第頁共49頁引言每一個(gè)獨(dú)立自主，自由的國家都擁有一面單獨(dú)屬于自己國家特色的國旗,對于當(dāng)今世界每一個(gè)國家領(lǐng)導(dǎo)人及國民而言國旗都在充分體現(xiàn)著國家民族的政治尊嚴(yán)感和政治主權(quán)理念上也有著同樣很重要深遠(yuǎn)的教育意義。舉行升起國旗儀式可以讓一個(gè)國家人民群眾銘記歷史,砥礪前行,激勵(lì)每一個(gè)公民的愛國之心,每一個(gè)公民在進(jìn)行升國旗過程中培養(yǎng)和發(fā)展了奉獻(xiàn)以及大無畏精神。因此,升好國旗儀式就從來開始都就不在只是作為一個(gè)很簡單的國家儀式,而是成為一項(xiàng)非常地嚴(yán)肅、莊嚴(yán)神圣的重大集體活動(dòng)。必須要嚴(yán)格的按照《中華人民共和國國旗法》的相關(guān)規(guī)定來組織進(jìn)行升國旗儀式。最早的升國旗儀式是手動(dòng)式地拉動(dòng)滑輪升降國旗,發(fā)展到后來的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行升降國旗。但是還是存在著國旗上升與國歌不同步,開關(guān)檢測誤差等其他弊端,可能會(huì)導(dǎo)致舉行升國旗儀式過程中出現(xiàn)問題導(dǎo)致儀式無法順利完成。隨著科技的不斷發(fā)展，自動(dòng)化的設(shè)備已經(jīng)陸續(xù)成為生產(chǎn)生活的一部分。單片機(jī)被設(shè)計(jì)得十分小巧、功能豐富、抗干擾能力極強(qiáng)、硬件材質(zhì)輕、使用靈活性很高、易開發(fā)、價(jià)格不高等優(yōu)點(diǎn)被關(guān)注并重視，并逐漸推廣應(yīng)用，單片機(jī)具有很好的發(fā)展前景。如今在許多領(lǐng)域都可以看到單片機(jī)的身影，比如機(jī)器人、家庭電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械、航空、通訊設(shè)備等等。1緒論1.1國旗自動(dòng)升降系統(tǒng)研究現(xiàn)狀如今仍然有許多基層單位、事業(yè)單位以及學(xué)校等使用人工拉動(dòng)滑輪進(jìn)行升降國旗的方法進(jìn)行升國旗儀式,這樣的傳統(tǒng)升國旗儀式過程中容易出現(xiàn)國歌的演奏進(jìn)度與國旗上升不匹配,往往是國旗已經(jīng)上升完畢了國歌還沒演奏完畢或者是國歌演奏完畢了國旗卻沒有上升到頂端。針對這個(gè)問題可以使用自動(dòng)化控制裝置來完成升國旗儀式來解決。自動(dòng)化過程控制裝置必須具有系統(tǒng)性、可控性和可靠性,加入自動(dòng)化控制裝置就會(huì)使得升國旗儀式更加準(zhǔn)確可控可靠。目前隨著國內(nèi)相關(guān)行業(yè)自動(dòng)化電子控制裝置技術(shù)方面的深入發(fā)展也可以逐步為企業(yè)研究推廣和建立完善國產(chǎn)自動(dòng)智能控制升降國旗的系統(tǒng)來提供相應(yīng)技術(shù)服務(wù)支持,自主研究智能控制升降國旗自動(dòng)化系統(tǒng)就很顯得有必要并也可以看到很大的可行性。國外單片機(jī)及自動(dòng)化控制裝置技術(shù)方面的進(jìn)一步發(fā)展,可以幫助使國旗上升控制得更準(zhǔn)確和無誤,上升的速度變得更加準(zhǔn)確穩(wěn)定。自動(dòng)控制的升國旗系統(tǒng)是主要通過用控制一個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)來控制整個(gè)國旗的上升或下降,所以這個(gè)控制系統(tǒng)最大的一項(xiàng)功能其實(shí)就是要控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)以及控制國歌的正常播放。步進(jìn)電機(jī)是一種可以通過電脈沖控制電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到動(dòng)力提供效果的控制微電機(jī)，最早由英國人所開發(fā)利用?？萍嫉陌l(fā)展也帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)不斷優(yōu)化改進(jìn)，由晶體管驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)初步實(shí)現(xiàn)了相對簡易地對電機(jī)數(shù)字化系統(tǒng)進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng)。后來專用的驅(qū)動(dòng)控制器芯片的出現(xiàn)讓對步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)以及驅(qū)動(dòng)控制變得更加方便容易。驅(qū)動(dòng)芯片的體積小，并能夠簡單地實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，使得這樣設(shè)計(jì)的升降國旗系統(tǒng)更加合理。1.2課題研究意義單片機(jī)是電子技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，單片機(jī)從發(fā)明到不斷發(fā)展，現(xiàn)在逐步推廣應(yīng)用在醫(yī)療、航空以及家用電子設(shè)備上，發(fā)展至今自動(dòng)化控制裝置技術(shù)已經(jīng)相對成熟，為自動(dòng)化升國旗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持。在傳統(tǒng)的升國旗儀式中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)國歌的演奏進(jìn)度與國旗的上升進(jìn)度不匹配的情況，在國旗升到頂端之后國歌仍然沒有播放完畢或是國歌演奏完畢國旗沒有上升到頂端。傳統(tǒng)的升國旗方法不夠準(zhǔn)確可靠，容易受環(huán)境因素影響。使得在升國旗儀式中出現(xiàn)尷尬的局面，影響升國旗儀式的嚴(yán)肅。為了解決升國旗中可能會(huì)出現(xiàn)的這些問題，可以使用自動(dòng)化控制裝置來設(shè)計(jì)出自動(dòng)化升國旗系統(tǒng)。通過控制國旗的上升速度，使得國旗在上升到頂部時(shí)國歌正好也同時(shí)演奏完畢，順利完美地完成整個(gè)升國旗儀式的過程。并且在考慮到可以滿足各種實(shí)際的用途下的各種使用功能的需求,對升降和它本身特有的各種升降的精度的控制方法和各種控制設(shè)置功能要求相應(yīng)的提高也在優(yōu)化得的越來越有實(shí)用性,這樣做不僅可以做到實(shí)現(xiàn)有效和規(guī)范的管理升旗儀式整個(gè)系統(tǒng)工作過程,使其整個(gè)的升旗儀式工作更加的靈活和方便也會(huì)更加的美觀和實(shí)用,而且它是一個(gè)只需要控制電脈沖就可以完成多種控制功能設(shè)置功能以充分滿足其各個(gè)行業(yè)不同功能應(yīng)用場合的需求。另外它還可減少了系統(tǒng)對系統(tǒng)人力資源使用上的額外投資使用,大大的可減少在系統(tǒng)資金方面上的一次額外投入。系統(tǒng)目前最主要應(yīng)用的系統(tǒng)功能主要還是用于精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度及速度,從而達(dá)到能夠精確的控制國旗在進(jìn)行升國旗儀式時(shí)的升降速度的電機(jī)速度,而在目前的電機(jī)領(lǐng)域產(chǎn)品中該系統(tǒng)目前應(yīng)用的范圍中最多見的應(yīng)用應(yīng)該是步進(jìn)電機(jī)。