基于STC89C52单片机的国旗自动升降系统设计.doc

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1、目 录1引言11.1 国旗自动升降系统国内外发展状况1选题目的和意义22 整体设计方案与理论分析32.1 系统装置理论分析32.2 电机的选择可以有两种方案32.3 电机驱动选择方案42.4 语音部分方案的选择与论证42.5 单片机选择方案52.6 LCD显示选择方案52.7 按键的选择方案63 系统硬件设计73.1 STC89C52单片机及相关电路7单片机概述7晶振电路9复位电路10电机驱动模块10步进电机控制方法11升降旗按键与指示灯电路设计13液晶显示电路13语音模块电路设计164 系统的软件设计175 结论19致 谢20参考文献21附录一 元件清单22附录二 系统原理图和PCB23附录

2、三 实物图25附录四 国旗自动升降控制系统源程序26学习文档 仅供参考1引言升国旗代表了国家的主权和独立的象征，对于一个国家的尊严和国威具有重大意义。举行升旗仪式是对每个公民进行爱国主义教育、国旗意识教育、团体意识教育的重要途径；也是衡量一个公民是否心存国家观念、爱国、爱党的标志；同时也能衡量公民的素质。所以，升旗仪式绝对不可以理解为形式主义，而是一项十分庄严、严肃的团体活动。升旗仪式应该严格按照中华人民共和国国旗法的规定升降国旗。但是传统形式上的手动升降国旗或者单纯意义上的电机转动来升降，显现出了很多弊端，比方，升旗不能与国歌同步，不能接近开关检测防止误差等。有时一些错误的操作可能会出现一些

3、尴尬局面，严重影响了庄严的升旗仪式。随着现代科技的进步，自动控制系统已经逐渐广泛应用，尤其是单片机应用的普及，它以其极高的性价比，受到人们的重视和关注。单片机具有体积小、重量轻、功能强、抗干扰能力强、价格低廉、灵活性好、较易开发等优点。由于具备很多的优点，单片机已经被十分广泛的应用，小到电子生活用品，大到机器人、航天、医疗、工业电子设备等领域。图1 .1 国旗升降装置原理图 国旗自动升降系统国内外发展状况目前像有些学校、机关单位升旗大部分还停留在人工升旗的阶段，用最原始的方法人为地来一步步完成,在升旗的过程中不可防止的会出现升降国旗与国歌演奏时间不协调,为了解决这个难题,这就需要自动化的装置来

4、完成这项工作,它把整个升降旗的过程作为一个可控的装置来运行，要求自动控制系统像神经系统一样，具备系统性、全面性、准确性。国内相关技术的发展为自动化控制产业的升级提供了技术的支持。所以研究与完善国旗升降系统很有必要。对于国外单片机自动化控制技术的发展，使国旗升降更加平稳和精确。自动控制升降旗系统主要用一个电机控制旗帜自动升降,所以系统的主要功能就是控制电机的运转,而国外步进电机最早是由英国人所开发的。后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易，后来发展到对步进电机的控制和驱动主要是采用专用芯片，结果大大缩小了驱动器的体积，明显提高了升旗装置的性能。现在的装置则设计的的更

5、为合理。随着电子技术日益发展，自动控制升降旗系统也在向前发展，然而传统的国旗升降存在着国歌的播放与国旗上升步调不一致现象，易受环境因素影响等弊端。为了解决国旗升降中的众多问题，提高升旗的质量和效率，可以使用自动控制升降系统来完成国旗的升、降控制，使升降旗速度与国歌演奏时间准确配合，从而防止了人为升降国旗与国歌演奏时间不协调而出现的尴尬场面发生，保证了国旗升、降仪式的顺利进行。并且由于实际的需要，对它的精度和功能要求也越来越高，这样不仅可以标准升旗过程，使升旗更加方便更加实用，而且可以通过不同的设置满足不同的需求。另外减少了人力资源的使用，大大减少资金的投入。系统最主要的是控制电机的转动，目前应

