单片机的自动升旗杆设计
单片机的自动升旗杆设计[20200128193514]
摘要
本系统采用单片机AT89S52作为自动控制升降旗系统的检测和控制核心，选择步进电机来带动自动旗杆的升降。本设计电路主要分为这几个部分:键盘与显示模块、语音模块及电机驱动控制模块等几个部分。控制与显示部分分别采用键盘作为控制和液晶LCD1602作为显示，国歌播放电路采用LM386，电机驱动控制模块采用集成驱动芯片L293，防止旗帜在最高点或最低点误动作，从而实现了双重保险的作用。基于这些完备而可靠的硬件设计，使用了一套完善的软件编程，实现了自动升降旗的基本功能及发挥部分的一些功能。
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关键字:AT89S52、LCD1602、步进电机、自动控制
引言 1
一、系统方案选择与论证 1
（一）设计的思路 1
（二）方案选择与论证 1
1.单片机的选择 1
2.电机的选择与论证 1
3.电机驱动方案的选择与论证 2
4.显示部分的选择与论证 2
（三）系统整体框图的设计 2
二、系统硬件设计 3
（一）键盘与显示模块 3
（二）国歌播放模块 3
（三）电机驱动模块 4
三、系统软件的总体设计 5
（一）主程序的设计 5
（二）系统部分程序的设计 6
1.按键控制子程序 6
2.断电处理程序 6
四、系统的仿真与结果的分析 6
（一）Proteus简介 6
（二）Proteus仿真 7
结论 7
参考文献 8
致谢 8
附录 9
附录一：总电路图 9
附录二：主程序 10
引言
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。本课题以单片机作为控制核心，利用步进电机带动旗帜自动升降。该系统主要分为电机驱动模块，键盘模块、显示模块和语音模块等几个部分，最终实现自动旗杆的的基本功能。应用Proteus的ISIS软件进行系统仿真，既能准确验证当前速度与预先设定速度的稳定性,又能提高系统设计的
效率和质量,降低开发成本,具有推广的价值。最后本课题实现以下的预期成果，1.步进电机能在开关的控制下匀速的向左或者向右转动，2.在旗帜上升的同时语音电路开始工作，但在下降的时候不工作，3.显示电路在上升或下降的时候都能显示旗帜所在的高度。
一、系统方案选择与论证
（一）设计的思路
该题目设计要求是自动控制升降旗系统，系统能够自动升降旗,能够在指定位置停止，升降旗的时间可在30—120秒的范围内自行调整。假如该设计是国旗升降，那么标准的升降旗时间与国歌演奏时间相等，即为43秒，且具有数字即时显示旗帜所在的高度和无线遥控升、降旗及停止功能。根据题目要求由一个步进电机来控制旗帜的升降情况，由接近开关来防止旗帜在最高点或最低点停止时出现的误动作，由液晶来显示旗帜所在的高度及升降旗所用的时间，无线遥控电路使用无线发射接收模块SP，语音模块采用集成语音芯片LM386。
（二）方案选择与论证
1.单片机的选择
采用AT89S52单片机实现，该单片机内部资源相当丰富，集成了内部看门狗、双数据指针、在系统编程（串行下载目标程序）等功能，软硬件调试方便，对于电子设计竞赛时间紧、任务多的开发来说是极为有利的。AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案
2.电机的选择与论证
方案一：采用普通的直流电机。该方案的优点是具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转。
方案二：采用步进电机。该方案的显著特点是具有快速的启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。另一个显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。
因为在本系统中需要精确的转换速度和转换时间且启停要迅速，所以在本设计中方案二更适合设计题目，所以我们选择方案二步进电机。
3.电机驱动方案的选择与论证
方案一：利用继电器对电动机的开或关进行控制，通过控制开关的切换速度实现对电机的运行速度进行调整。该方案的优点是电路结构相对简单，其缺点是继电器的反应响应时间较长，容易损环，使用寿命较短，可靠性不是很高。
方案二：利用由达林顿管组成的H桥型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，可精确调整电动机的运动状态（前进，后退，左转，右转）。这种电路由于工作在管子的饱和截至模式下，效率很高。H桥电路保证了可以简单的实现转速和方向的控制，但不能很精确的控制步距和速度。
方案三：采用集成驱动芯片L298。L298是恒压恒流双H桥集成电机芯片，利用该芯片是实现驱动步进电机的一种简单方法, 可时控制四相电机，且输出电流可达到2A，可精确控制步距和速度，利用该方法设计的步进电机驱动系统具有硬件结构简单、软件编程容易的特点.