由于低速步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)的控制信號參數(shù)比較精度高,控制的脈沖方法則相對地比較的方便與簡單因?yàn)橐话阒豁氃谛枰牡胤郊尤胍粋€(gè)控制的脈沖信號參數(shù)后整機(jī)就可立即運(yùn)行可以完全自動(dòng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),易于實(shí)現(xiàn)了對全過程數(shù)字化控制電機(jī)的控制。技術(shù)需求參數(shù)低，步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)正將以其技術(shù)的獨(dú)特性和顯著優(yōu)勢的技術(shù)應(yīng)用和特點(diǎn),在未來器件的數(shù)字化與器件數(shù)字化制作新技術(shù)時(shí)代里正逐漸發(fā)揮并起著的一個(gè)重大技術(shù)推動(dòng)作用。伴隨著全球各種規(guī)格不同型號種類電機(jī)與數(shù)字化生產(chǎn)等技術(shù)產(chǎn)品領(lǐng)域的日益高速和發(fā)展以及各類新型高速步進(jìn)電機(jī)影像制作及技術(shù)設(shè)備等的技術(shù)日益的發(fā)展,步進(jìn)電機(jī)技術(shù)也已經(jīng)逐步被人們廣泛地應(yīng)用到目前國內(nèi)外的許多重要高科技領(lǐng)域。要想實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制可以通過應(yīng)用單片機(jī),單片機(jī)可以與步進(jìn)電機(jī)的結(jié)合設(shè)計(jì)方法十分簡單，操作控制也不難。單片機(jī)對應(yīng)科技的發(fā)展還有實(shí)際需求的不斷提高也在不斷的發(fā)展優(yōu)化，目前單片機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在汽車系統(tǒng)，航天，醫(yī)療器械和工業(yè)領(lǐng)域中，足以見得單片機(jī)已經(jīng)發(fā)展到應(yīng)用單片機(jī)的系統(tǒng)安全性和可靠性都很高。因此使用單片機(jī)設(shè)計(jì)的控制國旗自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以使得升旗系統(tǒng)從傳統(tǒng)的手動(dòng)拉動(dòng)滑輪開始變得實(shí)現(xiàn)了一個(gè)更加的高度智能化。使用由單片機(jī)發(fā)出的電脈沖信號控制步進(jìn)電機(jī)的升降國旗系統(tǒng)便可做到完全能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化的自動(dòng)過程控制,提高系統(tǒng)整個(gè)自動(dòng)升降過程控制系統(tǒng)裝置集成的全過程控制過程自動(dòng)化操作可靠自動(dòng)化程度提高及機(jī)床整體系統(tǒng)運(yùn)行過程工作可靠性水平明顯提高和整體工作環(huán)境穩(wěn)定性。單片機(jī)廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域,自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展成熟,大大提高了生產(chǎn)工作效率。電子電源設(shè)備在往著集成化、模塊化、智能化應(yīng)用的發(fā)展趨勢不斷快速發(fā)展,高度集成化實(shí)現(xiàn)了芯片器件就可以實(shí)現(xiàn)過去整個(gè)機(jī)器的功能。單片機(jī)應(yīng)用在國旗升降系統(tǒng)上讓系統(tǒng)更易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。步進(jìn)電機(jī)的廣泛深入的開發(fā)應(yīng)用,以使其控制運(yùn)動(dòng)方式的高度精密性被廣泛應(yīng)用到了在國旗的自動(dòng)控制升降系統(tǒng)的整個(gè)系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境中使得國旗的自動(dòng)控制升降和控制系統(tǒng)應(yīng)用更加地方便和精確安全和方便快捷。可以實(shí)現(xiàn)采用按鍵控制進(jìn)行遙控操作從而輕松實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)國旗高度精確度的精確實(shí)時(shí)的自動(dòng)遙控及升降,解決掉了以往采用傳統(tǒng)的手工控制升降及懸掛的國旗方式容易遇到的干擾及認(rèn)為因素導(dǎo)致的問題,以保證真正能夠?qū)φ麄€(gè)升旗儀式現(xiàn)場的整體的莊重的氣氛和嚴(yán)肅性。1.3題目解析本次課題要研究設(shè)計(jì)的國旗的自動(dòng)升降控制系統(tǒng)擬設(shè)計(jì)采用高性能單片機(jī)STC89C52芯片來作為整個(gè)系統(tǒng)中的自動(dòng)檢測芯片和自動(dòng)控制芯片核心器件,通過利用STC89C52芯片來發(fā)出的脈沖信號控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)了國旗自動(dòng)的感應(yīng)升降過程的完全自動(dòng)控制。通過按鍵輸入控制國旗升降,在顯示器顯示國旗高度。該系統(tǒng)電路單元結(jié)構(gòu)主要部件分別有：控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)芯片和電機(jī)兩個(gè)基本控制功能單元模塊、鍵盤電控功能與數(shù)字顯示系統(tǒng)兩個(gè)控制模塊、語音模塊電路等共幾個(gè)單元主要控制部分。技術(shù)參數(shù)電機(jī)控制系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的電機(jī)控制電路單元模塊部分均采用集成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片ULN2003,控制電路單元模塊與液晶數(shù)字顯示模塊兩個(gè)控制部分模塊分別還可選擇采用按鍵控制觸發(fā)作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元和采用液晶LCD1602作為液晶數(shù)字顯示,播放國歌的語音電路單元?jiǎng)t采用語音芯片?；谏鲜鏊械倪@些功能完備和合理的而相對穩(wěn)定的可靠性的硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì),使用了C語言軟件編寫和編程,可以實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)制作出來的自動(dòng)升降國旗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求的基本應(yīng)用功能。本次設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能為：整個(gè)系統(tǒng)一個(gè)設(shè)置有6個(gè)按鍵，分別為進(jìn)行上升國旗按鍵、進(jìn)行下降國旗按鍵、進(jìn)行上升半旗按鍵、進(jìn)行下降半旗按鍵、停止按鍵、系統(tǒng)復(fù)位按鍵。在按下進(jìn)行上升國旗按鍵以后，國旗會(huì)在國歌聲中冉冉升起，在國旗上升到頂端時(shí)國歌播放完畢，結(jié)束升旗以后國旗會(huì)停留在旗桿頂部，上升國旗按鍵不能生效。在按下進(jìn)行下降國旗按鍵以后，國旗開始以一定的速度并保持這個(gè)速度下降，語音模塊不工作，國旗位于旗桿底部時(shí)下降國旗按鍵再按也不運(yùn)行。在按下進(jìn)行上升半旗按鍵以后，國旗先是與升旗過程無異的進(jìn)行上升，國歌也播放43秒，在上升到旗桿頂部后國旗又要接著進(jìn)行下降，期間不播放國歌，在下降到旗桿差不多一半的位置后旗桿停止下降，完成下降半旗的功能操作。在按下進(jìn)行下降半旗按鍵后，國旗要上升到旗桿頂端再被下降到旗桿的底部。