6、用最多的是步进电机。由于步进电机系统控制精度高，控制形式较为简单，易于实现数字化控制等特点使得步进电机的应用范围非常广泛，成为目前不可缺少的电机组件。通过单片机控制的步进电机使得设计更加简单。在技术的不断进步下，越来越多的保护和监控系统的出现，以及安全可靠性的提高和对室外环境的适应范围扩大，使现代升降系统总的发展趋势从自动化变得更加智能化和柔韧灵活性。让单片机用于升降系统中，使控制技术和单片机技术相结合，从而可实现机电一体化控制，提高升降系统的自动化程度及运行可靠性和稳定性。单片机的应用，使得许多领域和自动化得以提高，也使生产效率得到有效提升。由于电子电源的集成化、模块化、智能化的发展、功率集

7、成技术已模糊了整机与器件的界限。自单片机问世以来，在升旗装置上的应用也日益完善，现如今的自控升降集成了越来越多的功能，结构更加合理、美观、实用，越更具有开阔的市场前景；步进电机的出现，在结合了单片机后让自动升降国旗系统变得更加精准和便捷。因此在升降国旗的问题上，自控系统也能与之高效的结合，采用单片机可以实现国旗的自动升降，解决了传统升降国旗方式遇到的不便，以保证升旗仪式的庄重和严肃性。采用单片机为控制核心的国旗自动升降系统，不仅实现了演奏国歌与升旗同步，由按键控制步进电机的正反转，来操作国旗的升降，采用的接近开关能够防止误触操作，与此同时LCD能够实时显示国旗的位置，在国旗到达顶部后能自动打开

8、鼓风机对国旗吹风使其飘扬。2 整体设计方案与理论分析 系统装置理论分析本文在实际应用的国旗自动升降系统的原理上，以STC89C52单片机为控制核心，设计了一套模拟装置，实现国旗自动升降的主要功能。该控制系统由单片机STC89C52作为升降旗系统的控制和检测核心，通过键盘控制、液晶显示及语音等几个部分，实现国旗的自动升降。该系统主要包括电机驱动模块、键盘与显示模块、语音模块等几个部分。系统方案的整体思路是：设置上升高度为1m，按键对单片机执行命令，然后单片机对步进电机进行控制实现国旗升降动作，LCD能够显示国旗的当前状态。当按下升旗按键后，电机正转，升旗LED指示灯亮，LCD显示国旗高度，语音芯

9、片是播放国歌且升旗的动作同步，当国旗升到顶部时国歌刚好演唱完毕；当按下降旗按键，语言模块静音，降旗LED指示灯亮，步进电机反转，LCD显示国旗高度，国旗自动下降到底部。图本设计的整体框图。图2.1 系统整体框图本问设计的系统的控制器采用STC公司的STC89C52，因为考虑到编写的繁简程度，所以在此使用C语言进行软件编写，这样可以大大提高程序编写时的效率。2.2 电机的选择可以有两种方案方案1：采用直流减速电机。上电即转动，掉电后惯性较大，停机时还会转动一定的角度后才会停下来；转矩小，无抱死功能，如要求准确停在一个位置，其闭环算法复杂。方案2：采用交流电动机。交流电动机具有结构简单、运行可靠、

10、成本低廉等优点；但对交流电动机进行调速需要比较高的技术和成本方案3：采用步进电动机。步进电动机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变为角位移，即给一个脉冲，步进电机就转一个角度，因此非常合适单片机控制，在轻载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，累积误差小，控制精度高。方案4：采用普通的直流电机。普通直流电动机具有优良的启动特性和调速性能，调速平滑、方便，调整范围广，过载能力强，热动和制动转矩较大，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。这也是交流电机无法取代的直流电动机的原因。直流电机只要加上合适的电压就会转，因此在某些大型设备，比方轧钢机上

11、都采用直流电动机拖动。但它也存在着一个严重的问题, 就是换向困难，还会产生火花、寿命短、结构复杂、要经常维护、价格也贵，并且维护检修不方便，转的圈数难以精确控制。因为步进电机属于脉冲电动机，是靠脉冲信号变换工作，相比较而言步进电机节能，更适合精密仪器或小型产品，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，基于上述理论上的分析，本设计采用方案3的步进电机控制国旗升降运动。 电机驱动选择方案根据任务书的要求，选用四相步进电动机，因为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。电动机的驱动方法我们比较了以下几种方案：方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制，

