1、 Protues電路設計與仿真 結課論文 姓 名 呂雪鋒 學 號 5011212204 學 院 信息工程學院 專 業 計算機科學與技術 班 級 計算機16-2班 指導老師 孟洪兵 國旗升降自動控制系統目 錄設計任務2摘要4第 1 節 系統方案論證與比較51.1 設計思路51.2 方案選擇與論證51.2.1、電機的選擇與論證51.2.2、電機驅動方案的選擇與論證51.2.3、顯示部分方案的選擇與論證6第 2 節 電路框圖設計 82.1 總體框圖設計82.2 整體程序流程圖9第 3 節 系統的具體設計103.1 系統的硬件設計103.1.1、電機驅動模塊103.1.2、鍵盤與顯示模塊113.2 系

2、統的軟件設計123.2.1、主體電路圖12第 4 節 結論13第 5 節 心得14參考文獻14附錄15 國旗升降系統控制設計報告設計任務設計一個國旗升降旗系統，該系統能夠控制升旗和降旗，升旗時，在到固定時間時自動停止；降旗時，在到達固定時間自動停止。旗幟的升降由電動機驅動，該系統有三個控制按鍵，一個是上升鍵，一個是下降鍵，一個是復位按鍵。基本功能1按下上升按鍵后，電機隨著時間勻速順時針轉動；上升到固定時間時自動停止上升，電機停止轉動；按下下降按鍵后，電機隨著時間勻速逆時針下降，下降到固定時間時電機停止轉動。2能在上升到最大時間后復位，動態時間清零。3為避免誤動作，國旗在上升到固定時間時，按上升

3、鍵不起作用；國旗在下降到時，按下降鍵不起作用。4升降旗的時間均為43秒，升國旗時，電機順時針轉動到時間最大值；降國旗時，電機逆時針轉動到最大值5數字即時顯示電機轉動的時間，以秒為單位，誤差不大于1秒。摘要本系統采用單片機AT89C51作為自動控制升降旗系統的檢測和控制核心，采用由單片機控制的步進電機帶動國旗升降，實現對國旗升降的自動控制。該電路主要分為電機驅動控制模塊、鍵盤與顯示模塊、語音模塊及無線遙控電路模塊等幾個部分。電機驅動控制模塊采用集成驅動芯片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。基于這些完備而可靠的硬件設計，使用了一套完善的軟件編程，實現了自動升

4、降旗的基本功能及發揮部分的一些功能。關鍵字：步進電機 自動控制 液晶顯示 接近開關具體設計第 1 節 系統方案論證與比較1.1 思路題目要求設計一自動控制升降旗系統，該系統能夠自動升降旗和自動升降半旗,能夠在指定位置停止，升降旗的時間可在30120秒的范圍內自行調整，標準的升降旗時間與國歌演奏時間相等，即為43秒，且具有數字即時顯示旗幟所在的高度和無線遙控升、降旗及停止功能。根據題目要求由一個步進電機來控制旗幟的升降情況，由接近開關來防止旗幟在最高點或最低點停止時出現的誤動作，由液晶來顯示旗幟所在的高度及升降旗所用的時間，無線遙控電路使用無線發射接收模塊SP，語音模塊采用集成語音芯片ISD25

5、60。1.2 方案選擇與論證1.2.1、電機的選擇與論證方案一：采用普通的直流電機。普通直流電動機具有優良的調速特性，調速平滑、方便，調整范圍廣，過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現頻繁的無級快速啟動、制動和反轉。方案二：采用步進電機。步進電機的一個顯著特點是具有快速的啟停能力，如果負荷不超過步進電機所能提供的動態轉矩值，就能夠立即使步進電機啟動或反轉。另一個顯著特點是轉換精度高，正轉反轉控制靈活。因為在本系統中需要精確的轉換速度和轉換時間且啟停要迅速，所以在本設計中我們選擇方案二1.2.2、電機驅動方案的選擇與論證方案一：采用繼電器對電動機的開或關進行控制，通過控制開關的切換速度實現對電

6、機的運行速度進行調整。這個電路的優點是電路結構簡單，其缺點是繼電器的響應時間長，易損環，壽命短，可靠性不是很高。方案二：采用由達林頓管組成的H橋型PWM電路。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調的開關狀態，可精確調整電動機的運動狀態（前進，后退，左轉，右轉）。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單的實現轉速和方向的控制，但不能很精確的控制步距和速度。方案三：采用集成ULN2003A。在自動化密集的場合會有很多被控元件如繼電器，風機，空調等，這些設備通常由CPU集中控制，由于控制系統不能直接驅動被控元件，這與要有功率來擴展輸出電流以滿足被控元件的電流與電壓。

