【正文】 用該芯片是實(shí)現(xiàn)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的一種簡單方法 , 可時控制四相電機(jī)，且輸出電流可達(dá)到 2A， 可精確控制步距和速度， 利用該方法設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、軟件編程容易的特點(diǎn) . 所以綜上所述我們采用方案三。 H橋電路保證了可以簡單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，但不能很精確的控制步距和速度。 用單片 機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，可精確調(diào)整電動機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)（前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)）。這個電路的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時間長，易損環(huán)，壽命短，可靠性不是很高。另一個顯著特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制靈活。 方案二：采用步進(jìn)電機(jī)。 方案選擇與論證 、電機(jī)的選擇與論證 方案一：采用普通的直流電機(jī)。 關(guān)鍵字： 步進(jìn)電機(jī) 自動控制 語音 遙控 液晶顯示 接近開關(guān) 4 第 1 節(jié) 系統(tǒng)方案論證與比較 設(shè)計(jì)思路 題目要求設(shè)計(jì)一 自動控制升降旗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動升降旗和自動升降半旗 ,能夠在指定位置停止，升降旗的時間可在 30— 120秒的范圍內(nèi)自行調(diào)整，標(biāo)準(zhǔn)的升降旗時間與國歌演奏時間相等，即為 43秒，且具有數(shù)字即時顯示旗幟所在的高度和無線遙控 升、降旗及停止功能。電機(jī)驅(qū)動控制模塊采用集成驅(qū)動芯片 L298，控制與顯示部分分別采用鍵盤作為控制和液晶 RT1602C作為顯示，語音電路采用語音芯片 ISD2560，無線遙控部分采用 SP多用途無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，同時還采用了 接近開關(guān) LMF23005NA，防止旗幟在最高 點(diǎn)或最低點(diǎn)誤動作，從而實(shí)現(xiàn)了雙重保險(xiǎn)的作用。 3 摘要 本系統(tǒng)采用單片機(jī) AT89S52作為 自動控制升降旗系統(tǒng)的檢測和控制核心， 采用由單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)帶動國旗升降，實(shí)現(xiàn)對國旗升降的自動控制。此時國歌停奏。 2． 不論旗幟是在頂端還是在底端，關(guān)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。 1． 半旗狀態(tài)（根據(jù)《國旗法》）。 5．?dāng)?shù)字即時顯示旗幟所在的高度，以厘米為單位，誤差不大于 2 厘米。 4．升降旗的時間均為 43秒鐘，與國歌的演奏時間相等，同時，旗從旗桿的最下端上升到頂端。 2．能在指定的位置上自動停止。旗幟的升降由電動機(jī)驅(qū)動，該系統(tǒng)有兩個控制按鍵，一個是上升鍵，一個是下降鍵。基于 單片機(jī) 自動控制升降旗系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目 錄 設(shè)計(jì)任務(wù) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 摘要 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 第 1 節(jié) 系統(tǒng)方案論證與比較 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 設(shè)計(jì)思路 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．． 5 方案選擇與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 、電機(jī)的選擇與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 、電機(jī)驅(qū)動方案的選擇與論證 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 、 顯示部分方案的選擇與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6 、語音部分的方案選擇與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．． 6 第 2 節(jié) 電路框圖設(shè)計(jì) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 總體框圖設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 整體程序流程圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 第 3 節(jié) 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 10 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．． 