在按下代表停止的按鍵以后，國旗馬上停止，只有按下復(fù)位鍵以后才繼續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)。系統(tǒng)還具有識別紅外遙控功能，可以使用紅外遙控器按下實(shí)現(xiàn)對應(yīng)6個(gè)按鍵的功能。還擁有意外斷電后自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的功能,重新接上電源通電以后系統(tǒng)會(huì)顯示出斷電前的國旗高度數(shù)據(jù)。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)框圖理論分析單片機(jī)STC89C52單片機(jī)STC89C52電源電路復(fù)位電路晶振電路按鍵電路紅外遙控LED燈指示電路顯示電路驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)語音模塊圖1.1系統(tǒng)框圖本文主要將設(shè)計(jì)原理應(yīng)用于在實(shí)際中的國旗升降的全自動(dòng)升降控制系統(tǒng)功能要求上,預(yù)計(jì)使用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞控制器件，協(xié)調(diào)控制各個(gè)電路的器件，使電路每一個(gè)器件能夠系統(tǒng)配合工作，完成系統(tǒng)的所有功能。該自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要采用了由國產(chǎn)高性能單片機(jī)的STC89C5單片機(jī)系列微處理器作為自動(dòng)控制系統(tǒng)升降國旗系統(tǒng)核心中重要的智能電子控制運(yùn)算平臺核心和信號的檢測及數(shù)據(jù)存儲核心,通過設(shè)計(jì)使用按鍵、步進(jìn)電機(jī)、液晶顯示屏控制及語音控制顯示功能等幾個(gè)電子功能部分,能夠完整實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通過幾個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)按鍵代表的系統(tǒng)功能。本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝后的國旗自動(dòng)升降系統(tǒng)模塊的主要系統(tǒng)構(gòu)成將包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制電器模塊、鍵盤模塊、語音模塊、顯示控制儀表模塊等共幾個(gè)功能小單元部分。本該套系統(tǒng)方案中采用單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體思路大致都是:設(shè)置好旗桿高度,事先計(jì)算出上升到此旗桿頂部需要的脈沖信號總個(gè)數(shù)，在按下按鍵啟動(dòng)后直接讓單片機(jī)控制執(zhí)行命令,然后通過利用由單片機(jī)控制器所發(fā)出來的脈沖信號和通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速來控制實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)控制而來實(shí)現(xiàn)國旗的自動(dòng)升降過程,同時(shí)再利用一塊LCD顯示屏就已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)直接地顯示出國旗升起后的在旗桿的當(dāng)前高度。在按了上升旗的按鍵以后,單片機(jī)開始向驅(qū)動(dòng)發(fā)送指令需要的總脈沖數(shù)，驅(qū)動(dòng)再向步進(jìn)電機(jī)發(fā)生該脈沖，接收到脈沖的電機(jī)馬上運(yùn)行起來，相應(yīng)指示燈也會(huì)被點(diǎn)亮，LCD顯示屏中將可以顯示出最新的國旗高度數(shù)據(jù)并將可以進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)讀取操作及動(dòng)態(tài)更新出國旗在旗桿當(dāng)前位置的高度的信息，當(dāng)此時(shí)國旗高度已經(jīng)剛好上升到了旗桿的最頂部的高度時(shí)國歌同樣也能夠剛好自動(dòng)的持續(xù)播放一直到國歌結(jié)束。這就是使系統(tǒng)運(yùn)行的大概思路。圖1.1為本次設(shè)計(jì)總結(jié)概括出來的系統(tǒng)框圖。在搭載單片機(jī)的系統(tǒng)中，程序設(shè)計(jì)單片機(jī)用C語言直接編寫就已經(jīng)完全是可以直接實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì),相對簡易,大大提高程序編寫的效率。2.2電機(jī)的選擇方案論證方案1:采用交流異步電機(jī)。交流異步電機(jī)在結(jié)構(gòu)上簡單,制作容易,材料便宜,運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠,維護(hù)比較方便,堅(jiān)固耐用。并且交流異步電機(jī)工作效率較高和工作特性好。但是交流異步電機(jī)的啟動(dòng)性和調(diào)速性能較差,必須有較好的技術(shù)才能對交流異步電機(jī)調(diào)速。方案2:采用直流電機(jī)。直流電機(jī)具性能有啟動(dòng)速度響應(yīng)很快、調(diào)速與控制一體化性能均比較好,調(diào)速系統(tǒng)工作范圍覆蓋很寬廣和運(yùn)行過程的控制極為平滑,過載及制動(dòng)反應(yīng)能力又極強(qiáng),不易再長時(shí)間內(nèi)受來自外部各種電磁噪聲的干擾,熱動(dòng)矩量和熱制動(dòng)轉(zhuǎn)矩量也相差較大,能有效獨(dú)立的承受負(fù)荷相對應(yīng)頻繁變動(dòng)方向的各種振動(dòng)沖擊或沖擊負(fù)載,可快速有效地實(shí)現(xiàn)承受負(fù)載位置頻繁的變換的功能三相無級同步控制快速實(shí)現(xiàn)同步的啟動(dòng)、制動(dòng)同步和制動(dòng)反轉(zhuǎn)。這一切或許這也是為何直流電機(jī)技術(shù)之所以最終能夠被逐步地取代的常規(guī)的交流或減速電機(jī)的問世的真正原因。但是由于直流電機(jī)結(jié)構(gòu)原理也相對地過于簡單復(fù)雜,使用保養(yǎng)以及使用維護(hù)管理等也都是并不總是很方便。直流電機(jī)的內(nèi)部轉(zhuǎn)子的內(nèi)部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜而又使得其整機(jī)體積大小比和外部設(shè)備重量比也都相對顯得都比較的龐大,電刷頭之間和內(nèi)部電機(jī)換向器間產(chǎn)生的機(jī)械過度的滑動(dòng)接觸或者接觸可能會(huì)更容易地造成內(nèi)部一些關(guān)鍵機(jī)械零件的磨損,使得其整個(gè)的直流電機(jī)很容易發(fā)生故障、不容易工作穩(wěn)定、不耐用、需要經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng),難以精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)圈速。方案3:采用步進(jìn)電機(jī)。