【正文】 年 月 日 教學(xué)系審核意見： 主任簽字： 年 月 日 摘 要 本系統(tǒng)采用單片機(jī) STC89C52作為 自動(dòng)控制升降 旗系統(tǒng)的檢測(cè)和控制核心， 采用由單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)國(guó)旗升降，實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)旗升降的自動(dòng)控制。該 電路主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊 、鍵盤與顯示模塊及語音模塊幾個(gè)部分組成。 關(guān)鍵字 ： 步進(jìn)電機(jī)；自動(dòng)控制；語音；數(shù)碼管顯示； 按鍵 目 錄 設(shè)計(jì)要求 ................................................................... 1 1 方案選擇與論證 ........................................................... 1 ...................................................... 1 電機(jī) 驅(qū)動(dòng)方案的選擇與論證 .............................................. 2 2 自動(dòng)控制升降旗整體電路設(shè)計(jì) ................................................ 2 .......................................................... 2 3 單元電路設(shè)計(jì) ............................................................. 3 步進(jìn)電機(jī)電路的設(shè)計(jì) ................................................... 3 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) ................................................. 4 音樂發(fā)聲電路的設(shè)計(jì) ................................................... 5 矩陣 4X4鍵盤電路的設(shè)計(jì) ................................................ 6 外部 ROM存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì) ................................................ 7 4 自動(dòng)控制升旗裝置軟件設(shè)計(jì) .................................................. 8 系統(tǒng)總程序流程圖 ..................................................... 8 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................... 9 數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示的軟件設(shè)計(jì) ............................................ 10 國(guó)歌音樂的軟件設(shè)計(jì) ................................................. 10 矩陣鍵盤實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì) ............................................ 11 外部 ROM實(shí)時(shí)訪問的軟件設(shè)計(jì) .......................................... 12 5 詳細(xì)儀器清單 ............................................................ 13 6 總結(jié)與思考及致謝 ........................................................ 14 參考文獻(xiàn) .................................................................. 15 附錄一：系統(tǒng)程序代碼 ...................................................... 16 附錄二：總原理圖 .......................................................... 27 1 自動(dòng)控制升降旗裝置 設(shè)計(jì)要求 基本部分 : 1).按下上升按鍵后，旗幟勻速上升，同時(shí)流暢地播放歌曲，上升到最高端時(shí)自動(dòng)停止上升，歌曲停奏；按下下降按鍵后，旗幟勻速下降，降旗的時(shí)間不放歌曲，下降到最低端時(shí)自動(dòng)停止； 2).旗幟在最高端 ,上升按鍵不起作用；在最低端時(shí)，下降按鍵 不起作用； 3).升降旗的時(shí)間均為 43 秒，與國(guó)歌的演奏時(shí)間相等； 4).即時(shí)顯示旗幟所在的高度，以 CM 為單位，誤差不大于 2CM。 2CM。普通直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣，過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，它將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，即一脈沖，電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，因此很適合單片機(jī)控制。另一個(gè)顯著特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，可以通過步數(shù)實(shí) 2 現(xiàn)精確定位，可正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制靈活。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案 的選擇與論證 方案一：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過控制開關(guān)的切換速度實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整。 方案二：采用由達(dá)林頓管組成的 H橋型 PWM電路。 這種電路由于工作在管子的飽和截至模式下，效率很高。 方案三：采用 ULN2020驅(qū)動(dòng)。 所以綜上所述我們采用方案三。它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰疲唇o一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，非常適合單片機(jī)控制。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的六拍工作方式，其各相通電順序?yàn)?AABBBCCCAA,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A,B,C 各相得通斷。 4 （ 3）控制步進(jìn)電機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它就會(huì)再轉(zhuǎn)一步。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) 由于要求升降過程中即時(shí)顯示所在高度，故采用四位數(shù)碼管即可顯示出來。例如：要在開發(fā)板的最左邊的數(shù)碼上顯示一個(gè)‘ 0’，則需要先把‘ 0’得顯示碼 0xc0 送 8255 得 PB 口，接著 PA0 賦‘ 0’（低電平），隨后讓單片機(jī)保持這個(gè)值不變。單片機(jī)的 P33 引腳用來控制蜂鳴器的工作，當(dāng) P33 輸 出高電平時(shí)，蜂鳴器不工作。蜂鳴器音樂電路如圖 5 示： 6 圖 5 音樂發(fā)聲電路 矩陣 4X4 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 本實(shí)驗(yàn)中用來控制的功能比較多，故采取按鍵控制的方法來實(shí)現(xiàn)控制功能。行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常見的按鈕識(shí)別方法，鍵盤如上所示。將全部行線置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。若所有列線均為高電平，則按鍵中無鍵按下。操作是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其他線為高電平。若某列為低，則該線與置為低電平的行線交叉處的按鈕就是閉合的按鈕。原理圖如圖 7 所示： 圖 7 外部 ROM 存儲(chǔ)器電路 I2C 總線是一種用于 IC 器件之間連接的二進(jìn)制總線。 AT24C08 是低功耗的 CMOS 串行 EEPROM，內(nèi)含 256*8 位存儲(chǔ)空間，工作電壓寬，擦寫次數(shù)多，寫入速度快等特點(diǎn)。在開發(fā)板上均接地，第 8 腳和第 4 腳分別接正、負(fù) 8 電源。第 6 腳 SCL 為串行時(shí)鐘輸入線與單片機(jī)的 P26 連接。第 7 腳需接地。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）。其工作流程圖如圖 9 所示： 開 始按 鍵 判 斷電 機(jī) 正 轉(zhuǎn) 電 機(jī) 反 轉(zhuǎn)是 否 到 達(dá) 最高 點(diǎn)是 否 到 達(dá) 最低 點(diǎn)電 機(jī) 停 止 電 機(jī) 停 止按 下 降 鍵按 上 升 鍵是 是否 否 圖 9 步進(jìn)電機(jī)程序流程圖 此次設(shè)計(jì)中，采用的為四相八拍的步進(jìn)電機(jī)控制 方式。更改脈沖時(shí)序的條件由所按下的鍵盤按鍵決定，所以可以實(shí)時(shí)地更改脈沖的時(shí)序，達(dá)到實(shí)時(shí)地控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方式。上面函數(shù)的功能為在指定的數(shù)碼管上顯示指定的數(shù)字。數(shù)碼管工作流程圖如圖 10 所示： 圖 10 數(shù)碼管子程序流程圖 國(guó)歌音樂的軟件設(shè)計(jì) 音樂功能主要在兩個(gè)中斷中完成 。 演奏時(shí)，要根據(jù)音符的不同把對(duì)應(yīng)半周期的定時(shí)時(shí)間初始值送入定時(shí)器 T0，再由定時(shí)器 T1 按時(shí)輸出高低電平，定 時(shí)器控制音樂程序流開始8255初始化選中要顯示的數(shù)碼管給選中的數(shù)碼管發(fā)送要顯示的數(shù)字