他拿著几张列印出来的ppt胶片(用286的印表机打的,字有些小),走到讲台前。
相比於林枫精美的图纸和激昂的讲解,陆沉的开场显得平淡。
“我的课题是基於mcs-51单片机的简易步进电机控制系统设计与模擬。”陆沉的声音平稳,没有过多渲染,“步进电机是一种將电脉衝信號转换成角位移的执行元件,在自动化设备中有广泛应用。
但传统驱动方式步距大,运行不平稳,我的目標是设计一个基於廉价mcs-51单片机的控制系统,实现细分驱动,提高控制精度和平稳性。”
他掛出第一张胶片,是系统框图。
“系统由单片机最小系统、按键输入、状態显示、驱动电路和步进电机构成。”
他简要介绍了各部分功能。
接著是核心的细分驱动原理图。
“所谓细分,是通过精確控制两相绕组的电流比例,使转子停在两个整步位置之间的中间位置。”
他画了一个简单的正弦电流波形叠加示意图,“在单片机中,我们需要用pwm波来模擬这种阶梯电流。
这是4细分下的电流控制序列。”
他展示了另一张胶片,上面是一个由数字和箭头组成的表格。
台下有些同学开始露出茫然的神色。
框图、表格、pwm、电流序列……这些词汇对大多数高中生来说很陌生,远不如尺缩钟慢、时空图来得吸引人。
陈浩已经开始偷偷打哈欠。
孙鹏小声对旁边人说:“听著有点像收音机调台。”
陆沉没有理会,继续讲解重点——算法实现。
“我在长城286上编写了模擬程序,模擬了单片机io、驱动电路和电机模型,这是模擬程序的结构图。”
又是一张满是方框和箭头的胶片。
“我测试了不同细分数的效果,这是模擬结果对比。”
他展示最后几张胶片,上面是数据表格和简单的曲线图,显示细分后模擬电机的步进角更均匀,速度波动更小。
“在4细分模式下,模擬的理论步距角从整步的1.8度减小到0.45度,运行平稳性显著提高。”
他讲完了,时间刚好。
台下响起礼貌性的、但不算热烈的掌声。
比起林枫刚才引起的反响,明显冷清了不少。
大家似乎没太听懂,或者觉得这个话题技术性太强、不够酷。
物理老师点点头,评价道:“陆沉同学的课题,工程性很强,思路清晰,模擬工作扎实,体现了將理论知识应用於实际问题的能力,很好。”
林枫在台下,听完陆沉的讲述,脸上没什么表情,只是眼神深处,似乎掠过一丝几不可察的……释然,或者说,是一种果然如此的瞭然。
在他看来,陆沉做的这些东西,更像是工科生的课程设计,充满了细节和计算,但缺乏物理学那种触及世界本质的宏大与优美。
他依然坚持自己的判断:真正的智慧在於理解宇宙的法则,而非摆弄这些精巧的玩具。
张老师坐在教室后面,將这一切看在眼里。
他看到了林枫的自信与隱隱的优越感,看到了大多数同学对理论课题的嚮往和对工程课题的疏离,也看到了陆沉在讲解时那份与年龄不符的沉稳与专注,以及面对略显冷淡反响时的平静。
交流结束后,张老师把陆沉叫到一边,低声说:“讲得不错,重点突出,不过,是不是觉得大家对你这个课题,不如对林枫的热情高?”
陆沉点点头:“嗯,可能大家觉得控制电机有点……平常,不如相对论有意思。”
“这很正常。”张老师笑了笑,“理论物理天生带有光环,容易让人產生敬畏和嚮往,工程技术往往显得琐碎,但你要记住,”他收起笑容,认真地看著陆沉。
“这个世界,既需要仰望星空、思考宇宙奥秘的人,也同样需要,甚至更需要脚踏实地、能將想法变成现实、驱动机器精准运转的人。
你选择的这条路,或许现在看起来不如別人的炫目,但它的价值,同样重大,甚至更加基础。
你的那个细分算法,如果真的能实现,用在某个需要精確定位的设备上,可能就是实实在在的进步。
不要被別人的眼光影响,坚持你的方向,做出实实在在的成果,到时候,大家自然会看到它的分量。”
陆沉重重地点头:“我明白,张老师,我没受影响,我只是在做我觉得有意义、也有兴趣的事情。”
“那就好。”张老师拍拍他的肩膀,“回去继续完善你的模擬,把算法优化到极致,如果需要实际电机和单片机做验证,我想办法帮你申请。”
离开教室,傍晚的风带著凉意。