12、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。这个电路的优点是电路结构简单，其缺点是继电器的响应时间长，易损环，寿命短，可靠性不是很高。方案二：采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ULN2003。ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN 达林顿管组成。用单片机控制达林顿管使之输出合适的脉冲信号，可精确调整电动机的运动状态

13、正转、反转和停止等动作。这种电路工作效率高，电机的转动精度可以由机械设计与单片机的程序来保证。由于该芯片在5V的工作电压下与TTL和CMOS电路直接相连，可以保证负载电流的供应，同时也减少其它驱动芯片被烧毁的事故。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，且输出电流可到达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。所以综上所述本设计采用方案三。2.4 语音部分方案的选择与论证方案一：采用语音芯片ISD1420。该芯片采用CMOS技术,内含震荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混肴滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPR

14、OM，一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按扭、电源及少数电阻电容即可，结构非常简单，且它的音质好、功耗低，但其录放音时间短，只有8到20秒。方案二：采用语音芯片WT588D，它具有抗断电、音质好，使用方便，无须专用的开发系统等优点。WTW-16P采用WT588D-20SS做为核心控制电路，WTW-16P内部包含了WT588D-20SS外围所需的SPI-FLASH、震荡电路、复位电路。外部只需要接上电源、控制端以及扬声器或者功放就能正常工作。方案三：采用YF1600系列录音IC模块，它是单片机中最简单的录音芯片，可以替代其它录音模块。YF1600系列录音IC是根据录音产品市场而成功

15、开发的录音IC系列产品，采用主控IC和外挂FLASH的方式实现10秒780秒可擦写单段录音和掉电存储功能。由于录音采样频率高，音质好，音量大，负载能够直推动外接扬声器，并且不需要太多的外围元件，成本低、便于生产、应用灵活。主要功能特点表现在同一颗主控IC中实现录音键和播放键的不同组合应用。方案四：ISD系列语音芯片是Winbond公司推出的产品。该芯片采用多电平直接模拟存储专利技术，声音不需要A/D转换和压缩，模拟信号直接存储在片内的闪烁存储器中，没有A/D 转换误差， 因此能够真实、自然地再现语音、音乐及效果声。防止了传统录音电路量化和压缩造成的量化噪声和金属声。ISD4004系列语音芯片的

16、所有操作由微控制器控制，操作命令通过串行通信接口(SPI或Microwire)送入。录音采样频率可为4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0Hz，录放时间可为8min、10min、12min、16min。采样频率越低，录放时间越长，但音质则有所下降。片内信息存于闪烁存储器中，可在断电情况下保存100年，反复录音10万次(典型值)。器件工作电压为3V，工作电流为1525mA，维持电流为1A。适用于移动 机及其它便携式电子产品中。 综上所述，因为在本系统国歌的的演奏时间需要43秒钟，所以在此选用方案四。 单片机选择方案STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有

17、 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改良使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52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。STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构兼容传统51的5向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支

18、持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。STC89C52参数特性：1增强型8051单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051.12工作电压：5.5V3.3V5V单片机/3.8V2.0V3V 单片机3.工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz，实际工作 频率可达48MHz4用户应用程序空间为8K字节5片上集成512 字节RA

19、M6通用I/O 口32 个，复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。7ISP在系统可编程/IAP在应用可编程，无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口RxD/P3.0,TxD/P3.1直接下载用户程 序，数秒即可完成一片8具有EEPROM 功能9共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T210外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒11通用异步串行口UART，还可用定时器软件实现多个UART12工作温度范

20、围：-40+85工业级/075商业级13PDIP封装 LCD显示选择方案显示屏幕分为动态和静态显示。1静态显示：显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再作用，直到下一次需要更新数据时再传送新数据，静态显示方法比较简单，只将显示段码送至段码口，并把位控字送至位控口即可。静态显示虽然简单，但实际应用却受到限制。因为在同一时刻只显示一种字符的场合是不多的，大多数情况下，需要显示的是不同字符，这就要采用动态显示方法。静态显示编程容易、管理简单、显示亮度高、显示数据稳定、占用很少的CPU时间，但是引线较多，线路复杂，有时占用太多的IO口，硬件成本较高。2动态显示：动态显示需要CP

