摘 要

薄膜材料的快速发展，让高性能的镀膜工具成为一种需求。本文分析了现有提拉镀膜机的发展现状，技术特点和性能参数。在此基础上设计并制作了新型智能提拉机的机械外观结构和针对步进电机丝杆组成传动装置设计的无振动细分驱动装置，同时编写了提拉机控制系统驱动软件，实现了智能提拉机样品的制作与调试，并且设计出了机器性能测试的测试方案。

论文核心内容研究出了高细分的二相步进电机驱动系统，系统包括硬件供电电路、SG3525脉宽调制电路、74系列数字芯片组成的逻辑整合电路、IR2110S功率隔离驱动电路、过流保护电路、按键屏幕人机交互电路、STM32微控制器电路，和一整套镀膜机软件智能控制系统。通过按键和液晶显示屏，实现对镀膜装置运行速度、运行方向、细分驱动数、镀膜次数、镀膜间隔等运行参数进行设置来控制镀膜机工作。

设计过程中，充分考虑实际，兼顾性能和成本，设计出来的设备能很好的应用于微波射频实验室对电磁薄膜材料的制备，具有较高的实用性。

关键词：提拉镀膜；单片机；细分驱动；步进电机

Abstract

The rapid development of thin film materials makes high-performance plating tools a requirement. This paper analyzes the development status, technical characteristics and performance parameters of the existing Tire Coating Machine. On this basis, the mechanical appearance structure of the new intelligent pulling machine and the vibrationless subdivision drive device designed for the transmission of the stepper motor screw are designed and manufactured. At the same time, the driver software of the pulling machine control system is designed, And the experimental results of the machine performance test are given.

The system includes hardware power supply circuit, SG3525 pulse width modulation circuit, 74 series digital chip composed of logic integrated circuit, IR2110S power isolation drive circuit, over-current protection circuit , The key screen man-machine interaction circuit, STM32 micro controller circuit, and a set of coating machine software intelligent control system. Through the button and the liquid crystal display screen, to achieve the coating device running speed, running direction, subdivision drive number, the number of coating, coating interval and other operating parameters set to control the coating machine work.

In the design process, taking into account the actual, taking into account the performance and cost, the design of the equipment can be well applied to microwave radio frequency laboratory on the preparation of electromagnetic thin film materials, with high practicality.

Key Words：Subdivision drive；Single chip；pull the coating machine；stepper motor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1提拉镀膜机研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 课题主要研究内容 6

第2章 提拉机机械结构的设计与实现 8

2.1 提拉机外观结构设计一 9

2.2 提拉机外观结构设计二 10

2.3 提拉机模型实物展示 11

第3章 提拉机的硬件电路设计 13

3.1 系统电路设计总体概述 13

3.2 电源管理模块电路设计 14

3.2.1 12V降5V直流降压开关电源设计 15

3.2.2 5V降3.3V线性稳压电源功能实现 17

3.3 微控制器系统及细分电路硬件设计 18

3.3.1 STM32单片机最小系统设计 18

3.3.2 正余弦模拟电压输出电路设计 22

3.4 步进电机驱动电路设计 24

3.4.1 脉宽调制驱动电路设计 24

3.4.2 数字逻辑芯片合成的控制信号电路设计 26

3.4.3 H桥逆变器功率驱动电路设计 29

3.4.4 采样反馈电路和过流保护电路的设计 32

3.5硬件电路设计总结 34

第4章 提拉机的软件设计 36

4.1 软件流程概述 36

4.1.1 显示器程序编程 37

4.1.2 数模转换器输出电流细分波形编程 39

4.1.3 A、B相控制信号的输出 42

4.2软件设计小节 43

第5章 硬件系统制作与测试结果分析 44

5.1概述 44

5.2测试结果分析 47

第6章 总结与展望 58

6.1总结 58

6.2展望 59

参考文献 60

致 谢 62

第1章 绪论

1.1提拉镀膜机研究背景及意义

液相外延法^[1]是指溶液中析出固体物质，并依附在基片上生成单晶薄膜的方法。垂直液相外延法就是把洁净干燥的基片浸入溶液（溶胶）中，然后将浸渍后的基片以一定速度垂直提拉起来。基片上就会附着一层膜，膜层中的溶剂挥发之后，再经过进一步的干燥和高温热处理之后，基片上便镀上了所需的纳米薄膜，变成了纳米复合材料。基片上膜层厚度由提拉速度，液体浓度和液体粘度决定。这种镀膜方法适用于硅片、晶片、玻璃、陶瓷、金属等所有固体材料。而提拉镀膜机就是一款专门为液相外延法制备纳米薄膜材料的一种精密仪器^[2]。作为纳米薄膜材料的制备方法之一，这种工艺简单、成本低廉的制作方式被很多科研人员普遍采用。提拉镀膜机可以在不同的液体中浸渍提拉生长薄膜，可以给各种各样的基质做表面材料涂覆工艺。提拉镀膜机作为制备复合纳米材料的机器被广泛应用于石墨烯薄膜材料制备^{[3, 4]}、纳米薄膜特性研究、电磁材料镀膜性能研究、半导体等科学领域。

有关提拉机的研制，国外要比国内早起步，目前市面上性能好、精度高的镀膜机全部来自于国外公司。国内研发镀膜机的公司也有，研发出来的性能好的产品也有很多，但是这些优秀产品的核心机械传动装置、软件控制系统还是使用的国外的技术。