陆沉走在回宿舍的路上,脑海里迴响著张老师的话,也回想著刚才交流会上的一幕幕。
他知道,自己绘製的图纸,与林枫绘製的时空图,代表著两种不同的追求,两种不同的价值。
没有孰高孰低,只是路径不同。
——
课题中期交流后的那几天,实验班里的空气似乎有了一丝微妙的变化。
林枫的相对论佯谬课题,因其理论高度和物理老师毫不掩饰的讚赏,贏得了不少同学的钦佩目光。
课间,时常能看到几个对物理感兴趣的同学围在他桌旁,討论著时空弯曲、质能方程之类的话题。
林枫依旧保持著那份矜持的自信,但言谈间,偶尔会提到真正的科学、揭示本质这样的词汇,目光有意无意地扫过教室前排陆沉安静看书的背影。
陆沉对此置若罔闻。
他依旧按时上课,认真完成作业,但大部分课余时间,都泡在了机房。
张老师的话他记在心里,工程的价值需要实实在在的成果来证明。
他不再仅仅满足於模擬程序的运行,开始著手將模擬环境向真实环境推进。
在张老师的帮助下,他从学校仓库的废旧物资里,翻找出了几样宝贝:一台老旧的、用於教学演示的两相四线步进电机(从某台报废的印表机或绘图仪上拆下来的),一个用洞洞板手工焊接的、极其简陋的达林顿管驱动电路板(不知是哪个学长多年前电子製作课的遗物),还有一小盒杂乱的电阻、电容、杜邦线。
东西很旧,有些元器件引脚都氧化了,但清理一下,似乎还能用。
“东西是老了点,但原理相通,你可以用它们搭建一个最简单的验证平台,把你的控制程序烧录到真正的mcs-51晶片里跑跑看。”张老师把这些东西交给陆沉时说道,“不过,真正的单片机开发需要专门的编程器和仿真器,咱们学校没有。我问问老王那边,能不能借用一下他们的简易开发板,或者……用更土的办法。”
“更土的办法?”陆沉好奇。
“用eprom。”张老师解释道,“先把你的程序在286上编译成机器码,然后用专门的设备烧写到紫外线可擦除的eprom晶片里,再把eprom插到你自己搭建的最小系统板上运行。
不过,这样就没法在线调试了,程序有问题只能重新烧写,很麻烦。但这是以前没有仿真器时常用的办法。”
陆沉明白了。
这意味著每一次修改程序,都需要经过编译、烧写、插拔晶片、上电测试的循环,效率极低,但却是接触真实硬体、体验完整嵌入式开发流程的绝佳机会。
他毫不犹豫地选择了这个土办法。
“那就麻烦张老师帮我问问,能不能借到eprom编程器,还有几片空白的eprom和mcs-51晶片。我想试试。”陆沉眼神发亮。
张老师办事效率很高,几天后,就带来了王研究员的消息:可以!
研究室正好有一套淘汰下来的、老式的通用eprom编程器,还有一些用剩的2732 eprom晶片和几片8031单片机(mcs-51的一种),可以借给陆沉用一段时间。
王研究员还特意嘱咐,操作编程器要小心,电压很高,別弄坏了晶片,更要注意安全。
设备到位,陆沉在机房里开闢了一个小小的硬体实验角。
他首先花了整整两天时间,清理、检测那些旧元器件,用万用表一个个测量,確认电机线圈是通的,驱动管没被击穿,电阻电容值大致正確。
然后,他在一张更大的洞洞板上,参照典型电路图,开始搭建自己的验证平台。
焊接是个细致活,尤其是对於8031这种40脚的双列直插晶片,焊点必须乾净牢固,不能虚焊短路。
陆沉沉下心来,拿著宋师傅给的那套精密螺丝刀里最小的镊子,配合著从张老师那里借来的25瓦內热式电烙铁,一点点地焊接。
松香的烟雾在机房里瀰漫,混合著旧元器件特有的、略带焦糊的灰尘味。
陈浩和孙鹏偶尔来机房,看到陆沉戴著副不知从哪找来的、镜腿用胶布缠著的劳保眼镜,对著电路板聚精会神地焊接,都咋舌不已。
“沉子,你这是在搞飞弹呢?”孙鹏探头看了一眼那密密麻麻的焊点和飞线,只觉得头皮发麻。
“比飞弹简单点,就是个最小系统。”陆沉头也不抬,小心地將一个104的瓷片电容焊到电源引脚旁。
“你这手可以啊,焊得跟机器点的一样。”陈浩倒是看出了点门道,“不过,弄这玩意儿有啥用?不是有电脑模擬吗?”
