【文章內(nèi)容簡介】 1B 21 OUT1B 粉 2A 2 OUT2A 橙 2B 5 OUT2B每通道的輸出電流可以有 4 種狀態(tài)，這為步進電機提供了多種控制方式，可實 現(xiàn)“ 整步（FullStep）” 、“ 半步（HalfStep）” 、“優(yōu)化半步（Modified HalfStep）”等工作模式。：圖 步進電機不同控制模式的時序圖本次畢業(yè)設計采用“整步（FullStep）”工作方式。實現(xiàn)本系統(tǒng)的控制，關鍵在于將國旗升降高度與控制電機的轉(zhuǎn)向及回轉(zhuǎn)角度對應起來，二者緊密配合，最終實現(xiàn)對國旗升降的運動控制。控制電機的轉(zhuǎn)向就可以控制國旗上升和下降，為了準確實現(xiàn)可變的時間和高度控制的勻速升降，需要精確計算在一定人眼不能識別的時間內(nèi)的步進電機的脈沖數(shù)。步進電機我們選用“整步”工作方式，㎝，完全符合精度的要求。高度可調(diào)步長為1㎝，可調(diào)時間間隔為1s。在程序設計中，我們運用時間精度很高的SPGT62C19B產(chǎn)生4KHz的中斷脈沖送給單片機的外部中斷IRQ4。在整個上升或下降過程中，高度（high）為總高度，可通過公式：步進電機要轉(zhuǎn)動的總步數(shù)： 總步數(shù)=高度（high）/；分次轉(zhuǎn)動的次數(shù)為： 次數(shù)=總時間（time）*32；每（1/32s）走的步數(shù)： 步數(shù)=總步數(shù)/次數(shù)；除后余數(shù)的步數(shù)為： 余步數(shù)=總步數(shù)%次數(shù)。這樣步進電機在轉(zhuǎn)動時需要沒1/32s走一次，系統(tǒng)不可避免地會出現(xiàn)余數(shù)的現(xiàn)象，這里我們采用插補補償?shù)姆椒▉斫鉀Q這個問題。處理思路為：我們分兩種情況考慮，當余步數(shù)為0時，每次按計算的步數(shù)運轉(zhuǎn)一定的次數(shù)就能滿足要求；當余步數(shù)不為0時，先在循環(huán)程序中分余步數(shù)次運轉(zhuǎn)步數(shù)的基礎上再加一次，然后再按正常的步數(shù)轉(zhuǎn)動。開始運動時打開外部中斷，結(jié)束后等待中斷到來再進入下一次循環(huán)。上升和下降的原理類似。在步進電機運動的過程中，實時顯示運動時間和所在位置，并不斷保護現(xiàn)場數(shù)據(jù)，存放于SPGT62C19B中。國旗運動的控制：在主程序中，系統(tǒng)的按鍵共有3個，其中上升鍵、下降鍵為優(yōu)先掃描鍵，開始鍵則為高級中斷鍵。1)“上升鍵”按下時，對SPCE061A輸出播音控制信號播放國歌，國旗經(jīng)43s的時間勻速上升至旗桿頂端，國歌播放完畢。此時程序只掃描下降鍵，下降鍵按下有效時，國旗經(jīng)43s的時間勻速下降至地端。2)“下降鍵”按下時，此時程序只掃描下降鍵，下降鍵按下有效時，國旗經(jīng)43s的時間勻速下降至地端。3)“開始鍵”何條件下都有效，當按下時，系統(tǒng)會恢復原始狀態(tài)。此鍵主要用于程序跑飛的情況下。上述的按鍵，不同的優(yōu)先級是它們具有不同的使能有效時段，這樣在操作過程中不會因為誤操作而產(chǎn)生影響。掉電現(xiàn)場的保護主要包括兩個方面：一是斷掉電后國旗位置不變，二是斷掉電之后重新合上電源，旗幟所在的高度數(shù)據(jù)顯示不變。