基于C8051F020的自动控制升降旗系统

1、自动控制升降旗系统报告西安理工大学自动化学院组长：马 进（电气072）组员：王勇吉（电子072）贺苗苗（电技071）指导老师： 侯浩录 基于C8051F020的自动控制升降旗系统摘要：本文介绍了一种以C8051F020（以下简称020）为控制核心的自动控制升降旗系统设计方案。主要由键盘输入模块、液晶显示模块、外接电机驱动，语音播放模块组成，可实现对该旗帜的自动升降根据设定合理播报国歌实时显示旗帜高度。通过按键调整旗帜升降的高度，速度。关键词：C051F020 电机控制一、系统设计性能指标经实际实验测量，此设计可实现如下性能指标：1） 按下上升按键后，国旗匀速上升，同时流畅地演奏国歌；上升到最高

2、端时自动停止上升，国歌停奏；按下下降按键后，国旗匀速下降，降旗的时间不放国歌，下降到最低端时自动停止。 2） 为避免误动作，国旗在最高端时，按上升键不起作用；国旗在最低端时，按下降键不起作用。 3） 升降国旗的时间均为43秒钟，与国歌的演奏时间相等，同时，旗从旗杆的最下端上升到顶端。降旗不演奏国歌，同时，旗从旗杆的最上端下降到底端。 4） 数字即时显示旗帜所在的高度，以厘米为单位，误差不大于2厘米。 5） 对于一般旗帜升旗高度可以自己决定，能在指定的位置上自动停止，此种工作方式下不放国歌。6）.增设一个开关，由开关控制是否是半旗状态，该状态由一发光二极管显示。 半旗状态（根据国旗法）。升旗时，

3、按上升键，奏国歌，国旗从最低端上升到最高端之后，国歌停奏，然后自动下降到总高度的2/3高度处停止；降旗时，国歌停奏，按下降键，国旗先从2/3高度处上升到最高端，再自动从最高端下降到底之后自动停止。7）要求升降旗的速度可调整，旗杆高度不变的情况下，升降旗时间的调整范围是30120秒钟，步进1秒，调整速度后升旗状态国歌停奏。二、系统总体设计本设计采用020为控制核心，其具有成本低、可靠性集成度高运行时间快等优点。系统外接LCD显示实时高度、SMD401步进电机驱动芯片控制步进电机、ISD1760管理语音、通过键盘操作可实现高度速度预置。总体设计框图如图一：图一：总体设计框架图三、系统硬件电路设计3

4、.1、主控芯片采用新华龙公司推出的020单片机及其开发板作为控制模块。F020的CPU时钟为2MHz24MHz，最大指令周期为2个系统时钟，可以快速实现对各个模块的调度控制；内置4352 字节内部数据RAM，为浮点运算提供了足够的数据存储器空间。3.2、键盘模块系统设计中通过对键盘的操作，可实现以1的精度步进，对升降高度进行增加或减少，通过软件使用三个键控制全半旗的切换与升降，使用三个键控制速度高度的递增与递减，键盘模块示意图如图二。图二：按键示意图3.3语音系统需要用到的语音时间较长（43秒）不需要分段，基于此采用华邦公司的ISD1760语音芯片完成国歌的播放。该芯片供电范围宽具有两种控制模

5、式，语音不经过压缩直接储存在芯片的FLASH内有较好的音质和断电储存。选择该芯片的另一原因在于该芯片具有独立按键从而调试简单对CPU的耗时低。语音播放电路如图三。图三：语音播放电路3.4液晶显示液晶可以做到对系统在不同要求下控制的显示，设计中需要显示的信息较多且含有不少汉字字符，为了减少CPU在做显示时对时间的过多消耗从而采用了型号为HS12864-15C的图形点阵液晶显示模块HS12864-15C中文模块是具有串并接口，且内含有GB2312一级、二级简体中文字库的图形点阵液晶显示模块。可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能，且具有睡眠、正常、及低功耗工作模式。

6、液晶显示电路图如图四。图四：液晶显示电路3.5电动机驱动根据题目的要求，选用两相步进电动机，步进电动机是纯粹的数字控制电动机，有很好的控制精度，易于起停、正反转及变速。对于两相步进电动机选用SMD 401步进电机驱动器，该驱动器使用方便，驱动电流最大可以达到1.7A，对于本系统完全够用。使用驱动芯片比直接使用普通放大电路用单片机进行驱动更加方便，大大减少程序调度的繁琐，提高系统反应速度，也为后面扩展功能的实现提供看更多施展空间。该驱动芯片输入信号共有二路，分别为步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR。 步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置和速度，驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步

7、距角(细分时为一个细分步距角)，CP脉冲的频率改变则同时使步进电机的转速改变，控制CP脉冲的个数，使步进电机精确定位，可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的。四、系统软件设计4.1、软件设计系统软件程序的设计包括系统初始化、按键操作、液晶显示、语音管理、电机驱动以及相应的算法执行过程。其中，系统初始化包括液晶显示器、语音电机器件的初始化以及相应的参数初始化。系统启动后通过扫描按键进行相应动，主要包括按键步进操作、全半旗切换及升降的操作，以下为具体操作原理。1）. 按键操作：按键查询的方式，通过全半旗切换键和升降键组合控制旗帜升升降【eg：全半旗切换变量置1+升旗键=升半旗】、速度高度切换键和

8、加减键控制旗帜升降参数。 2）. 电机操作：当发出有效【eg：当旗帜位于最低点时升旗有效降旗无效】指令时做出相应的动作。3）. 液晶显示操作：系统开始升降旗时通过定时改写液晶显示的数据完成实时显示任务。4). 语音播放操作：发出升国旗指令时采用语音芯片的按键模式播放语音。4.3、软件设计流程图系统设计中，软件流程可总结概括为四种工作控制，即电机驱动、语音管理、实时显示以及按键扫描。系统初始化后，便进入模式选择，通过对键盘以及拨码开关的操作可分别进入四种工作模式，并进行相应的功能操作。系统总体设计流程图如图五：图五：软件流程图 五、系统性能测试与分析5.1、测试仪器1、计算机 一台2、标准数字式

9、万用表 一台3、自制负载电阻板 一个4、标准数字化示波器 一台 5.2、测试方法系统初始化完成后设定不同的时间和高度，测试实际时间和高度。实验数据见表一。表一实际测试数据5.3、进一步改进由于时间和资金有限，此设计的部分电路由蜂窝板焊接，不是很美观，但不影响其使用效果，可对此设计进一步完善。六、结束语此基于020的自动控制升降旗系统设计方案较为完美，实现了对不同高度和速度的升旗任务根据设定播放国歌且能避免误动作。桃李不言，感恩在心！最后，在此忠心地感谢母校为我们提供的这次展现自我、锻炼团队合作以及解决实际应用问题能力的机会，同时感谢侯浩录指导老师对我们的悉心指导和帮助。附录一：主要元器件清单1、0202、SM0013、ISD17604、HS12864-15C5、L78056、L78127、LED附录二：应用资料与参考文献清单C8051F020 混合信号ISP FLASH微控制器数据手册新华龙电子有限公司，2005.2HS1286415C使用手册.广州市千禧科技开发公司.汪祥. 点阵式LCD在新型微处理器线路保护装置中的应用J. 现代显示, 2006,(09)王喆，单片机的步进电机控制器设计2