精品自动控制升降旗装置毕业论文报告Word格式文档下载.docx

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胡楚煊

1、设计过程中出勤、学习态度等方面

0.2

2、课程设计质量与答辩

0.5

3、设计报告书写及图纸规范程度

0.3

总成绩

教研室审核意见：

教研室主任签字：

教学系审核意见：

主任签字：

年月日

摘要

本系统采用单片机STC89C52作为自动控制升降旗系统的检测和控制核心，采用由单片机控制的步进电机带动国旗升降，实现对国旗升降的自动控制。

该电路主要由电机驱动控制模块、键盘与显示模块及语音模块几个部分组成。

电机驱动控制模块采用集成驱动芯片ULN2003L，采用键盘作为输入控制和数码管作为输出显示，语音模块采用报警蜂鸣器（LS）电路。

关键字：

步进电机；

自动控制；

语音；

数码管显示；

按键

目录

设计要求1

1方案选择与论证1

1.1电机的选择与论证1

1.2电机驱动方案的选择与论证2

2自动控制升降旗整体电路设计2

2.1整体电路原理2

3单元电路设计3

3.1步进电机电路的设计3

3.2数码管显示电路的设计4

3.3音乐发声电路的设计5

3.4矩阵4X4键盘电路的设计6

3.5外部ROM存储器电路设计7

4自动控制升旗装置软件设计8

4.1系统总程序流程图8

4.2步进电机转动的软件设计9

4.3数码管实时显示的软件设计10

4.4国歌音乐的软件设计10

4.5矩阵键盘实时控制软件设计11

4.6外部ROM实时访问的软件设计12

5详细仪器清单13

6总结与思考及致谢14

参考文献15

附录一：

系统程序代码16

附录二：

总原理图27

自动控制升降旗装置

设计要求

基本部分:

1）.按下上升按键后，旗帜匀速上升，同时流畅地播放歌曲，上升到最高端时自动停止上升，歌曲停奏；

按下下降按键后，旗帜匀速下降，降旗的时间不放歌曲，下降到最低端时自动停止；

2）.旗帜在最高端,上升按键不起作用；

在最低端时，下降按键不起作用；

3）.升降旗的时间均为43秒，与国歌的演奏时间相等；

4）.即时显示旗帜所在的高度，以CM为单位，误差不大于2CM。

发挥部分:

1）.重新合上电源后，所显示的旗帜高度数据不变；

2）.要求升降旗的速度可调整，调整范围是30—120秒钟，步进1秒（除43秒

外，其他时间可与国歌不同步）；

3）.在最高升降速度下（以自选的电机参数定），能在指定的位置上自动停止，

定位误差≤±

2CM。

1方案选择与论证

1.1电机的选择与论证

方案一：

采用普通的直流电机。

普通直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转。

方案二：

采用步进电机。

步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲转化为角位移，即一脉冲，电机就转动一角度，因此很适合单片机控制。

步进电机的一个显著特点是具有快速的启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。

另一个显著特点是转换精度高，可以通过步数实现精确定位，可正转反转控制灵活。

综上所述，我们选用方案二。

1.2电机驱动方案的选择与论证

采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过控制开关的切换速度实现对电机的运行速度进行调整。

这个电路的优点是电路结构简单，其缺点是继电器的响应时间长，易损环，寿命短，耗电流，不能很好的驱动步进电机，可靠性不是很高。

采用由达林顿管组成的H桥型PWM电路。

用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，可精确调整电动机的运动状态（前进，后退，左转，右转）。

这种电路由于工作在管子的饱和截至模式下，效率很高。

H桥电路保证了可以简单的实现转速和方向的控制，但不能很精确的控制步距和速度。

方案三：

采用ULN2003驱动。

ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。

所以综上所述我们采用方案三。

2自动控制升降旗整体电路设计

2.1整体电路原理

系统整体电路原理框图如图1所示：

图1总体电路框图

3单元电路设计

3.1步进电机电路的设计

根据设计要求，我们采用了步进电机的准确步进来控制旗杆的升降，电路图如图3所示：

图3步进电机原理图

步进电机是数字控制电机，不同于直流电机。

它将脉冲信号转变为角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，非常适合单片机控制。

工作原理如下：

（1）控制换相顺序

通电换相这一过程称为脉冲分配。

例如：

三相步进电机的六拍工作方式，其各相通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C各相得通断。

（2）控制步进电机的转向

如果给定工作方式正序换相通电，电机正转，如果按反序通电换相，电机就反转。

（3）控制步进电机的速度

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它就会再转一步。

两步脉冲的时间间隔越短，步进电机就转的越快。

调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

步进电机步序表如表1所示：

表1步进电机步序表

步序

C4

C3

C2

C1

ULN2003输出

单片机输出

1

0x01

0x0e

2

0x03

0x0c

3

0x02

0x0d

4

0x06

0x09

5

0x04

0x0b

6

7

0x08

0x07

8

如果按步序1-->

步序8输出数据，步进电机正转，按步序8—>

步序一输出数据，步进电机反转。

3.2数码管显示电路的设计

由于要求升降过程中即时显示所在高度，故采用四位数码管即可显示出来。

本试验所采用的开发板上有一排六位的数码管，每个数码管的8段是由芯片8255得PB口控制亮灭，即可得到所要显示的数字，每个数码管的公共脚分别由8255的PA0—PA5经三极管扩流后进行控制，原理图如图4所示：

