陆沉按照操作说明,设置好晶片型號、编程电压、校验方式。
接下来是关键一步:將他在长城286上编写、调试了无数遍的步进电机控制程序,用c语言编译器编译,生成二进位机器码文件,然后通过串口传输到编程器,烧写到那片空白的2732 eprom中。
烧写过程很慢,编程器上的红色指示灯闪烁,发出轻微的滋滋声。
陆沉屏息凝神,直到绿色pass指示灯亮起,提示烧写成功,他才鬆了一口气。
他小心地將烧写好程序的eprom晶片,插入最小系统板上对应的插座。
又將驱动板、步进电机、电源(一个可调的稳压电源,也是从仓库翻出来的)一一连接好。
再次检查所有连线无误后,他深吸一口气,打开了稳压电源的开关。
5伏的电压指示灯亮起。
最小系统板上的电源指示灯也亮了。
接下来的几天,陆沉进入了痛苦的调试循环。
修改程序参数(脉衝宽度、间隔、细分电流序列)->编译->烧写eprom ->拔下旧晶片,插上新晶片->上电测试->观察电机反应(有时不动,有时抖动,有时只朝一个方向微微转动)->分析可能原因->再修改……
每修改一次,就要重复一次漫长的烧写和插拔过程。
eprom晶片的擦除需要专用的紫外线擦除器,他只有三片晶片轮流用,擦除一次要放在擦除器的紫外灯下照十几分钟。
机房里瀰漫著更浓的松香味。
一个周五的晚上,机房只剩下陆沉一个人。
当电源接通,步进电机发出轻微但均匀的嗡嗡声,轴端开始缓慢、平稳地旋转起来!
虽然速度不快,但转动连续,没有卡顿和抖动!
他通过按键改变转向和细分模式,电机都能正確响应!
成功了!
这台简陋的、由废旧零件拼凑的系统,终於在他的程序控制下,按照预定的意志,精准地运动起来!
陆沉紧紧盯著那平稳转动的电机轴,听著那均匀的嗡嗡声,感觉自己的心臟也在跟著有力的跳动。
这种从无到有、从虚到实的创造与控制感,是如此的真实而强烈,远比解出一道难题、获得一次高分,更让他心潮澎湃。
陆沉坐到长城286前,打开文档处理软体(wps 1.0,很原始),开始撰写课题的最终报告。
他將整个设计过程、遇到的困难、解决方案、特別是最后用自製逻辑分析仪排查问题的思路和方法,详实地记录下来。
附上了系统框图、电路连接图、核心算法流程图、关键程序代码片段,以及最后实物验证的运行参数和观察记录。
报告力求清晰、严谨,既有理论分析,也有实践验证。
做完这一切,窗外已是天光大亮。
校园里开始响起早起学生的脚步声和洗漱声。
陆沉將报告列印出来(那台24针印表机又工作了半个多小时),装订好。
然后,他仔细地收拾了硬体实验角,將各种工具、元器件、电线归类放好,但保留了那个仍在洞洞板上、连接著电机和驱动板的最小系统,这是最重要的实物成果。
带著厚厚一摞报告和一丝倦意,敲响了张老师办公室的门。
张老师也刚到不久,正泡著茶,看到陆沉通红的眼睛和手里那份显然分量不轻的报告,愣了一下:“一晚上没睡?出成果了?”
“嗯,张老师。系统调通了,基本功能都实现了。这是报告。”陆沉將报告递过去,声音有些沙哑,但透著清晰的兴奋。
张老师接过报告,快速瀏览了前面的摘要和结论,又翻看了后面的实物验证部分和照片(陆沉用学校那台老海鸥相机拍了张模糊的黑白照片,附在报告后),眼中露出了毫不掩饰的讚许。
“好!太好了!”张老师用力一拍桌子,茶水都溅出来几滴,“不仅做出来了,还把排查问题的思路和方法写得这么清楚!特別是这个用並行口自製简易逻辑分析仪的想法,有创意,很实用!这才是真正的工程思维!遇到问题,自己创造工具去解决!”
他抬起头,看著陆沉疲惫但发亮的眼睛,感慨道:“陆沉,你这次可是完成了一个了不起的飞跃,从模擬到实物,从理论到实践,这中间的沟壑,很多人一辈子都跨不过去,你才多大就跨过去了,这份报告,还有那个能转起来的系统,就是你课题最硬核的成果!比十篇空泛的论文都有分量!”
“主要是张老师您和王老师给了很多支持和指导,还有学校的设备。”
“行了,別谦虚了,机会是给有准备的人的。你抓住了,而且完成得漂亮。”张老师笑道,“这样,这份报告我先留下仔细看看。实物系统也保护好。下周就是课题最终评审,到时候,你要好好向全班,不,我会建议向全年级有兴趣的同学,做个公开的成果展示!让大家看看,什么是真正的、有深度的研究性学习!”
