自動(dòng)控制升降旗裝置課程設(shè)計(jì)報(bào)告-文庫(kù)吧

【正文】 這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的六拍工作方式，其各相通電順序?yàn)?AABBBCCCAA,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A,B,C 各相得通斷。 （ 2）控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 4 （ 3）控制步進(jìn)電機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它就會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩步脈沖的時(shí)間間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)的越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。步進(jìn)電機(jī)步序表如表 1 所示： 表 1 步進(jìn)電機(jī)步序表 步序 C4 C3 C2 C1 ULN2020輸出 單片機(jī)輸出 1 0 0 0 1 0x01 0x0e 2 0 0 1 1 0x03 0x0c 3 0 0 1 0 0x02 0x0d 4 0 1 1 0 0x06 0x09 5 0 1 0 0 0x04 0x0b 6 1 1 0 0 0x0c 0x03 7 1 0 0 0 0x08 0x07 8 1 0 0 1 0x09 0x06 如果按步序 1步序 8 輸出數(shù)據(jù)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，按步序 8— 步序一輸出數(shù)據(jù)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) 由于要求升降過程中即時(shí)顯示所在高度，故采用四位數(shù)碼管即可顯示出來。本試驗(yàn)所采用的開發(fā)板上有一排六位的數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管的 8 段是由芯片 8255 得PB 口控制亮滅，即可得到所要顯示的數(shù)字，每個(gè)數(shù)碼管的公共腳分別由 8255 的PA0— PA5 經(jīng)三極管擴(kuò)流后進(jìn)行控制，原理圖如圖 4 所示： 5 圖 4 數(shù)碼管顯示電路原理圖 要在某位數(shù)碼管上顯示一個(gè)數(shù)字，首先把待顯示數(shù)字的顯示碼送給 8255 的 PB口，接著選中要顯示的位。例如：要在開發(fā)板的最左邊的數(shù)碼上顯示一個(gè)‘ 0’，則需要先把‘ 0’得顯示碼 0xc0 送 8255 得 PB 口，接著 PA0 賦‘ 0’（低電平），隨后讓單片機(jī)保持這個(gè)值不變。 音樂發(fā)聲電路的設(shè)計(jì) 為了在升旗得過程中同步放出國(guó)歌的音樂，本實(shí)驗(yàn)采取蜂鳴器來奏響國(guó)歌。單片機(jī)的 P33 引腳用來控制蜂鳴器的工作，當(dāng) P33 輸 出高電平時(shí)，蜂鳴器不工作。當(dāng)P33 引腳輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作，同時(shí)二極管發(fā)光。蜂鳴器音樂電路如圖 5 示： 6 圖 5 音樂發(fā)聲電路 矩陣 4X4 鍵盤電路的設(shè)計(jì) 本實(shí)驗(yàn)中用來控制的功能比較多，故采取按鍵控制的方法來實(shí)現(xiàn)控制功能。電路如圖 6 示： 圖 6 矩陣 4X4 鍵盤電路 矩陣式鍵盤的按鈕識(shí)別辦法可以確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下，采用的方法之一為“行掃描法”。行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常見的按鈕識(shí)別方法，鍵盤如上所示。 7 具體實(shí)現(xiàn)過程如下：判斷鍵盤中有無(wú)鍵按下。將全部行線置低電平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵低于低電平線與 4 根行線交叉的 4 個(gè)按鈕之中。若所有列線均為高電平，則按鍵中無(wú)鍵按下。 判斷閉合鍵所在的位置：在確認(rèn)有鍵按下的情況下，即可進(jìn)入確定具體鍵的過程。操作是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其他線為高電平。在確定某根行線為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該線與置為低電平的行線交叉處的按鈕就是閉合的按鈕。 外部 ROM 存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì) 由于設(shè)計(jì)要求要掉電后將數(shù)據(jù)保存，即重開電源后單片機(jī)要從上次掉電前得狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行，故采取 I2C 總線形式掛載外部程序存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)掉電前得數(shù)據(jù)。原理圖如圖 7 所示： 圖 7 外部 ROM 存儲(chǔ)器電路 I2C 總線是一種用于 IC 器件之間連接的二進(jìn)制總線。它通過 SDA（串行數(shù)據(jù)線）及 SCL（串行時(shí)鐘線）兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)器件：不管是單片機(jī)、存儲(chǔ)器、 LCD 驅(qū)動(dòng)器還是鍵盤接口。 AT24C08 是低功耗的 CMOS 串行 EEPROM，內(nèi)含 256*8 位存儲(chǔ)空間，工作電壓寬，擦寫次數(shù)多，寫入速度快等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中 24C08 的 3 腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在開發(fā)板上均接地，第 8 腳和第 4 腳分別接正、負(fù) 8 電源。