天線桿自動(dòng)升降控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

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1、26 天線桿自動(dòng)升降控制系統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 說 明 1 引言 隨著科技的發(fā)展，許多設(shè)備都趨向自動(dòng)化，而天線桿升降也在向自動(dòng)化方向發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為主要控制單元，以步進(jìn)電機(jī)作為升天線桿的動(dòng)力，獨(dú)立式鍵盤作為輸入,通過LED顯示器顯示系統(tǒng)信息。系統(tǒng)通過單片機(jī)的I／O口發(fā)出信號(hào)到步進(jìn)電機(jī)控制器，進(jìn)而控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。通過滑輪傳動(dòng)裝置完成升天線桿和降天線桿動(dòng)作。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能： 按下上升按鍵后，天線桿勻速上升，在桿的最高端自動(dòng)停止；按下下降按鍵后，天線桿下降，在最低端不需要人為操作能

2、夠自動(dòng)停止，從而使操作簡(jiǎn)單化。升降由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，該系統(tǒng)的控制按鍵有上升鍵、下降鍵、復(fù)位鍵、停止鍵等。 升天線桿時(shí)間為43秒，同時(shí)從桿的最下端上升到頂端?？梢员苊庹`動(dòng)作，天線桿在最高端時(shí)按上升鍵不起作用；在最低端時(shí)，按下降鍵不起作用。 1.1背景 在我國(guó)，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等各個(gè)方面。單片機(jī)的應(yīng)用具有范圍廣的特點(diǎn)，對(duì)各個(gè)行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品智能化的更新?lián)Q代起著重要的推動(dòng)作用。在實(shí)時(shí)自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，它已成為傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造和新產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想機(jī)種，具有廣泛地的發(fā)展前景。單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

3、，使得許多領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度得以大大提高。 由于電子電源的集成化、模塊化、智能化的發(fā)展，功率集成技術(shù)己模糊了整機(jī)與器件的界限。單片電源和模塊電源已取代了整機(jī)電源在一些技術(shù)中獲得廣泛應(yīng)用，并且派生出新的供電體系—分布供電，使單一的集中供電體系走向多元化。 自單片機(jī)70年代問世以來得到蓬勃發(fā)展，目前升天線桿裝置正日漸完善和發(fā)展。首先自動(dòng)控制升降天線桿集成越來越多的功能，結(jié)構(gòu)更為合理，更美觀，更實(shí)用，具有更加廣闊的市場(chǎng)前景；其次變得更加微型化。同時(shí)步進(jìn)電機(jī)的出現(xiàn)，結(jié)合單片機(jī)的控制讓升降天線桿的控制變得更加精確和方便。 1.2目的和意義 隨著電子技術(shù)日益發(fā)展，天線桿自動(dòng)升降控制系統(tǒng)也

4、在向前發(fā)展，然而傳統(tǒng)的天線桿升降存在著國(guó)歌的播放與天線桿上升步調(diào)不一致現(xiàn)象，易受環(huán)境因素影響等弊端。為了解決天線桿升降中的眾多問題，提高升天線桿的質(zhì)量和效率，可以使用自動(dòng)控制升降系統(tǒng)來完成天線桿的升、降控制，使升降天線桿速度與國(guó)歌演奏時(shí)間準(zhǔn)確配合，從而避免了人為升降天線桿與國(guó)歌演奏時(shí)間不協(xié)調(diào)而出現(xiàn)的尷尬場(chǎng)面發(fā)生，保證了天線桿升、降儀式的順利進(jìn)行。并且由于實(shí)際的需要，對(duì)它的精度和功能要求也越來越高，這樣不僅可以規(guī)范升天線桿過程，使升天線桿更加方便更加實(shí)用，而且可以通過不同的設(shè)置滿足不同的需求。另外減少了人力資源的使用，大大減少資金的投入。 系統(tǒng)最主要的是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，目前應(yīng)用最多的是步進(jìn)電機(jī)

5、。由于步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)控制精度高，控制形式較為簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制等特點(diǎn)使得步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用范圍非常廣泛，成為目前不可缺少的電機(jī)組件。通過單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)使得設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單。在技術(shù)的不斷進(jìn)步下，越來越多的保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，以及安全可靠性的提高和對(duì)室外環(huán)境的適應(yīng)范圍擴(kuò)大，使現(xiàn)代升降系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢(shì)從自動(dòng)化變得更加智能化和柔韌靈活性。讓單片機(jī)用于升降系統(tǒng)中，使控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，從而可實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制，提高升降系統(tǒng)的自動(dòng)化程度及運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性。 2 升降天線桿控制的方案選擇與論證 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)有單片機(jī)電路、電機(jī)電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路、語音電路及繼電器電路組成，有