课题最终评审的消息很快在年级里传开。
由於这次有几个课题完成得不错,年级组决定组织一次小型的研究性学习成果展示会,地点就在大阶梯教室,自愿参加。
张老师特意將陆沉的课题列为重点展示项目。
展示会那天下午,阶梯教室里坐了不少人。
除了高二的学生,一些高一的学弟学妹,甚至几位感兴趣的任课老师也来了。
讲台上,已经摆放了几件成果实物:陈浩的不同材质桌球弹跳高度对比的实验装置(几个架子和不同材质的球),孙鹏的香蕉球原理气流演示模型(一个风扇和一个用纸板做的带沟槽的足球),刘宇的分形图形列印稿。
而最引人注目的,是放在讲台一侧实验桌上的那套东西:一块布满元件和飞线的洞洞板,连接著几个小电路板和一台带著小齿轮的步进电机,旁边还放著稳压电源和那台用作逻辑分析仪显示器的大块头长城286(临时搬过来的)。
林枫的相对论佯谬课题没有实物,但他准备了几张大尺寸的、绘製精美的时空图讲解掛图,还有一份装订漂亮的论文稿,放在讲台显眼位置。
展示开始。
同学们依次上台讲解。
陈浩和孙鹏的展示轻鬆有趣,引来阵阵笑声。
刘宇的分形图形虽然静態,但奇妙的数学美感也让人讚嘆。
轮到林枫,他自信地走上台,拿起雷射笔(当时还很新鲜),开始讲解他的时空图和论文。
他思路清晰,语言富有感染力,將复杂的相对论效应和佯谬解释得深入浅出。
尤其是他现场用洛伦兹变换公式,快速推导了车库佯谬的数学解释,那份嫻熟和自信,贏得了台下热烈的掌声。
物理老师听得频频点头,面露激赏。
林枫在掌声中微微鞠躬,目光扫过台下,在陆沉身上停顿了一瞬,嘴角带著淡淡的、属於胜利者的微笑。
在他看来,自己的展示,无论是理论高度、讲解水平,还是现场反响,都无疑是最出色的。
终於轮到陆沉。
他走上台,没有雷射笔,只有一根教鞭。
他先向台下微微鞠躬,然后走到那套略显杂乱、甚至有些丑陋的实物系统旁。
“各位老师,同学,我课题的题目是《基於mcs-51单片机的简易步进电机控制系统设计与模擬》。”陆沉的声音不大,但通过麦克风清晰地传遍教室,“我的目標,是设计一个廉价、可靠的控制系统,让这台步进电机能更平稳、更精確地转动。”
他先展示了系统框图,简要介绍了各部分功能。
然后,他拿起那块洞洞板:“这就是我用废旧元件搭建的mcs-51最小系统,cpu是8031,程序存在这片eprom里。”
他又指了指旁边的驱动板和电机,“这是驱动部分和执行机构。整个系统,包括程序编写、电路焊接、调试,都是我自己完成的。”
台下响起一阵轻微的议论声。
自己焊电路?
自己写程序烧晶片?
这对大多数高中生来说,简直像另一个世界的事情。
而陆沉才几岁啊?
因为智商碾压,有时候他们会忘了他的年龄,无意间把他当做前辈看待。
陆沉没有停顿,他打开了稳压电源。
系统上电,几个指示灯亮起。
他按下一个微动开关,步进电机发出一声轻响,开始缓慢旋转。
“现在,电机以最基本的整步模式运行,步距角1.8度,大家可以听到,有一些振动和噪音。”陆沉说。
然后,他切换另一个开关,“现在,切换到4细分模式。”
电机的转动声立刻变得轻微、均匀了许多,肉眼几乎看不出步进感,转动更加平稳。
“在4细分模式下,理论步距角减小到0.45度,运行更平滑。这是通过精確控制电机绕组中的电流比例实现的。”陆沉用教鞭指了指驱动板上的几个测试点,“我通过程序,生成特定时序的pwm脉衝,控制电流大小和方向。”
他接著演示了正反转切换,改变转速(通过调整脉衝频率)。
虽然整体速度很慢,但控制精准,响应及时。
台下变得安静下来。
同学们看著那台听话转动的电机,最初的惊讶渐渐变成了思索。
这玩意儿……好像真的有点门道?
不仅仅是让电机转起来那么简单。
演示完基本功能,陆沉走到那台长城286前,打开了他自製的逻辑分析仪监控程序。
屏幕上出现了跳动的字符波形。
“在调试过程中,最大的困难是信號异常。我无法知道单片机输出的脉衝到底是什么样子。於是,我用这台电脑的並行口,加了一个简单的接口电路,自己写了一个监控程序,用它来看信號波形。”
他切换到之前保存的一个问题波形记录:“大家看,这是调试初期捕捉到的异常波形,这里有毛刺,这里时序错乱。正是这些问题导致电机无法正常工作。”
然后又切换到正常波形:“这是修改程序后的正確波形,乾净,时序准確。通过对比,我找到了问题所在,並修改了程序。”
这种务实、清晰、甚至带点土法上马味道的讲述,让台下的许多同学,尤其是那些对动手实践感兴趣的同学,听得入了迷。
这和他们平时刷题、考试的感觉完全不同。
第七十一章:同学入迷了
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