【正文】 00x02600110x03700010x01810010x09 ULN2003芯片ULN2003芯片美國Texas Instruments公司和Sprague公司開發(fā)的高壓大電流達林頓晶體管陣列產(chǎn)品。功率驅(qū)動電路是功率電子設(shè)備輸出電路的一個重要作組成部分，這種電路大多要求具有大電流輸出能力，以便于驅(qū)動各種類型的負載。，適用電壓是5V的TTL電平，驅(qū)動灌輸電流是500mA。 ULN2003芯片內(nèi)部連接圖ULN2003A由7組達林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,具有同時驅(qū)動7組負載的能力,為單片雙極型大功率高速集成電路。，帶負載能力強，溫度范圍廣，工作電壓高等特點，廣泛應(yīng)用于伺服電機，步進電機，電磁閥和可控照明燈等領(lǐng)域。所以，根據(jù)ULN2003和步進電機28BYJ48工作原理，、分別連接ULN2003芯片的管腳4。經(jīng)過芯片的處理放大，經(jīng)管腳11116輸出加到電機的橙、黃、粉、藍四色線上。驅(qū)動電機的具體的功能設(shè)計是與開關(guān)實現(xiàn)的，在P3口設(shè)置三個開關(guān)K1，k2,，電機開始設(shè)置默認為電機的正傳，k1接通電機正轉(zhuǎn)，同時國歌開始播放，當上升到最大值時，電機停止轉(zhuǎn)動，國歌結(jié)束。當小旗下降時，打開k2,關(guān)閉k1,電機實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，小旗下降，打開開關(guān)k3,電機迅速停止，實現(xiàn)小旗停止功能。語音模塊的設(shè)計思想是利用單片機的軟件編程控制揚聲器播放國歌語音代碼實現(xiàn)的，由于設(shè)計中采用的是三極管驅(qū)動8Ω/，需要的功率過大，而普通的三極管不能承受很高的電流，容易在電路中燒壞；如果在電路中接入限流電阻，又不能滿足驅(qū)動揚聲器的條件，或者揚聲器聲音過小，都不能達到設(shè)計的要求。為了解決這個問題，在設(shè)計采用大功率的MOS管TIP122實現(xiàn)。 TIP122芯片引腳圖 三極管TIP122的內(nèi)部圖 三極管TIP122的電參數(shù)表符號參數(shù)極性數(shù)值單位NPNTIP120TIP121TIP122PNPTIP125TIP124TIP125VCBO集電極基極電壓（IE=0）6080100VVCEO集電極發(fā)射極電壓（IB=0）6080100VVEBO發(fā)射極基極電壓（IC=0）5VIC集電極電流5AICM集電極峰值電流8AIB基極電流APtot耗散功率Tcase≤25℃65WTamb≤25℃2WTstg 貯藏溫度60～150℃Tj最高工作結(jié)溫150℃hFE放大倍數(shù)100，其中 R1=5千歐，R2=150歐。由圖可以看出，這是一個集成的放大型NPN管，它是由兩個NPN型普通三極管經(jīng)過二級放大形成的，使得穩(wěn)定系數(shù)更高，且放到倍數(shù)也加倍。為了達到同時的目的，起初設(shè)計的是在同一單片機上實現(xiàn)升降與國歌播放，但是在實際過程中，兩個模塊都要都要用到中斷，而單片機的中斷有優(yōu)先級，不能同時響應(yīng)兩個中斷，即不能在一片單片機上實現(xiàn)流暢的國歌播放和控制步進電機勻速升降的功能。為了解決這個問題，本設(shè)計采用兩塊單片機，一塊單片機單獨設(shè)計語音模塊，為了實現(xiàn)同步的目的，該單片機的接地與另一單片機用開關(guān)控制達到通電后，開關(guān)控制同時啟動的目的。 語音模塊的設(shè)計圖為了實現(xiàn)實時檢測國旗的升降情況，此設(shè)計采用LCD1602液晶顯示屏通過計數(shù)器對高度的測量，實時地顯示出國旗升降的高度，達到清楚明了效果。 