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Protues電路設(shè)計(jì)與仿真 結(jié) 課 論 文 姓 名 呂雪鋒 學(xué) 號(hào) 5011212204 學(xué) 院 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 計(jì)算機(jī)16-2班 指導(dǎo)老師 孟洪兵 國(guó)旗升降自動(dòng)控制系統(tǒng) 目 錄 設(shè)計(jì)任務(wù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 第 1 節(jié) 系統(tǒng)方案論證與比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 1.1 設(shè)計(jì)思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 1.2 方案選擇與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 1.2.1、電機(jī)的選擇與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 1.2.2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 1.2.3、顯示部分方案的選擇與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 第 2 節(jié) 電路框圖設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 2.1 總體框圖設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.2 整體程序流程圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 第 3 節(jié) 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 3.1.1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 3.1.2、鍵盤與顯示模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 3.2.1、主體電路圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 第 4 節(jié) 結(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 第 5 節(jié) 心得．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 國(guó)旗升降系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)國(guó)旗升降旗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠控制升旗和降旗，升旗時(shí)，在到固定時(shí)間時(shí)自動(dòng)停止；降旗時(shí)，在到達(dá)固定時(shí)間自動(dòng)停止。 旗幟的升降由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，該系統(tǒng)有三個(gè)控制按鍵，一個(gè)是上升鍵，一個(gè)是下降鍵，一個(gè)是復(fù)位按鍵。 基本功能 1．按下上升按鍵后，電機(jī)隨著時(shí)間勻速順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；上升到固定時(shí)間時(shí)自動(dòng)停止上升，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；按下下降按鍵后，電機(jī)隨著時(shí)間勻速逆時(shí)針下降，下降到固定時(shí)間時(shí)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 2．能在上升到最大時(shí)間后復(fù)位，動(dòng)態(tài)時(shí)間清零。 3．為避免誤動(dòng)作，國(guó)旗在上升到固定時(shí)間時(shí)，按上升鍵不起作用；國(guó)旗在下降到時(shí)，按下降鍵不起作用。 4．升降旗的時(shí)間均為43秒，升國(guó)旗時(shí)，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到時(shí)間最大值；降國(guó)旗時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到最大值 5．?dāng)?shù)字即時(shí)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間，以秒為單位，誤差不大于1秒。 摘要 本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51作為自動(dòng)控制升降旗系統(tǒng)的檢測(cè)和控制核心，采用由單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)國(guó)旗升降，實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)旗升降的自動(dòng)控制。該電路主要分為電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、鍵盤與顯示模塊、語音模塊及無線遙控電路模塊等幾個(gè)部分。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊采用集成驅(qū)動(dòng)芯片L298，控制與顯示部分分別采用鍵盤作為控制和液晶RT1602C作為顯示?；谶@些完備而可靠的硬件設(shè)計(jì)，使用了一套完善的軟件編程，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)升降旗的基本功能及發(fā)揮部分的一些功能。 關(guān)鍵字：步進(jìn)電機(jī) 自動(dòng)控制 液晶顯示 接近開關(guān) 具體設(shè)計(jì) 第 1 節(jié) 系統(tǒng)方案論證與比較 1.1 思路 題目要求設(shè)計(jì)一自動(dòng)控制升降旗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)升降旗和自動(dòng)升降半旗,能夠在指定位置停止，升降旗的時(shí)間可在30—120秒的范圍內(nèi)自行調(diào)整，標(biāo)準(zhǔn)的升降旗時(shí)間與國(guó)歌演奏時(shí)間相等，即為43秒，且具有數(shù)字即時(shí)顯示旗幟所在的高度和無線遙控升、降旗及停止功能。