21、U时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据会有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。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。在本系统中需要用到6只LED数码管进行动态显示才可以到达要求。采用LED的优点是亮度高，醒目，价格廉价，寿命长；缺点是只能显示09的数字和一些简单的字符，电路复杂，占用资源较多且信息量小。方案二：用LCDRT1602C液晶显示，其优点是能显示更多的字符，工作电流比LED小几个数量级，故其功耗低，且有着良好的人机界面，体积小，功耗极低。基于上述考虑，这两种显示方式各有利弊，静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元

22、都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多。动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。本设计选择方案二。2.7 按键的选择方案在单片机应用系统中为了控制系统的工作状态，以及向系统输入数据，系统应设有按键或键盘，以实现简单的人机对话。通常的按键开关为弹性机械开关，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时并不会马上稳定地闭合，在断开时也不会马上断开，因而机械开关在闭合及断开瞬间均伴随有一连串的抖动。抖动的时间长短由按键开关的机械特性及按键的人为因素决定，一般为5ms20ms时间，按键式的抖动如图所示。按键抖动如果处理不当会引起一次按键被误处理多次，为了确保CPU

23、对键的一次闭合仅作一次处理，则必须消除按键抖动。在键闭合稳定时取键状态，一般是判断到键释放稳定后在作处理。消除键抖动可用硬件和软件两种方法。消除键抖动通常当键数较少时用硬件方法，键数较多时用软件方法。此处采用软件方法。消除键抖动的软件方法是当检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms20ms的延时，待前沿抖动消失后再次检测键的状态，如果键仍保持闭合状态则可确认为有按键按下。当检测到按键释放并执行延时程序，待后沿抖动消失后才转入该按键的处理程序。按键通常是一种常开型按键开关，平时键的两个触点处于断开或开路状态，按下键时它们才闭合或短路。而键盘是一组按键的集合，从键盘的结构来看，独立式键盘的每个按

24、键单独占用一个I/O接线口，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为按键多时将占用的I/O口数目较多，优点为电路设计简单，且编程相对方便。因电路需要的键盘较少，采用独立式键盘。图2.2 按键时的抖动3 系统硬件设计本系统由单片机STC89C52作为升降旗系统的控制核心，实现键盘控制、液晶显示、语音以及无线遥控等几个部分，即该系统主要包括电机驱动模块、LED指示灯、键盘与显示模块、语音模块及无线遥控电路模块等几个部分。现分别对各模块进行分析。3.1 STC89C52单片机及相关电路51系列单片机最初是由Intel 公司开发设计的，但后来Intel 公司把51 核的设计

25、方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 SST、Philip、Atmel 等大公司。因此市面上出现了各式各样的均以51 为内核的单片机。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51 指令、并在51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与51一致的。STC89C52有40个引脚，4个8位并行I/O口，1个全双工异步串行口，同时内含5个中断源，2个优先级，2个16位定时/计数器。STC89C52的存储器系统由4K的程序存储器(掩膜ROM)，和128B的数据存储器(RAM)组成。STC89C52单片机的基本组成框图见图3-1。图3-1 STC89C52单片机结构图 1一个8 位的微处理器(CPU)。2片内数

26、据存储器RAM(128B)，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。3片内程序存储器ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用。4四个8 位并行IO 接口P0P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。5两个定时器

27、计数器，每个定时器计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现电脑控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。6五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。7 一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行IO 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。8片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。

28、图3-2 STC89C52单片机管脚图部分引脚说明：1时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2：XTAL2(18 脚)：接外部晶体和微调电容的一端；片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。假设需采用外部时钟电路时，该引脚输入外部时钟脉冲。要检查振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脉冲信号输出。XTAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。2控制信号引脚RST,ALE,PSEN 和EA：RST/VPD(9 脚)：RST 是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持备用电源的

29、输入端。当主电源Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，将5V 电源自动两个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平时，就可以完成复位操作。RST 引脚的第二功能是VPD,即接入RST 端，为RAM 提供备用电源，以保证存储在RAM 中的信息不丧失，从而合复位后能继续正常运行。ALE/PROG(30 脚)：地址锁存允许信号端。当8051 上电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fOSC 的1/6。CPU 访问片外存储器时，ALE 输出信号作为锁存低8 位地址的控制信号。平时不访问片外存储器时，ALE 端也以振荡频率的1/6 固定输出正脉冲，因而ALE 信号可以用作对

