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1、湖 南 人 文 科 技 学 院课 程 设 计 报 告课程名称:单片机原理及应用课程设计设计题目： 自动控制升降旗装置 系 别： 通信与控制工程系 专 业： 通信工程 班 级： 07 通信一班 学生姓名: 学 号: 0 起止日期: 2010 年 6 月 8 日 2010 年 6 月 22 日 指导教师: 教研室主任： 指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日成绩项 目 权重邓晓雄 王成 胡楚煊1、设计过程中出勤、学习态度等方面 0.22、课程设计质量与答辩 0.53、设计报告书写及图纸规范程度 0.3成绩评定总 成 绩 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日教学系审核意见：主任签字： 年
2、月 日摘 要本系统采用单片机STC89C52作为自动控制升降旗系统的检测和控制核心，采用由单片机控制的步进电机带动国旗升降，实现对国旗升降的自动控制。该电路主要由电机驱动控制模块、键盘与显示模块及语音模块几个部分组成。电机驱动控制模块采用集成驱动芯片ULN2003L，采用键盘作为输入控制和数码管作为输出显示，语音模块采用报警蜂鸣器(LS)电路。关键字：步进电机；自动控制；语音；数码管显示；按键 目 录设计要求 .11 方案选择与论证 .11.1 电机的选择与论证 .11.2 电机驱动方案的选择与论证 .22 自动控制升降旗整体电路设计 .22.1 整体电路原理 .23 单元电路设计 .33.1
3、 步进电机电路的设计 .33.2 数码管显示电路的设计 .43.3 音乐发声电路的设计 .53.4 矩阵 4X4 键盘电路的设计 .63.5 外部 ROM 存储器电路设计 .74 自动控制升旗装置软件设计 .84.1 系统总程序流程图 .84.2 步进电机转动的软件设计 .94.3 数码管实时显示的软件设计 .104.4 国歌音乐的软件设计 .104.5 矩阵键盘实时控制软件设计 .114.6 外部 ROM 实时访问的软件设计 .125 详细仪器清单 .136 总结与思考及致谢 .14参考文献 .15附录一：系统程序代码 .16附录二：总原理图 .271自动控制升降旗装置设计要求基本部分:1)
4、.按下上升按键后，旗帜匀速上升，同时流畅地播放歌曲，上升到最高端时自动停止上升，歌曲停奏；按下下降按键后，旗帜匀速下降，降旗的时间不放歌曲，下降到最低端时自动停止；2).旗帜在最高端,上升按键不起作用；在最低端时，下降按键不起作用；3).升降旗的时间均为 43 秒，与国歌的演奏时间相等；4).即时显示旗帜所在的高度，以 CM 为单位，误差不大于 2CM。发挥部分:1). 重新合上电源后，所显示的旗帜高度数据不变；2). 要求升降旗的速度可调整，调整范围是 30120 秒钟，步进 1 秒（除 43 秒外，其他时间可与国歌不同步） ；3). 在最高升降速度下（以自选的电机参数定） ，能在指定的位置
5、上自动停止，定位误差2CM。1 方案选择与论证1.1 电机的选择与论证方案一：采用普通的直流电机。普通直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转。方案二：采用步进电机。步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲转化为角位移，即一脉冲，电机就转动一角度，因此很适合单片机控制。步进电机的一个显著特点是具有快速的启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。另一个显著特点是转换精度高，可以通过步数实现精确定位，可正转反转控制灵活。2综上所述，我们选用方案二。1.2 电机驱动方
6、案的选择与论证方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过控制开关的切换速度实现对电机的运行速度进行调整。这个电路的优点是电路结构简单，其缺点是继电器的响应时间长，易损环，寿命短，耗电流，不能很好的驱动步进电机，可靠性不是很高。方案二：采用由达林顿管组成的H桥型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，可精确调整电动机的运动状态（前进，后退，左转，右转） 。这种电路由于工作在管子的饱和截至模式下，效率很高。H桥电路保证了可以简单的实现转速和方向的控制，但不能很精确的控制步距和速度。方案三：采用U LN2003驱 动 。 ULN2003 是 高 耐 压 、 大 电 流
7、达 林 顿 陈 列 ， 由七 个 硅 NPN 达 林 顿 管 组 成 ,具 有 电 流 增 益 高 、 工 作 电 压 高 、 温 度 范 围 宽 、 带 负 载能 力 强 等 特 点 ,适 应 于 各 类 要 求 高 速 大 功 率 驱 动 的 系 统 。所以综上所述我们采用方案三。2 自动控制升降旗整体电路设计2.1 整体电路原理系 统 整 体 电 路 原 理 框 图 如 图 1 所 示 ：单片机数码管显示电机驱动电机蜂鸣器国旗键盘控制图 1 总体电路框图33 单元电路设计3.1 步进电机电路的设计根据设计要求，我们采用了步进电机的准确步进来控制旗杆的升降，电路图如图 3 所示：图 3 步
8、进电机原理图步进电机是数字控制电机，不同于直流电机。它将脉冲信号转变为角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，非常适合单片机控制。工作原理如下：（1）控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的六拍工作方式，其各相通电顺序为 A-AB-B-BC-C-CA-A,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制 A,B,C 各相得通断。（2）控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，电机正转，如果按反序通电换相，电机就反转。 4（3）控制步进电机的速度如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它就会再转一步。两步脉冲的时间间隔越短，步进电机就转的越快。调整
9、单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。步进电机步序表如表 1 所示：表 1 步进电机步序表步序 C4 C3 C2 C1ULN2003输出单片机输出1 0 0 0 1 0x01 0x0e2 0 0 1 1 0x03 0x0c3 0 0 1 0 0x02 0x0d4 0 1 1 0 0x06 0x095 0 1 0 0 0x04 0x0b6 1 1 0 0 0x0c 0x037 1 0 0 0 0x08 0x078 1 0 0 1 0x09 0x06如果按步序 1步序 8 输出数据，步进电机正转，按步序 8步序一输出数据，步进电机反转。 3.2 数码管显示电路的设计由于要求升降过程中即时
10、显示所在高度，故采用四位数码管即可显示出来。本试验所采用的开发板上有一排六位的数码管，每个数码管的 8 段是由芯片 8255 得PB 口控制亮灭，即可得到所要显示的数字，每个数码管的公共脚分别由 8255 的PA0PA5 经三极管扩流后进行控制，原理图如图 4 所示：5图 4 数码管显示电路原理图要在某位数码管上显示一个数字，首先把待显示数字的显示码送给 8255 的 PB口，接着选中要显示的位。例如：要在开发板的最左边的数码上显示一个0 ，则需要先把0得显示码 0xc0 送 8255 得 PB 口，接着 PA0 赋0 （低电平） ，随后让单片机保持这个值不变。3.3 音乐发声电路的设计为了在
11、升旗得过程中同步放出国歌的音乐，本实验采取蜂鸣器来奏响国歌。单片机的 P33 引脚用来控制蜂鸣器的工作，当 P33 输出高电平时，蜂鸣器不工作。当P33 引脚输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器工作，同时二极管发光。蜂鸣器音乐电路如图 5 示：6图 5 音乐发声电路3.4 矩阵 4X4 键盘电路的设计本实验中用来控制的功能比较多，故采取按键控制的方法来实现控制功能。电路如图 6 示：图 6 矩阵 4X4 键盘电路矩阵式键盘的按钮识别办法可以确定矩阵式键盘上何键被按下，采用的方法之一为“行扫描法” 。行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常见的按钮识别方法，键盘如上所示。7具体实现过程如下：判断键盘中有无键按下。将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中
