【正文】 自動控制升降旗系統(tǒng)設計報告 摘要本設計是利用德州儀器公司生產的功能強大的MSP系列單片MSP430F449單片機控制步進電機來實現(xiàn)國旗升降的自動控制系統(tǒng)，主要有控制電路、步進電機、諾基亞5110顯示屏及其lcd顯示屏、語音模塊。該自動升降旗系統(tǒng)利用步進電機驅動，通過無線控制按鍵來控制旗幟的升、降。并且通過單面機控制步進電機轉換模塊來轉換控制步進角，來實現(xiàn)國旗上升或下降的不同速度，可由BCD撥碼盤選取升旗模式，無線遙控升降旗及調速等功能。關鍵字：MSP430F44諾基亞51語言模塊、 在升旗模式下，顯示屏顯示升旗模式。按上升鍵后，國旗勻速上升，同時演奏國歌，上升到最高端自動停止，國歌停奏。按下降鍵后，國旗勻速下降，下降到最低端自動停止。升降旗的時間均是43s。 、可以避免誤動作，國旗無論是在最高端按上升鍵，在最低端按下降鍵，還是在升降過程中按上生活下降鍵，都不起作用。避免了在升降旗過程中的誤操作。、 在升半旗模式下，顯示屏顯示升旗模式（半），同時一紅色發(fā)光二極管發(fā)光顯示。按上升鍵后，國旗勻速上升，同時演奏國歌。上升到最高端是國歌停奏，暫停3s，國旗自動下降到2/3處停止。按下降鍵，國旗先由2/3處上升到最高端，再自動從最高端下降到最低端后自動停止。 、在高度升降模式下，可設定升高高度，按上升鍵升高到設定高度，按下降鍵可下降到最低端。、 在調速升降旗模式下，升降旗的升降時間在30120s內可調，步進一秒，勻速升降。 、在自由升降旗模式下，按住上升鍵國旗上升，按住下降鍵國旗下降，不按鍵是國旗停止。 、旗幟的高度和升降旗的模式可以在顯示屏上顯示。具有無線遙控升降旗功能。 、斷電保存功能，不論旗幟是在頂端還是在底端，關斷電源之后重新合上電源，旗幟所在的高度數(shù)據(jù)顯示不變。并且接通電源之后在原來的模式下繼續(xù)工作。 主控單元的比較與論證 方案一：采用MCS51系列單片機。經典的MCS51單片機功能和速度有限；而高檔的MCS51系衍生產品價格昂貴、冗余資源較多、使用范圍較窄。 方案二： 采用FPGA（現(xiàn)場可編輯門列陣）作為系統(tǒng)控制器。FPGA可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能，規(guī)模大，集成度高，體積小，穩(wěn)定性好，并且可利用EDA軟件進行仿真和調試。FPGA采用并行工作方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，常用于大規(guī)模實時性要求較高的系統(tǒng)。在本設計中，F(xiàn)PGA的高速處理能力得不到充分發(fā)揮。 電機的比較與論證 方案一：直接采用直流電機，電機運轉平穩(wěn)，但不能記錄運行高度。 方案二：采用帶旋轉編碼器控制直流電機，電機運轉平穩(wěn)，精度可以得到保證。但其驅動電路復雜，在短時間內難以實現(xiàn)。 方案三：采用步進電機。步進電機是一種脈沖控制電機，它是一種能將脈沖信號轉換為角位移的數(shù)模轉換器，可廣泛用于無需反饋控制但要求有精確位置的場合。所以，綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，我們選用步進電機。3．系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)總體框圖如圖31所示：圖31 電路總體設計圖4 系統(tǒng)硬件組成 MSP430F449小系統(tǒng)圖41MSPF449小系統(tǒng)圖此系統(tǒng)包括單片機的供電、復位系統(tǒng)、BCD撥碼盤系統(tǒng)、高度顯示以及升降旗模式顯示等。通過電源供電，單片機開始工作。按下復位電路開關，單片機復位，重新開始工作。通過調節(jié)BCD撥碼盤的數(shù)值，選擇升降旗模式，使單片機控制步進電機運行在不同的工作模式下，同時點陣顯示屏顯示升降器模式。在升降旗系統(tǒng)工作過程中，段碼顯示屏同步顯示旗幟所在高度，精度可精確到一厘米以內。 