6、它們相互配合共同完成自動(dòng)控制升降天線桿功能。 2.1 鍵盤的比較與選擇 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有按鍵或鍵盤，以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。通常的按鍵開關(guān)為彈性機(jī)械開關(guān)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)并不會(huì)馬上穩(wěn)定地閉合，在斷開時(shí)也不會(huì)馬上斷開，因而機(jī)械開關(guān)在閉合及斷開瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)。抖動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短由按鍵開關(guān)的機(jī)械特性及按鍵的人為因素決定，一般為5ms～20ms時(shí)間，按鍵式的抖動(dòng)如圖2.1所示。 按鍵抖動(dòng)如果處理不當(dāng)會(huì)引起一次按鍵被誤處理多次，為了確保CPU對(duì)鍵的一次閉合僅作一次處理，則必須消除按鍵抖動(dòng)。在鍵閉合穩(wěn)定時(shí)取

7、鍵狀態(tài)，一般是判斷到鍵釋放穩(wěn)定后在作處理。消除鍵抖動(dòng)可用硬件和軟件兩種方法。消除鍵抖動(dòng)通常當(dāng)鍵數(shù)較少時(shí)用硬件方法，鍵數(shù)較多時(shí)用軟件方法。此處采用軟件方法。消除鍵抖動(dòng)的軟件方法是當(dāng)檢測(cè)出鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序，產(chǎn)生5ms～20ms的延時(shí)，待前沿抖動(dòng)消失后再次檢測(cè)鍵的狀態(tài)，如果鍵仍保持閉合狀態(tài)則可確認(rèn)為有按鍵按下。當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放并執(zhí)行延時(shí)程序，待后沿抖動(dòng)消失后才轉(zhuǎn)入該按鍵的處理程序。 按鍵通常是一種常開型按鍵開關(guān)，平時(shí)鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開或開路狀態(tài)，按下鍵時(shí)它們才閉合或短路。而鍵盤是一組按鍵的集合，從鍵盤的結(jié)構(gòu)來看，獨(dú)立式鍵盤的每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一個(gè)I/O接線口，每個(gè)I/O口的工作狀態(tài)互不影響

8、，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點(diǎn)為按鍵多時(shí)將占用的I/O口數(shù)目較多，優(yōu)點(diǎn)為電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且編程相對(duì)方便。因電路需要的鍵盤較少，采用獨(dú)立式鍵盤。 圖2.1 按鍵時(shí)的抖動(dòng) 2.2 總體電路框圖設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，由6MHZ的晶振提供時(shí)鐘輸入，同時(shí)與晶振相連的獨(dú)石電容采用30pF的電容，復(fù)位電路采用手動(dòng)按鈕復(fù)位以讓單片機(jī)恢復(fù)到初始設(shè)定狀態(tài)。復(fù)位的電解電容容量為1uF。當(dāng)需要復(fù)位時(shí)可采用此方法實(shí)現(xiàn)。通電時(shí)振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)輸入單片機(jī)，此時(shí)單片機(jī)開始掃描程序。當(dāng)鍵盤有輸入時(shí)，單片機(jī)開始按照設(shè)定的程序執(zhí)行輸出操作。 當(dāng)上升鍵按下時(shí)，單片機(jī)同時(shí)給繼電器和步進(jìn)電機(jī)發(fā)出指

9、令，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)幟上升。繼電器1常開觸頭閉合，接通語音電路，延時(shí)一定時(shí)間后繼電器2的常閉觸頭分離，斷開上升按鍵與單片機(jī)之間的連接，此時(shí)上升鍵失去作用，直到43秒結(jié)束時(shí)繼電器1失電，按下上升鍵幟也不再上升；當(dāng)按下下降按鍵時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)幟下降，同時(shí)繼電器1不動(dòng)作，語音電路不工作，降天線桿語音不再播放。繼電器2經(jīng)過一段延時(shí)后恢復(fù)原始狀態(tài)，接通上升鍵與單片機(jī)之間的連接，斷開下降按鍵與單片機(jī)的連接，直到降天線桿完成時(shí)按下降按鍵電機(jī)也不再轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)的電路框圖如圖2.2所示。 單片機(jī) 復(fù)位電路 語音電路 繼電器電路 振蕩電路 升降 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 鍵盤

10、輸入 LED顯示 圖2.2 總體電路框圖 3 系統(tǒng)各主要單元設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)天線桿的升降等功能，為此設(shè)計(jì)將采用單片機(jī)電路作為控制器，用它來控制步進(jìn)電機(jī)電路實(shí)現(xiàn)天線桿的升和降，和語音電路、繼電器電路相連接來實(shí)現(xiàn)升天線桿。同時(shí)鍵盤電路和顯示電路相連接來完成升天線桿時(shí)間信息的顯示。為了讓升天線桿和降天線桿的過程更加逼真，設(shè)計(jì)將采用8位綠色LED發(fā)光二級(jí)管排成一排來指示升天線桿和降天線桿的狀態(tài)，升天線桿時(shí)8位發(fā)光二級(jí)管從下向上依次輪流點(diǎn)亮，表示電機(jī)正在正轉(zhuǎn)，幟正在上升；相反，降天線桿時(shí)8位發(fā)光二極管從上到下依次點(diǎn)亮，表示電機(jī)正在反轉(zhuǎn)，幟正在下降。當(dāng)燈不再依次點(diǎn)亮?xí)r，