根據(jù)題目要求由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)來控制旗幟的升降情況，由接近開關(guān)來防止旗幟在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)停止時(shí)出現(xiàn)的誤動(dòng)作，由液晶來顯示旗幟所在的高度及升降旗所用的時(shí)間，無線遙控電路使用無線發(fā)射接收模塊SP，語音模塊采用集成語音芯片ISD2560。 1.2 方案選擇與論證 1.2.1、電機(jī)的選擇與論證 方案一：采用普通的直流電機(jī)。普通直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣，過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。 方案二：采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是具有快速的啟停能力，如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電機(jī)所能提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即使步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)。另一個(gè)顯著特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制靈活。 因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中需要精確的轉(zhuǎn)換速度和轉(zhuǎn)換時(shí)間且啟停要迅速，所以在本設(shè)計(jì)中我們選擇方案二 1.2.2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇與論證 方案一：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過控制開關(guān)的切換速度實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，易損環(huán)，壽命短，可靠性不是很高。 方案二：采用由達(dá)林頓管組成的H橋型PWM電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，可精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)）。這種電路由于工作在管子的飽和截至模式下，效率很高。H橋電路保證了可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，但不能很精確的控制步距和速度。 方案三：采用集成ULN2003A。在自動(dòng)化密集的場(chǎng)合會(huì)有很多被控元件如繼電器，風(fēng)機(jī)，空調(diào)等，這些設(shè)備通常由CPU集中控制，由于控制系統(tǒng)不能直接驅(qū)動(dòng)被控元件，這與要有功率來擴(kuò)展輸出電流以滿足被控元件的電流與電壓。而ULN2003A功能性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣。 所以綜上所述我們采用方案三。 1.2.3、顯示部分方案的選擇與論證 方案一：采用LED數(shù)碼管顯示旗幟所在的高度以及升降旗所用的時(shí)間。在本系統(tǒng)中需要用到6只LED數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示才可以達(dá)到要求。采用LED的優(yōu)點(diǎn)是亮度高，醒目，價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn)是只能顯示0～9的數(shù)字和一些簡(jiǎn)單的字符，電路復(fù)雜，占用資源較多且信息量小。 方案二：用LCD AMPIRE12864液晶顯示，其優(yōu)點(diǎn)是能顯示更多的字符，工作電流比LED小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，故其功耗低，且有著良好的人機(jī)界面，體積小，功耗極低。 基于上述考慮，所以我們選擇方案二 第 2 節(jié) 電路框圖設(shè)計(jì) 2.1 總體框圖設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)可由圖所示的幾個(gè)部分組成： 電源電路 單片機(jī) LCD顯示 方向驅(qū)動(dòng)電機(jī) 按鍵輸入 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可得本系統(tǒng)的程序主流程圖如圖2-2-1所示：本系統(tǒng)的控制器采用ATMEL公司的AT89C52。 2.2 整體程序流程圖 第 3 節(jié) 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C52作為升降旗系統(tǒng)的控制核心，實(shí)現(xiàn)鍵盤控制、液晶顯示以及無線遙控等幾個(gè)部分，即該系統(tǒng)主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤與顯示模塊及晶振電路模塊等幾個(gè)部分?，F(xiàn)分別對(duì)各模塊進(jìn)行分析。 3.1.1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 在本設(shè)計(jì)中采用ULN2003A來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其電路原理圖如圖所示。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 其步進(jìn)電機(jī)的控制原理為：為了準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)的時(shí)間和高度控制的勻速升降，需要精確計(jì)算在人眼不能識(shí)別的時(shí)間內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)。在此我們選用步距角0.9度，則走一圈所需的步數(shù)為400步，因?yàn)橛糜诠潭ɡK子的軸的直徑為2.5cm，則平均每步拉出的線長(zhǎng)便可計(jì)算出來約為L(zhǎng)=0.0234cm，在整個(gè)上升或下降過程中，high為總高度，可通過公式計(jì)算出在此段距離中步進(jìn)電機(jī)需走的步數(shù)，即為，步進(jìn)電機(jī)要轉(zhuǎn)動(dòng)的總步數(shù)：總步數(shù)=高度（high）/0.0234, 在此，時(shí)間可調(diào)時(shí)間間隔為1s。 3.1.2、鍵盤與顯示模塊 在本設(shè)計(jì)中使用了四個(gè)按鍵，分別用來控制升降旗和隨意停止及其復(fù)位，時(shí)間的調(diào)節(jié)，其鍵盤摸板如圖，顯示部分采用液晶LCD AMPIRE12864，因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中只要求顯示時(shí)間與漢子字符，其鍵盤與顯示模塊的電路原理圖如圖所示。 