电风扇模拟控制系统设计

1、 目目 录录 第第 1 章章总体设计方案总体设计方案.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1 设计原理.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.2 设计思路.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.3 实验环境.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第第 2 章章 详细设计方案详细设计方案.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.1 主程序设计.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.2 功能模块的设计与实现.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第第 3 章章 结果测试及分析结果测试及分析.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.1 结果测试.错误！未定义书签。错误！未定义书

2、签。 3.2 结果分析.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献参考文献.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附录 1：元件清单.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附录 2: 总电路图.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附录 3： 程序代码.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第一章 总体设计方案： 1.1.设计原理：设计原理： 用 4 位数码管实时显示电风扇的工作状态，最高位显示风类：“自然风”显 示“1” 、 “正常风”显示“2” 、 “睡眠风”显示“3” 。后 3 位显示定时时间：动态 倒计时显示剩余的定时时间，无定时显示“000” 。 设计“自然风”,“正常风”和“睡

3、眠风”三个风类键用于设置风类；设计一 个“定时”键，用于定时时间长短设置；设计一个“摇头”键用于控制电机摇头 在整个定时状态下，电路具有允许用户随时自行选择使用“自然风”状态，也可 选择使用“常风”和“睡眠风”状态。 设计过热检测与保护电路，若电风扇电机过热，则电机停止转动，电机冷却 后电机又恢复转动。 2.设计思路：设计思路： 电风扇模拟控制系统设计就是使用单片机来控制电机和一些 LED 、按键，模 拟真实的电风扇的使用，通过设计使电风扇使用便捷更人性化。风类，定时，摇 头都是针对使用者不同需求的设计。过热保护是对安全性要求的设计。 硬件方案： 根据设计的要求可知，系统的硬件原理框图如图 1

4、.1 所示。 档位及定时显示 电机控制模块 按键输入 单片机系统过热检测模块 图 1.1 系统的硬件原理框图 本系统由五个模块组成，分别是输入模块、显示模块、电机控制模块、过热 保护模块以及单片机控制系统。其中单片机控制系统是核心，它通过处理输入的 各种数据信息来对其它模块发出指令，进行相应的操作。输入模块由 5 个按键组 成，分别控制电机的风速、正反转和定时时间。显示模块由 8 位共阴数码管组成， 显示定时时间和风速。过热保护模块由 ADC0809 和外围电路组成，通过设定电 压初始值使电机超值停转并且相应二极管发光报警。电机控制模块由 L298 和其 它的元器件组成，它主要是放大输入信号的

5、倍数，用来驱动电机。 保护电路的选择：选用 ADC0809 作为过热保护电路的核心部件，假设先设 定一个标准电压值，通过 0-5V 模拟电压输入进行模数转换，如果数据超过标准 值则单片机对电机进行相应操作，使电机启停。 控制核心的选择：采用单片机作为控制核心，以软件编程的方式进行风速判 断，并在端口输出控制信号。 显示电路的选择：采用八位共阴数码管显示电机状态，动态扫描显示方式 3.实验环境：实验环境： 本实验用的单片机为 MCS-51 单片机，其硬件原理图如下： 本实验中用到的引脚有 p1 口的八个引脚，分别与八个开关相连，其中 p1.0 是用来控制电 风扇的自动挡，p1.1 用来控制电风扇

6、的手动挡。P1.2 置于高电平是启动定时装置。P1.3 与 p1.4 是用来控制风速的类型（常风，睡眠风，自然风） 。P1.5 与 p1.6 是用来控制定时的。本 实验的定时采用单脉冲的方式进行定时设置。P1.7 是用来进行复位操作。 本实验采用内驱的方式，通过数模转换的放大电路来驱动电风扇的转动，p3.4 口接脉冲输 入信号，p3.3 口接入单脉冲。 第二章第二章 详细设计方案：详细设计方案： 2.1 主程序的设计：主程序的设计： 软件所要实现的功能有：按键响应，对模数转换的控制，对数据的处理和传 送显示的数据。主程序包含初始化、调用A/D转换子程序和调用显示程序，其流 程图如图所示： 摇头

7、？ Y 开始 显示 初始化 Y 占空比 1:3 自然风？ N 常风？ N Y 占空比 3:1 Y 占空比 1:5 睡眠风？ N Y 进入定时 程序 定时？ 开摇头 N N 电机过热？ 关电机 关中断 显示过热 N 图2.1 主程序流程框图 主程序经初始化后，开始四位数码管显示的是“0000”电机停转。然后进入 按键扫描程序，依次对自然风、常风、睡眠风进行扫描，单片机I/O口输出相应 的占空比方波，当为自然风时，数码管最高位显示“1” ，当为常风时，数码管最 高位显示“2” ，当为睡眠风时，数码管最高位显示为“3” 。当有定时键按下时， 转到定时器T0中断程序进行。当有摇头键按下时，高低电平翻转