11、表示系統(tǒng)停止工作。 3.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計(jì)算機(jī)，給人類生活帶來了根本性的改變。單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它是把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件像中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通訊接口等部件制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。由于它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故又叫單片微控制器。 3.1.1 單片機(jī)發(fā)展概況及發(fā)展方向 單片機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究得到了質(zhì)的飛躍，可以毫不夸張地說，它給現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命。目前，單片

12、機(jī)以其高可靠性、高性能價(jià)格比，在工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表、辦公自動(dòng)化、日常生活用品等諸多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用，并已走入普通家庭，從洗衣機(jī)、微波爐到音響、汽車，到處都可見到單片機(jī)的蹤影。由于單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機(jī)。如單片機(jī)家族中的主流產(chǎn)品MCS—51系列，還有最近推出的PIC和凌陽系列都是比較優(yōu)秀的單片機(jī)芯片，是構(gòu)建我們不同的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的最佳選擇。 早期單片機(jī)大多結(jié)構(gòu)體系，指令復(fù)雜，指令代碼、周期數(shù)不統(tǒng)一、指令運(yùn)行很難實(shí)現(xiàn)流水線操作，大大阻礙了運(yùn)行速度的提高。例如MCS－51系列單片機(jī)，時(shí)鐘頻率12MHz時(shí)，單周期指

13、令運(yùn)行速度僅1秒。雖然單片機(jī)對(duì)運(yùn)行速度要求遠(yuǎn)不如通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或數(shù)字信號(hào)處理對(duì)指令運(yùn)行速度的要求，但速度的提高會(huì)帶來許多好處，并拓寬單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。一方面可獲得很高的指令運(yùn)行速度，另方面，在相同的運(yùn)行速度下，可大大降低時(shí)鐘頻率，有利于獲得良好的電磁兼容效果。 專用單片機(jī)是專門針對(duì)某一類產(chǎn)品系統(tǒng)要求而設(shè)計(jì)的。使用專用單片機(jī)可最大限度地簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使資源利用效率最高。在大批量使用時(shí)有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和可靠性效益。專用單片機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體集成工藝和微電子設(shè)計(jì)技術(shù)。采用模塊化標(biāo)準(zhǔn)單元的快速設(shè)計(jì)及快速半導(dǎo)體集成工藝，將加速專用單片機(jī)的發(fā)展。 3.1.2 單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 ① 單片機(jī)以其卓越的

14、性能，得到了廣泛的應(yīng)用，已深入到各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)應(yīng)用在檢測(cè)、控制領(lǐng)域中，具有如下特點(diǎn)： 1）小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。它能方便地組裝成各種智能式測(cè)、控設(shè)備及各種智能儀器儀表。 2）可靠性好，適應(yīng)溫度范圍寬。單片機(jī)芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，這是其它機(jī)種無法比擬的。 3）易擴(kuò)展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)。單片機(jī)的邏輯控制功能很強(qiáng)，指令系統(tǒng)有各種控制功能用指令。 4）可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制。 ② 單片機(jī)的應(yīng)用范圍很廣，在下述的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用： 1) 工業(yè)方面 各種測(cè)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人，智能化儀器，

15、機(jī)、電一體化產(chǎn)品。 2) 智能儀器儀表方面 單片機(jī)應(yīng)用在智能儀器、儀表方面，不僅使傳統(tǒng)的儀器儀表發(fā)生根本的變革，也給傳統(tǒng)的儀器、儀表行業(yè)改造帶來了曙光。 3) 通訊方面 調(diào)制解調(diào)器、程控交換技術(shù)。 4) 民用方面 電子玩具、錄像機(jī)、激光唱機(jī)。 5) 導(dǎo)彈與控制方面 導(dǎo)彈控制、智能武器裝備、航天飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)。 6) 各種計(jì)算機(jī)外部設(shè)備及電器方面 打印機(jī)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、彩色與黑／白復(fù)印機(jī)，磁帶機(jī)等。 由上所述，單片機(jī)從家用電器、智能儀器儀表、工業(yè)控制直到尖端技術(shù)領(lǐng)域，單片機(jī)都發(fā)揮著十分重要的作用。 3.1.3 單片機(jī)特點(diǎn)及結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)采用單片機(jī)，它是一種低電壓、低

16、功耗、高性能微控制器，具有 8K 字節(jié)可編程可擦出只讀存儲(chǔ)器。使得為眾多控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。它與MCS－51指令系統(tǒng)兼容。 是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，但它只有40個(gè)引腳，其中P1是一個(gè)完整的8位雙向I/O口,此外，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖也可看出，其引腳RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部連接電路也完全與51系列單片機(jī)相應(yīng)引腳一致.如圖3.1所示。引腳功能說明如下： ① VCC：供電電源。 ② GND：電路地。 ③ P0口（P0.0～P0.7）：為雙向8位I／O端口。當(dāng)作為I／O口使用時(shí)，可直接連接外部I／O口設(shè)備，由于內(nèi)部沒有上拉電阻，故要接上拉電阻。它

