精密仪器实验1

第一篇：精密仪器实验1

《精密仪器设计》实验一

——测量显微镜使用、结构分析与设计

一、目的熟悉测量显微镜的测量使用过程，了解测量显微镜的结构组成，掌握精密仪器中机械系统的工作原理及主要结构。

二、内容

1、用测量显微镜测量电路板过孔的直径尺寸。设计测量方案、进行测量、记录数据、分析数据、处理数据、并给出测量结果（D±ΔD）。

2、分析测量显微镜的结构及功能，给出该仪器的性能指标，画出系统的结构布局图。

3、分析测量显微镜的误差来源及其对测量结果的影响。

4、找出测量显微镜中包括的机械传动机构，分析各自的传动比/系数，画出结构简图。

5、找出测量显微镜中的导向机构，分析其结构类型。

6、设计一针对小孔直径尺寸自动测量的测量显微镜的结构，画出系统框图、结构布局图。

7、画一个部件（三个零件以上）的机械装配图。

三、要求

1、课前完成预习报告，设计测量数据表格等；

2、课上完成实验内容，做好实验记录；完成实验报告——A4手写，注意格式。

3*、申请附加2学时，上机用AutoCAD绘制测量显微镜工作台的机械装配图。

四、时间安排

课上4-6学时，课下4学时。

安排：每班3组，每组10人。

第二篇：精密仪器实验二报告

精密工作台控制系统设计

摘要

为了实现利用单片机软、硬件系统通过三相或四相步进电动机实现精密工作台位移、速度（满足电机的加、减速特性）、方向、定位的控制。本设计采用STC89C51为中央处理器模块；利用L298N为核心设计驱动模块驱动工作台工作；利用LCD1602作为显示模块，显示工作台相关运动参数。

关键词：电机驱动 STC8951 L298N LCD1602

Abstract In order to achieve the use of single-chip microcomputer software and hardware system through three phase and four phase step motor to realize precision worktable displacement and speed(meet motor, deceleration features), direction, position control.This design adopts the STC89C51 as the central processor module;Used L298N driver module driven workbench as the core design work;Using LCD1602 as a display module, display the workbench relative motion parameters.目录

I.题目..................................................1 2.引言.................................................1 3.方案论证与选择.......................................1 3.1.系统控制部分选择....................................1 3.2.单片机显示接口电路选择.............................1 3.3.驱动电路选择........................................1 4.系统结构框图..........................................3 5.系统设计及线路图和流程图..............................3 6.系统调试..............................................4 7.总结.................................................5 8．附件..................................................5

一、题目 精密工作台控制系统设计。

二、引言

精密工作台作为精密工程中的一种典型结构,在精密加工、精密测试和精密机械中被广泛应用。因此,精密工作台定位控制系统的研究越来越受到人们的重视。国外(如美国、日本等)在微位移控制技术方面研究得比较多,技术己经比较成熟,已研制出行程50mm、定位精度达士0.01um的精密工作台。国内许多单位(如清华大学、东南大学、长春光机所等)也在从事这方面的工作,也己研制出行程在几十~几百微米精密工作台,定位精度达到士0.05um。但目前国内行程在几十毫米的精密工作台研制得还比较少,而且定位速度也较低。但从实际应用来看,低速、小行程的精密工作台存在很大的局限性,难以满足一些精密工程中的需要。为此,我们开发研制了一种新型的精密工作台,主要利用压电陶瓷微位移器进行精密定位,由微机进行总体闭环控制,从而满足实际工作中大行程、高速度、高精度的要求。

本定位系统是为电机驱动系统的工作台精密定位而研制的。

三、方案论证和选择 3.1 系统控制部分选择

原本打算使用AT系列51单片机，因为它很常见，使用起来很方便，但是后来发现我的下载器下载不了，因为我的下载器是STC公司开发的下载软件，由此，本部分选用以STC89C52为核心的系统最小模块。

3.2.单片机显示接口电路选择

输出数据显示部分利用LCD1602是因为1602硬件链接很方便，并且鉴于本身对显示没有特别要求，自己使用过1602，所以就选择LCD1602进行数据显示。即本设计采用AT89S52单片机做为控制器。