“模擬是理想情况,实际硬体有很多不確定因素,比如信號延迟、电源波动、元件误差。只有在真正的硬体上跑通了,才算真正可行。”陆沉解释了一句,继续专注手头的工作。
刘宇也来看过,他对硬体不太懂,但很佩服陆沉的动手能力和耐心。
“需要帮忙吗?”他问。
“暂时不用,谢谢。等我焊好了,可能需要你帮我看看程序逻辑。”陆沉说。
几天后,最小系统板焊接完成。
相比於林枫精美的图纸和激昂的讲解,陆沉的开场显得平淡。
“我的课题是基於mcs-51单片机的简易步进电机控制系统设计与模擬。”陆沉的声音平稳,没有过多渲染,“步进电机是一种將电脉衝信號转换成角位移的执行元件,在自动化设备中有广泛应用。
但传统驱动方式步距大,运行不平稳,我的目標是设计一个基於廉价mcs-51单片机的控制系统,实现细分驱动,提高控制精度和平稳性。”
他掛出第一张胶片,是系统框图。
“系统由单片机最小系统、按键输入、状態显示、驱动电路和步进电机构成。”
他简要介绍了各部分功能。
接著是核心的细分驱动原理图。
“所谓细分,是通过精確控制两相绕组的电流比例,使转子停在两个整步位置之间的中间位置。”
他画了一个简单的正弦电流波形叠加示意图,“在单片机中,我们需要用pwm波来模擬这种阶梯电流。
这是4细分下的电流控制序列。”
他展示了另一张胶片,上面是一个由数字和箭头组成的表格。
台下有些同学开始露出茫然的神色。
框图、表格、pwm、电流序列……这些词汇对大多数高中生来说很陌生,远不如尺缩钟慢、时空图来得吸引人。
陈浩已经开始偷偷打哈欠。
孙鹏小声对旁边人说:“听著有点像收音机调台。”
陆沉没有理会,继续讲解重点——算法实现。
“我在长城286上编写了模擬程序,模擬了单片机io、驱动电路和电机模型,这是模擬程序的结构图。”
又是一张满是方框和箭头的胶片。
“我测试了不同细分数的效果,这是模擬结果对比。”
他展示最后几张胶片,上面是数据表格和简单的曲线图,显示细分后模擬电机的步进角更均匀,速度波动更小。
“在4细分模式下,模擬的理论步距角从整步的1.8度减小到0.45度,运行平稳性显著提高。”
他讲完了,时间刚好。
台下响起礼貌性的、但不算热烈的掌声。
比起林枫刚才引起的反响,明显冷清了不少。
大家似乎没太听懂,或者觉得这个话题技术性太强、不够酷。
物理老师点点头,评价道:“陆沉同学的课题,工程性很强,思路清晰,模擬工作扎实,体现了將理论知识应用於实际问题的能力,很好。”
林枫在台下,听完陆沉的讲述,脸上没什么表情,只是眼神深处,似乎掠过一丝几不可察的……释然,或者说,是一种果然如此的瞭然。
在他看来,陆沉做的这些东西,更像是工科生的课程设计,充满了细节和计算,但缺乏物理学那种触及世界本质的宏大与优美。
他依然坚持自己的判断:真正的智慧在於理解宇宙的法则,而非摆弄这些精巧的玩具。
张老师坐在教室后面,將这一切看在眼里。
他看到了林枫的自信与隱隱的优越感,看到了大多数同学对理论课题的嚮往和对工程课题的疏离,也看到了陆沉在讲解时那份与年龄不符的沉稳与专注,以及面对略显冷淡反响时的平静。
交流结束后,张老师把陆沉叫到一边,低声说:“讲得不错,重点突出,不过,是不是觉得大家对你这个课题,不如对林枫的热情高?”
陆沉点点头:“嗯,可能大家觉得控制电机有点……平常,不如相对论有意思。”
“这很正常。”张老师笑了笑,“理论物理天生带有光环,容易让人產生敬畏和嚮往,工程技术往往显得琐碎,但你要记住,”他收起笑容,认真地看著陆沉。
“这个世界,既需要仰望星空、思考宇宙奥秘的人,也同样需要,甚至更需要脚踏实地、能將想法变成现实、驱动机器精准运转的人。
你选择的这条路,或许现在看起来不如別人的炫目,但它的价值,同样重大,甚至更加基础。
你的那个细分算法,如果真的能实现,用在某个需要精確定位的设备上,可能就是实实在在的进步。
不要被別人的眼光影响,坚持你的方向,做出实实在在的成果,到时候,大家自然会看到它的分量。”
陆沉重重地点头:“我明白,张老师,我没受影响,我只是在做我觉得有意义、也有兴趣的事情。”
“那就好。”张老师拍拍他的肩膀,“回去继续完善你的模擬,把算法优化到极致,如果需要实际电机和单片机做验证,我想办法帮你申请。”
离开教室,傍晚的风带著凉意。