17、是地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)的地址／數(shù)據(jù)總線口使用。當(dāng)P0口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用時(shí)不用接上拉電阻。 ④ P1口（P1.0～P1.7）：為8位準(zhǔn)雙向I／O口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入時(shí)，口鎖存器必須置1），可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。 ⑤ P2口（P2.0～P2.7）：為8位準(zhǔn)雙向I／O口，當(dāng)作為I／O口使用時(shí)，可直接連接外部I／O設(shè)備，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高8位復(fù)用口。 ⑥ P3口（P3.0～3.7）：為8位準(zhǔn)雙向I／O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，是雙功能復(fù)用口，它的另一功能如表3.1所示。

18、 ⑦ RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平，所有的I/O引腳就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給出RST引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需12個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為0.5V的低電平，以保證單片機(jī)的正常工作。 ⑧ XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。 ⑨ XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 表3.1 P3口的另一功能 P3口引腳 功能 P3.0 RXD(串行輸入端口) P3.1 TXD(串行輸出端口) P3.2 INT0(外中斷0) P3.3 INT1(外中斷1

19、) P3.4 TO(定時(shí)器0外部輸入) P3.5 T1(定時(shí)器1外部輸入) 1 40 2 39 3 38 4 37 5 36 6 35 7 34 8 33 9 32 10 31 11 30 12 29 13 28 14 27 15 26 16 25 17 24 18 23 19 22 20 21 VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/Vpp ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0

20、 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST (RXD) P3.0 (TXD) P3.1 (INT0) P3.2 (INT1) P3.3 (T0) P3.4 (T1) P3.5 (WR) P3.6 (RD)P3.7 XTAL1 XTAL2 GND 圖3.1 引腳結(jié)構(gòu)圖 此外，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖也可看出，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致，引腳RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部連接電路也完全與51系列單片機(jī)相應(yīng)引腳一致。 3.1.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì)

21、 在上電或復(fù)位過程中控制CPU的復(fù)位狀態(tài)，這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令，執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。無論使用哪種類型的單片機(jī),總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng),并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。51系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正

22、常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。 C3 1uF 10k VCC RESET VCC RST GND VCC STC89C52 1uF 10k 圖3.2 手動(dòng)按鈕復(fù)位電路 圖3.3 上電復(fù)位電路 ① 上電復(fù)位： 的上電復(fù)位電路如圖3.3所示，RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。只要高電平的復(fù)位信號(hào)持續(xù)兩

23、個(gè)機(jī)器周期以上的有效時(shí)間，就可以使單片機(jī)上電復(fù)位。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，RST端電位與Vcc相同，此高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，在圖2的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效

24、的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器PC將得不到一個(gè)合適的初值，因此，CPU可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。 ② 手動(dòng)按鈕復(fù)位： 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平（如圖3.2所示）。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的要求。 3.2 步進(jìn)電機(jī)電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)是對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移或線位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分

25、時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3～5%而且無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn)單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)在常規(guī)下使用。 3.2.1步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 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，即步進(jìn)角。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

26、的；同時(shí)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。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)有以下特點(diǎn)： ① 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)相電流隨頻率或速度增大而減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 ② 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)叫空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，

27、即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲！? ③ 步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩是指通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。 ④ 步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。 ⑤ 步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。 ⑥ 改變脈沖的順序，可以

28、方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。因此，目前打印機(jī)，繪圖儀，機(jī)器人等設(shè)備都以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力核心。 3.2.2 步進(jìn)電機(jī)的具體控制方法 只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)工作原理如圖3.4所示。 圖3.4 四相步進(jìn)電機(jī)工作原理圖 中間部分是轉(zhuǎn)子，由一個(gè)永磁體組成，邊上的是定子繞組。當(dāng)定子的一個(gè)繞組通電時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)方向的電磁場(chǎng)，如果這個(gè)磁場(chǎng)的方向和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向不在同一條直線上，那么定子和轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)將產(chǎn)生一個(gè)扭力將定子扭轉(zhuǎn)。依次改變繞組的磁場(chǎng)，就可以使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)(比如通電次序?yàn)锳->B->C->D正轉(zhuǎn)，反之則反轉(zhuǎn))。而改變磁場(chǎng)切換的時(shí)間間隔，就可

29、以控制步進(jìn)電機(jī)的速度了，這就是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理。 　　四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作電源通電時(shí)序與波形分別如圖3.5所示。 單四拍 雙四拍 八拍 圖3.5 步進(jìn)電機(jī)工作方式 此處采用步進(jìn)電機(jī)28BYJ48型四相八拍電機(jī)，電壓為DC 5V。當(dāng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)脈沖

30、信號(hào)對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個(gè)步距角）。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距。四相步進(jìn)電機(jī)可以在不同的通電方式下運(yùn)行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A…），雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC-CD-DA-AB…），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A…）。 28BYJ48型電機(jī)是4相5線的步進(jìn)電機(jī)，而且是減速步進(jìn)電機(jī)，減速比為1：64，步進(jìn)角為5.625/64 度。如果需要轉(zhuǎn)動(dòng)1圈，也就是桿滑輪的周長(zhǎng)，則需要360/5.625*64=4096個(gè)脈沖信號(hào)，根據(jù)桿的高度和滑輪周長(zhǎng)之間比例關(guān)系