只有并且只需要對步進(jìn)電機(jī)輸入了脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部線圈磁場發(fā)生變化就會(huì)馬上轉(zhuǎn)動(dòng),步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)每一次的角度大小是固定的，轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)或是步數(shù)與脈沖輸入產(chǎn)生的脈沖數(shù)大小成正比,步進(jìn)電機(jī)輸出的數(shù)字轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)誤差比較小且每次產(chǎn)生的誤差不會(huì)被累計(jì),具有十分優(yōu)秀穩(wěn)定的自動(dòng)啟停功能和自動(dòng)反轉(zhuǎn)響應(yīng),控制精度高。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中是需要很精確的地去控制電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的速度范圍和電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)到停止的時(shí)間范圍并且電機(jī)整個(gè)系統(tǒng)所有的電機(jī)起動(dòng)的啟轉(zhuǎn)和剎停過程也都需要步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行快速靈敏地進(jìn)行響應(yīng),而數(shù)字控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)也是都要接收受到一個(gè)數(shù)字脈沖值來進(jìn)行控制,脈沖數(shù)值要與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)要成正比,控制精度高,響應(yīng)快,體積小,適合精密儀器或小型產(chǎn)品。綜合分析,本次國旗自動(dòng)升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用方案3的步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力裝置2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)選擇方案論證方案1:采用繼電器來對電機(jī)輸出的開關(guān)值進(jìn)行控制。該開關(guān)電路結(jié)構(gòu)比較簡單,通過控制器對開關(guān)電路的信號切換與速度轉(zhuǎn)換進(jìn)行自動(dòng)控制,實(shí)現(xiàn)繼電器對整個(gè)電機(jī)信號的轉(zhuǎn)動(dòng)及速度方向的實(shí)時(shí)把控。但是這種繼電器由于響應(yīng)工作時(shí)間長,容易疲勞損壞,可靠性也低,壽命亦不長。方案2：使用ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)。ULN2003可以允許通過到電流也可以耐受高電壓。ULN2003串聯(lián)一個(gè).7k的基極電極連接設(shè)計(jì)在采用了標(biāo)準(zhǔn)每一側(cè)的一對斯達(dá)林頓管電極接口上,在電壓低于標(biāo)準(zhǔn)5V的標(biāo)準(zhǔn)工作負(fù)載環(huán)境電壓要求前提下還完全可以直接通過直接與標(biāo)準(zhǔn)的TTL接口電路和標(biāo)準(zhǔn)的CMOS接口電路進(jìn)行相聯(lián)連接,保證了對標(biāo)準(zhǔn)工作負(fù)載環(huán)境電流信號輸入的正常電源供給,不需要再經(jīng)過任何標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩存器就已完全的可以用來進(jìn)行直接的處理數(shù)據(jù)。ULN2003具有動(dòng)態(tài)電流峰值輸出增益放大倍數(shù)更高、溫度范圍適應(yīng)性較寬、工作負(fù)載電壓靈敏度極高、帶動(dòng)工作負(fù)載的旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)能力亦比較之強(qiáng)等的一系列的優(yōu)點(diǎn),適用于加工制造的各類小型中至大功率或超寬高速的直流伺服驅(qū)動(dòng)器。基本技術(shù)參數(shù)此芯片可以輕易地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),可以經(jīng)過修改一些編程就可以輕易實(shí)現(xiàn)精確控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。方案3：引用有3個(gè)達(dá)林頓管組成的具有驅(qū)動(dòng)效果的電路。這個(gè)電路可以做到控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，做到基礎(chǔ)的使電機(jī)運(yùn)行，并且工作效率更加高。但實(shí)際很難真正控制出電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的速度方向和步數(shù)?；趯ο到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)體積還有可靠性及穩(wěn)定性考慮，采用ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片可作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用在本產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,硬件結(jié)構(gòu)更簡單,通過程序設(shè)計(jì)可以很輕易實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及速度進(jìn)行精確控制,應(yīng)用靈活方便。綜合考慮本次設(shè)計(jì)采用方案2的ULN003驅(qū)動(dòng)芯片。2.4語音模塊的選擇方案論證方案1:采用了YF1600系列錄音IC模塊。該錄音模塊可以用來代替其他的錄音模塊是目前單片機(jī)領(lǐng)域中功能最齊全基礎(chǔ)較簡單實(shí)用的錄音專用芯片。之前錄音市場根據(jù)用戶需求可采用外掛FLASH卡和內(nèi)置主控IC芯片的實(shí)現(xiàn)方法來實(shí)現(xiàn)10分鐘到780秒之間可連續(xù)刪除或保存文件的單選段連續(xù)錄音功能和斷電自動(dòng)存儲成功的開發(fā)完成了YF1600系列錄音IC。這個(gè)特點(diǎn)主要是錄音系統(tǒng)采樣的頻率穩(wěn)定性高,音量密度大,音質(zhì)一致性好,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完善,負(fù)載驅(qū)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)直接推動(dòng)到外界揚(yáng)聲器,生產(chǎn)的成本不高,應(yīng)用方式靈活。方案2:采用了ISD4004系列語音芯片。目前討論的這個(gè)芯片可完全實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)微程序控制器的控制,操作和命令都通過一個(gè)串行語音通信的接口來送入。錄音的頻率和分段多,可以錄音比較長的內(nèi)容,錄音可保存時(shí)間長,支持錄音次數(shù)多,但是隨著錄音時(shí)間長會(huì)影響錄音質(zhì)量。方案3:采用語音芯片WT588D。該產(chǎn)品芯片結(jié)構(gòu)十分簡單且完整,使用方法簡單,音質(zhì)穩(wěn)定性好、不害怕電源突然斷開。WTW-16P主板內(nèi)部均具有振蕩電路、復(fù)位保護(hù)電路及SPI-FLASH,以WT588D-0SS為核心控制保護(hù)電路設(shè)計(jì)的WTW-16P只在需要有電源接入進(jìn)行通電、內(nèi)部的控制器還有所連接進(jìn)來的揚(yáng)聲器即可開始正常進(jìn)行工作。