無線收發(fā)系統(tǒng)（2262272）圖42無線收發(fā)系統(tǒng)PT2262/2272是臺灣普城公司生產的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，PT2262/2272最多可有12位(A0A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位(D0D5)數(shù)據(jù)端管腳,設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此同時相應的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時，PT2262得電工作，其第17腳輸出經調制的串行數(shù)據(jù)信號，當17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調制）相當于調制度為100％的調幅。（WTV020SD） 圖43語音模塊系統(tǒng)WTV020SD模塊是一款可重復擦寫語音內容的大容量存儲類型的語音模塊，可外掛最大容量為1GB的SD卡存儲器。能加載WAV格式語音和AD4格式語音。 WTV020SD模塊以WTV020SD20S語音芯片為主控核心，具有MP3控制模式，按鍵一對一控制模式（3段語音跟5段語音兩種），上電循環(huán)播放控制模式以及二線串口控制模式?？刂颇Ｊ绞窃谛酒茦訒r設置的，在操作過程中亦能切換各種控制模式。 MP3控制模式：具有播放/停止，下一曲，上一曲，音量+，音量等功能。 按鍵一對一控制模式（3段語音）：一個挄鍵對應觸發(fā)一個語音，具備播放3段語音及調節(jié)音量加減的功能，所有按鍵被默認為脈沖亦可重復觸發(fā)。 按鍵一對一控制模式（5段語音）：具有三種控制方式，⑴、所有按鍵均為脈沖可重復觸發(fā)；⑵、所有按鍵均為播放/停止觸發(fā)（單曲亦循環(huán)）；⑶、所有按鍵均為播放/停止（單曲可循環(huán)）。 上電循環(huán)播放控制模式：上電后，亦需要觸發(fā)任何I/O口，直接播放SD卡存儲器內的所有語音，并擁有斷電記憶點播放功能，當斷電后再上電，從上次的斷電處繼續(xù)播放語音。具有兩種控制方式，⑴、P04擁有脈沖播放/暫停功能；⑵、P05擁有電平播放/暫停功能。 二線串口控制模式：由單片機通過CLK時鐘和DI數(shù)據(jù)線發(fā)送數(shù)據(jù)對WTV020SD模塊迚行控制?？呻S意播放任何一個地址的語音。此狀態(tài)下，能迚行語音組合播放。 語音內容更新直接通過SD卡讀卡器在PC上更換。該模塊支持FAT文件系統(tǒng)。支持6KHz～32KHz、36KHz采樣率的AD4語音和6KHz～16KHz采樣率的WAV音頻，能識別語音采樣率以及語音文件格式。 電路解析：WTV020SD16P 跟WTV020SD20S 在PWM 輸出時，音頻信號選擇從SPK+、SPK端輸出到揚聲器。關于音樂芯片控制：選擇按鍵一對一控制模式（3 段語音），脈沖觸發(fā)，由挄鍵對地產生信號對I/O 口進行控制。I/O 口P0P0P0P0P07 分別為第一段語音、第二段語音、音量+、音量、第三段語音。在此系統(tǒng)中，單片機發(fā)出高電平通過繼電器的控制，使懸空的PO2拉低，并觸發(fā)第一段語音播放。 步進電機及其驅動系統(tǒng)圖44 步進電機驅動電路圖本作品采用二相四線步進電機及其驅動芯片L293D。本系統(tǒng)采用光電耦合器將步進電機電源與單片機供電電源隔開，使其工作在兩個不同的供電系統(tǒng)中，從而保護了單片機，使其不會被步進電機的高電壓損壞。步進電機的輸出信號通過光電耦合器的隔離送給L293D并驅動步進電機工作。步進電機的選用計算方法： 步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量 。 步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉速取決于輸入脈沖頻率。 步進電機是機電一體化產品中關鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。 本系統(tǒng)是通過程序控制輸出口產生數(shù)字脈沖，作為電脈沖來控制步進電機轉動。步進電機的繞組的通電順序為ABCD,反轉為DCBA,A、B、C、D。 E2PROM存儲系統(tǒng)及功能概述 圖 45CAT24WC01/02/04/08/16 是一個1K/2K/4K/8K/16K 位串行CMOS E2PROM 內部含有128/256/512/1024/2048 個8 位字節(jié)CATALYST 公司的先進CMOS 技術實質上減少了器件的功耗CAT24WC01 有一個8 字節(jié)頁寫緩沖器CAT24WC02/04/08/16 有一個16 字節(jié)頁寫緩沖器該器件通過I2C 總線接口進行操作有一個專門的寫保護功能。