是一種驅(qū)動電壓為5V，帶背光，可顯示兩行，每行16個字符的液晶屏，只能顯示顯示字母和數(shù)字，不能顯示漢字，內(nèi)置含128個字符ASCII字符集字庫，有并行接口。顯示器的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。 顯示模塊設(shè)計原理圖液晶顯示器模塊選用LCD1602 液晶模塊，2 行*16 列字符顯示：第一行顯示“national flagRamp。L”，表明顯示的是國旗的升降高度；第二行顯示“H：***cm”，表明國旗升降過程中的實時高度。而且并行8位數(shù)據(jù)通信，可以滿足本系統(tǒng)中顯示的要求。開發(fā)板中有液晶顯示模塊，利用C 語言模塊的可移植性，直接將模塊移植過來，根據(jù)實際情況更改數(shù)組內(nèi)容，即可實現(xiàn)對本設(shè)計中需要顯示的參數(shù)進行顯示。 本設(shè)計要求采用無線遙控旗幟的升降及停止，所以要對無線模塊進行設(shè)計。無線遙控模塊設(shè)計包括無線發(fā)射模塊的設(shè)計與無線接收模塊的設(shè)計。采用PT2262 和PT2272的編碼解碼芯片。PT2262和PT2272最多支持6位數(shù)據(jù)編碼，一般支持4位數(shù)據(jù)編碼。PT2262 和PT2272有三態(tài)地址編碼功能，只有地址匹配時才能傳輸數(shù)據(jù)。,。 PT2262編碼芯片管腳圖 PT2272解碼芯片管腳圖PT2262和PT2272是CMOS三態(tài)編碼集成芯片，這組器件廣泛用于各種遙控器件上，只需較低的+3V電壓就能工作。PT2262 是發(fā)射編碼芯片，PT2272是接收解碼芯片，兩者的地址必須配對，而且振蕩電阻必須符合要求。PT2262的TE端是發(fā)射允許端，接受低電平時，17腳DOUT端輸出一串編碼。該串編碼在載波上發(fā)送出去，被接收端接受和解調(diào)，輸入PT2272的14腳，當?shù)刂放鋵r，VT解碼有效端輸出高電平，數(shù)據(jù)端口就會輸出與PT2262發(fā)射端口一致的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)遙控功能。用遙控器給一個脈沖信號，經(jīng)過PT2262編碼芯片進行編碼，編碼后，經(jīng)過天線發(fā)射出去。接收模塊利用天線接收信號，然后經(jīng)過放大、濾波、PT2272解碼芯片進行解碼，解碼后送入單片機控制開關(guān)的中斷，然后控制各模塊的工作。. 發(fā)射模塊電路圖 接收模塊電路圖 旗桿的設(shè)計要實現(xiàn)旗幟的升降，就要設(shè)計一個旗桿。旗桿包括帶掛鉤的直桿，一面旗幟，尼龍細線。將尼龍細線的一短纏在電機上，通過掛鉤，另一端系上國旗。. 旗桿設(shè)計圖 電源電路的設(shè)計單片機STC89c51的供電電壓與步進電機的供電電壓都是五伏，所以在此需要設(shè)計一個五伏的電源，五伏電源主要包括四個部分：降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓、輸出。由于輸入的市用電壓為220V，遠大于我們所需電壓幅值，必須把電壓降低，電壓為交流電壓，而最終得到的是直流五伏電源，所以必須利用整流橋進行整流形成直流。而此時的直流并非穩(wěn)定的直流，它是一個周期性的震蕩曲線。要減弱這種振蕩幅度，最簡單的濾波方法就是用電容，利用電容的充放電特性。輸入的U1U2，電容C放電，此時，放電未完又再次充電，輸入的U1U2，電容C就開始充電，同時，充電未完又再次放電，由此類推，不斷放電充電，濾波后的電壓為U2在到的正電壓之間波動變化，且波動幅度變緩，使用大電容值的電容濾波此幅度波動更平緩，且多次濾波使直流的紋波更小。波后的電壓U2輸入三端穩(wěn)壓芯片LM7805便可將穩(wěn)定輸出電壓+5V，在上圖中的一個二極管D3是一個保護二極管，它的作用是保護穩(wěn)壓芯片。