基于對系統(tǒng)生產(chǎn)制作成本的考慮，以及在實(shí)際的系統(tǒng)應(yīng)用中對錄音國歌的錄音時(shí)間長短進(jìn)行權(quán)衡對比，還有為了讓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)沒有那么復(fù)雜，看起來比較簡單，所以本次設(shè)計(jì)綜合考慮下是選擇了方案3來作為這次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的語音模塊。2.5顯示屏幕選擇方案論證屏幕顯示分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示只顯示當(dāng)前顯示的內(nèi)容,數(shù)據(jù)更新時(shí),需要數(shù)據(jù)鎖存器重新上傳才能更新顯示新內(nèi)容。CPU處理靜態(tài)顯示非?？?顯示出來的時(shí)候數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化,但是靜態(tài)顯示對于I/O口要求大,在處理多位數(shù)顯示時(shí)有很多局限性。動(dòng)態(tài)顯示就是一直要保持動(dòng)態(tài)工作，需要一直向屏幕更新數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)顯示只需要在計(jì)算機(jī)執(zhí)行一些特定的程序時(shí)系統(tǒng)才會(huì)開始動(dòng)態(tài)地顯示,因?yàn)橐恢北３止ぷ鳡顟B(tài)，就要一直讓CPU對屏幕進(jìn)行一部分工作。動(dòng)態(tài)顯示占用I/O口少,結(jié)構(gòu)簡單。方案1:使用LCD1602顯示屏。LCD1602顯示屏工作電流小,能耗低,外觀小巧,無電磁輻射,安全環(huán)保,顯示信息量大。方案2:使用LED數(shù)碼管。LED使用變壓電源,體積小,可變換,適用范圍廣,材料安全環(huán)保,價(jià)格低。但是LED數(shù)碼管只能單一顯示0~9的數(shù)字,顯示信息小,亮度衰減快。綜合考慮本次設(shè)計(jì)需要實(shí)時(shí)顯示國旗高度,為了顯示信息更仔細(xì),設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)更簡單,本次設(shè)計(jì)采用方案1。2.6單片機(jī)選擇方案STC89C5系列單片機(jī)是一個(gè)名為STC的公司在公司內(nèi)部自主組織員工開發(fā)研究設(shè)計(jì)出來的，是一種工作時(shí)耗能很低，內(nèi)部擁有很高性能的CMOS集成電路形成的高性能8位可編程邏輯微控制器，這個(gè)芯片使用了之前51芯片的內(nèi)核，但是在這個(gè)基礎(chǔ)了做了許多功能的增加，同時(shí)也增加了內(nèi)存，芯片中有存儲器和中斷，并能夠執(zhí)行寫入的編程并進(jìn)行程序的實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。2.7按鍵的選擇方案圖2.2按鍵抖動(dòng)圖圖2.2是按鍵抖動(dòng)圖。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中為了輸入命令完成控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)輸入,一般都需要設(shè)有按鍵或是鍵盤。常見的按鍵開關(guān)是彈性機(jī)械開關(guān),機(jī)械的觸點(diǎn)會(huì)有彈性,在按下按鍵過后按鍵不會(huì)馬上穩(wěn)定住當(dāng)前狀態(tài)。在用力按下開關(guān)以后，不管這次是進(jìn)行按鍵開關(guān)的閉合還是斷開，手松開按鍵并離開按鍵以后，按鍵由于自身特性都會(huì)有人眼無法察覺但是電子系統(tǒng)能夠被影響的抖動(dòng)。按鍵抖動(dòng)只有幾毫秒，但是足以影響精度非常高的電子系統(tǒng)。按鍵抖動(dòng)會(huì)造成按下一次按鍵會(huì)讓系統(tǒng)誤認(rèn)為幾次操作,為了讓系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確判斷按鍵按下次數(shù)做出準(zhǔn)確判斷處理,需要進(jìn)行按鍵消抖處理。按鍵消抖就是需要兩次檢測按鍵狀態(tài),當(dāng)檢測到按鍵狀態(tài)發(fā)生斷開或是閉合的狀態(tài)之后,程序需要在按鍵抖動(dòng)時(shí)長5ms到0ms之后再檢測按鍵狀態(tài),確定按鍵變化狀態(tài)之后再執(zhí)行相關(guān)命令。按鍵消抖有硬件消抖和軟件消抖,軟件消抖只需要在程序中加入延時(shí)程序即可,相對簡單方便。按鍵是常用的開關(guān)控制裝置,一般只有閉合和斷開兩種狀態(tài)的切換,只需要按下按鍵一次就可以從閉合切換到斷開亦或是從斷開切換到閉合。鍵盤就是獨(dú)立按鍵的一個(gè)組合,獨(dú)立的鍵盤采用端口直接掃描鍵盤的安裝方法,每一個(gè)獨(dú)立按鍵上都各對應(yīng)配置有至少一個(gè)獨(dú)立I/O口,系統(tǒng)同時(shí)工作運(yùn)行時(shí)對每個(gè)鍵盤I/O口設(shè)置都會(huì)互不影響。電路接口簡單,編程按鍵設(shè)計(jì)極為方便。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)程中編程按鍵需求也不大,可以選擇采用獨(dú)立按鍵來作為系統(tǒng)的一部分設(shè)計(jì)。3硬件設(shè)計(jì)本章節(jié)主要介紹本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的幾大硬件電路包括：按鍵電路、LED燈指示電路、語音模塊電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾個(gè)模塊電路。本次的國旗自動(dòng)升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)STC89C5芯片作為控制核心,通過鍵盤鍵入命令,驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),屏幕顯示國旗高度,語音模塊同步播放國歌以及可接受紅外遙控操作控制。3.1單片機(jī)STC89C52芯片及最小系統(tǒng)3.1.1單片機(jī)STC89C52芯片概述本設(shè)計(jì)中使用到的控制芯片是STC89C52的單片機(jī)芯片，這個(gè)芯片最早的原型是由STC公司所自主開發(fā)設(shè)計(jì)出來的。圖3.1為STC89C52芯片管腳圖。STC89C52具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、可靠性高等許多在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)?？梢詫?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，數(shù)據(jù)的輸入輸出，同時(shí)可以編譯運(yùn)行代碼程序功能。圖3.1STC89C52芯片管腳圖STC89C52的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：（1）3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。（2）全雙工串行通信口。（3）高達(dá)8字節(jié)的FLSAH存儲器和56字節(jié)RAM。（4）具有中斷系統(tǒng)。（5）8位中央處理器。STC89C52芯片部分引腳說明如下：（1）時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2。（2）控制信號引腳RST，ALE，PSEN和EA。（3）輸入/輸出端口P0/P2/P3。（4）串行數(shù)據(jù)接收RXD。