7、而ULN2003A功能性強、應用范圍廣。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數碼管顯示旗幟所在的高度以及升降旗所用的時間。在本系統中需要用到6只LED數碼管進行動態顯示才可以達到要求。采用LED的優點是亮度高，醒目，價格便宜，壽命長；缺點是只能顯示09的數字和一些簡單的字符，電路復雜，占用資源較多且信息量小。方案二：用LCD AMPIRE12864液晶顯示，其優點是能顯示更多的字符，工作電流比LED小幾個數量級，故其功耗低，且有著良好的人機界面，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 電路框圖設計2.1 總體框圖設計根據設計要

8、求，本系統可由圖所示的幾個部分組成： 電源電路單片機LCD顯示方向驅動電機按鍵輸入根據設計要求，可得本系統的程序主流程圖如圖2-2-1所示：本系統的控制器采用ATMEL公司的AT89C52。2.2 整體程序流程圖第 3 節 系統的具體設計3.1 系統的硬件設計本系統由單片機AT89C52作為升降旗系統的控制核心，實現鍵盤控制、液晶顯示以及無線遙控等幾個部分，即該系統主要包括電機驅動模塊、鍵盤與顯示模塊及晶振電路模塊等幾個部分。現分別對各模塊進行分析。3.1.1、電機驅動模塊在本設計中采用ULN2003A來驅動電機。其電路原理圖如圖所示。 電機驅動電路其步進電機的控制原理為：為了準確實現可調節的

9、時間和高度控制的勻速升降，需要精確計算在人眼不能識別的時間內的步進電機的脈沖數。在此我們選用步距角0.9度，則走一圈所需的步數為400步，因為用于固定繩子的軸的直徑為2.5cm，則平均每步拉出的線長便可計算出來約為L=0.0234cm，在整個上升或下降過程中，high為總高度，可通過公式計算出在此段距離中步進電機需走的步數，即為，步進電機要轉動的總步數：總步數=高度（high）/0.0234, 在此，時間可調時間間隔為1s。3.1.2、鍵盤與顯示模塊在本設計中使用了四個按鍵，分別用來控制升降旗和隨意停止及其復位，時間的調節，其鍵盤摸板如圖，顯示部分采用液晶LCD AMPIRE12864，因為在

10、本設計中只要求顯示時間與漢子字符，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 系統的軟件設計整個系統的主要任務是執行升降旗、時間調整兩種運動。主體軟件電路圖： 此電路包括按鍵控制部分、單片機控制部分、步進電機驅動控制電路部分。電路采用AT89C52單片機作為控制系統的核心。單片機通過對按鍵的掃描，識別出外部命令，并通過I/O口輸出的具有時序的方波作為步進電機的控制信號，信號經過驅動電路來驅動步進電機運轉。當按上升鍵時，步進電機正轉；當按下降鍵時，步進電機反轉；按停止鍵時，步進電機停轉第 4 節 結論 本系統的特色：本設計在硬件上，使用了步進電機控制和利用

11、接近開關實現停止的雙重保險，在軟件上，利用C語言的簡單精練特點，實現起來更加簡單，現將題目要求指標及系統實際性能列表如下： 基本要求 發揮要求 實際性能 升旗時，勻速上升 同 時電機順時針轉動，到達頂端時能自動停止。降旗時，電機逆時針轉動，到達低端時自動停止。當時間設定為43S、時，電機勻速轉動并且開始計時，到達指定時間停止轉動。能在隨意的時間上手動停止當到達任意時間，都可以選擇停止，并且保持此位置，知道下一個動作。LCD AMPIRE12864顯示漢字字符，且顯示升旗需要的時間，及此刻升旗的動態時間通過LCD12864來顯示設置的時間、此時的設置的時間、此時運行的時間。由開關控制是否需要電機

12、停止轉動。通過一個按鍵來實現是否需要電機停止轉動，當達到需要的時間即可選擇停止，或者繼續。具有按鍵控制升、降旗及停止功能通過按鍵來實現升旗、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，防止電機失控。 第 5 節 心得 課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發展的日新日異，單片機成為當今計算機應用中空前活躍的領域， 在生活中可以說得是無處不在。作為二十一世紀的大學來說單片機的開發技術是十分重要的。回顧起此次單片機課程設計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到

13、實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了許多在書本上所學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是重要要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 這次設計也讓我發現自己的知識嚴重不足，所以一定要不斷充實自己的知識。 這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多編程問題，最后在老師的辛勤指導下，終于游逆而解。同時，在老師的身上我學得到很多實用的知識，在次我表示感謝！同時，對給過我幫助的所有