前者的保護措施是通過使用電磁閥緊急滯動來實現(xiàn)，為了保障斷電后再次加電時，國旗所在的高度和數(shù)據(jù)顯示不變。在每次中斷數(shù)據(jù)改變時，把國旗所在的精確位置和狀態(tài)寫在SPGT62C19B芯片中。在下次上電時，首先讀SPGT62C19B芯片的數(shù)據(jù)，檢查國旗所在的位置。細分狀態(tài)如下：1)如果在0cm位置，不做處理。2)如果在86cm位置，此時為升旗狀態(tài)上升的最高點，查詢下降鍵，等待下降鍵按下。當下降鍵按下時，國旗經(jīng)過43s的時間勻速下降至0cm最低端處。3)當下降鍵按下時，國旗從最高點86cm，后經(jīng)過43s的時間下降至0cm最低端處。這整個過程中，所存的位置數(shù)據(jù)一定要精確，確保不出現(xiàn)誤差積累現(xiàn)象。用SPGT62C19B模組提供的 4位共陰極 LED 數(shù)碼管做顯示器，數(shù)碼管采用 ULN2003A 為其提供驅(qū)動電流ULN2003A 是 7路達林頓三極管陣列，這里用到了其中的 4路，分別連接到數(shù)碼管的 4個位選腳 G1~G4。G1~： 數(shù)碼管設置列表G1G2G3 G4 時間十位時間個位高度十位高度個位1) GG2數(shù)碼管分別顯示在某一種運行狀態(tài)下，運動的時間，上升和下降時間不累計。時間以s為單位，當高位為零時自動消隱。2) GG4數(shù)碼管顯示此時國旗所在高度，以cm為單位。當高位為“0”時，只顯示中間的行線，不消隱。數(shù)碼管顯示接口包括 “段控制” 接口和“位控制” 接口。它們在模組中被標示為 “J1” 和“J2”?？梢杂?10PIN 排線將模組的 J1與 61 板的 IOA 低 8 位（即 61 板的 J8）相連，模組的 J2 與 61 板的 IOA 高 8 位（即 61 板的 J9） 相連。連接時要注意模組接口標示為“VDD”的腳應與 61 板接口標示為“+”的腳相對應，不能接反。用凌陽SPCE061A板的三位按鍵，作為鍵盤輸入寄存器，并入串出接口芯片串行接入到單片機。： 按鍵操作說明表1號2號3號開始鍵上升鍵下降鍵當按下KEY1開始鍵時位置顯示為0，則不處理可以按鍵；當位置顯示86cm，表示上次斷電時國旗在頂端，此時升旗無效；必須先按下下降鍵把國旗降下，才能進行其它功能操作；按下下降鍵，國旗降至底端，才能進行其它功能操作；開機后，國旗自動下降至底端，開始進行其它功能操作。1)升旗國旗在非運動狀態(tài)下的最底端時，按下KEY2上升按鍵后，國歌起，國旗緩緩上升， GG2兩位數(shù)碼管顯示工作時間，GG4兩位數(shù)碼管顯示國旗所在位置，43s后到達頂點，國歌停，國旗停止，運動時間顯示43s，位置顯示86cm，鍵號只顯示中間的橫線。此時除下降鍵以外的其它鍵都不工作，等待下降鍵按下。2)降旗當KEY3下降鍵按下時，運動時間顯示0s，國旗開始勻速下降，43s后到達低端，下降時國歌不播放。第4章 自動控制升降旗系統(tǒng)的軟件設計整個系統(tǒng)的主要任務是執(zhí)行升旗、降旗、國歌播放、計時，計算高度并顯示國旗實時運行時間及所在高度等功能，這樣系統(tǒng)軟件設計就可以分塊完成。系統(tǒng)上電后進行初始化，上升鍵按下時，電機正轉(zhuǎn)，裝載國歌語音模型，定時計數(shù)器TimerA開始計數(shù)，計數(shù)器每加1s，國旗高度計算一次，高度加2cm，時間高度數(shù)據(jù)送入顯示子程序，LED顯示子程序開始掃描數(shù)據(jù)并顯示，上升到最高處86cm處，電機停轉(zhuǎn)，國歌停奏，按下下降鍵時，電機反轉(zhuǎn)到最低位置0cm處停止，并實時顯示國旗運行時間及所在高度。