10 、電機(jī)驅(qū)動模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 10 、鍵盤與顯示模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11 、語音模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 、無線遙控模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 、各部分程序流程圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 第 4 節(jié) 測試方法與儀器 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 17 測試設(shè)備．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 17 測試方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． 17 第 5 節(jié) 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果析 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 20 第 6 節(jié) 結(jié)論 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 22 附錄 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23 1 參考文獻(xiàn) ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25 基于 單片機(jī) 自動 控制升降旗系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個自動控制升降旗系統(tǒng)， 該系統(tǒng)能夠自動控制升旗和降旗，升旗時，在旗桿的最高端自動停止；降旗時，在最低端自動停止。 自動控制升降旗系統(tǒng)的機(jī)械模型如圖所示。 自動控制升降旗 示意圖 （一）基本功能 1．按下上升按鍵后 ，國旗勻速上升，同時流暢地演奏國歌；上升到最高端時自動停止上升，國歌停奏；按下下降按鍵后，國旗勻速下降，降旗的時間不放國歌，下降到最低端時自動停止。 2 3．為避免誤動作，國旗在最高端時，按上升鍵不起作用；國旗在最低端時，按下降鍵不起作用。降旗不演奏國歌，同時，旗從旗桿的最上端下降到底端。 （二）擴(kuò)展功能 增設(shè)一個開關(guān)，由開關(guān)控 制是否是半旗狀態(tài)，該狀態(tài)由一發(fā)光二極管顯示。升旗時，按上升鍵，奏國歌，國旗從最低端上升到最高端之后，國歌停奏，然后自動下降到總高度的 2/3 高度處停止；降旗時，按下降鍵，國旗先從 2/3 高度處上升到最高端，再自動從最高端下降到底之后自動停止，國歌停奏。 3． 要求升降旗的速度可調(diào)整，旗桿高度不變的情況下，升降旗時間的調(diào)整范圍是 30— 120 秒鐘，步進(jìn) 1秒。 4． 具有無線遙控 升、降旗及停止功能。該 電路主要分為電機(jī)驅(qū)動控制模塊 、鍵盤與顯示模塊、語音模塊及無線遙控電路模塊等幾個部分。 基于這些完備而可靠的硬件設(shè)計(jì)，使用了一套完善的軟件編程，實(shí)現(xiàn)了自動升降旗的基本功能及發(fā)揮部分的一些功能。根據(jù)題目要求由一個步進(jìn)電機(jī)來控制旗幟的升降情況，由接近開關(guān)來 防止旗幟在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)停止時出現(xiàn)的誤動作，由液晶來顯示旗幟所在的高度及升降旗所用的時間， 無線遙控電路使用無線發(fā)射接收模塊 SP，語音模塊采用集成語音芯片 ISD2560。普通直流電動機(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)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的一個顯著特 點(diǎn)是具有快速的啟停能力，如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電機(jī)所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即使步進(jìn)電機(jī)啟動或反轉(zhuǎn)。 因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中需要精確的轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換時間且啟停要迅速，所以在本設(shè)計(jì)中我們選擇方案二 、電機(jī)驅(qū)動方案的選擇與論證 方案一：采用繼電器對電動機(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。 5 方案三：采用集成驅(qū)動芯片 L298。 、顯示部分方案的選擇與論證 方案一：采用 LED數(shù)碼管 顯示旗幟所在的高度以及升降旗所用的時間。采用 LED的優(yōu)點(diǎn)是亮度高，醒目，價(jià)格便宜，壽命長；缺點(diǎn)是只能顯示 0～ 9的數(shù)字和一些簡單的字符，電路復(fù)雜，占用資源較多且信息量小。 