升降旗控制系统报告

升降旗控制系统设计报告摘要升降旗控制系统是以单片机STC89C51为控制核心的自动控制系统。该系统由主控制器、键盘输入模块、液晶显示模块、电机、电机驱动模块、语音模块、时钟芯片DS1302、存储电路等部分构成。该系统能够实现国旗的自动升降控制、在指定位置自动停止、在上下极限位置具有防超限功能、升降旗的时间与国歌的演奏时间吻合。除此之外本系统还可通过键盘上的数字按键，预置国旗在旗杆上的停止位置；键盘上设置了升降旗的时间调整按键，可以调整升降旗的速度；使用液晶显示屏可以直观的看到升、降旗的高度变化过程及工作时间；使用编码器进行高度测量，其控制精度上可以达到毫米级。关键词：单片机自动控制电机驱动模块语音模块DS1302目录一、方案的选择与论证................................................41.1主控制器模块的选择.........................................41.2电机的选择.................................................41.3电机驱动方案的选择.........................................51.4键盘和数码管接口方案的选择.................................51.5语音芯片的选择.............................................51.6显示方式的选择.............................................61.7时钟方案的选择.............................................6二、硬件电路设计....................................................72.1系统整体设计思路...........................................72.2主控制器模块...............................................72.3电机驱动模块...............................................82.4语音模块...................................................82.5存储电路...................................................92.6时钟电路..................................................102.7LCD12864显示电路.........................................10三、软件设计及参数计算.............................................123.1主程序设计................................................123.2按键控制子程序设计........................................133.3掉电数据处理程序设计......................................13四、系统测试.......................................................144.1测试仪器..................................................144.2指标测试..................................................14五、结论...........................................................15六、参考文献.......................................................15七、附录...........................................................16附录1LCD程序清单............................................16附录2HD7279模块清单.........................................21附录3PWM调速程序清单........................................26附录4原理图.................................................31一、前言近些年来，随着奥运会及各种大型国际赛事的开展，升旗仪式已成为一个必备的环节。以往的手动升国旗，无论升旗手有多么熟练，都难免出错，比如在国歌刚刚奏完时，旗子升到顶端。升半旗时，也很难目测到是否到了旗杆的2/3处。随着电子技术的飞速发展，市面上已陆续出现许多自动控制升降旗的产品。二、方案的选择与论证1.1主控制器模块的选择方案一：采用FPGA作为系统主控制器，功能强大，速度快，体积小，稳定性好，但是价格较贵，不符合节能、环保的要求。方案二：采用STC12C5A60S2单片机，指令代码完全兼容传统的8051，并且速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM,8路高速10位A/D转换（250K/s,即25万次/秒），适用于电机控制，强干扰场合。由以上两种方案可以看出，以STC12C5A60S2为核心可以方便地实现对各个部分的控制和外接，而FPGA的高速处理能力得不到充分发挥且价格较贵，所以我们选择方案二。1.2电机的选择方案一：采用步进电机，既可以实现对速度的精密控制，又可以实现不同高度停止的要求。但是步进电机的价格较贵，对外围电路的要求较高，且其程序中数据运算较为复杂。