14、同學和各位指導老師再次表示忠心的感謝！ 參考文獻：1 揚 立，微型計算機原理與接口技術M.北京.中國鐵道出版社.20082 陳伯時，電力拖動自動控制系統M.北京.機械工業出版社.20093 莫正康，電力電子應用技術M.北京.機械工業出版社.20074 趙瑞林，單片機原理與應用教程M.北京.北京大學出版社.200515 張旭濤，單片機原理與應用M.北京.北京理工大學出版社.20086 趙建領，51單片機開發與應用技術詳解M.北京.電子工業出版社.20097 康維新，MCS-51單片機原理與應用M.北京.中國輕工業出版社.20098 Yokogawa.Models UT550/UT520 Digi

15、tal Indicating Controllers Users Manunal.Tokyo.Yokogawa.20039 陳愛萍，何智勇，羊四清，電子顯示屏的單片機控制系統M北京.自動化與儀表.1999(7)：545710 樓然苗，李光飛，51系列單片機設計實例M.北京.北京航空航天大學出版社.200311 盧艷君，單片機原理與應用M.北京.機械工業出版社.200812 Kavanagh R C. Improved Digital Tachometer with Reduced Sensitivity to Sensor Nonideality. IEEE Trans.Ind. Elect

16、ron. , 2000 ,47 (4) : 890 89713 Prokin M. Ext remely Wide range Speed Measurement Using a Double2buffered Method. IEEE Trans. Ind. Electron. , 1994 ,41 (5) :550 55914 吳丙申，卞祖富,模擬電路基礎M.北京.北京理工大學出版社.200715 李響初, 數字電路基礎與應用M.北京.機械工業出版社.2008附錄材料清單LCD AMPIRE12864AT89C52BUTTONCAPCAP-ELECCRYSTALMOTOR-STEPPERP

17、OT-HG(主要用于調節液晶屏的背光)RESRESPACK-8UNL2003A部分程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<source.h>#include<LCD12864.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit KEY2=P30;sbit KEY3=P31;/三個按鍵控制口 char min,sec,tt=0,flag=0;int num=0;/相序存放處bit dir=1;/方向標志（默認為順時針）uchar

18、code forward=0x0e,0x0c,0x0d,0x09,0x0b,0x03,0x07,0x06;/正轉uchar code reveser=0x0e,0x06,0x07,0x03,0x0b,0x09,0x0d,0x0c;/反轉void delay(uint i)while(-i);void key_scan(void)if(KEY2=0)/按鍵2按下，升旗delay(5000);if(KEY2=0)while(!KEY2);ClearScreen(0);flag=1;sec=0;min=0;dir=1; TR0=1; TR1=1; /啟動定時器Display_HZ(1,0,3,she

19、ng);Display_HZ(2,0,0,qi);Display_SZ(1,4,32,0);Display_SZ(1,4,40,0);Display_HZ(1,4,3,fen);Display_SZ(2,4,0,4); / 屏(1左2右) 頁（0 2 4 8） 列（0 1 2 3）Display_SZ(2,4,8,3);Display_HZ(2,4,1,miao);if(KEY3=0)/按鍵3按下，降旗delay(5000);if(KEY3=0)while(!KEY3);ClearScreen(0);flag=2;sec=0;min=0;dir=0; TR0=1; TR1=1; /啟動定時器D

20、isplay_HZ(1,0,3,jiang);Display_HZ(2,0,0,qi);Display_SZ(1,4,32,0);Display_SZ(1,4,40,0);Display_HZ(1,4,3,fen);Display_SZ(2,4,0,4); / 屏(1左2右) 頁（0 2 4 8） 列（0 1 2 3）Display_SZ(2,4,8,3);Display_HZ(2,4,1,miao);void main() init_LCD();/初始12864 ClearScreen(0);/清屏 Set_line(0);/顯示開始行 EA=1; /開啟總中斷IT0=1;EX0=1;ET0

21、=1; /允許定時器0中斷ET1=1;TMOD=0x11; /設置定時器工作方式1 16位計數TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-60000)/256;TL1=(65536-60000)%256;TR0=0; /啟動定時器TR1=0; Display_HZ(1,0,2,kai);Display_HZ(1,0,3,shi);Display_HZ(2,0,0,sheng);Display_HZ(2,0,1,qi); /上電顯示：“開始升旗”Display_SZ(1,4,32,0);Display_SZ(1,4,40,0);D

22、isplay_HZ(1,4,3,fen);Display_SZ(2,4,0,4); / 屏(1左2右) 頁（0 2 4 8） 列（0 1 2 3）Display_SZ(2,4,8,3);Display_HZ(2,4,1,miao); while(1)if(tt=20) /1秒時間到 tt=0; /把重新賦值為0 等待下一秒（tt=20） sec+; /if(sec=60) min+; sec=0; if(min=0&&sec=43) TR0=0;TR1=0;Display_HZ(1,0,2,yi);Display_HZ(1,0,3,shii);Display_HZ(2,0,0,wan);Dis