31、即可算出升天線桿所需要的全部脈沖。升天線桿的時(shí)間是43秒，用43除以脈沖個(gè)數(shù)即可算出控制速度。 3.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流較大，單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)，一般都是使用ULN2003達(dá)林頓大電流陣列驅(qū)動(dòng)，當(dāng)然，使用下拉電阻或三極管也是可以驅(qū)動(dòng)的，只不過效果不是那么好，產(chǎn)生的扭力比較小。ULN2003芯片是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅NPN 復(fù)合晶體管組成。它的每一對(duì)達(dá)林頓管都串聯(lián)一個(gè)2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，另外由于輸入5V TTL電平，它的工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受

32、50V 的電壓輸出,還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。正是它具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。 像單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中。也可直接驅(qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。 ULN2003 采用DIP—16封裝。ULN2003芯片接線如圖3.6所示。 圖3.6 ULN2003芯片接線圖 GND 8 7 6 5 1 16 2 3 4 15 14 13 12 11 10 9 ULN2003 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 OUT1 OUT2 OUT3 OU

33、T4 OUT5 OUT6 OUT7 COM GND 引腳1： CPU脈沖輸入端。 引腳2： CPU脈沖輸入端。 引腳3： CPU脈沖輸入端。 引腳4： CPU脈沖輸入端。 引腳5： CPU脈沖輸入端。 引腳6： CPU脈沖輸入端。 引腳7： CPU脈沖輸入端。 引腳8： 接地端。 引腳9： 接電源端。 引腳10：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)7腳信號(hào)輸入端。 引腳11：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)6腳信號(hào)輸入端。 引腳12：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)5腳信號(hào)輸入端。 引腳13

34、：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)4腳信號(hào)輸入端。 引腳14：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)3腳信號(hào)輸入端。 引腳15：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)2腳信號(hào)輸入端?！? 引腳16：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)1腳信號(hào)輸入端。 該驅(qū)動(dòng)器電路簡(jiǎn)單可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，相當(dāng)于一個(gè)放大器的作用，對(duì)于I/O口線與單片機(jī)資源緊張的系統(tǒng)來說特別適用。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖3.7所示。 1B 1 1C 16 2B 2 2C 15 3B 3 3C 14 4B 4 4C 13 5B 5 5C 12 6B 6 6C 11 7B 7 7C 10 COM 9 ULN2003 1 2 3

35、 4 5 VCC GND P1.0 8 P1.1 P1.2 P1.3 M4 M3 M2 M1 圖3.7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 紅線接電源5V電源，橙色電線接P1.3口，黃色電線接P1.2口，粉色電線接P1.1口，藍(lán)色接P1.0口。由于單片機(jī)接口信號(hào)不夠大，需要通過ULN2003芯片放大再連接到相應(yīng)的電機(jī)接口，驅(qū)動(dòng)芯片提供給步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的相序如表3.2所示。 從表3-2中可以定義電機(jī)的旋轉(zhuǎn)相序如下： uchar code CCW[8]={0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03

36、,0x01,0x09}; //逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)相序表。 uchar code CW[8]={0x09,0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08}; //正時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)相序表。 表3.2 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)相序 橙A P1.3 黃B P1.2 粉C P1.1 藍(lán)D P1.0 十六制（P1口） 1 0 0 0 0x08 1 1 0 0 0x0c 0 1 0 0 0x04 0 1 1 0 0x06 0 0 1 0 0x02 0 0 1 1 0x03 0 0 0 1 0x01 1 0 0 1 0

37、x09 3.4 顯示電路設(shè)計(jì) 設(shè)備上常用的顯示器主要有LED數(shù)碼管顯示器和LCD液晶顯示器，近年來也有配置其他高端顯示器的。前者價(jià)廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便；后者可進(jìn)行圖形顯示，但接口較復(fù)雜，成本也較高。對(duì)于LED數(shù)碼管顯示器具有很多如下顯著特點(diǎn)： ① 微功耗： 工作電壓低，工作電流只有十幾個(gè)微安。 ② 體積?。? 安裝時(shí)占用面積小，減小了設(shè)備的體積。 ③ 壽命長(zhǎng)： LED器件連續(xù)點(diǎn)亮?xí)r間長(zhǎng)，不容易燒毀。 綜合性價(jià)比考慮，由于系統(tǒng)要顯示的內(nèi)容較簡(jiǎn)單，顯示量不多，所以選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟(jì)。LED有共陰極和共陽極兩種，如圖3.8所示。 二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極

38、接地，而共陽極則將發(fā)光二極管的陽極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（段）a～g，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需外加限流電阻。 3.4.1 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及代碼顯示 眾所周知，LED顯示數(shù)碼管通常由硬件7段譯碼集成電路，完成從數(shù)字到顯示碼的譯碼驅(qū)動(dòng)。本系統(tǒng)采用軟件譯碼，以減小體積，降低成本和功耗，軟件譯碼的另一優(yōu)勢(shì)還在于比硬件譯碼有更大的靈活性。所謂軟件譯碼，即由單片機(jī)軟件完成從數(shù)字到顯示碼的轉(zhuǎn)換。從LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理可知，為