圖 5伏電源設(shè)計圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)總程序流程圖升降旗系統(tǒng)的主要包括三個模塊：語音模塊，電機轉(zhuǎn)動模塊，液晶顯示模塊。所以，程序的控制主要是控制三個模塊的運轉(zhuǎn)。采用的主要思想由開關(guān)控制的各模塊的開啟與關(guān)閉：當K1開啟，電機正轉(zhuǎn)和音樂的播放，伴隨著國旗的上升，液晶屏的顯示的高度增加；當K2打開，單片機控制電機的反轉(zhuǎn)，小旗的降落，國歌停止播放，而液晶顯示屏的高度顯示隨著高度的下降而減少；K3打開，單片機控制的是小旗靜止，同時國歌停止播放，顯示高度保持不變。由此通過開關(guān)的控制來完成了小旗的升降與停止功能。 系統(tǒng)總流程圖根據(jù)系統(tǒng)總流程圖，用C語言編程所設(shè)計的原程序見附錄D. 子程序流程圖 升降小旗運動子程序步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，也可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，都可達到調(diào)速的目的。也就是說，給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。 首先，我們需要對步進電機的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定。要想使步進電機按一定的速度精確地到達指定位置（角度或位移），步進電機的步數(shù)N和延時時間DALAYA是兩個重要的參數(shù)。前者用來控制步進電機的精度，后者用來控制其步進的速率。下步進電機步數(shù)的確定本設(shè)計采用的28BYJ是一個減速比為1:64的四相八拍步進電機，電機轉(zhuǎn)動一周實際“走”步數(shù)設(shè)為N，則N=360/=64步 cm。旗桿的高度（電機轉(zhuǎn)動的總線長） cm，國歌播放時間為升旗的總時長，時間t為43S。步進電機要走的實際步數(shù)為N1=（S/C）64=64≈685步 步進電機實際要“走”的步數(shù)，即為接收到的來自控制模塊的脈沖數(shù)?升（降）旗一秒所走的距離：V=S/t=167247。43=升（降）旗一秒所需的脈沖數(shù)：N= 3414/34=3414/34=100 個 此次設(shè)計中，采用的為四相八拍的步進電機控制方式。代碼中，先定義了要用到的步進電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的時序數(shù)組，以使后面的程序能夠隨時更改電機接收到的脈沖時序，以達到實時地控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)旗幟的上升與下降。更改脈沖時序的條件由所按下的鍵盤按鍵決定，所以可以實時地更改脈沖的時序，達到實時地控制電機轉(zhuǎn)動方式。將國旗從基點上升到最高點或從最高點下降到最底端時，且跟蹤顯示物旗幟的上升高度，,并把它轉(zhuǎn)化為電機應(yīng)轉(zhuǎn)的步數(shù),最后將程序步數(shù)轉(zhuǎn)化為應(yīng)送出脈沖的個數(shù)并輸出。 升降旗子程序流程圖根據(jù)升降旗子程序流程圖，利用C語言編程所設(shè)計的子程序見附錄D。 LCD1602液晶實時顯示子程序的設(shè)計一般初始化（復位）過程：，寫指令38H（不檢測忙信號）；，寫指令38H（不檢測忙信號）；，寫指令38H（不檢測忙信號，以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號）；：顯示模式設(shè)置；寫指令08H：顯示關(guān)閉；寫指令01H：顯示清屏；：顯示光標移動設(shè)置；寫指令0CH：顯示開及光標設(shè)置。 