30、外输出时钟或定时信号。如果想确定8051/8031 芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。如有脉冲信号输出，则8051/8031 基本上是好的。ALE 端的负载驱动能力为8 个LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)负载。此引脚的第二功能PROG 在对片内带有4KB EPROM 的8751 编程写入(固化程序)时，作为编程脉冲输入端。PSEN(29 脚)：程序存储允许输出信号端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引肢接EPROM 的OE 端(见后面几章任何一个小系统硬件图)。PSEN 端有效，即允许读出EPROMROM 中的指令码。PSEN 端

31、同样可驱动8 个LS 型TTL 负载。要检查一个8051/8031 小系统上电后CPU 能否正常到EPROMROM 中读取指令码，也可用示波器看PSEN 端有无脉冲输出。如有则说明基本上工作正常。EA/Vpp(31 脚)：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA 引脚接高电平时，CPU只访问片内EPROM/ROM并执行内部程序存储器中的指令，但当PC(程序计数器)的值超过0FFFH(对8751/8051 为4K)时，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。当输入信号EA 引脚接低电平(接地)时，CPU 只访问外部EPROM/ROM 并执行外部程序存储器中的指令，而不管是否有片内程

32、序存储器。对于无片内ROM 的8031 或8032,需外扩EPROM，此时必须将EA 引脚接地。此引脚的第二功能是Vpp 是对8751 片内EPROM固化编程时，作为施加较高编程电压(一般12V21V)的输入端。3输入/输出端口P0/P1/P2/P3：P0口(P0.0P0.7，3932 脚)：P0口是一个漏极开路的8 位准双向I/O口。作为漏极开路的输出端口，每位能驱动8 个LS 型TTL 负载。当P0 口作为输入口使用时，应先向口锁存器(地址80H)写入全1,此时P0 口的全部引脚浮空，可作为高阻抗输入。作输入口使用时要先写1,这就是准双向口的含义。在CPU 访问片外存储器时，P0口分时提供

33、低8 位地址和8 位数据的复用总线。在此期间，P0口内部上拉电阻有效。P1口(P1.0P1.7，18 脚)：P1口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P1口每位能驱动4 个LS 型TTL 负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存地址(90H)写入全1,此时P1口引脚由内部上拉电阻拉成高电平。P2口(P2.0P2.7，2128 脚)：P2口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P口每位能驱动4个LS 型TTL 负载。在访问片外EPROM/RAM 时，它输出高8 位地址。P3口(P3.0P3.7，1017 脚)：P3口是一个带内部上拉电阻的8 位准双向I/O口。P3口每位能驱

34、动4个LS型TTL负载。P3口与其它I/O 端口有很大的区别，它的每个引脚都有第二功能，如下：P3.0：(RXD)串行数据接收。P3.1：(RXD)串行数据发送。P3.2：(INT0#)外部中断0输入。P3.3：(INT1#)外部中断1输入。P3.4：(T0)定时/计数器0的外部计数输入。P3.5：(T1)定时/计数器1的外部计数输入。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。电路中的晶振即石英晶体震荡器。由于石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，石英晶体震荡器是用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。同时，

35、它还可以产生振荡电流，向单片机发出时钟信号。图3-3是单片机的晶振电路。片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz24MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在20pF100pF之间选取，典型值为30pF。本电路选用的电容为30pF，晶振频率为12MHz。振荡周期1/12s； 机器周期Sm=1s 指令周期T14sXTAL1接外部晶体的一个引脚，XTAL2接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振。在石英晶体的两个管脚加交

36、变电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常，OSC的输出时钟频率fOSC为0.5MHz-16MHz，典型值为12MHz或者11.0592MHz。电容C1和C2可以帮助起振，典型值为30pF，调节它们可以到达微调fOSC的目的。图

37、3-3 单片机晶振电路图在上电或复位过程中控制CPU的复位状态，这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令，执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。无论使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。复位后，PC内容初始化为0000H,是单片机从0000H单元开始执行程序。单片机复位后不影响内部RAM的状态。89C52单片机复位信号的输入端是RESET