（5）串行數(shù)據(jù)發(fā)送接口P3.1。（6）外部中斷輸入0/1的INT0/INT1。3.1.2單片機(jī)復(fù)位電路在應(yīng)用到單片機(jī)的實(shí)際電路中，很有必要為這個(gè)電路設(shè)計(jì)搭建出復(fù)位電路。單片機(jī)的復(fù)位電路也是構(gòu)成單片機(jī)實(shí)際電路中的最小系統(tǒng)的一部分。復(fù)位時(shí)讓CPU處于復(fù)位狀態(tài)，復(fù)位狀態(tài)的CPU才不會(huì)去亂發(fā)出指令，讓系統(tǒng)變得混亂。應(yīng)用有單片機(jī)的電路或系統(tǒng)沒有復(fù)位電路就不可以算得上設(shè)計(jì)完善。依據(jù)芯片STC89C52單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，復(fù)位電路只可以接在RESET引腳。一般常見的單片機(jī)自動(dòng)的自動(dòng)復(fù)位功能通常可采取了如下的兩種主要設(shè)計(jì)工作方法:上電時(shí)的自動(dòng)復(fù)位方式設(shè)計(jì)和單片機(jī)手動(dòng)的按鍵式自動(dòng)復(fù)位。本次單片機(jī)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容是單片機(jī)采用了單片機(jī)上電自動(dòng)復(fù)位工作方式設(shè)計(jì)電路。上電式自動(dòng)復(fù)位電路也是一種完全的利用電容來儲蓄電位脈沖來加以充電實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能的,如下圖3.2所示。上電啟動(dòng)的那瞬間,RC電路進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位充電,RESET輸入端同時(shí)也同時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)正能量脈沖,隨著充電電流脈沖的開始慢慢開始減少,RESET端電容的儲存電位也隨之也逐漸地開始了下降。圖3.2復(fù)位電路圖3.1.3單片機(jī)時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路又被稱為晶振電路是單片機(jī)電路的最小系統(tǒng)組成之一。之所以這么說是因?yàn)榫д耠娐房梢援a(chǎn)生振蕩電路，振蕩的頻率可以作為單片機(jī)的時(shí)鐘輸入信號。在設(shè)計(jì)該時(shí)鐘電路時(shí)通過在外接電源連接另外一個(gè)時(shí)鐘晶振和同時(shí)并聯(lián)的另外的兩個(gè)時(shí)鐘反饋振電容這樣電路就完全能夠?qū)崿F(xiàn)與外部時(shí)鐘芯片中的時(shí)鐘內(nèi)橋接時(shí)鐘電路相連接并形成的另一個(gè)同步時(shí)鐘電路,CPU內(nèi)核中時(shí)鐘的幾乎所有及全部的運(yùn)行或操作指令信號也都是可以直接與任何一個(gè)外部時(shí)鐘的脈沖信號完全同步,此時(shí)片內(nèi)的時(shí)鐘電路的時(shí)鐘晶振頻率也就已經(jīng)極度近似地很接近了外部時(shí)鐘晶振芯片內(nèi)的時(shí)鐘實(shí)際晶振頻率。本次芯片電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)對C1、C兩個(gè)反饋電容全部都采用到了30pF級以上的電容,晶振全部也采用到了頻率為每秒12MHz級左右的晶振。連接晶振時(shí),與單片機(jī)的XTAL1和XTAL兩個(gè)接口相連。在一個(gè)石英晶體的正負(fù)兩邊分別加兩個(gè)交變的電場時(shí),就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生出一定時(shí)間的振動(dòng)頻率。石英晶體的起振點(diǎn)可以在XTAL處測取到正弦波頻率為3V。單片機(jī)輸出時(shí)鐘頻率的fosc典型值為12MHz和11.059MHz。圖3.3為時(shí)鐘電路圖。圖3.3時(shí)鐘電路圖3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號就會(huì)馬上轉(zhuǎn)動(dòng)一步,電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與接收到的脈沖成正比。單片機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)量還有發(fā)送每一個(gè)脈沖的快慢都是直接影響到國旗上升速度的直接因素。要想達(dá)到預(yù)期的國旗能夠按照預(yù)定的速度上升到旗桿頂部,需要計(jì)算出發(fā)送的脈沖總數(shù)還有把握好每個(gè)脈沖發(fā)送的間隔時(shí)間,也就是每兩個(gè)脈沖之間的發(fā)送時(shí)延。步進(jìn)電機(jī)可以作為本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)提供十分高效而且足夠的動(dòng)力裝置。但是單片機(jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到直接對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行脈沖控制。單片機(jī)內(nèi)部發(fā)送出來的全部信號都需要經(jīng)過電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片這個(gè)中間器件對單片機(jī)發(fā)出來的信號進(jìn)行必要的處理，然后在驅(qū)動(dòng)芯片的參與工作下步進(jìn)電機(jī)才可以進(jìn)行被控制運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)中所采用到的ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片能夠使得在沒有超過5V以上的工作電壓情況下都可以完成與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS存儲器芯片和標(biāo)準(zhǔn)的TTL電路之間的直接的總線的連接。本次設(shè)計(jì)過程中所采用到的步進(jìn)電機(jī)都已完全確定是完全可以直接的被ULN2003所直接控制與驅(qū)動(dòng)。圖3.4部分為搭建在本次系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖。圖3.4驅(qū)動(dòng)電路原理圖3.3步進(jìn)電機(jī)操縱方法幾乎所有的一個(gè)步進(jìn)電機(jī)都會(huì)有一個(gè)作為機(jī)器特性參數(shù)的固定的步距角，當(dāng)有合適的脈沖信號輸入進(jìn)步進(jìn)電機(jī)里就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的一步的大小就是步進(jìn)電機(jī)的步距角。因此步距角對于使用步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)非常重要的技術(shù)參考數(shù)據(jù)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的正常轉(zhuǎn)動(dòng)能力與它接收送到轉(zhuǎn)子的脈沖信號頻率成正比,可以直接通過微處理器控制對每個(gè)步進(jìn)電機(jī)所發(fā)送出的轉(zhuǎn)子脈沖信號頻率數(shù)量或以改變發(fā)送信號速率等來調(diào)節(jié)使各個(gè)步進(jìn)電機(jī)能達(dá)到系統(tǒng)需要的設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行速度。