第 5 腳 SDA 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出，數(shù)據(jù)通過這條 I2C 總線串行傳送，與單片機(jī)的 P27 連接。第 6 腳 SCL 為串行時(shí)鐘輸入線與單片機(jī)的 P26 連接。 SDA 與 SCL都需要和正電源間各接一個(gè) 2K 的上拉電阻。第 7 腳需接地。 4 自動(dòng)控制升旗裝置軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總程序流程圖 系統(tǒng)工作總程序流程圖如圖 8 所示： 開 始掉 電 處 理 , 音樂 加 載按 鍵 判 斷電 機(jī) 正 轉(zhuǎn)電 機(jī) 反 轉(zhuǎn)暫 停 處 理按 暫 停 鍵按 上 升 鍵 按 下 降 鍵是 否 到 達(dá)最 高 點(diǎn)是 否 到 達(dá)最 低 點(diǎn)最 高 點(diǎn) 處 理 最 低 點(diǎn) 處 理是 是否 否 圖 8 整體程序流程圖 9 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的軟件設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)也可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。其工作流程圖如圖 9 所示： 開 始按 鍵 判 斷電 機(jī) 正 轉(zhuǎn) 電 機(jī) 反 轉(zhuǎn)是 否 到 達(dá) 最高 點(diǎn)是 否 到 達(dá) 最低 點(diǎn)電 機(jī) 停 止 電 機(jī) 停 止按 下 降 鍵按 上 升 鍵是 是否 否 圖 9 步進(jìn)電機(jī)程序流程圖 此次設(shè)計(jì)中，采用的為四相八拍的步進(jìn)電機(jī)控制 方式。代碼中，先定義了要用到的步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的時(shí)序數(shù)組，以使后面的程序能夠隨時(shí)更改電機(jī)接收到的脈沖時(shí)序，以達(dá)到實(shí)時(shí)地控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)旗幟的上升與下降。更改脈沖時(shí)序的條件由所按下的鍵盤按鍵決定，所以可以實(shí)時(shí)地更改脈沖的時(shí)序，達(dá)到實(shí)時(shí)地控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方式。 10 數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示的軟件設(shè)計(jì) 數(shù)碼管顯示的部分硬件上是通過 8255 擴(kuò)展 I/O 芯片實(shí)現(xiàn)控制，且采用的為動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示的方法，也就是六要數(shù)碼管共用的為一個(gè)八位數(shù)據(jù)線。上面函數(shù)的功能為在指定的數(shù)碼管上顯示指定的數(shù)字。實(shí)際中要顯示的數(shù)字不只有 一位，所以必須在人的視覺停留的時(shí)間內(nèi)，即 1/12 秒的時(shí)間內(nèi)，把所有要顯示的數(shù)碼管全部點(diǎn)亮，才能給人感覺像是所有數(shù)碼管同一時(shí)刻全部點(diǎn)亮了。數(shù)碼管工作流程圖如圖 10 所示： 圖 10 數(shù)碼管子程序流程圖 國(guó)歌音樂的軟件設(shè)計(jì) 音樂功能主要在兩個(gè)中斷中完成 。定時(shí)器 0 中斷主要輸出一定頻率的方波，定時(shí)器 1 中斷完成音長(zhǎng)的控制，在完成特定音符的音長(zhǎng)后讀取下一個(gè)音符 ,并且更新定時(shí)器 0 的初始設(shè)置值 。 演奏時(shí)，要根據(jù)音符的不同把對(duì)應(yīng)半周期的定時(shí)時(shí)間初始值送入定時(shí)器 T0，再由定時(shí)器 T1 按時(shí)輸出高低電平，定 時(shí)器控制音樂程序流開始8255初始化選中要顯示的數(shù)碼管給選中的數(shù)碼管發(fā)送要顯示的數(shù)字結(jié)束 11 程圖如圖 11 所示： T0開 始關(guān) T0給 初 值開 T0 T1初始化取節(jié)拍取音符編碼T值下標(biāo)為0改T0初始值開關(guān)T0NY 圖 11 定時(shí)器 T0、 T1 控制音樂子程序流程圖 矩陣鍵盤實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用的為 4X4 矩陣鍵盤，這種鍵盤是由 16 個(gè)按鍵組成的開關(guān)矩陣。其程序流程圖如圖 12 所示，程序中用來識(shí)別用戶按下的按鍵采用的方式為動(dòng)態(tài)掃描的方式，即分別對(duì)矩陣進(jìn)行行掃描，再進(jìn)行列掃描即可得到識(shí)別按鍵所需的 兩個(gè)坐標(biāo)值，在程序中定義全局變量 test_x,test_y 用來存儲(chǔ)鍵盤掃描得到的值。個(gè)體的程序設(shè)計(jì)中，因?yàn)閷?shí)時(shí)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，音樂的開關(guān)均以用戶按下的按鍵為基準(zhǔn)，故程序中多次要用到鍵盤掃描，所以將鍵盤掃描程序抽象出來形成一個(gè)單獨(dú)的函數(shù)scanKeyboard()，提高編碼效率。 12 按 鍵 開 始返 回逐 行 掃 描 ， 求 行號(hào)鍵 按 下 ?逐 列 掃 描 ， 求列 號(hào)按 鍵 號(hào) 轉(zhuǎn) 到 相 應(yīng) 的操 作YN 圖 12 鍵盤程序流程圖 外部 ROM 實(shí)時(shí)訪問的軟件設(shè)計(jì) 因?yàn)?RAM 存儲(chǔ)器的掉電易失性，而要達(dá)到掉電保存數(shù)據(jù)的效果，就必須將要保存的數(shù)據(jù)寫到 ROM 中。本次設(shè)計(jì)中，采 用外部程序存儲(chǔ)器 24C08，采用的通訊協(xié)議為 I2C 串行總線方式，外部 ROM 程序流程圖如圖 13 所示。具體的程序設(shè)計(jì)中，將主要對(duì)存儲(chǔ)器的操作抽象為兩個(gè)函數(shù)以供調(diào)用，即存儲(chǔ)器寫函數(shù) Write24c02（ uint ch,uchar a