圖3-1-2 鍵盤摸板 鍵盤與顯示電路 3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)的主要任務(wù)是執(zhí)行升降旗、時(shí)間調(diào)整兩種運(yùn)動(dòng)。 主體軟件電路圖： 此電路包括按鍵控制部分、單片機(jī)控制部分、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路部分。電路采用AT89C52單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心。單片機(jī)通過對(duì)按鍵的掃描，識(shí)別出外部命令，并通過I/O口輸出的具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)按上升鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)按下降鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；按停止鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn) 第 4 節(jié) 結(jié)論 本系統(tǒng)的特色：本設(shè)計(jì)在硬件上，使用了步進(jìn)電機(jī)控制和利用接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)停止的雙重保險(xiǎn)，在軟件上，利用C語言的簡(jiǎn)單精練特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)起來更加簡(jiǎn)單，現(xiàn)將題目要求指標(biāo)及系統(tǒng)實(shí)際性能列表如下： 基本要求 發(fā)揮要求 實(shí)際性能 升旗時(shí)，勻速上升 同 時(shí)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)頂端時(shí)能自動(dòng)停止。降旗時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)低端時(shí)自動(dòng)停止。 當(dāng)時(shí)間設(shè)定為43S、時(shí)，電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)并且開始計(jì)時(shí)，到達(dá)指定時(shí)間停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 能在隨意的時(shí)間上手動(dòng)停止 當(dāng)?shù)竭_(dá)任意時(shí)間，都可以選擇停止，并且保持此位置，知道下一個(gè)動(dòng)作。 LCD AMPIRE12864顯示漢字字符，且顯示升旗需要的時(shí)間，及此刻升旗的動(dòng)態(tài)時(shí)間 通過LCD12864來顯示設(shè)置的時(shí)間、此時(shí)的設(shè)置的時(shí)間、此時(shí)運(yùn)行的時(shí)間。 由開關(guān)控制是否需要電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 通過一個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)是否需要電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)達(dá)到需要的時(shí)間即可選擇停止，或者繼續(xù)。 具有按鍵控制升、降旗及停止功能 通過按鍵來實(shí)現(xiàn)升旗、降旗及停止。但效果不是很好。 在旗桿的最頂端與最低端安裝了接近開關(guān)，防止電機(jī)失控。 第 5 節(jié) 心得 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，單片機(jī)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說得是無處不在。作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說單片機(jī)的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。 回顧起此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了許多在書本上所學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是重要要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。 這次設(shè)計(jì)也讓我發(fā)現(xiàn)自己的知識(shí)嚴(yán)重不足，所以一定要不斷充實(shí)自己的知識(shí)。 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我學(xué)得到很多實(shí)用的知識(shí)，在次我表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！ 參考文獻(xiàn)： [1] 揚(yáng) 立，微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京.中國(guó)鐵道出版社.2008 [2] 陳伯時(shí)，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2009 [3] 莫正康，電力電子應(yīng)用技術(shù)[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2007 [4] 趙瑞林，單片機(jī)原理與應(yīng)用教程[M].北京.北京大學(xué)出版社.2005[1] [5] 張旭濤，單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京.北京理工大學(xué)出版社.2008 [6] 趙建領(lǐng)，51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M].北京.電子工業(yè)出版社.2009 [7] 康維新，MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京.中國(guó)輕工業(yè)出版社.2009 [8] Yokogawa.Models UT550/UT520 Digital Indicating Controllers Users Manunal.Tokyo.Yokogawa.2003 [9] 陳愛萍，何智勇，羊四清，電子顯示屏的單片機(jī)控制系統(tǒng)[M]．北京.自動(dòng)化與儀表［Ｊ］.1999(7)：54～57 [10] 樓然苗，李光飛，51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京.北京航空航天大學(xué)出版社.2003 [11] 盧艷君，單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2008 [12] 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