3.3驱动电路选择

选用步进电机L298N。类型：两相四线八拍。步进电机工作原理

步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。

特点：它是通过输入脉冲信号来进行控制的;电机的总转动角度由输入脉冲数决定；电机的转速由脉冲信号频率决定。3.3.1 驱动芯片L298N介绍：

L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱

动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机，还可以用来驱动继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。双全桥步进电机专用驱动芯片(Dual Full-Bridge Driver)，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二 个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号。

主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。

3.3.2 电机工作的八个状态：

1、在A与A-正电压，B与B-不给电悬空；

2、在A与A-正电压，B与B-也给正电压；

3、A与A-不给电压悬空，B与B-正电压；

4、A与A-给负电压，B与B-给正电压；

5、A与A-给负电压，B与B-不给悬空；

6、A与A-给负电压，B与B-给负电压；

7、A与A-不给电悬空，B与B-给负电压；

8、A与给正电压，B与B-给负电压；

5.4 控制时序如下图1所示： 图1 控制时序图

电机工作时序图如下图2所示。

脉冲信号

B相 A相

C相

D相

图2 电机工作时序

四、系统结构框图

系统整体由电源模块、中央处理模块、电机驱动模块、显示模块4个模块构成，其中中央处理模块选择以STC89C51单片机为核心的最小系统；电机驱动模块选择L298N驱动芯片加外围电路构成；显示模块选择LCD1602液晶显示屏控制。整体框图如下图3所示。

多路电源选择模块系统控制模块电机驱动模块工作台显示模块 图3 系统整体框图

五、系统设计及线路图和流程图 5.1 系统硬件线路图

根据自己选择的各个模块，通过阅读各个模块的芯片的各个管脚的工作机制和相关性能指标，确定芯片的外围电路，最终设计总体电路并进行编程仿真，其中系统整体线路图如下图4所示。

图4 系统整体线路图

5.2 系统软件流程图如下图5所示。

Y查询按键1是否按下N查询按键2是否按下N查询按键3是否按下N速度参数+1查询按键4是否按下NN是否开始NY按键5是否按下N按键6是否按下Y驱动电机旋转固定参数Y旋转圈数+1Y将方向标志取反Y将开关标志位取反LCD初始化开始

Y按所设方向参数驱动八拍N开关标志是否为开Y图5 系统软件流程图

六、系统调试

原本我想使用驱动芯片2003，但是经过查阅资料了解到2003的电压不足以控制电机驱动工作台，后来我加了功率放大电路后，仿真结果是可以实现，但是实际并不能很好的达到预期目标，后来不得不更改了驱动部分方案，改用以L298N驱动芯片为核心的驱动电路。更换方案后遇到的问题及解决方案如下： 显示屏部分

问题1：LCD显示屏背景不亮。

解决方法：在确定显示屏亮度调节管脚和15，16管脚没有接错后，我利用万用表测试LCD各个管脚电压，最终发现在焊接的16排插孔中有一个插孔不能很好的导电，使LCD根本没有正常通电，经过更改后问题得到解决。问题2：LCD白屏（不现实数据）。

解决方法：在确定硬件焊接没有问题之后，我通过调节调节亮度的滑动变阻器，后来达到能够成功显示。驱动模块

问题3：电机不工作。

解决方案：通过检查电路连接，发现我的两排地线并没有链接，只是孤立的存在，后来更改以后电机仅仅是抖动并不转；我又通过改变脉冲频率，由最初的毫妙级改为微妙级，并没有起到作用，然后我用万用表对298管脚逐脚测试，发现开关打开时电机4个输出管教电压三个为有电压，一个为0V，开关断开是四个输出管教全部输出为5V，开始怀疑驱动芯片有问题，更换电路芯片以后，电机工作正常，因为知道L298的最大承受电源电压为46V，所以自然的认为芯片是好使的，这段调试花费了时间较多。