在通過基本了解步進(jìn)電機(jī)的特性能夠更好精確穩(wěn)定對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制操作。步進(jìn)電機(jī)部分特性如下：（1）步進(jìn)電機(jī)只有在已經(jīng)安裝驅(qū)動(dòng)的前提下,并且只有接收到脈沖信號才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度有一定的上限，若是速度太快則可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)器無法工作的情況。（3）步進(jìn)電機(jī)正常情況下有外力作用也很難轉(zhuǎn)動(dòng)，只有機(jī)器啟動(dòng)運(yùn)行才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）步進(jìn)電機(jī)在接收到需要啟動(dòng)或是停止時(shí)，機(jī)器響應(yīng)的速度非?？臁＃?）可以通過改變脈沖的發(fā)送順序來改變運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)方向，控制方便。圖3.5步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部示意圖步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)由永磁體材料制作而成的轉(zhuǎn)子，圍繞在轉(zhuǎn)子周圍的是定子繞組。上圖3.5為步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。在對步進(jìn)電機(jī)通電以后，當(dāng)有脈沖信號輸入時(shí)就會(huì)迫使定子繞組周圍產(chǎn)生磁場，接著會(huì)產(chǎn)生一個(gè)斥力迫使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。通過改變發(fā)電機(jī)定子和繞組上的磁場方向就可以達(dá)到使永磁步進(jìn)電機(jī)發(fā)生正和反轉(zhuǎn)。一個(gè)脈沖信號通常代表著一個(gè)繞組或是有兩個(gè)以上繞組間的通電狀態(tài)發(fā)生的改變。要控制步進(jìn)電機(jī)不停的運(yùn)轉(zhuǎn)就需要在通電情況下不間斷地輸入脈沖信號。步進(jìn)電機(jī)在收到脈沖信號以后可以很快做出響應(yīng)，因此通過控制脈沖信號所發(fā)送脈沖的時(shí)間間隔就已經(jīng)可以輕松達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)馬達(dá)的正常轉(zhuǎn)動(dòng)的速度范圍及轉(zhuǎn)矩加速度。3.4語音模塊電路本次設(shè)計(jì)在升國旗過程中要伴隨有國歌的播放,升國旗期間國歌播放時(shí)長為43秒。可以按照這樣一個(gè)設(shè)計(jì)方法把國歌中的音頻文件先用直接方式下載然后保存到語音模塊WT588D里面并存儲起來。之后可以通過編程設(shè)計(jì)對該系統(tǒng)的語音模塊進(jìn)行輸入該語音模塊操作的各種命令來對語音模塊進(jìn)行控制并應(yīng)用在系統(tǒng)中起作用。下圖3.6為語音模塊電路原理圖。圖3.6語音模塊電路圖本此設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)使用的語音模塊芯片電路中還需要增加一個(gè)功放才可以實(shí)現(xiàn)聲音的播放。3.5升旗按鍵與指示燈電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中應(yīng)用6個(gè)按鍵和6個(gè)LED指示燈來設(shè)計(jì)分別代表升國旗、降國旗、升半旗、降半旗、停止、復(fù)位功能的控制命令輸入端。每一個(gè)按鍵各與一個(gè)LED指示燈相連接各控制一個(gè)功能的開啟。當(dāng)按下指定按鍵，相對于LED指示燈亮起，系統(tǒng)開始執(zhí)行相對應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)相對應(yīng)的功能。圖3.7為按鍵與LED燈電路原理圖。圖3.7按鍵與LED燈電路原理圖3.6液晶顯示電路本次設(shè)計(jì)采用LCD160液晶顯示器作為顯示電路部分元器件。液晶顯示器具有工作耗發(fā)的消耗能源比較低，整個(gè)屏幕小巧，該屏幕硬件可以顯示的內(nèi)容十分豐富，拿在手上十分輕薄。該屏幕有著許多優(yōu)勢，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在實(shí)際電子器件中。圖3.8為液晶顯示屏LCD1602原理圖。圖3.8液晶顯示器LCD1602原理圖在本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)中應(yīng)用到的液晶顯示器實(shí)際器件有20個(gè)引腳，本次設(shè)計(jì)實(shí)際只需要用到16個(gè)引腳的功能。該顯示屏中有許多像素點(diǎn)，每一個(gè)點(diǎn)都具有相對應(yīng)的地址位?？梢酝ㄟ^編程控制對應(yīng)每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)亮或是變位暗就可以實(shí)現(xiàn)字符的顯示。4軟件設(shè)計(jì)本章節(jié)主要對系統(tǒng)電路中應(yīng)用到的智能硬件進(jìn)行編程控制，讓系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)整體硬件之間的配合工作。系統(tǒng)主要的硬件組成為獨(dú)立按鍵、LED燈、ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片、步進(jìn)電機(jī)、語音模塊以及紅外遙控。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的相關(guān)軟件編程工作使用KeiluVision4軟件搭建工程文件，然后使用C語言對需要的相關(guān)功能進(jìn)行編寫。本次軟件設(shè)計(jì)主要包括工程文件的主程序，按鍵處理程序，系統(tǒng)控制升降旗程序這幾部分組成。4.1主程序圖4.1為主程序部分，所有的程序設(shè)計(jì)都必須編寫主函數(shù)，系統(tǒng)的主程序部分就是主函數(shù)，程序的執(zhí)行和結(jié)束都是在主函數(shù)中進(jìn)行。4.1主程序圖在系統(tǒng)主程序中先是初始化配置程序，接著打開中斷開關(guān)，配置中斷觸發(fā)方式，讀取存儲器數(shù)據(jù)，并開始讀取國旗當(dāng)前高度配置當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，接著在換算出國旗高度在初始化屏幕后顯示在屏幕上。循環(huán)調(diào)用顯示函數(shù)，按鍵處理函數(shù)以及系統(tǒng)控制函數(shù)后完成。4.2按鍵處理程序按鍵處理程序是本次設(shè)計(jì)中十分重要的一部分，是設(shè)計(jì)編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可檢測各個(gè)按鍵按下并執(zhí)行相關(guān)操作實(shí)現(xiàn)功能。圖4.2為按鍵處理程序的升旗按鍵部分程序。圖4.2按鍵處理程序圖按鍵處理程序主要是檢測哪個(gè)按鍵按下同時(shí)檢測紅外遙控按鍵，檢測到按鍵按下后進(jìn)行按鍵延時(shí)消抖。判定為哪個(gè)按鍵按下后為其配置對應(yīng)國旗升降和系統(tǒng)狀態(tài)并點(diǎn)亮對應(yīng)LED燈。4.3系統(tǒng)控制升降器程序在對應(yīng)的按鍵按下后，需要系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)國旗進(jìn)行升降，或是對國旗進(jìn)行暫停、復(fù)位操作。