方案二：采用直流电机加一定比例的减速器，通过换用不同的减速器来实现旗帜升降速度的控制，同时在旗杆的顶部、底部和2/3处设置3个传感器，从而达到旗子在杆顶、杆底及2/3处的自动停止控制。优点是价格低廉，且易于操作，但精度难以控制和提高。比较以上两种方案，选择方案二。1.3电机驱动方案的选择方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。在前段并联一个电容可以使电动机缓慢加速，避免突然加速对系统的冲击和轮子打滑。缺点是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且需要人工手动调节电位器，非常不方便。方案二：采用由达林顿管组成的H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，精确调整电动机转速。这种电路工作在管子的饱和截止模式下，效率高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的PWM调速技术。但是不能够精确的控制步矩和速度，故不采用此方案。方案三：采用电机控制专用芯片L298。L298是恒压恒流双H桥集成电机芯片，使用L298芯片，可精确控制步距和速度，可以大大简化驱动电路。基于上述理论分析，选择方案三。1.4键盘和数码管接口方案的选择方案一：采用键盘、显示接口芯片8279来扩展，优点是单个芯片就能完成键盘输入和LED显示控制两种功能。缺点是该芯片与单片机的连接是并行的，占用单片机I/O口较多。方案二：采用HD7279A芯片，HD7279A是串行接口8位LED数码管及64键键盘智能控制芯片，优点是与单片机的连接时串行连接，占用的I/O口数目很少。比较以上两种方案，由于系统资源有限，故选择方案二。1.5语音芯片的选择方案一：采用语音芯片ISD1420。该芯片采用CMOS技术，内含振荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPROM。优点是外围电路简单，音质好、功耗低，缺点是其录放音时间短，只有8到20秒。方案二：采用语音芯片APR9600，它具有抗断电、音质好、噪音低，使用方便。录音时间为60s,掉电可保存信息，信息可保存100年。由于国歌播放所需时间为43秒，因此选择方案二。1.6显示方式的选择方案一：采用LED数码管显示旗帜所在的高度以及升降旗所用的时间，本实验中需要用到6只LED数码管进行动态显示才可以达到要求。采用LED的优点是亮度高，价格便宜，寿命长，缺点是只能显示数字和一些简单的字符。方案二：采用LCD液晶显示，优点是显示内容丰富，功耗低。比较以上两种方案，选择方案二。1.7时钟方案的选择在本系统测试及数据分析中，需要记录升降旗的时间。方案一：采用传统的数据记录方式：隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；方案二：采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源。方案三：采用DS1302时钟芯片，该芯片使用简单，接口容易，与单片机的接口少。比较以上方案，选择方案三。三、硬件电路设计2.1系统整体设计思路通过键盘模块可以进行功能设定，将数据信息传送给单片机。LCD模块用来显示数据信息。单片机连接电机驱动模块来驱动电机来实现国旗的上升和下降。语音模块只有旗子从杆的底部向上升到顶部的时候才播放，其他时刻不播放。存储电路用来存储旗子高度和已用时间的，从而保证单片机掉电后，在重新上电时LCD所显示的数据不变。单片机液晶显示模块语音模块时钟电路电机驱动模块HD7279存储电路电机键盘模块图2-1系统结构框图2.2主控制器模块STC12C5A60S2单片机的指令代码完全兼容传统8051，而且速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM,8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。其内部资源非常丰富，具有8KROM,1280字节RAM,有36个I/O口，比8051单片机要多出4个，4个16位定时器，7路外部中断I/O,内部集成MAX810专用复位电路,外部晶振12M以下时，复位脚可直接接1K电阻到地。主控制器模块如电2-2所示。CLKOUT2/ADC0/P1.01ADC1/P1.12RxD2/ECI/ADC2/P1.23TxD2/CPP0/ADC3/P1.34SS/CPP1/ADC4/P1.45MOSI/ADC5/P1.56MOSO/ADC6/P1.67SCLK/ADC7/P1.78P4.7/RST9INT/RxD/P3.010TxD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313CLKOUT0/INT/T0/P3.414CLKOUT1/INT/T0/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL218XTAL119GND20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528NA/P4.429ALE/P4.530EX-LVD/P4.6/RST231P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1STC12C5A60S2VCCXTAL1XTAL2RSTP00P01P02P03P04P05P06S1610uFC330pFC130pFC210KR11212MY1VCCP10P11P12P13P14P15P16P17P30_RXDP31_TXDP32P33P34P35P36P37104C410uFC1510KR2P07VCCALEP20/CSP21/STDP22/SCLKP23P24P25P26P27图2-2主控制器电路2.3电机驱动模块通过驱动电路控制电机的正转和反转，实现旗帜的上升和下降。直流电机的驱动采用L293电机专用驱动芯片。PW