七、总结

通过本次试验我掌握精密仪器控制系统的设计方法，掌握了驱动芯片L298N的相关工作原理，并成功实现了利用单片机软、硬件系统通过三相或四相步进电动机实现精密工作台位移、速度、方向、定位的控制。

此外对于这次试验不得不承认自己犯了很多比较低级的错误，电路焊接的马虎，编程时的粗心增加了很多不必要的工作量，更加深刻懂得了磨刀不误砍柴工的道理。

我懂得了最重要的一个道理是：任何一个电路的设计都是基于芯片的工作原理，如果能够好好的看透芯片资料，了解每一个管脚的作用以及工作机制，再去设计硬件编程。

八、附件 8.1.实验目的

1.掌握精密仪器控制系统的设计方法，利用单片机软、硬件系统通过三相或四相步进电动机实现精密工作台位移、速度（满足电机的加、减速特性）、方向、定位的控制。

2.硬件方面完成控制电路板的设计和实现。3.掌握电机控制软件编程。

8.2.实验任务

（1）系统任务分析、原理分析。（2）选择步进电动机参数。

（3）设计步进电动机开环伺服控制系统。

（4）步进电动机开环伺服控制单片机软、硬件系统制作及调试。（5）精密工作台开环伺服控制系统连接及调试。（6）完成预习思考题。

（7）查阅资料，掌握驱动芯片L298的工作原理。

8.3.系统要求及任务分析

8.3.1.实验要求

系统为开环伺服系统，执行元件为步进电动机，传动机构为丝杠螺母副。工作台脉冲当量：δ=0.01 mm /脉冲；最大运动速度=1.2m/min；定位精度=±0.01 mm；空载启动时间=25ms。8.3.2 任务分析

实验预期实现步进电机的精确控制，再由丝杠和螺母的配合把步进电机的转动转变为精密工作台的直线运动，从而实现精密工作台的速度、方向和定位控制。

8.3.3 实验设备：精密工作台(DZH50 P4 04，丝杠螺母副导程4mm)、步进电动机(57BYGH210)及硬件系统所需各种元件和芯片。

8.4.思考题解答

（1）精密仪器控制系统设计的关键是什么？

答：精密仪器控制系统的关键：分别是系统的稳定性和系统的精确性，要保证电路的焊接工艺以提高系统的稳定性，要高效准确的控制又要有简单有效的传动机构来。提高系统控制的精确性。