： 系統(tǒng)主流程圖該子程序的主要功能是實現(xiàn)國旗運行的計時，寄存器IRQ5入棧讀入數(shù)據(jù)，判斷是否為2KHZ中斷，是則對升降國旗的時間進行計時，同時可作為國歌播放時間，使用定時計數(shù)器TimerA進行計數(shù)，計數(shù)到43s時電機停轉(zhuǎn)，中斷返回到主程序。： 計時子程序流程圖該子程序的主要功能是實現(xiàn)國旗時間及高度的顯示，由于LED顯示為段碼的顯示，所以處理后的十進制數(shù)要首先取段碼，然后送顯示單元。在發(fā)生中斷和等待中斷時，都對顯示子程序進行了調(diào)用，完成了實時顯示的要求。本設計的顯緩單元為Ox702d存儲單元Ox0040，采用四位LED顯示，先把要顯示的數(shù)據(jù)存入對應的顯緩單元，然后查表取段碼，將段碼經(jīng)IOB1~IOB4口送給LED顯示，四位位選碼由IOB5~IOB8控制。： 顯示子程序流程圖該語音子程序要求演奏國歌，其時間為43秒鐘，所以選用的語音芯片其錄放時間應大于43秒鐘，即在此選用語音芯片spy0300，其錄放時間為60秒，完全符合本設計的要求，我們把國歌音樂裝載在spy0300語音芯片中，然后初始化語音子程序，獲取國歌語音數(shù)據(jù)，在運行環(huán)境下初始化SACM_S480類型語音模式，就緒后播放國歌，解碼并填充隊列將國歌的語音數(shù)據(jù)加載到SACM_S480播放文件中，否則沒有數(shù)據(jù)。等待國歌播放完畢中斷返回主程序。： 語音子程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析整個系統(tǒng)搭接完畢，首先對硬件進行檢查聯(lián)線有無錯誤，再逐步對各模塊進行硬件調(diào)試。由于本設計采用的是整體的61板及電機模組，因此，在硬件調(diào)試部分只要將61板自檢程序及電機模組自檢程序下載到各自的核心芯片中，運行后61板可以進行國歌播放，電機模組的電機可以正反轉(zhuǎn)，LED可以顯示時間高度就證明硬件調(diào)試成功。首先寫入電機控制小程序，控制其正反轉(zhuǎn)，停機均正常。根據(jù)高度加入步長脈沖調(diào)試，其控制升、降旗以及與語音子程序同步均符合要求。加入按鍵和顯示時間、高度子程序，均正常工作，通過編碼，可實現(xiàn)升降旗與停止功能。音樂播放程序調(diào)試過程:1) 在網(wǎng)絡上找到播放一遍的國歌，再用凌陽公司提供的Compress 2) 新建一個工程 ex3_S480_Auto，在工程里新建 文件和 文件。 3) 拷貝頭文件：把 和 兩個文件拷貝到 ex3_S480_Auto 工程文件夾。 4) 拷貝支持文件：把 、 兩個頭文件和 匯編語言文件拷貝到 ex3_S480_Auto 工程文件夾。 5) 拷貝庫文件：把 sacmv26e 語音庫文件（文件名為：）拷貝到ex3_S480_Auto 工程文件夾。 6) 拷貝資源文件：可以在 IDE 的安裝路徑 \SPCE061A\VoiceExa\ex3_S480_Auto\Voice ,把這個語音資源文件拷貝到 ex3_S480_Auto 工程文件夾。 7) 從工程文件夾當中，添加剛剛拷貝的音樂資源文件到 ex3_S480_Auto 工程。 