【正文】 系統(tǒng) 總流程圖 根據(jù)系統(tǒng)總流程圖，用 C語(yǔ)言編程所設(shè)計(jì)的原程序見(jiàn)附錄 D. 子程序流程圖 升降 小 旗運(yùn)動(dòng)子程序 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。采用的主要思想 由開(kāi)關(guān)控制的 各模塊的開(kāi)啟與關(guān)閉：當(dāng) K1 開(kāi)啟，電機(jī) 正轉(zhuǎn)和音樂(lè)的播放 ，伴隨著國(guó)旗的上升，液晶屏的顯示的高度增加；當(dāng) K2 打開(kāi)，單片機(jī)控制電機(jī)的反轉(zhuǎn)， 小旗的降落， 國(guó)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(kāi)，單片機(jī)控制的是小旗靜止 ， 同時(shí)國(guó)歌停止播放，顯示高度保持不變。 T F 12 2 0 vD 1C11 0 0 0 u FC 20 . 3 3 u F1 32VI NG N DVO U TU 17 8 L 0 5C 50 . 1 u FC 64 7 0 u FR 11 K 1D 1 圖 5 伏電源設(shè)計(jì)圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 54 頁(yè) 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總程序流程圖 升降旗系統(tǒng)的主要 包括三個(gè)模塊：語(yǔ)音模塊，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)模塊，液晶顯示模塊。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(gè)二極管 D3是一個(gè)保護(hù)二極管，它的作用是保護(hù)穩(wěn)壓芯片 。要 減 弱 這種振蕩幅度，最簡(jiǎn)單的濾波方法就是用電容，利用電容的充放電特性。 由于輸入的市用電壓為 220V，遠(yuǎn)大于我們所需電壓幅值，必須把電壓降低，直接用一個(gè)變壓器即可達(dá)到降壓的目的 .降壓后，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(jìn)行整流形成直流。將尼龍細(xì)線(xiàn)的一短纏在電機(jī)上，通過(guò)掛鉤 ，另一端系上國(guó)旗。 接收模塊如圖 所示 . 圖 發(fā)射模塊電路圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 接收模塊電路圖 旗桿的設(shè)計(jì) 要實(shí)現(xiàn)旗幟的升降，就要設(shè)計(jì)一個(gè)旗桿。發(fā)射電路如圖 所示。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(dāng)?shù)刂放鋵?duì)時(shí)，VT 解碼有效端輸出高電平，數(shù)據(jù)端口就會(huì)輸出與 PT2262發(fā)射端口一致的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn) 遙控功能。 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(duì)，而且振蕩電阻必須符合要求。 PT2262 編碼芯片管腳圖如圖 所示 ,PT2272解碼芯片的管腳圖如圖 所示。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。無(wú)線(xiàn)遙控模塊設(shè)計(jì)包括 無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)與無(wú)線(xiàn)接收模塊的設(shè)計(jì)。 1602液晶顯示設(shè)計(jì)圖如圖 。而且 并行 8位 數(shù)據(jù)通信，可以滿(mǎn)足本系統(tǒng)中顯示的要求。 1 6 0 2 液 晶 顯 示123 4 5 6 7 8 9 1 0 1 11 21 3 1 4 1 5 1 6P1.2P1.1P1.0P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.75 VR4 1k 圖 顯示模塊設(shè)計(jì)原理圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 54 頁(yè) 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。 LCD1602液晶屏的外觀(guān)圖如圖 .LCD1602 是一種驅(qū)動(dòng)電壓為 5V，帶背光，可顯示兩行，每行 16個(gè)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(gè)字符 ASCII 字符集字庫(kù)，有并行接口。 語(yǔ)音模塊的 設(shè)計(jì)如圖 。 為了達(dá)到同時(shí)的目的，起初設(shè)計(jì)的是在同一單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)升降與國(guó)歌播放，但是在實(shí)際 過(guò)程中，兩個(gè)模塊都要都要用到中斷，而單片機(jī)的中斷有優(yōu)先級(jí)，不能同時(shí)響應(yīng)兩個(gè)中斷，即不能在一片單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)流暢的國(guó)歌播放和控制步進(jìn)電機(jī)勻速升降的功能。 412P I N 1 . 基 極 2 . 集 電 極 3 . 發(fā) 射 極 4 . 集 電 極 圖 TIP122 芯片引腳圖 ECBR 2R 1 圖 三 極管 TIP122 的內(nèi)部圖 表 三極管 TIP122 的電參數(shù)表 符號(hào) 參數(shù) 極性 數(shù)值 單位 NPN TIP120 TIP121 TIP122 PNP TIP125 TIP124 TIP125 VCBO 集電極 基極電壓（ IE=0） 60 80 100 V VCEO 集電極 發(fā)射極電壓（ IB=0） 60 80 100 V VEBO 發(fā)射極 基極電壓（ IC=0） 5 V IC 集電極電流 5 A ICM 集電極峰值電流 8 A IB 基極電流 A Ptot 耗散功率 Tcase≤ 25℃ 65 W Tamb≤ 25℃ 2 W Tstg 貯藏溫度 60～ 150 ℃ Tj 最高工作結(jié)溫 150 ℃ hFE 放大倍數(shù) 100 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 所示的是三極管 TIP1122的內(nèi)部連接圖，其中 R1=5千歐， R2=150 歐 。