设计->PCB布局->布线优化和丝印->制版。
第一：前期准备。这包括准备元件库和原理图。要做出一块好的板子，除了要设计好原理之外，还要画得好。在进行PCB设计之前，首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。元件库可以用Peotel 自带的库，但一般情况下很难找到合适的，最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。原则上先做PCB的元件库，再做SCH的元件库。PCB的元件库要求较高，它直接影响板子的安装；SCH的元件库要求相对比较松，只要注意定义好管脚属性和与PCB元件的对应关系就行。PS：注意标准库中的隐藏管脚。之后就是原理图的设计，做好后就准备开始做PCB设计了。
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第二：PCB结构设计。这一步根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位，在PCB 设计环境下绘制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等。并充分考虑和确定布线区域和非布线区域（如螺丝孔周围多大范围属于非布线区域）。
第三：PCB布局。布局说白了就是在板子上放器件。这时如果前面讲到的准备工作都做好的话，就可以在原理图上生成网络表
（Design->Create Netlist），之后在PCB图上导入网络表（Design->Load Nets）。就看见器件杂乱无章的全堆上去了，各管脚之间还有飞线提示连接。然后就可以对器件布局了。
第四：布线优化和丝印。优化布线后，如果什么需要修改之后，就可以铺铜了（Place->polygon Plane）。铺铜一般铺地线（注意模拟地和数字地的分离），多层板时还可能需要铺电源。时对于丝印，要注意不能被器件挡住或被过孔和焊盘去掉。同时，设计时正视元件面，底层的字应做镜像处理，以免混淆层面。
第五：制版。
PCB布局及布线和生成的PCB板模型如附录B。
2.3步进电机的结构特点
步进电动机的结构分为定子和转子两大部分。定子由硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组，由环形分配器送来的电脉冲对多相定子绕组轮流进行励磁。转子用硅钢片叠成或用软磁性材料做成凸极结构；转子本身没有励磁绕组的叫做“反应式步进电动机” ；用永久磁铁做转子的叫做“永磁式步进电动机” 。步进电动机的结构形式很多，但其工作原理都大同小异，本设计用的就是三相反应式步进电动机。 2.3.1反应式步进电机的结构
如图2.5所示是一个三相反应式步进电机的结构图。
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