8) 包含 庫到 ex3_S480_Auto 工程中。 9) 添加 。 10) ， 。11) 按照程序流程圖編寫程序。 12) Rebuild All，出現(xiàn)沒有定義 T_SACM_S480_SpeechTable 的錯誤。 13) 在 文件中定義語音資源表和語音播放順序。 14) Rebuild All，如果沒有其他錯誤，下載程序到實驗箱。把 J8 中（DAC1）的跳線設置為靠近DAC1 字樣的兩個引針短接。運行程序，根據(jù)實驗箱播放的音樂判斷是否符合實驗要求。 電機模組軟件調(diào)試過程與上述過程類似，因此不再贅述。系統(tǒng)綜合調(diào)試：上電后，對系統(tǒng)復位，然后設置狀態(tài)，在運行過程中發(fā)現(xiàn)存在有一定的誤差，經(jīng)過反復調(diào)試，發(fā)現(xiàn)誤差出現(xiàn)的原因是由于步進電機轉(zhuǎn)軸、滑輪直徑以及轉(zhuǎn)角都存在著一定誤差，使實際值與理論值之間總會有些誤差，經(jīng)過反復調(diào)試，最后增加了實際脈沖數(shù)，結(jié)果問題解決，實現(xiàn)理想功能。本次設計任務對軟件編寫調(diào)試的能力要求相對較高，程序調(diào)節(jié)是否順利決定了實習進度。 由于初次接觸61的編程，所以在實習初期我們主要是學習和認知61的板以及61編程的基本知識，這是個學習深入的過程。 在對編程基礎知識了解后，基于對題目要求的理解和思考，我們確定實現(xiàn)方案?？梢酝ㄟ^簡單的I/O操作實現(xiàn)國旗的升降、語音播放功能；配合SPCE061A的語音特色，利用系統(tǒng)的語音播放和語音資源，實現(xiàn)國歌播放的功能。 這個方案的確定是在查閱了，61資料“步進電機控制實驗”的實現(xiàn)程序后得到的思路。基于對現(xiàn)有程序框架的理解。當然，程序的調(diào)試是不可能一兩次就能成功的。這其中遇到的問題有很多，其中就有硬件的問題以及對61編程的知識的理解的不夠而出現(xiàn)的調(diào)試困難。根據(jù)設計題目要求，下面兩項測試是必須要完成的內(nèi)容，從測試的結(jié)果看，都達到了題目的基本要求和發(fā)揮要求，旗幟運動的參數(shù)都在要求范圍內(nèi)，而且所有的運動均在規(guī)定的時間內(nèi)完成。各項的測試情況如下：升旗時間和位置測試以測試國旗上升的運動時間和所到達位置為例，檢測運動是不是勻速運動，實際位置和理論位置是否對應，升旗43s到達86cm的位置和時間是否精確，： 升旗時間和位置測試理論位置（cm）實際位置（cm）誤差值（cm）理論時間（s）實際時間（s）誤差值（s）降旗時間和位置測試以測試國旗下降的運動時間和所到達位置為例，檢測運動是不是勻速運動，實際位置和理論位置是否對應，降旗43s到達0cm的位置和時間是否精確，： 降旗時間和位置測試理論位置（cm）實際位置（cm）誤差值（cm）理論時間（s）實際時間（s）誤差值（s）誤差分析上述的各項運動測試中，盡管都在規(guī)定的允許誤差范圍內(nèi)，但還是存在著一定的誤差，可以從以下幾個方面對誤差產(chǎn)生的原因進行分析：1) 滑輪的半徑理論上滑輪的直徑＝，機械加工上精度有限不能達到理想要求，不可避免地為后面地計算帶來誤差。2) 軟件計算中的誤差在讓單片機進行的計算中，尤其是在軟件計算處理中，對于將行進距離折算到步進電機的步進脈沖數(shù)時，都會在計算的