LCD1602子程序流程圖根據(jù)LCD1602子程序流程圖，利用C語言編程所設(shè)計的子程序見附錄D。音樂功能主要是由定時器0的中斷完成，程序開始先對定時器0進行初始化，然后定時器0中斷完成音長的控制，在完成特定音符的音長后讀取下一個音符,并且更新定時器0的初始設(shè)置值。演奏時，要根據(jù)音符的不同把對應(yīng)半周期的定時時間初始值送入定時器T0，再由定時器T1按時輸出高低電平，用零作為結(jié)束的標志，每讀一個音符后，判斷其是否為零，不為零，則繼續(xù)下一個讀取，否則，結(jié)束讀取，關(guān)閉定時器T0。 音樂子程序流程圖根據(jù)升降旗子程序流程圖，利用C語言編程所設(shè)計的子程序見附錄D。此設(shè)計的軟件調(diào)試是在Windows XP的運行環(huán)境下則采用的keil uvision3調(diào)試軟件，采用C 語言編程完成的。keil uvision3軟件調(diào)試過程簡單，功能強大，有跟蹤程序的執(zhí)行、設(shè)置斷點和實時觀察內(nèi)存等基本功能，另有配合仿真器使用的部分特殊功能，使編程與調(diào)試更為簡便。首先，先在電腦上打開keil uvision3軟件，新建一個工程。在“Project”中選擇“New Project”，會出現(xiàn)一個“Create New Project”的對話框，keil ，輸入你要新建工程名，單擊“確定”。這時出現(xiàn)一個各主要芯片的清單，由于此次設(shè)計采用 keil uvision3新建工程界面圖的是89C52的單片機，所以選擇“Atmel”的“AT89C52”，單擊“確定”。因為采用的是C語言編程，所以在對話框中選擇“是”。新工程就建好了。其次，在新建的工程中新建一個文件。在“File”中選擇“New File”，會出現(xiàn)一個“TEXT 1”，在“File”中選擇“save”，保存到剛才所建的新工程文件夾中,后綴名“.c”。接著在左欄中點開“Target 1”，在“Source Group 1”加載剛才所建的文件，右擊“Source Group 1”選擇“Add File to Group ‘Source Group 1’”,找到剛才的文件,單擊“確定”.然后，加載程序進行編譯，將程序復制到文件中，調(diào)試結(jié)果在下顯示如有錯誤，點擊錯誤，就會在程序中提示出來，徐改完后繼續(xù)編譯，直到出現(xiàn)“0 Error(s),0 warning(s)”，表明程序編譯完畢。 keil uvision3程序編譯界面圖 程序編譯完成后，要是單片機實現(xiàn)功能，就必須把軟件下載到單片機中才能達到控制的目的。在界面的工具欄中選擇按鈕并點擊，會出現(xiàn)一個對話框，在對話框中“output”，選中“Create HEX FI”,單擊“確定”。再編譯一次，HEX文件就生成了。 HEX文件生成界面圖生成hex文件后，首先在運行程序中設(shè)置參數(shù)，在”MCU Type”中選擇STC89C52RC,最高波特率設(shè)為115200，最低波特率設(shè)定為1200，在COM端口選擇開發(fā)板與PC機連接的COM口，如果不知道的話，可以右擊選擇”管理”,。在設(shè)備管理器中查到你的COM口，選擇該COM口。其他參數(shù)基本保持不變。這樣參數(shù)就設(shè)置好了。 參數(shù)設(shè)定界面參數(shù)設(shè)定好后，采用優(yōu)轉(zhuǎn)串口先將郭天祥開發(fā)板與PC機連接起來，在開發(fā)板上放置單片機芯片，點擊OpenFile/打開文件找到生成的Hex文件，然后點擊下載，待提示上電后，給開發(fā)板上電，隨著指示燈的閃爍，程序被下載到單片機中，結(jié)束后，關(guān)閉電源。程序就下載好了。