39、了顯示字符，要為L(zhǎng)ED顯示數(shù)碼管提供顯示段碼，組成一個(gè)“8”字形字符的7段，再加上1個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段，因此提供給LED數(shù)碼管的顯示段碼為1個(gè)字節(jié)。各段碼位與顯示段的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3.8所示。 圖3.8 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖 需說明的是當(dāng)用數(shù)據(jù)口連接LED數(shù)碼管a～dp引腳時(shí)，不同的連接方法，各段碼位與顯示段有不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通常數(shù)據(jù)口的D0位與a段連接，D1位與b段連接，……D7位與dp段連接。數(shù)碼管的各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3.3所示。 表3.3 各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系 段碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dp g f e

40、 d c b a 對(duì)于LED發(fā)光二極管，它是一種由某些特殊的半導(dǎo)體材料制作成的PN結(jié)。其發(fā)光強(qiáng)度與其正向壓降VF和電流IF的乘積有關(guān)，其乘積越大，則發(fā)光強(qiáng)度越大。工作電流一般在5mA～20mA。從系統(tǒng)整體考慮，選用的是3.6寸七段LED數(shù)碼管。 LED數(shù)碼管由8只發(fā)光二極管VD1至VD8連接并按8字形結(jié)構(gòu)排列而成。這樣，我們將這些二極管連接合適的電壓時(shí)，相應(yīng)的二極管就會(huì)導(dǎo)通而發(fā)光，從而使數(shù)碼管呈現(xiàn)不同的字符。此時(shí)要想使數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字，這就需要用到4線—七段譯碼器，從而實(shí)現(xiàn)7段數(shù)碼顯示功能。對(duì)于BCD七段譯碼器真值表如表3.4所示。 表3.4 BCD七段譯

41、碼器真值表 輸入 D C B A 輸出 Fa Fb Fc Fd Fe Ff Fg 字形 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1

42、1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 3.4.2 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路 為了使LED數(shù)碼管點(diǎn)亮，還需要數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路。由于升天線桿的時(shí)間是43秒，所以顯示的內(nèi)容為：升天線桿開始時(shí)數(shù)碼管從43S開始倒計(jì)時(shí)，直到升天線桿完成時(shí)數(shù)碼管顯示的內(nèi)容變?yōu)?，以反映升天線桿的過程。為了達(dá)到這一要求，硬件電路將采用74

43、LS192芯片電路，用它來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。先利用一塊NE555芯片搭建多諧振蕩器，使其輸出信號(hào)的頻率為1HZ，這正好可以作為74LS192芯片的時(shí)鐘輸入信號(hào)，則此時(shí)的二十四數(shù)制的計(jì)數(shù)器就變成了43S計(jì)時(shí)器了。顯示模塊采用74LS48芯片，主要功能是將二進(jìn)制編碼編譯為可以在7段數(shù)碼管上顯示數(shù)字的編碼。顯示電路工作過程如圖3.9所示。 計(jì)數(shù)脈沖 顯示器沖 計(jì)數(shù)器沖 圖3.9 顯示電路的工作過程 當(dāng)通電時(shí)計(jì)數(shù)脈沖負(fù)責(zé)產(chǎn)生一個(gè)頻率為1HZ的脈沖信號(hào)，此信號(hào)作為計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖，因此，計(jì)數(shù)器就成了最小單位為1秒的計(jì)時(shí)器了；計(jì)數(shù)器采用置數(shù)法連接，每當(dāng)循環(huán)一周即43S之后置數(shù)端有效，從而實(shí)現(xiàn)43

44、S的計(jì)時(shí)顯示；顯示部分包括對(duì)二進(jìn)制數(shù)的從新編碼和顯示，74LS48芯片用來對(duì)二進(jìn)制數(shù)重新編碼，而此時(shí)可以用七段數(shù)碼管作為顯示。綜合起來完成43S的升天線桿顯示功能。計(jì)數(shù)模塊的設(shè)計(jì)如圖3.10所示。 圖3.10 計(jì)數(shù)模塊電路 74LS192芯片為可預(yù)置的十進(jìn)制減計(jì)數(shù)器,此處使用它的計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。首先預(yù)置數(shù)，令置數(shù)狀態(tài)時(shí)輸出值為43，也就是D3、D2、D1、D0端的值為0100。當(dāng)PL置數(shù)端為0時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出為43。計(jì)數(shù)時(shí)PL的值為1。將U1的DN端（計(jì)數(shù)脈沖輸入端）與U2的TCD端（借位輸出端）相連，此時(shí)U1輸出為十位，U2輸出為個(gè)位。兩個(gè)芯片相互配合完成升天線桿時(shí)的43秒