編程設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制升降旗程序以實(shí)現(xiàn)這一部分功能。圖4.3為系統(tǒng)控制升降旗部分程序。圖4.3系統(tǒng)控制升降旗程序圖系統(tǒng)控制升降旗程序的設(shè)計(jì)主要是對在檢測確定每一個(gè)按鍵按下之后，在每個(gè)按鍵程序后寫上的標(biāo)志位進(jìn)行對應(yīng)功能的程序編寫。比如升旗按鍵的標(biāo)志位就確定國旗當(dāng)前位置為底端，控制向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送足夠上升到旗桿頂端的脈沖信號，驅(qū)動(dòng)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行升旗，同時(shí)控制語音模塊啟動(dòng)，開始國歌的播放。當(dāng)升國旗進(jìn)行完畢后再次對國旗高度位置進(jìn)行檢測，確認(rèn)國旗在旗桿最高點(diǎn)以后讓系統(tǒng)不在執(zhí)行升國旗按鍵的功能。5系統(tǒng)調(diào)試5.1軟件調(diào)試5.1.1程序調(diào)試本次設(shè)計(jì)軟件編程使用的是KeiluVision4軟件，簡單地使用C語言編程就可以完成程序設(shè)計(jì)。在程序編寫完成后需要進(jìn)行編譯生產(chǎn)HEX文件，單片機(jī)的EPROM編程器使用的是HEX文件，只有HEX文件下載燒錄到單片機(jī)中才可以控制單片機(jī)按照程序設(shè)計(jì)來運(yùn)行，仿真電路中也需要放置HEX文件到單片機(jī)中才可以進(jìn)行仿真和調(diào)試。在編譯完成之后卻并沒有發(fā)現(xiàn)生成相關(guān)的HEX文件，經(jīng)過多次編譯仍然在工程文件夾里找不到HEX文件，而代碼顯示編譯是沒有任何錯(cuò)誤的，這個(gè)問題一直在代碼上找了很久的原因仍然得不到解決。最終在網(wǎng)絡(luò)上查詢KeiluVision4軟件HEX文件的生成相關(guān)操作下終于發(fā)現(xiàn)問題所在。在編寫完成程序代碼之后需要在編譯前打開OptionsforTarget’Target1’,把output下的CreateHEXFile處勾選上之后再編譯就會(huì)在工程文件下生成HEX文件。如圖5.1所示。圖5.15.1.2電路仿真調(diào)試本設(shè)計(jì)的電路仿真是使用Porteus軟件構(gòu)建搭造的。Portues是一款十分適合單片機(jī)仿真及外圍器件電路搭建仿真的軟件，逐漸被推廣使用。在下載Portues軟件后進(jìn)行漢化過程中，在查看教程一步步進(jìn)行，需要把漢化包解壓并復(fù)制漢化包里包含的兩個(gè)文件并粘貼到軟件所在文件里的BIN文件里，卻始終漢化不成功。之后也開始嘗試其他方法來解決這個(gè)問題。抱著試一試的心態(tài)去探索，嘗試關(guān)機(jī)重啟接著再進(jìn)行漢化操作，再打開軟件發(fā)現(xiàn)仍然沒有漢化成功。后來還采取了卸載軟件重新安裝，再重新進(jìn)行漢化操作仍然是失敗的，軟件并沒有漢化。之前的漢化步驟只需要把漢化文件復(fù)制粘貼替換到Translations文件夾即可。后來在打開這個(gè)文件才發(fā)現(xiàn)漢化包與要替換的文件同時(shí)存在，使得漢化不成功，于是嘗試把漢化包替換的兩個(gè)文件進(jìn)行刪除操作后，重新打開軟件，此時(shí)終于顯示漢化成功。之后在進(jìn)行仿真電路的搭建中，需要先找出各個(gè)元器件再進(jìn)行電路連線仿真。在尋找電機(jī)元器件時(shí)由于之前的學(xué)習(xí)中并沒有使用或是接觸過電機(jī)的使用及相關(guān)操作，因此不懂得這個(gè)器件的名稱，無法完成本次設(shè)計(jì)的模擬電路的搭建。這個(gè)問題在網(wǎng)上進(jìn)行查閱資料之后查詢到了電機(jī)在Portues軟件中的編號名稱得以解決。搭建完成電路之后把HEX文件載入STC89C52芯片中進(jìn)行仿真，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)6個(gè)按鍵的全部功能。圖5.2為電路仿真圖。圖5.2電路仿真圖5.2硬件調(diào)試硬件的制作分為幾個(gè)步驟：PCB制圖打板，電路元器件選型制備，實(shí)物焊接。硬件實(shí)物制作完成就可以進(jìn)行代碼的燒錄到單片機(jī)中，燒錄完成后系統(tǒng)通電才可以運(yùn)行。5.2.1元器件的制備在設(shè)計(jì)好系統(tǒng)的電路以后，使用電腦軟件進(jìn)行了電路仿真，確認(rèn)設(shè)計(jì)的電路確實(shí)可行以后，開始羅列出整個(gè)系統(tǒng)的所有元器件清單。元器件大概有電解電容、二極管、按鍵、電阻、排阻、步進(jìn)電機(jī)、STC89C52芯片、驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003、晶振等等。為了方便快捷，選擇通過網(wǎng)上有關(guān)電商進(jìn)行所需要的元器件的購買。本次設(shè)計(jì)制作過程中，在收到元器件以后，對收到的元器件進(jìn)行清點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)賣家粗心，所郵寄過來的元器件中并沒有電路所需要的二極管，只能聯(lián)系客服進(jìn)行補(bǔ)發(fā)，稍微影響了制作進(jìn)度。5.2.2測試PCB硬件電路板本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的電路使用的是AD軟件制作PCB封裝圖，然后把封裝連線好的圖進(jìn)行打印，接著在打印好的電路板上進(jìn)行每一個(gè)器件引腳的打孔。打完孔以后開始把每一個(gè)所需要的元器件嘗試按照電路板打孔位置進(jìn)行安裝，檢查PCB對每一個(gè)元器件的封裝是否已經(jīng)與實(shí)際元器件大小及各引腳距離相吻合。在安裝過程中，發(fā)現(xiàn)了獨(dú)立按鍵的四個(gè)引腳的PCB封裝出現(xiàn)了問題，打印轉(zhuǎn)孔的位置與實(shí)際按鍵的引腳大小及位置不符合，導(dǎo)致按鍵很難可以規(guī)范地把按鍵安裝到硬件電路板上。針對這個(gè)問題，最終選擇的解決方案是去修改在PCB中按鍵的封裝，重新閱讀按鍵封裝的相關(guān)數(shù)據(jù)，再重新制作新的合適的電路板進(jìn)行元器件安裝。5.2.3測試焊接元器件本設(shè)計(jì)電路的實(shí)際制作構(gòu)成是需要許多元器件的，其中又有很多元器件是需要在電路中區(qū)分連接的正負(fù)極的，要是這些元器件在電路焊接中出現(xiàn)反接的錯(cuò)誤情況，可能會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)或者是系統(tǒng)中該元器件所在的電路模塊的功能的實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重的甚至可能在反接的時(shí)候通電就會(huì)導(dǎo)致該反接的元器件被燒壞。因此，在焊接工作完成以后，需要馬上對焊接電路進(jìn)行檢查，確保每一個(gè)元器件都能焊接正確。下圖5.3為電路焊接圖。圖5.3電路焊接圖在對元器件進(jìn)行安裝和焊接的時(shí)候很容易就會(huì)出現(xiàn)失誤造成出現(xiàn)差錯(cuò)。因此就需要在調(diào)試測試時(shí)認(rèn)認(rèn)真真地對電路及元器件進(jìn)行檢查，必須要做到每一個(gè)元器件都焊接正確才可以。就在檢查的過程中發(fā)現(xiàn)有LED燈以及接在語音模塊的一個(gè)二極管的正負(fù)極接反了，這種情況屬于是常見的低級錯(cuò)誤，但是造成的后果是很顯而易見的。反接的LED燈不能夠點(diǎn)亮，反接的二極管也會(huì)使影響到語音模塊的