陆沉走在回宿舍的路上,脑海里迴响著张老师的话,也回想著刚才交流会上的一幕幕。
他知道,自己绘製的图纸,与林枫绘製的时空图,代表著两种不同的追求,两种不同的价值。
没有孰高孰低,只是路径不同。
——
课题中期交流后的那几天,实验班里的空气似乎有了一丝微妙的变化。
林枫的相对论佯谬课题,因其理论高度和物理老师毫不掩饰的讚赏,贏得了不少同学的钦佩目光。
课间,时常能看到几个对物理感兴趣的同学围在他桌旁,討论著时空弯曲、质能方程之类的话题。
林枫依旧保持著那份矜持的自信,但言谈间,偶尔会提到真正的科学、揭示本质这样的词汇,目光有意无意地扫过教室前排陆沉安静看书的背影。
陆沉对此置若罔闻。
他依旧按时上课,认真完成作业,但大部分课余时间,都泡在了机房。
张老师的话他记在心里,工程的价值需要实实在在的成果来证明。
他不再仅仅满足於模擬程序的运行,开始著手將模擬环境向真实环境推进。
在张老师的帮助下,他从学校仓库的废旧物资里,翻找出了几样宝贝:一台老旧的、用於教学演示的两相四线步进电机(从某台报废的印表机或绘图仪上拆下来的),一个用洞洞板手工焊接的、极其简陋的达林顿管驱动电路板(不知是哪个学长多年前电子製作课的遗物),还有一小盒杂乱的电阻、电容、杜邦线。
东西很旧,有些元器件引脚都氧化了,但清理一下,似乎还能用。
“东西是老了点,但原理相通,你可以用它们搭建一个最简单的验证平台,把你的控制程序烧录到真正的mcs-51晶片里跑跑看。”张老师把这些东西交给陆沉时说道,“不过,真正的单片机开发需要专门的编程器和仿真器,咱们学校没有。我问问老王那边,能不能借用一下他们的简易开发板,或者……用更土的办法。”
“更土的办法?”陆沉好奇。
“用eprom。”张老师解释道,“先把你的程序在286上编译成机器码,然后用专门的设备烧写到紫外线可擦除的eprom晶片里,再把eprom插到你自己搭建的最小系统板上运行。
不过,这样就没法在线调试了,程序有问题只能重新烧写,很麻烦。但这是以前没有仿真器时常用的办法。”
陆沉明白了。
这意味著每一次修改程序,都需要经过编译、烧写、插拔晶片、上电测试的循环,效率极低,但却是接触真实硬体、体验完整嵌入式开发流程的绝佳机会。
他毫不犹豫地选择了这个土办法。
“那就麻烦张老师帮我问问,能不能借到eprom编程器,还有几片空白的eprom和mcs-51晶片。我想试试。”陆沉眼神发亮。
张老师办事效率很高,几天后,就带来了王研究员的消息:可以!
研究室正好有一套淘汰下来的、老式的通用eprom编程器,还有一些用剩的2732 eprom晶片和几片8031单片机(mcs-51的一种),可以借给陆沉用一段时间。
王研究员还特意嘱咐,操作编程器要小心,电压很高,別弄坏了晶片,更要注意安全。
设备到位,陆沉在机房里开闢了一个小小的硬体实验角。
他首先花了整整两天时间,清理、检测那些旧元器件,用万用表一个个测量,確认电机线圈是通的,驱动管没被击穿,电阻电容值大致正確。
然后,他在一张更大的洞洞板上,参照典型电路图,开始搭建自己的验证平台。
焊接是个细致活,尤其是对於8031这种40脚的双列直插晶片,焊点必须乾净牢固,不能虚焊短路。
陆沉沉下心来,拿著宋师傅给的那套精密螺丝刀里最小的镊子,配合著从张老师那里借来的25瓦內热式电烙铁,一点点地焊接。
松香的烟雾在机房里瀰漫,混合著旧元器件特有的、略带焦糊的灰尘味。
陈浩和孙鹏偶尔来机房,看到陆沉戴著副不知从哪找来的、镜腿用胶布缠著的劳保眼镜,对著电路板聚精会神地焊接,都咋舌不已。
“沉子,你这是在搞飞弹呢?”孙鹏探头看了一眼那密密麻麻的焊点和飞线,只觉得头皮发麻。
“比飞弹简单点,就是个最小系统。”陆沉头也不抬,小心地將一个104的瓷片电容焊到电源引脚旁。
“你这手可以啊,焊得跟机器点的一样。”陈浩倒是看出了点门道,“不过,弄这玩意儿有啥用?不是有电脑模擬吗?”
“模擬是理想情况,实际硬体有很多不確定因素,比如信號延迟、电源波动、元件误差。只有在真正的硬体上跑通了,才算真正可行。”陆沉解释了一句,继续专注手头的工作。
刘宇也来看过,他对硬体不太懂,但很佩服陆沉的动手能力和耐心。
“需要帮忙吗?”他问。
“暂时不用,谢谢。等我焊好了,可能需要你帮我看看程序逻辑。”陆沉说。
几天后,最小系统板焊接完成。
