自动控制升降旗装置

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: 邓晓雄王成胡楚煊

学号: 07416132 07416134 07416135

起止日期: 2010年6月8日~ 2010年6月22日指导教师:方智文刘伟元

教研室主任：刘建闽

指导教师评语：

指导教师签名：年月日

成绩评定

项目权重

成绩

邓晓雄王成胡楚煊

1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.2

2、课程设计质量与答辩0.5

3、设计报告书写及图纸规范程度0.3

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 (1)

1 方案选择与论证 (1)

1.1电机的选择与论证 (1)

1.2 电机驱动方案的选择与论证 (2)

2 自动控制升降旗整体电路设计 (2)

2.1整体电路原理 (2)

3 单元电路设计 (3)

3.1 步进电机电路的设计 (3)

3.2 数码管显示电路的设计 (4)

3.3 音乐发声电路的设计 (5)

3.4 矩阵4X4键盘电路的设计 (6)

3.5 外部ROM存储器电路设计 (7)

4 自动控制升旗装置软件设计 (8)

4.1 系统总程序流程图 (8)

4.2 步进电机转动的软件设计 (9)

4.3 数码管实时显示的软件设计 (10)

4.4 国歌音乐的软件设计 (10)

4.5 矩阵键盘实时控制软件设计 (11)

4.6 外部ROM实时访问的软件设计 (12)

5 详细仪器清单 (13)

6 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 (27)

自动控制升降旗装置

设计要求

基本部分:

1).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30—120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。

综上所述，我们选用方案二。

1.2 电机驱动方案的选择与论证

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ULN2003驱动。ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈列，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

3 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。