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在 設(shè)計(jì)采用大功率的 MOS管 TIP122實(shí)現(xiàn) 。當(dāng)小旗下降時(shí)，打開(kāi) k2,關(guān)閉 k1,電機(jī)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，小旗下降，打開(kāi)開(kāi)關(guān) k3,電機(jī)迅速停止，實(shí)現(xiàn)小旗停止功能。經(jīng)過(guò)芯片的處理放大，經(jīng)管腳 1 1 1 16輸出加到電機(jī)的橙、黃、粉、藍(lán)四色線(xiàn)上，得到的電機(jī)驅(qū) 動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)如圖。該芯片的內(nèi)部電路連接圖如圖 示 .芯片因?yàn)榫哂须娏髟鲆娓撸瑤ж?fù)載能力強(qiáng)，溫度范圍廣，工作電壓高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，電磁閥和可控照明燈等領(lǐng)域。 ULN2020 驅(qū)動(dòng)芯片的輸入回路電阻 ，適用電壓是5V的 TTL電平，驅(qū)動(dòng)灌輸電流是 500mA。 表 電機(jī)四色線(xiàn)的電平變化圖 步序 橙 黃 粉 藍(lán) 十六進(jìn)制（ P2口） 1 1 0 0 0 0x08 2 1 1 0 0 0x0c 3 0 1 0 0 0x04 4 0 1 1 0 0x06 5 0 0 1 0 0x02 6 0 0 1 1 0x03 7 0 0 0 1 0x01 8 1 0 0 1 0x09 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 54 頁(yè) ULN2020芯片 ULN2020 芯片 美國(guó) Texas Instruments 公司和 Sprague 公司開(kāi)發(fā)的高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列 產(chǎn)品。 由于單片機(jī)接口的信號(hào)不夠大，需要通過(guò) ULN2020 芯片放大后才能連接到電機(jī)的接口。） 該步進(jìn)電機(jī)有 5 色外接引線(xiàn)，分別是紅、橙、黃、粉、藍(lán)。），雙（雙相繞組通電）四拍（ ABBCCDDAAB。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距。 步進(jìn)電機(jī) 28BYJ48型四相八拍電機(jī)，電壓為 DC5V— DC12V，步距角度為 ,減速比是 1： 列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。 (3)步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。 (2)黑金剛配套的是 28BYJ48 5V 驅(qū)動(dòng)的 4 相 5線(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)而且是減速步進(jìn)電機(jī)，減速比為 1：64，步進(jìn)角為 。 步進(jìn)電機(jī)主要由以下特性： (1)步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)， 驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒(méi)有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止， 如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)， 就會(huì) 以一定的角度（稱(chēng)為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 28BYJ48 步進(jìn)電機(jī) 外觀(guān) 圖 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖 轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也就是說(shuō)， 當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。 要完成此模塊的設(shè)計(jì)，首先， 我們先來(lái)了解一下 ULN2020驅(qū)動(dòng)芯片和 28BYJ48步進(jìn)電機(jī) . 28BYJ48步進(jìn)電機(jī) 熟悉了 驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2020外，還必須要對(duì)所用的步進(jìn)電機(jī) 28BYJ－ 48熟悉。單片機(jī)復(fù)位電路 在單片機(jī)最小系統(tǒng) 設(shè)計(jì)圖 如 圖 。 在系統(tǒng)中，有時(shí) 也 會(huì)出現(xiàn)顯示不正常，也為了調(diào)試方便，需要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路 ， 復(fù)位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào) ， 直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后 ， 撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào) 。單片機(jī)晶振電路 在單片機(jī)最小系統(tǒng) 設(shè)計(jì)圖 如 圖 。 晶振 一般采用的是石英晶體振蕩器，這種晶體振蕩器因頻率穩(wěn)定度 高而廣泛被采用。晶振與電容組成的是一個(gè) 并聯(lián)諧振回路， 由此 構(gòu)成的一個(gè)自己振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供震蕩時(shí)鐘。 STC89C52R E S E TX T A L 1X T A L 2G N DV C C+ 5 v+ 5 v4 091 9183 0 p fC 13 0 p fC 2C 3 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 晶振電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的定時(shí)控制 功能是由片內(nèi)的時(shí)鐘電路和定時(shí)電路來(lái)完成的，而片內(nèi)的時(shí)鐘信號(hào)有兩種：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱(chēng)為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 54 頁(yè) 2 系統(tǒng)硬件的 設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)的硬件主要由 5V 電源 ，單片機(jī)最小系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)， LCD1602 液晶顯示電路，語(yǔ)音播放電路，被控的旗幟，測(cè)試用的旗桿，掛鉤，細(xì)繩等組成。