图4数码管显示电路原理图

要在某位数码管上显示一个数字，首先把待显示数字的显示码送给8255的PB口，接着选中要显示的位。

要在开发板的最左边的数码上显示一个‘0’，则需要先把‘0’得显示码0xc0送8255得PB口，接着PA0赋‘0’（低电平），随后让单片机保持这个值不变。

3.3音乐发声电路的设计

为了在升旗得过程中同步放出国歌的音乐，本实验采取蜂鸣器来奏响国歌。

单片机的P33引脚用来控制蜂鸣器的工作，当P33输出高电平时，蜂鸣器不工作。

当P33引脚输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器工作，同时二极管发光。

蜂鸣器音乐电路如图5示：

图5音乐发声电路

3.4矩阵4X4键盘电路的设计

本实验中用来控制的功能比较多，故采取按键控制的方法来实现控制功能。

电路如图6示：

图6矩阵4X4键盘电路

矩阵式键盘的按钮识别办法可以确定矩阵式键盘上何键被按下，采用的方法之一为“行扫描法”。

行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常见的按钮识别方法，键盘如上所示。

具体实现过程如下：

判断键盘中有无键按下。

将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。

只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键低于低电平线与4根行线交叉的4个按钮之中。

若所有列线均为高电平，则按键中无键按下。

判断闭合键所在的位置：

在确认有键按下的情况下，即可进入确定具体键的过程。

操作是：

依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其他线为高电平。

在确定某根行线为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。

若某列为低，则该线与置为低电平的行线交叉处的按钮就是闭合的按钮。

3.5外部ROM存储器电路设计

由于设计要求要掉电后将数据保存，即重开电源后单片机要从上次掉电前得状态继续执行，故采取I2C总线形式挂载外部程序存储器来存储掉电前得数据。

原理图如图7所示：

图7外部ROM存储器电路

I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二进制总线。

它通过SDA（串行数据线）及SCL（串行时钟线）两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件：

不管是单片机、存储器、LCD驱动器还是键盘接口。

AT24C08是低功耗的CMOS串行EEPROM，内含256*8位存储空间，工作电压宽，擦写次数多，写入速度快等特点。

本设计中24C08的1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。

在开发板上均接地，第8脚和第4脚分别接正、负电源。

第5脚SDA为串行数据输入输出，数据通过这条I2C总线串行传送，与单片机的P27连接。

第6脚SCL为串行时钟输入线与单片机的P26连接。

SDA与SCL都需要和正电源间各接一个2K的上拉电阻。

第7脚需接地。

4自动控制升旗装置软件设计

4.1系统总程序流程图

系统工作总程序流程图如图8所示：

图8整体程序流程图

4.2步进电机转动的软件设计

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；

同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

其工作流程图如图9所示：

图9步进电机程序流程图

此次设计中，采用的为四相八拍的步进电机控制方式。

代码中，先定义了要用到的步进电机正转和反转的时序数组，以使后面的程序能够随时更改电机接收到的脉冲时序，以达到实时地控制电机的正转和反转，从而实现旗帜的上升与下降。

更改脉冲时序的条件由所按下的键盘按键决定，所以可以实时地更改脉冲的时序，达到实时地控制电机转动方式。

4.3数码管实时显示的软件设计

数码管显示的部分硬件上是通过8255扩展IO芯片实现控制，且采用的为动态数码管显示的方法，也就是六要数码管共用的为一个八位数据线。

上面函数的功能为在指定的数码管上显示指定的数字。

实际中要显示的数字不只有一位，所以必须在人的视觉停留的时间内，即112秒的时间内，把所有要显示的数码管全部点亮，才能给人感觉像是所有数码管同一时刻全部点亮了。

数码管工作流程图如图10所示：

图10数码管子程序流程图

4.4国歌音乐的软件设计

音乐功能主要在两个中断中完成;

定时器0中断主要输出一定频率的方波，定时器1中断完成音长的控制，在完成特定音符的音长后读取下一个音符,并且更新定时器0的初始设置值。

演奏时，要根据音符的不同把对应半周期的定时时间初始值送入定时器T0，再由定时器T1按时输出高低电平，定时器控制音乐程序流程图如图11所示：

图11定时器T0、T1控制音乐子程序流程图

4.5矩阵键盘实时控制软件设计

本次设计采用的为4X4矩阵键盘，这种键盘是由16个按键组成的开关矩阵。