国旗升降系统的设计.doc

目录目录 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） 1 国旗升降系统的设计 摘要：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：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。 2 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 3 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 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国旗升降系统具体电路设计 3.1 主体电路设计 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 图3.1.主体电路图 5 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： 4 电路的实际制作电路的实际制作 99SE 是 PROTEL 家族中目前最稳定的版本，功能强大。采用了*.DDB 数 据库格式保存文件，所有同一工程相关的 SCH、PCB 等文件都可以在同一 *.DDB 数据库中并存，非常科学，利于集体开发和文件的有效管理。还有一个 优点就是自动布线引擎很强大。在双面板的前提下，可以在很短的时间内自动 布通任何的超复杂线路！ Protel99SE 是设计电路和制作电路板必不可少的软件， 它简单实用，提供了多种元器件，想要做出一个正确的 PCB 板必须熟练掌握 Protel99SE 的使用方法。5 PCB 板制作的一般步骤： 1、电路原理图设计，2、器件的封装 3、PCB 板 图设计，4、将 PCB 板图复制在 PCB 板上，5、腐蚀、漂洗，6、元件的焊接、 组装，7、调试。 6 5 程序设计程序设计 5.1 程序设计流程图： 图 3.2 电源电路图 6 图 5.1 程序设计流程图 5.2 具体程序：7 单片机 p2.2、p2.3、p2.4 分别各接一个按键，用来启动电机正、反转及停 止。单片机 P0 口的四位输出 p0.0、p0.1、p0.2、p0.3 分别接电机的控制电路， 由单片机按一定相序输出脉冲信号从而控制电机的旋转，电机旋转控制的具体 值如表 5.1、5.2 所示。 表 5.1，电机正转控制： 步数P0.0P0.1P0.2P0.3 03h11100 7 09h21001 0ch30011 06h40110 表 5.2 电机反转控制： 步数P0.0P0.1P0.2P0.3 03h11100 06h20110 0ch30011 09h41001 具体程序8如下： org 00h ljmp stop org 0bh ljmp itop stop: mov p0,#00h ; 步进电机停止 setb p2.5 LCALL DELAY LCALL DELAY loop: jnb p2.2,for2 ; 如果 p2.2 按下正转 jnb p2.3,rev2 ; 如果 p2.3 按下反转 jnb p2.4,stop1 ; 如果 p2.4 按下停止 jmp loop ;反复监测键盘 for2:call delay ; 按 p2.2 的消除抖动 jnb p2.2,$ ; p2.2 放开否? mov sp,#60h mov tmod,#01h mov tl0,#0b0h mov th0,#3ch mov b,#120 8 mov r6,#10 setb tr0 setb et0 setb ea for: mov r0,#00h ;正转到 tab 取码指针初值 for1: mov a,r0 ;取码 mov dptr,#table ; movc a,a+dptr jz for ;是否到了结束码 00h cpl a ;把 acc 反向 mov p0,a ;输出到 p0 开始正转 jnb p2.4,stop1 ; 如果 p2.4 按下停止 jnb p2.3,rev2 ; 如果 p2.3 按下反转 jnb p2.5,stop1 call delay ;转动的速度 inc r0 ;取下一个码 jmp for1 ;继续正转 rev2:call delay ; 按 p2.3 的消除抖动 jnb p2.3,$ ; p2.3 放开否? mov sp,#60h mov tmod,#01h mov tl0, #0b0h mov th0, #3ch mov b,#120 mov r6,#10 setb tr0 setb et0 setb ea 9 rev:mov r0,#05h ;反转到 tab 取码指针初值 rev1:mov a,r0 mov dptr,#table ;取码 movc a,a+dptr jz rev ;是否到了结束码 00h cpl a ;把 acc 反向 mov p0,a ;输出到 p0 开始反转 jnb p2.4,stop1 ; 如果 p2.4 按下停止 jnb p2.2,for2 ; 如果 p2.3 按下反转 jnb p2.5,stop1 call delay ;转动的速度 inc r0 ;取下一个码 jmp rev1 ;继续反转 stop1:call delay ; 按 p2.4 的消除抖动 jnb p2.4,$ ; p2.4 放开否? jmp stop delay:mov r1,#40 ;步进电机的转速 20ms d1:mov r2,#200 djnz r2,$ djnz r1,d1 ret TABLE: DB 09H,0CH,06H,03H db 00h db 03h,06h,0ch,09h db 00h RET 10 itop: mov TL0,#0b0h mov th0,#3ch djnz b,m1 djnz r6,m1 clr TR0 CLR EA clr p2.5 m1: reti end 6 电路及程序调试电路及程序调试 电路制作完成之后，首先使用万用表进行测试，测试硬件的电源和地是否 存在短路、断路等现象，各条线之间是否存在误接和错接现象，检测结果显示 无误。然后给硬件模块通电，用万用表测量芯片的电源和地是否正确，各个关 键部位的电压是否正确，各连接线是否导通，结果显示无误。最后在所有芯片 都连接好之后，对系统进行供电，用万用表检测各端电压，确保所有芯片正常 工作。排除硬件电路的所有问题后，配合硬件电路进行程序调试。把程序烧入 单片机并把芯片插入电路中，按键启动电机旋转，但发现有时按键并不灵，经 分析是程序没有消除按键抖动，加入相关消除按键抖动的语句后，问题得到解 决。程序定时时间的反复调整：国歌播放的时间是 44 秒，通过对程序中的定时 参数反复修改，使电机运行时间等于国歌的播放时间。9 结束语结束语 传统的升旗仪式中基本上都是人工来操控的，容易出现国旗的升降速度不 是很均匀、升降旗的时间也很难把握准确的问题，致使国歌还没有播完国旗已 经到顶或歌声已落旗还在升的现象。采用 AT89C51 单片机作为主控制芯片设计 出的自动升降系统可以有效的避免上述现象，使国旗升降仪式更加庄严。 另外， 如果对电路及程序进一步改进，单片机在控制电机运行的同时播放国歌，该电 路就趋于比较完善了。 11 参考文献 1 张毅刚.彭喜源 .潭晓昀.MCS-51 单片机应用设计M，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 1997. 26-65 2 张毅刚.单片机原理一应用M.北京.高等教育出版社，2003. 78 3 吴金戌.沈庆阳.郭庭吉.8051 单片机实践与应用M.北京.清华大学出版社.2002. 53-54 4 张毅刚.等.MCS-51 单片机应用设计M.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社.1997.135 5 崔瑞雪.电子技术动手实践M，北京：北京航空航天大学出版社，2007.47-50 6 孙涵芳.徐爱卿.MCS-51/96 单片机原理与应用M.北京.北京航空航天出版社，1996.152- 153 7 田亚娟.基于单片机的数据采集控制J.甘肃科教纵横.2004. 62-64 8 聂毅.单片机定时器中断时间误差的分析及补偿J.微计算机信息.2002. 37-38 9 刘守义.单片机应用技术M.西安电子科技大学出版社.2003.125-127 10 Samsung Electronics. Users Manual S3C2410X 32-Bit RISC Microprocessor Z .2003.372- 413. 英文翻译 The design of the Flag lifting system Department of Electronic 0504 Student Wu ChaoHua Tutor Wang AiZhen Abstract: The automatic lifting system often appears in the solemn occasion, for exa