同時(shí)語(yǔ)音芯片較昂貴，所以該方案不可取。 對(duì)于 采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)的方案 ，雖然用按鍵控制能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，但是，線(xiàn)路比較復(fù)雜，控制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生延時(shí)，使電機(jī)產(chǎn)生抖動(dòng)，造成升降過(guò)程中的不穩(wěn)定，同時(shí)，線(xiàn)路采用的是開(kāi)關(guān)控制，沒(méi)有無(wú)線(xiàn)模塊，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)升降，同時(shí)耗價(jià)較高， 所以方案不可取。 我們將上述幾個(gè)方案進(jìn)行比較如下 ： 對(duì)于采用 STC89C52單片機(jī)的 方案 ，由于采用的是四 相八拍的步進(jìn)電機(jī)，所以步進(jìn)電機(jī)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，而且相比二相電機(jī)來(lái)說(shuō)更加的精確， 速度的調(diào)節(jié)就能夠?qū)崿F(xiàn)高度的自主設(shè)定，同時(shí)語(yǔ)音模塊采用三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，不僅耗價(jià)更小，電路簡(jiǎn)單，也易于制作，更方便調(diào)試。同時(shí)語(yǔ)音芯片太貴，耗價(jià)高。 該電路因?yàn)?PIC 單片機(jī)具有 E2PROM， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，且單片機(jī)采用的是 RISC 指令集，速度快，步進(jìn)電機(jī)因?yàn)椴捎秒p橋結(jié)構(gòu)，完全通過(guò)程序控制，所以精度高 ，同時(shí)語(yǔ)音模塊采用的是語(yǔ)音芯片播放錄到的國(guó)歌，是聲音更清晰流暢。至最低點(diǎn) ， 降旗停止。然后判斷國(guó)旗 的升降模式 ，正常情況下，按下上升鍵，國(guó)旗上升，國(guó)歌播放，液晶顯示高度，并不斷將高度寫(xiě)入 E2PROM。 PIC16F877A 單片機(jī)設(shè)計(jì)方案原理圖如圖所示 二 相 步 進(jìn) 電 機(jī)P I C單 片 機(jī)E 2 P R O M國(guó) 歌 語(yǔ) 音 電 路顯 示 電 路鍵 盤(pán) 電 路 圖 PIC16F877A單片機(jī)設(shè)計(jì)方案原理圖 系統(tǒng)加電后， 首先讀取 E2PROM中的數(shù)據(jù)，判斷是否在最低點(diǎn)。 這種設(shè)計(jì)系統(tǒng) 能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能， 且 開(kāi)關(guān)控制簡(jiǎn)單 ，元器件簡(jiǎn)單，無(wú)軟件設(shè)計(jì)，但是這種電路太過(guò)龐雜，且還有干擾大，代價(jià)高，不能實(shí)現(xiàn) 無(wú)線(xiàn)控制等缺點(diǎn)。高度顯示部分采用光電傳感器進(jìn)行非接觸式檢測(cè)，然后根據(jù)結(jié)果輸出一個(gè)高低電平，形成脈沖，然后去觸發(fā)單片機(jī)外部中斷，單片機(jī)根據(jù)脈沖數(shù)，計(jì)算出高度然后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。 穩(wěn)速部分采用PID 積分電路進(jìn)行控制使輸出產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖，然后經(jīng)過(guò)微分 檢波 積分 放大，得到與轉(zhuǎn)速成正比的電壓，然后通過(guò)反饋控制步進(jìn) 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓而得到穩(wěn)定的線(xiàn)速度。 電源電路部分主要由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等部分組成。 數(shù)字電路設(shè)計(jì)方案原理圖 如圖 所示 .。 采用數(shù)字電路 設(shè)計(jì)自動(dòng)控制升降旗系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方案二： 采用數(shù)字電路控制。 這種方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且 STC89C52有自帶的 內(nèi)帶 4K字節(jié) EEPROM 存儲(chǔ)空間 ，電路的連接少，代價(jià)少，電機(jī)控制程序比較簡(jiǎn)單，具有廣泛的實(shí)用性。語(yǔ)音模塊采用放大器驅(qū)動(dòng)蜂鳴器播放國(guó)歌語(yǔ)音程序代碼進(jìn)行 國(guó)歌播放。 單 片 機(jī)S T C 8 9 C 5 2驅(qū) 動(dòng) 電 路 步 進(jìn) 電 機(jī)L C D 顯 示 電 路語(yǔ) 音 電 路無(wú) 線(xiàn) 接 收 電 路 圖 STC89C52 單片機(jī)設(shè)計(jì)方案原理圖 單片機(jī)輸出控制脈沖，直接加載到 ULN2020 芯片控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊上，將信號(hào)進(jìn)行處理后，轉(zhuǎn)化為依據(jù)步進(jìn)電機(jī) 的步序高低電平信號(hào)，直接加載到 步進(jìn)電機(jī) 上，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)旗幟的升降 ，同時(shí)還可以根 據(jù)輸入脈沖的 多少調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的快慢 。總 體采用開(kāi)關(guān)控制總的中斷，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音顯示，國(guó)歌播放， 無(wú)線(xiàn)控制 國(guó)旗的自動(dòng)升降