所以综上所述方案三更适合该课题，所以我们采用方案三。
4.显示部分的选择与论证
方案一：采用LED 数码管显示升降旗所用的时间以及旗帜所在的高度，该课题中需要用到6只LED数码管进行动态显示才可以达到要求。LED数码管的优点是亮度高，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LCD1602液晶显示，优点是显示内容丰富，低功耗。
比较以上两种方案，我们选择方案二。
（三）系统整体框图的设计
根据设计要求，可得本系统的整体框图如图1-1所示。对照整体框图我的设计现实思路是：首先确保电源电路处于工作状态，当键盘输入上升命令时，步进电机向右匀速转动，与此同时LCD显示屏和语音电路也开始工作；当国旗到达最高位置时，语音电路和步进电机同时停止工作。当键盘输入下降命令时，步进电机向反向匀速转动，下降时语音电路不工作，显示屏电路继续显示国旗高度，当国旗下降到最低端即显示屏显示为0时，电源电路自动断开。
图1-1 系统框图
二、系统硬件设计
（一）键盘与显示模块
考虑成本、熟悉程度、器件等众多因素，我们选择了最常用的LCD1602作为显示器，我们设置最简单的方法把芯片端口直接接入单片机，如图2-1所示。键盘输入电路我们选择了四个独立键接入到单片机，如图2-2所示。
图 2-1 显示电路 图2-2 键盘电路
（二）国歌播放模块
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，广泛应用于录音机和收音机之中。其电路原理图如图2-3所示。
图 2-3 语音模块的电路原理图
（三）电机驱动模块
摘要
本系统采用单片机AT89S52作为自动控制升降旗系统的检测和控制核心，选择步进电机来带动自动旗杆的升降。本设计电路主要分为这几个部分:键盘与显示模块、语音模块及电机驱动控制模块等几个部分。控制与显示部分分别采用键盘作为控制和液晶LCD1602作为显示，国歌播放电路采用LM386，电机驱动控制模块采用集成驱动芯片L293，防止旗帜在最高点或最低点误动作，从而实现了双重保险的作用。基于这些完备而可靠的硬件设计，使用了一套完善的软件编程，实现了自动升降旗的基本功能及发挥部分的一些功能。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:AT89S52、LCD1602、步进电机、自动控制
引言 1
一、系统方案选择与论证 1
（一）设计的思路 1
（二）方案选择与论证 1
1.单片机的选择 1
2.电机的选择与论证 1
3.电机驱动方案的选择与论证 2
4.显示部分的选择与论证 2
（三）系统整体框图的设计 2
二、系统硬件设计 3
（一）键盘与显示模块 3
（二）国歌播放模块 3
（三）电机驱动模块 4
三、系统软件的总体设计 5
（一）主程序的设计 5
（二）系统部分程序的设计 6
1.按键控制子程序 6
2.断电处理程序 6
四、系统的仿真与结果的分析 6
（一）Proteus简介 6
（二）Proteus仿真 7
结论 7
参考文献 8
致谢 8
附录 9
附录一：总电路图 9
附录二：主程序 10
引言
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。本课题以单片机作为控制核心，利用步进电机带动旗帜自动升降。该系统主要分为电机驱动模块，键盘模块、显示模块和语音模块等几个部分，最终实现自动旗杆的的基本功能。应用Proteus的ISIS软件进行系统仿真，既能准确验证当前速度与预先设定速度的稳定性,又能提高系统设计的
效率和质量,降低开发成本,具有推广的价值。最后本课题实现以下的预期成果，1.步进电机能在开关的控制下匀速的向左或者向右转动，2.在旗帜上升的同时语音电路开始工作，但在下降的时候不工作，3.显示电路在上升或下降的时候都能显示旗帜所在的高度。
一、系统方案选择与论证
（一）设计的思路
