本系统采用AT89C51单片机作为主控制芯片，采用光电传感器检测旗帜高度，使用H型驱动电路驱动直流电机，利用8255A和相关电路实现键盘，显示功能， 完成了升降旗控制的基本要求。系统具有集成度高，操作简单方便等特点，能够快速、稳定、安全、可靠地对国旗升降进行智能化控制。

一、设计要求

(1)按下“上升”按键后，国旗匀速上升，同时流畅地演奏国歌；上升到最高端时自动停止上升，国歌停奏；按下“下降”按键后，国旗匀速下降，降旗的时间不放国歌，下降到最低端时自动停止。为避免误动作，国旗在最高端时，按上升键不起作用；国旗在最低端时，按下降键不起作用。

(2)升降旗的时间与国歌的演奏时间相等，为43秒钟，同时旗从旗杆的最下端上升到顶端。

(3)数字即时显示旗帜所在的高度，以厘米为单位，误差不大于2厘米。不论旗帜是在顶端还是在底端，关断电源之后重新合上电源。旗帜所在的高度数据显示不变。

(4)半旗状态。升旗时，按上升键奏国歌，国旗从最低端上升到最高端之后国歌停奏，然后自动下降到总高度的2／3高度处停止；降旗时按下降键，国旗先从2／3高度处上升到最高端，再自动从最高端下降到底之后自动停止，国歌停奏。

(5)具有无线遥控升、降旗及停止功能。

二、系统方案

2.1 系统方案

本系统可以划分为控制部分、高度检测部分、国歌演奏部分和电机驱动等四大部分。其中，控制部分包括控制器单元、显示单元、键盘单元、电机控制单元、状态标志单元和存储单元等。系统总体方框图如下图所示。

(1)存储器、控制器单元。存储芯片采用12C总线标准的容量2K的外部存储芯片24C02，它内含256×8位存储空间，具有工作电压宽、擦写次数多、写入速度快等特点。采用传统89C51作为控制核心，51系列单片机不仅价格低廉，使用简单，而且功能较齐备，运行速度适中，控制相对简单，在外扩设备的协助下，完全满足系统的设计要求。

(2)电机驱动单元。

采用普通直流电机，直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广，过载能力强，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，能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，并且电路相对简单，价格低廉，可以满足本系统要求。采用继电器组成H型电机驱动电路，H型电路可以简单地实现转向的控制。电子开关的速度很快，稳定性也很强，减少了硬件电路的复杂性。

(3)输入、输出显示单元。采用8255可编程接口芯片。8255属于Intle8080／8088系列的通用可编程并行输入／输出接口芯片。它也可以和MCS-51单片机系统接口，以扩展MCS-51系统的I／O口。这样可完成单片机与外设的数据传送。本系统显示使用传统的数码管，数码管具有低功耗、防晒、防潮、防高(低)温等特点，同时精度比较高，操作简单。

(4)国歌演奏单元。采用用汇编语言根据国歌乐谱编写音乐程序，与采用语音芯片板相比，降低了开发成本，此方法简单易行，且完全可以达到系统设计要求。

(5)光电检测单元。采用光电传感器，光电传感器接收红外辐射后，由于红外光子直接把材料的束缚态电子激发成传导电子，由此引起电信号输出，信号大小与所吸收的光子数成比例，且这些红外光子能量的大小，必须满足一定的要求，才能激发束缚电子，起激发作用。光电传感器受外界影响比较小，抗干扰能力比较强。

2.2 系统硬件组成

根据以上方案分析，该国旗升降控制系统控制器我们采用89C51单片机为控制核心，并附加外部数据存储器及信号采集与处理电路、控制电路、显示电路等共同组成。其框图如下图所示。

本系统硬件电路原理图见下图。

三、系统软件设计与编程

控制器软件使用单片机汇编语言，采用状态矩阵单元化程序思想来设计，程序是在Windows XP环境下采用Keil软件编写的。为便于程序的分析和使用，将软件划分成若干单元，主要包括主程序、系统初始化程序、显示子程序、上升子程序、下降子程序、半旗子程序、自动服务子程序等。

3.1系统主程序

在主程序中，首先设置堆栈，对扩展电路、89C51内部的RAM及各寄存器初始化，并设置有关标志。然后，系统自检，显示开机提示符，读键盘，并根据设置的标志位转到各级处理子程序。其主要流程如下图所示。

3.2 自动运动控制程序

自动运动控制程序，用于实现旗帜的升降运动，主要完成预定值的输入，设定高度与即时高度的比较，进而驱动电机正转、反转、停转等功能。其程序框图如下图所示。

3.3外部中断1服务程序

中断服务程序完成对脉冲累加，处理得到旗帜的实时高度。40H 中累计脉冲个数，41H,42H，44H中以厘米为单位分别存放高度的百位，十位，个位。根据标志位来完成高度的增一或减一，最后将高度送显示缓冲区。外部中断1服务程序框图如下图所示。

文采用AT89C51单片微处理器做主控芯片，配上相应的外部接口电路，设计了国旗升降控制系统。系统设计过程中，力求硬件线路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，使系统具有集成度高，操作简单方便等特点。经过对升降时间、升降高度、国歌演奏时间、降旗三分之二高度等的测试，系统完全达到了设计要求。