45、倒計(jì)時(shí)。其中MR為清零端，計(jì)數(shù)時(shí)應(yīng)保持為0狀態(tài)。由NE555芯片產(chǎn)生的計(jì)數(shù)脈沖由U2的DN端輸入。由于此時(shí)NE555芯片的計(jì)數(shù)脈沖設(shè)置為1S產(chǎn)生一個(gè)脈沖，當(dāng)74LS192芯片收到一個(gè)脈沖時(shí)，將產(chǎn)生1S的倒計(jì)時(shí)，輸出的結(jié)果將由后級(jí)電路處理，最終由數(shù)碼管顯示出來。 ` 圖3.11 1HZ脈沖產(chǎn)生電路 NE555芯片是一個(gè)能產(chǎn)生精確定時(shí)脈沖的高穩(wěn)度控制器。1腳為接地端；2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復(fù)位端，輸入負(fù)脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使555定時(shí)器直接復(fù)位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變555定時(shí)器內(nèi)部比較

46、器的參考電壓，不用時(shí)經(jīng)0.01uF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V—3V，輸出電流可達(dá)200mA，因此可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V—18V范圍內(nèi)使用。由NE555芯片組成的電路很多，此處只用它產(chǎn)生1HZ的脈沖。其中輸出脈沖由NE555芯片對(duì)外部電容C2的充放電產(chǎn)生，C1為耦合電容，作為濾波電容之用，輸出脈沖的頻率有R1和R2以及C2控制，其周期為T=0.7(R1+R2)C2+0.7R2*C2 。產(chǎn)生1HZ脈沖電路如圖3.11所示。 A 7 QA 13 B 1 QB 12 C 2 QC

47、11 D 6 QD 10 BI/RBO 4 QE 9 RBI 5 QF 15 LT 3 QG 14 U8 74LS48 VCC 圖3.12 數(shù)碼管接線圖 此模塊主要利用了74LS48芯片對(duì)二進(jìn)制數(shù)的重新編碼的功能。它是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器。廣泛應(yīng)用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。此處用來完成時(shí)間的顯示。例如，當(dāng)輸入端DBCA為0101時(shí)，輸出端QA～QG分別為1011011，此時(shí)在七段數(shù)碼管上顯示為“5”。3～5腳為控制端，接高電平即可。數(shù)碼管接線如圖3.12所示。 圖3.13 顯示部分電路圖 顯示電路總體工作過程如

48、下： ① 電路運(yùn)行時(shí)，若按下手動(dòng)復(fù)位鍵，則JK觸發(fā)器的Q端翻轉(zhuǎn)為0，此時(shí)計(jì)數(shù)器的PL端（置數(shù)端低電平有效）即為0狀態(tài)，計(jì)數(shù)器處于置數(shù)狀態(tài)。 ② 當(dāng)電路處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，按下手動(dòng)開始鍵，則JK觸發(fā)器A的Q端翻轉(zhuǎn)為1，則計(jì)數(shù)器的PL端為1，此時(shí)計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)脈沖的作用下開始工作。 ③ 從NE555芯片的3管輸出的計(jì)數(shù)脈沖，在這根線誰上接入一個(gè)開關(guān)，就可以作為暫停開關(guān)，斷開開關(guān)，計(jì)數(shù)器就會(huì)暫停工作。 ④ 計(jì)數(shù)器輸出從0躍變到99時(shí)，JK觸發(fā)器B的CLK端，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)1到O的下降沿，則其Q端翻轉(zhuǎn)為1，此時(shí)的計(jì)數(shù)器MR端（清零端，高電平有效）保持1狀態(tài)，計(jì)數(shù)器保持0狀態(tài)，直到按下手動(dòng)復(fù)位鍵，計(jì)數(shù)器重

49、新回歸到43。 3.5 語音電路及繼電器電路設(shè)計(jì) 語音電路將采用YF1600芯片來完成放音功能。它的錄音采樣頻率固定為12KHz。當(dāng)錄音時(shí)LED指示燈長(zhǎng)亮，同時(shí)伴隨錄音提示音；當(dāng)播放聲音時(shí)LED跟隨聲音以4Hz頻率閃爍，表示芯片正在處于放音狀態(tài)。各部分引腳接線如下： ① MIC： 焊接咪頭，有正負(fù)極之分。 ② 喇叭：焊接8歐到16歐的普通喇叭（沒有正負(fù)極之分）。 ③ 電源：連接2.4-5.5V之間的電源。此處選用5V電壓作為工作電壓。 ④ 藍(lán)色LED：錄音時(shí)長(zhǎng)亮，放音是閃爍狀態(tài)。 ⑤ 錄音1：按下按鍵（觸發(fā)），開始錄音，直到再次按下或者錄音時(shí)間完成后，才會(huì)停止。 ⑥ 錄音2：一

50、直按住后一直錄音，松開馬上停止。 ⑦ 放音1：按住后一直播放聲音，松開馬上停止，如果不松開，則會(huì)一直循環(huán)播放直到松開后才會(huì)停止播放。 ⑧ 放音2：按下后開始播放，松開不會(huì)停止，直到聲音播放完成后，才停止，工作過程中每次按下都會(huì)重頭開始播放。 在使用過程中應(yīng)當(dāng)注意電源質(zhì)量，如果使用的電源不是很理想，則可以增加一個(gè)100～220uf的普通電解電容來改善，正常情況下不需要增加。芯片的位置上焊接有一個(gè)60秒的存儲(chǔ)芯片。改變這個(gè)芯片的容量可以改變錄音的聲音長(zhǎng)度。此模塊是固定的60秒錄音長(zhǎng)度。如圖3.14所示。 圖3.14 錄音芯片電路圖 由于語音芯片不能直接與單片機(jī)輸出引腳相連，所