该题目设计要求是自动控制升降旗系统，系统能够自动升降旗,能够在指定位置停止，升降旗的时间可在30—120秒的范围内自行调整。假如该设计是国旗升降，那么标准的升降旗时间与国歌演奏时间相等，即为43秒，且具有数字即时显示旗帜所在的高度和无线遥控升、降旗及停止功能。根据题目要求由一个步进电机来控制旗帜的升降情况，由接近开关来防止旗帜在最高点或最低点停止时出现的误动作，由液晶来显示旗帜所在的高度及升降旗所用的时间，无线遥控电路使用无线发射接收模块SP，语音模块采用集成语音芯片LM386。
（二）方案选择与论证
1.单片机的选择
采用AT89S52单片机实现，该单片机内部资源相当丰富，集成了内部看门狗、双数据指针、在系统编程（串行下载目标程序）等功能，软硬件调试方便，对于电子设计竞赛时间紧、任务多的开发来说是极为有利的。AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案
2.电机的选择与论证
方案一：采用普通的直流电机。该方案的优点是具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转。
方案二：采用步进电机。该方案的显著特点是具有快速的启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。另一个显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。
因为在本系统中需要精确的转换速度和转换时间且启停要迅速，所以在本设计中方案二更适合设计题目，所以我们选择方案二步进电机。
3.电机驱动方案的选择与论证
方案一：利用继电器对电动机的开或关进行控制，通过控制开关的切换速度实现对电机的运行速度进行调整。该方案的优点是电路结构相对简单，其缺点是继电器的反应响应时间较长，容易损环，使用寿命较短，可靠性不是很高。
方案二：利用由达林顿管组成的H桥型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，可精确调整电动机的运动状态（前进，后退，左转，右转）。这种电路由于工作在管子的饱和截至模式下，效率很高。H桥电路保证了可以简单的实现转速和方向的控制，但不能很精确的控制步距和速度。
方案三：采用集成驱动芯片L298。L298是恒压恒流双H桥集成电机芯片，利用该芯片是实现驱动步进电机的一种简单方法, 可时控制四相电机，且输出电流可达到2A，可精确控制步距和速度，利用该方法设计的步进电机驱动系统具有硬件结构简单、软件编程容易的特点.
所以综上所述方案三更适合该课题，所以我们采用方案三。
4.显示部分的选择与论证
方案一：采用LED 数码管显示升降旗所用的时间以及旗帜所在的高度，该课题中需要用到6只LED数码管进行动态显示才可以达到要求。LED数码管的优点是亮度高，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LCD1602液晶显示，优点是显示内容丰富，低功耗。
比较以上两种方案，我们选择方案二。
（三）系统整体框图的设计
根据设计要求，可得本系统的整体框图如图1-1所示。对照整体框图我的设计现实思路是：首先确保电源电路处于工作状态，当键盘输入上升命令时，步进电机向右匀速转动，与此同时LCD显示屏和语音电路也开始工作；当国旗到达最高位置时，语音电路和步进电机同时停止工作。当键盘输入下降命令时，步进电机向反向匀速转动，下降时语音电路不工作，显示屏电路继续显示国旗高度，当国旗下降到最低端即显示屏显示为0时，电源电路自动断开。
图1-1 系统框图
二、系统硬件设计
（一）键盘与显示模块
考虑成本、熟悉程度、器件等众多因素，我们选择了最常用的LCD1602作为显示器，我们设置最简单的方法把芯片端口直接接入单片机，如图2-1所示。键盘输入电路我们选择了四个独立键接入到单片机，如图2-2所示。
图 2-1 显示电路 图2-2 键盘电路
（二）国歌播放模块
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，广泛应用于录音机和收音机之中。其电路原理图如图2-3所示。
图 2-3 语音模块的电路原理图
（三）电机驱动模块
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