（2）若精密工作台的脉冲当量δ=0.001 mm /脉冲，该系统应增加什么机构满足要求？

答：软件改进方法：需要加入D/A将一拍分成十拍进行控制，以便达到精度要求。

硬件改进方法：需要增加一级齿轮传动机构，保证齿轮与螺杆传动比为1:10，以便达到精度要求。

第三篇：精密仪器管理制度

精密仪器管理制度

为规范精密仪器的管理,确保精密仪器的正常及其正常使用特制定本制度。

一、仪器使用人员应严格执行本制度，规范精密仪器的使用及其记录。

二、精密仪器室应建立在通风、干燥、防震、无日光直射、温度相对稳定、不受化学试剂腐蚀的地方。同时，仪器要求放置整齐，并有防尘罩。

三、精密仪器应建立档案和使用登记，制订操作规程，精密仪器设备的管理要做到定人保管，定室存放，定期保养，定期校验，保证仪器处于良好状态；

四、工作人员进入精密仪器室，必须穿工作服，仪器管理和操作人员应对精密仪器室进行卫生清扫，确保其清洁，无关人员未经批准，不得进入。

五、仪器使用人开机前应检查仪器是否归位，如未归位应及时报告。检查完毕，接通电源，严格按操作规程和注意事项操作精密仪器，操作完毕，仪器应复位。

六、仪器操作及使用人员必须经过专门培训，熟悉设备的性能、特点和基本操作方法，并具有一定的保养和检修能力。未经培训的人员不得擅自使用该仪器设备；

七、仪器使用过程中出现异常现象、故障或机件损坏，以及故障处理过程等必须记录在案，并向部门负责人汇报。

质量检测中心

第四篇：精密仪器管理制度

精密仪器管理制度

一、精密仪器日常维护

1、做好仪器入库登记，建立台账。

2、仪器分类置放，摆放整齐。

3、不定期对仪器进行检查、维修与保养，掌握仪器的性能以及使用情况。

4、若仪器长期不使用，应将电池卸下分开存放，并且电池每月应充电一次。

5、搞好仪器室的日常卫生，保持仪器室的卫生整洁。

二、精密仪器借领规定

1、学生实习时凭学生证或由实习指导老师到仪器室办理借领手续，以小组为单位领取仪器，小组长签名后方可领出仪器。

2、领仪器时应当场清点检查，实物与清单是否相符，仪器及其附件是否齐全，背带及提手是否牢固，脚架是否完好等，如有缺损，应立即补领或更换。

3、学生借出仪器后，应爱惜自己的仪器，不得与其他小组擅自调换和转借。

4、实习结束应及时收捡仪器，送还借领处检查验收，办理归还手续。如有遗失或损坏，应写出书面报告说明情况，并按有关规定给予赔偿。

5、精密仪器原则上不外借，特殊情况需外借时需经系领导批准，并办理借领手续。

第五篇：大型精密仪器操作规程

大型精密仪器操作规程

第一章 总则

第一条 仪器设备是学校固定资产的重要组成部分，是提高教学质量，保证教学、科研、生产顺利进行的重要物质条件。要合理购置，妥善使用，加强维修，科学管理。

第二条 贯彻“统一领导、分级管理”的原则。在主管校长的领导下，实验中心主管全校仪器设备的计划、购置和管理工作。各系负责本专业仪器设备的使用和维护管理。各实验室应配备专职物资管理人员，负责本室仪器设备的账卡物管理，并与主管部门经常保持业务联系以保证管理渠道畅通；管理人员要力求稳定，必须调动工作时，要认真办好移交手续。

第三条 全校师生员工要严格执行各项规章制度，对实验仪器设未按规定办理手续者，不得任意拆卸、改装、出借、调拨及携出校外。

第四条无论何种经费来源和何种渠道（包括事业、科研、自筹经费、各种基金、捐赠或其他途径）增添的仪器设备，只要产权属于本校，都要纳入本办法管理范围。

第二章管理职责

第五条实验中心主要职责：

（一）贯彻执行国家有关的方针、政策、法令、法规，拟定学校有关仪器设备管理的规章制度，并组织其实施，检查落实执行情况；

（二）组织制订全校实验用仪器设备购置计划，负责设备经费的分配使用和设备采购工作，审定设备采购合同条款，办理进口设备报关、免税手续；

（三）监督、检查仪器设备的验收工作；

（四）建立全校仪器设备固定资产账、卡，负责仪器设备的统计工作；

（五）加强仪器设备使用绩效的考核、评估工作，提高使用效益；

（六）审批、办理仪器设备的处置事宜，包括仪器设备的变更、转让、调拨、租借、报损、报失、报

废及废旧物品的处理等，必要时可在全校范围内调度、调配仪器设备；

（七）依法查处仪器设备管理中的违法违规行为。

第六条系、所、中心、部、处(室)等部门负责人和管理人员的主要职责：

（一）负责本单位仪器设备的购置申请、计划编报工作；

（二）参与本单位仪器设备的采购、验收工作；

（三）建立并保管好本单位仪器设备固定资产账、卡，保证账、物、卡相符；

（四）负责本单位仪器设备的领用、调配、借用、报废、报损、报失等事宜的申办工作；

（五）组织有关法规、政策的贯彻执行，做好设备管理的考核、评比工作。

第七条实验室专、兼职仪器设备管理人员具体负责本室仪器设备的领用、安装、调试、使用、维修、维护、保养、标定、计量、调度等管理工作，建立并保管好本室固定资产账、卡及技术档案资料，做好主要仪器设备使用情况及成果的统计工作。

第八条仪器设备的商检、索赔由采购单位负责。

长沙师范专科学校动漫与设计一体化实验室