38、引脚，高电平有效。其有效时间持续24个时钟周期以上。单片机RESET端得外部复位电路有两种操作方式：上电自动复位和按键手动复位。上电自动复位是利用电容储电来实现的，如图3-4所示。上电瞬间，RC电路充电，RESET端出现正脉冲，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。按键手动复位用电平方式。按键电平复位是相当于RESET通过电阻接高电平。按键为S1。图3-4 复位电路图3.2电机驱动模块如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。 步进电机步数及速度确实定方法如下：要想使

39、步进电机按一定的速度精确地到达指定位置角度或位移，步进电机的步数N和延时时间DALAYA是两个重要的参数。前者用来控制步进电机的精度，后者用来控制其步进的速率。步进电机步数确实定：本设计采用的步进电机的步距角0，即电机转动一周实际“走”步数设为N， N=360/1.8=200 式3-1实际测量得，绕线轴周长C为4cm。确定电机要转动的实际里程Scm后，步进电机要“走”的实际步数，设为NSJ, NSJ=(S/C)200 式3-2附：转子齿数设为Zr，由步距角 =3600/MZrC 式3-3C状态系数，G转子齿数，M相数 Zr=3600/MC=3600021=100 式3-4步进电机实际要“走”的

40、步数，即为接收到的来自控制模块的脉冲数。 升降国旗所需的脉冲数：升国旗一秒所走的距离： SQ=H/T=180/43=cm/s 式3-5H旗杆的高度，T国歌的时间0所走的路程：L =C-0/3600 =0.02cm/s升国旗一秒所需的脉冲数：ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003 采用DIP16 或SOP16 塑料封装。因为

41、在本设计中我们使用的是四相步进电机，所以ULN2003完全符合要求。其电路原理图如图3-5所示。图3-5 电机驱动电路3.3步进电机控制方法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，即步进角。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而到达准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而到达调速的目的。对于步进电机有以下特点： 步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势，频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机相电流随频率或速度增大而减小，从而导致力矩下降。 步进电机低速时可以正常运转,但

42、假设高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数叫空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机到达高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频电机转速从低速升到高速。 步进电机的保持转矩是指通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。

43、 步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度称为步角转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。因此，目前打印机，绘图仪，机器人等设备都以步进电机为动力核心。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。四相步进电机工作原理如图3-6所示。图3-6 四相步进电机工作原理图中间部分是转子，由一个永磁体组成，边上的是定子绕组。当定子的一个绕组通电时，将产生一个方向的电磁场，如果这个磁场的方向和转子磁场方向不在同一条直线

44、上，那么定子和转子的磁场将产生一个扭力将定子扭转。依次改变绕组的磁场，就可以使步进电机正转或反转(比方通电次序为A-B-C-D正转，反之则反转)。而改变磁场切换的时间间隔，就可以控制步进电机的速度了，这就是步进电机的驱动原理。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作电源通电时序与波形分别如图3-7所示。 单四拍 双四拍 八拍图3-7 步进电机工作方式此处采用步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC 5V。当

45、对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度一个步距角。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单单相绕组通电四拍A-B-C-D-A，双双相绕组通电四拍AB-BC-CD-DA-AB，八拍A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。28BYJ48型电机是4相5线的步进电机，而且是减速步进电机，减速比为1：64，步进角为度。如果需要转动1圈，也就是旗杆滑轮的周长，则需要360/5.625*64=4096个脉冲信号，根据旗杆的

46、高度和滑轮周长之间比例关系即可算出升旗所需要的全部脉冲。升旗的时间是43秒，用43除以脉冲个数即可算出控制速度。3.4升降旗按键与指示灯电路设计在本设计中使用了2个按键分别控制国旗的升降，相对应有两个升降旗的指示灯。当按下升旗按键时，红色LED灯亮，当按下降旗按键时，绿色LED指示灯亮。图3-8和图3-10889为按键和LED指示灯电路。图3-10 按键电路图3-9 指示灯设计液晶显示电路液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各种小系统中得到了更广泛的应用。本设计中使用的液晶显示模块是LCD1602。图3-10所示为本设计LCD1602的连接图。图3-10 LCD1602连接图LCD1602是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器模块，它显示的容量为2行16个字。其实物如图3-11和图3-12所示，它的显示内容丰富、体积小、美观和易于控制都是本设计选择作为显示模块的原因。图3-11 LCD1602正面图图3-12 LCD1602反面图工作原理：线段的显示点