基于上述考慮，所以我們選擇方案二 、語音部分方案的選擇 與論證 方案一：采用語音芯片 ISD1420。 方案二： 采用語音芯片 ISD2560，它具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便，無須專用的開發(fā)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術(shù)，省去了 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換器。 綜上所述，因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)國歌的的演奏時間需要 43秒鐘，所以在此選用 方案二。 8 整體程序流程圖 通 電鍵 盤 掃 描掉 電 處 理初 始 化是 否 有 鍵 按 下 ？鍵 處 理YN 圖 221 整體程序流程圖 9 第 3 節(jié) 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由單片機(jī) AT89S52作為升降旗系統(tǒng)的控制核心，實(shí)現(xiàn)鍵盤控制、液晶顯示、語音以及無線遙控等幾個部分，即該系統(tǒng)主要包括電機(jī)驅(qū)動模塊、 鍵盤與顯示模塊、語音模塊及無線遙控電路模塊等幾個部分。 、電機(jī)驅(qū)動模塊 在本設(shè)計(jì)中采用集成驅(qū)動芯片 L298作為電機(jī)驅(qū)動的核心， L298是恒壓恒流雙H橋集成電機(jī)芯片，可同時控制兩個電機(jī)，且輸出電流可達(dá)到 2A，驅(qū)動力很強(qiáng)。其電路原理圖如圖 311所示。在此我們選用步距角 ，則走一圈所需的步數(shù)為 400步，因?yàn)橛糜诠潭ɡK子的軸的直徑為 10 ，則平均每步拉出的線長便可計(jì)算出來約為 L=，在整個上升或下降過程中， high為總高度，可通過公式計(jì)算出在此段距離中步進(jìn)電機(jī)需走的步數(shù)，即為，步進(jìn)電機(jī)要轉(zhuǎn)動的總步數(shù)：總步數(shù) =高度（ high） /, 在此，高度可調(diào)步長為 1cm，時間可調(diào)時間間隔為 1s。 升 旗時 間 下 調(diào)時 間 上 調(diào)高 度 下 調(diào)高 度 上 調(diào)停 止半 旗降 旗 圖 312 鍵盤摸板 11 圖 313 鍵盤與顯示電路 、語音模塊 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)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(yīng)大于 43秒鐘，即在此選用語音芯片 ISD2560，其錄放時間為 60秒，完全符合本設(shè)計(jì)的要求， 我們把國歌音樂錄制在 ISD2560語音芯片中，然后用它的單次播放功能播放國歌， 其電路原理圖如圖 314所示。當(dāng)錄音時，片選端 CE接低電平、 PD為低電平、 P/R為低電平；當(dāng)放音時，片選端 CE接低電平、PD為低電平、 P/R為高電平。 B、在半旗狀態(tài)時，當(dāng)升旗鍵按下時，對 ISD2560輸出播音控制信號播放國歌，國旗經(jīng) 43s的時間勻速從最低端上升到最頂端之后，國歌停奏，然后自動經(jīng) 14s的時間勻速下降到總高度的 2/3高度處（ 120cm）停止；當(dāng)降旗鍵按下時，不播放國歌。理論上只要直接連接上固定編碼解碼器件即可非常容易的達(dá)到很好的傳輸效果，但實(shí)際上需要考慮解碼器件的輸入阻抗，調(diào)制起來有點(diǎn)困難。 圖 315 發(fā)射模塊電路原理圖 SP多用途無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為 315M，采用聲表諧振器 SAW穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高僅次于晶體，當(dāng)環(huán)境溫度在－ 25～＋ 85度之間變化時， 頻漂僅為3ppm/度。具有較寬的工作電壓范圍 3～ 12V，當(dāng)電壓變化時發(fā)射頻率基本不變。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 整個系統(tǒng)的主要任務(wù)是執(zhí)行升降旗、半旗、時間調(diào)整、高度調(diào)整四種運(yùn)動，這樣系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)就可以分塊完成。子程序包括上、下運(yùn)動、半旗運(yùn)動、時間 調(diào)整和高度調(diào)整等。 、各部分程序流程圖 15 各程序流程圖分別為如下所示： 按 鍵 處 理降 旗 ？升 旗 ？調(diào) 節(jié) 時 間 ？調(diào) 節(jié) 高 度 ？升 旗 子 程 序降 旗 子 程 序時 間 子 程 序高 度 子 程 序 圖 321 主程序流程圖 升 旗步 進(jìn) 電 機(jī) 正 轉(zhuǎn)國 歌 響國 旗 上 升 到 頂降 旗 鍵 ？國 旗 下 降 到 底返 回YN半 旗國 歌 響 國 旗 上 升 到 頂國 歌 停 響 下 降 到 三 分之 二 處降 旗 鍵 ？國 旗 從 三 分 之 二 處 上升 到 頂 端 ， 然 后 下 降到 底返 回YN 圖 322 升旗處理子程序流程圖 圖 322 升旗處理子程序流程圖 16 第 4 節(jié) 測試方法與儀器 測試設(shè)備 DT890D數(shù)字萬用表 TDS1002存儲式數(shù)