51、以將采用繼電器作為他們之間的橋梁。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)等組成。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)有電流流過，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就在電磁力吸引的作用下克服反彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放從而達(dá)到導(dǎo)通斷開目的，也就是一個(gè)可以控制的開關(guān)。兩路繼電器控制電路如圖3.15所示。 圖3.15 兩路繼電器電路 三極管選用8550三極管，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，

52、基極電阻為1K歐，電源工作電壓為5V。圖中二極管VD1和VD2起到保護(hù)作用，防止繼電器在突然斷開時(shí)產(chǎn)生的沖擊電壓損害三極管。高電平時(shí)三極管導(dǎo)通，繼電器分得電源電壓的大部分，達(dá)到開啟電壓繼電器閉合。低電平時(shí)三極管截止，流過繼電器的電流很小，不能閉合。三極管看成一個(gè)控制開關(guān)器件。當(dāng)通入5v電壓后，三極管導(dǎo)通，初始狀態(tài)為繼電器是吸合狀態(tài)，相應(yīng)的LED指示燈打開，同時(shí)常開開關(guān)閉合，常閉開關(guān)斷開。因?yàn)閱纹瑱C(jī)驅(qū)動(dòng)外界負(fù)載通常都采用灌電流方式以從電源灌入更多的電流來增加驅(qū)動(dòng)能力，而不采用直接電壓驅(qū)動(dòng)，這樣會(huì)使驅(qū)動(dòng)電流太小，帶不動(dòng)負(fù)載，所以此處采用灌電流方式來驅(qū)動(dòng)。此處選用P2.0和P2.1口驅(qū)動(dòng)兩路繼電器。

53、在單片機(jī)發(fā)出指令后，P口出現(xiàn)高低電平。當(dāng)P口輸出高電平時(shí)，相應(yīng)的三極管基極變?yōu)?V左右，使三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器線圈不得電；當(dāng)P口輸出低電平時(shí)，相應(yīng)的三極管基極變?yōu)?V左右，使三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，繼電器線圈得電帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)電源接通時(shí)，綠色指示燈亮，每路繼電器工作時(shí)紅色指示燈亮，以此來顯示工作狀態(tài)。 4 升降天線桿系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 程序由主程序、循環(huán)子程序等組成。數(shù)組uchar code table1[]用來存儲(chǔ)流水燈驅(qū)動(dòng)碼，uchar code CCW[8]用來存儲(chǔ)步進(jìn)電機(jī)脈沖驅(qū)動(dòng)碼。然后通過查表指令在循環(huán)程序中實(shí)現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)中的每一位驅(qū)動(dòng)碼，進(jìn)而通過單片機(jī)的輸出引腳去控制所接負(fù)載。主程

54、序流程圖如圖4.1。 為了實(shí)現(xiàn)要求，按下上升按鍵后，天線桿勻速上升，同時(shí)流暢地演奏國(guó)歌；上升到最高端時(shí)自動(dòng)停止上升，國(guó)歌停奏；按下下降按鍵后，天線桿勻速下降，降天線桿的時(shí)間不放國(guó)歌，下降到最低端時(shí)自動(dòng)停止，且能在指定的位置上自動(dòng)停止；升降天線桿的時(shí)間均為43秒鐘，與國(guó)歌的演奏時(shí)間相等，同時(shí)，從桿的最下端上升到頂端；降天線桿不演奏國(guó)歌，同時(shí)，從桿的最上端下降到底端；可以避免誤動(dòng)作，天線桿在最高端時(shí)按上升鍵不起作用；在最低端時(shí)，按下降鍵不起作用；能在指定位置停止，且停止后能繼續(xù)通過按鍵控制天線桿繼續(xù)升或降。幟的升天線桿時(shí)間可實(shí)時(shí)顯示。升天線桿子程序流程圖如圖4.2所示。 返回 升旗

55、 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、LED燈亮 繼電器動(dòng)作、時(shí)間顯示 上升到頂端 降下鍵？ LED燈亮 下降到底端 Y N 返回 圖4.2 升降天線桿處理子程序流程圖 為了實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、繼電器動(dòng)作、語音電路工作、LED發(fā)光二極管輪流點(diǎn)亮，程序?qū)⒉捎肅語言編寫，先把步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)相序表和發(fā)光二極管的十六進(jìn)制值定義成數(shù)組，然后采用循環(huán)語句在循環(huán)中一步一步的查詢數(shù)組中的值來驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、LED發(fā)光二極管輪流點(diǎn)亮，同時(shí)控制繼電器動(dòng)作，進(jìn)而控制語音電路播放國(guó)歌。當(dāng)需要在指定的位置上停止時(shí)，采用C語言的中斷函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)。主程序主要實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能和控制繼電器動(dòng)作。 附錄A 電路原理圖1 附錄B 電路原理圖2