国旗升降系统的设计

目录

前言 (1)

1 国旗升降系统的总体设计 (1)

2 电路器件选择 (2)

2.1 AT89C51 (2)

2.2 步进电机 (4)

3 国旗升降系统具体电路设计 (4)

3.1 主体电路设计 (4)

3.2 电源电路设计 (5)

4 电路的实际制作 (5)

5 程序设计 (5)

5.1程序设计流程图 (5)

5.2具体程序 (6)

6电路及程序调试 (10)

结束语 (10)

参考文献 (10)

英文翻译 (11)

国旗升降系统的设计

摘要：自动升降旗系统常常出现在政府部门、学校、广场和大型企业等庄严的场合。本文以单片机AT89C51为核心控制步进电机的运转，通过按键启动电机的正反转，从而实现自动升、降旗。通过所设计程序的严格定时，使电机的运行时间与国歌演奏时间相等，从而避免了手动升旗与国歌演奏时间不协调出现的尴尬场面发生，保证了国旗升、降仪式的严肃性。

关键词：升降系统；单片机AT89C51；步进电机；电路驱动

引言

此设计采用单片机作为国旗升降控制系统的核心。单片机具有较强而有效的控制功能：单片机采用面向控制的指令系统，实时控制功能特别强。CPU可以直接对I/O口进行输入、输出操作及逻辑运算，并且具有很强的位处理功能，能有针对性解决由简单到复杂的各类控制任务。可靠性强：单片机对信息传输及存储器和I/O接口的访问，一般情况下是在单片机内部进行的，因此，不易受外界的影响。所以单片机应用系统的可靠性比一般微机系统高的多。[1]虽然单片机只是一个芯片，但无论从组成还是从逻辑功能上来看，都具有微机系统的含义。由于单片机这种特殊的结构形式，使其具有很多显著的优点，单片机在各个领域内的应用都得到迅猛的发展。随着微控制技术的不断完善和发展以及自动化程度的日益提高，单片机的应用正在导致传统的控制技术发生巨大变化，单片机的应用是对传统控制技术的一场革命。[2]

1 国旗升降系统的总体设计

本设计采用51单片机AT89C51（晶振频率为12MHZ）对四相六线制步进电机进行控制。单片机通过对按键的扫描，识别出外部命令，并通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过驱动电路来驱动步进电机运转。当按上升键时，步进电机正转，此时国旗按设定的速度上升；当按下降键时，步进电机反转，此时国旗下降；按停止键时，步进电机停转，国旗停止不动。总体设计框图如下所示。

图2.1 89C51管脚分布图

图1.1 国旗升降系统设计框图

2 电路器件选择 2.1 AT89C51

AT89C51有40只引脚，这40只引脚按其功能来分，可分为如下几类：

（1）电源及时钟引脚：VCC ，VSS ；XTAL1，XTAL2。VCC （40引脚）：接+5V 电源。 VSS （20引脚）：接地。2个时钟引脚XTAL1，XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了1个振荡器，它为单片机提供了时钟信号。 （2）控制引脚：PSEN ，ALE ，EA ，RESET （即RST ）。RST/Vpd(9引脚)：RST 是复位信号输入端，高电平有效。 C51管脚分布[3]如图2.1所示：

电源引脚： VCC ：接+5V 电源 GND ：接地 时钟引脚：

2个时钟引脚XTAL1、XTAL2外接晶体与片内的 反向放大器构成1个振荡器，它为单片机提供了时钟控制信号。2个时钟引脚也可外接独立的晶体振荡器。

I/O 口引脚：

P0口：双向8位三态I/O 口，此口为地址总线（低8

位）及数据总线分时

复用口，可驱动8个LS型TTL负载。

P1、P2、P3口是3个8位准双向的I/O口各口线在片内均有固定的上电阻，可驱动4各LS型TTL负载。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 /INT0（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（记时器0外部输入）

P3.5 T1（记时器1外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

控制引脚：

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。[4]

2.2 步进电机

步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，其旋转是以固定的角度一步一步进行的，故称为步进电机。步进电机的驱

动电路根据控制脉冲信号工作，脉冲信号一般由单片机或CPU产生，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；而且控制脉冲的时间间隔越短，步进电机就转得越快，所以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的；通过控制电机绕组接通电的时序来控制电机正、反转。本设计采用的是57BYG007的四相六线制步进电机。

3 国旗升降系统具体电路设计

3.1 主体电路设计

图3.1.主体电路图

此电路包括按键控制部分、单片机控制部分、步进电机驱动控制电路部分。电路采用AT89C51单片机作为控制系统的核心。单片机通过对按键的扫描，识别出外部命令，并通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过驱动电路来驱动步进电机运转。当按上升键时，步进电机正转；当按下降键时，步进电机反转；按停止键时，步进电机停转。

3.2 电源电路设计

AT89C51的驱动电压为5V，步进电机的驱动电压为12V。原理图如图3.2：