CAT24WC01/02/04/08/16 支持I2C 總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議I2C 總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器數(shù)據(jù)傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的模式通過器件地址輸入端A0 A1 和A2 可以實現(xiàn)將最多8 個24WC01 和24WC02 器件4 個242C04 器件,2 個24WC08 器件和1 個24WC16 器件連接到總線上。5 系統(tǒng)程序設計下圖為此升旗系統(tǒng)的程序流程圖： 圖51系統(tǒng)程序流程圖6系統(tǒng)測試程序 升降旗和升降半旗模式 測試要求制作180cm的旗桿，控制國旗升、降、停和半旗狀態(tài)，控制國旗在指定位置停及改變國旗的速度。觀察顯示及測量數(shù)據(jù)，反復調試。 測試數(shù)據(jù)圖表及簡單的分析指定位置測試數(shù)據(jù)表61設置值(cm)液晶顯示(cm)實際值(cm)誤差(cm)303050508080120120140140160160180180指定時間測試數(shù)據(jù)表62設置時間(s)液晶顯示(s)測量時間(s)絕對誤差(s)3030505080801001001201207 結論與感悟經過反復實驗，我們MSP430F449單片機使國旗基本上完成了題目所要求實現(xiàn)的運動：自動控制升降旗，實現(xiàn)半旗狀態(tài)，可在指定位置停止。速度可調，實時顯示出時間和高度。本運動控制系統(tǒng)存在以下幾個突出優(yōu)點：1 利用了MSP430F449的集成性，極大的簡化了外圍電路。2 增加了手動調節(jié)高度的方法，可以手動調節(jié)到理想高度。在設計過程當中，我們碰到許多問題，使我們認識到處理問題可以用多方法、多角度地處理。使我們不僅增強了實踐能力和協(xié)作精神，而且懂得了聯(lián)系實際的重要性，這對我們今后的學習和工作是不無裨益。當然，我們的設計受到時間、地域和價格的限制，還有可以改進的地方如驅動器上采用細分技術等，希望能在將來設計中進一步功能擴充。在此懇請各位老師批評指正。 附錄1系統(tǒng)總體電路圖附錄2源程序代碼：include unsigned int m,h,n,k,s1,s2,c,w,cont,t,x1,x2,x3,x4,x5,j1,j2,chu,yu,time1,time2,del。 //m記錄所走的步數(shù)，h輸入的高度,n記錄p2的輸入值（遙控）,k記錄選擇方式，//s1升旗高度，s2升半旗高度，c為選擇升旗方式（P6輸入值撥碼盤）,w為半旗暫停時間,t為設定的時間值，x1時間設定時的過度數(shù)。define s1 180define s2 124define LCD_5110_DIR P3DIRdefine LCD_5110_OUT P3OUTdefine LCD_IN_USE 6void delay_6us(void) //1us延時函數(shù) { unsigned int i。 for(i=0。i1000。i++)。 }void delay_5us(void) //1us延時函數(shù) { unsigned int i。 for(i=0。i1400。i++)。 }void delay_nus(void) //1us延時函數(shù) { unsigned int i。 for(i=0。idel。i++)。 }const unsigned char font6x8[][6] ={ { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 }, // sp { 0x00, 0x00, 0x00, 0x2f, 0x00, 0x00 }, // ! { 0x00, 0x00, 0x07, 0x00, 0x07, 0x00 }, // { 0x00, 0x14, 0x7f, 0x14, 0x7f, 0x14 }, // { 0x00, 0x24, 0x2a, 0x7f, 0x2a, 0x12 },