8、，电机开始反转。 2.1 模数转换原理介绍：模数转换原理介绍： 模数转换工作原理是：首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁 存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼 近寄存器复位。下降沿启动 A/D 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在 进行。直到 A/D 转换完成，EOC 变为高电平，指示 A/D 转换结束，结果数据已 存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当 OE 输入高电平时，输出三态门打开。 转换数据的传送 A/D 转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据 传送的关键问题是如何确认 A/D 转换的完成，因为只有确

9、认完成后，才能进行传 送。为此可采用下述三种方式4。 （1）定时传送方式 对于一种 A/D 转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。 例如 ADC0809 转换时间为 128s，相当于 6MHz 的 MCS-51 单片机共 64 个机器 周期。可据此设计一个延时子程序，A/D 转换启动后即调用此子程序，延迟时间 一到，转换已经完成了，接着就可进行数据传送。 （2）查询方式 A/D 转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如 ADC0809 的 EOC 端。因此 可以用查询方式，测试 EOC 的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据 传送。 （3）中断方式 把表明转换完成的状态信号

10、（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数 据传送. 2.2 电机调速与控制模块设计电机调速与控制模块设计 本次实验的电机转速的控制并没有按照传统上采用 pwm 来调速，而是采用了 中断的控制方式。通过不同的时间区间来实现一次中断控制来实现电风扇的调速 功能，p3,3 口与单脉冲口相连，用于产生脉冲，p3.2 口与脉冲输出相连，用来驱 动电风扇，使电风扇转动。如何实现他的不同转速，通过不同的中断时间产生脉冲而实 现的。 本实验无论是对电风扇的风速控制，还是对电风扇的定时控制，都是通过开 关来实现的 2.3 显示与控制模块设计显示与控制模块设计 本系统设计采用 4 位共阴数码管显示电路，在设计

11、 4 位 LED 显示时，为了 简化电路，降低成本，采用动态显示的方式，4 个 LED 显示共用一个 8 位的 I/O 而将其相应的段选线并联在一起，由一个 8 位的 I/O 口控制。 采用内驱的控制方式，译码显示电路将档位和定时时间的输出状态经显示译 码器译码，通过 4 位 LED 七段显示器显示出来。到达定时时间电机停止转动同 时定时时间变为 0。P2.5 口接一个发光二极管，当电压值超压时二极管灯亮实现 报警，此状态下，无论定时时间和风速键是否按下，电机都处于停止状态。 2.4 A/D 转换测量子程序流程图设计转换测量子程序流程图设计 由于 ADC0809 在进行 A/D 转换时要用到

12、CLK 信号，而此时的 ADC0809 的 CLK 是接在 AT89C52 单片机的 P2.4 端口上，也就是要求从 P2.4 输出 CLK 信号 供 ADC0809 使用。因此产生 CLK 信号的方法就的使用软件来产生了；由于 ADC0809 的参考电压 VREF=VCC，所以转换之后的数据要经过数据处理。然后 和设定的参考值比较，而实际显示的电压值的关系为。其流程图如图 2.4 所示。 Y 地址数小于 8？ N A/D 转换结束？ 结束 N 开始 ADC0809 地址加一 取数据 Y 启动测试（TESTART) 图 2.2 A/D 转换测量子程序流程图 2.4 定时器定时器 T0 中断程序

13、流程图设计中断程序流程图设计 定时器T0是用来对定时时间进行控制的，结合数码管动态显示，首先给T0设 置工作方式和初始值，由于它不可重装，所以在主程序中必须再次定义它的初始 值。其流程图如图2.3所示： Y 定时时间减一秒 定时到了吗? Y 置初值 置初值 中断返回 数码显示 电机停 关中断 N 1s 到了吗? N 开中断 图 2.3 T0 的中断流程示意图 第三章第三章 结果测试及分析：结果测试及分析： 图 3.1 是强风键按下时状态，数码管显示为 1，无定时时间。ADC0809 显示 电压值为 1.95V,电机不发热，正常转动。 图 3.1 强风仿真时电路示意图 图 3.2 是正常风键按下

14、时状态，数码管第一位显示为 2，无定时时间。ADC0809 显示电压值为 1.95V,电机不发热，正常转动。 图 3.2 正常风仿真时电路示意图 图 3.3 是睡眠风键按键按下时状态，数码管第一位显示为 3，无定时时间。 图 3.3 睡眠风仿真示意图 图 3.4 是强风按键按下时状态，数码管第一位显示为 1，定时时间为 15ms。ADC0809 显示电压值为 1.95V,电机不发热，正常转动。 图 5.5 是自然风按键按下时状态，数码管第一位显示为 3，定时时 间为 15ms。ADC0809 显示电压值为 1.95V,电机不发热，正常转动。 图 3.4 强风状态下定时示意图 参考文献参考文献

15、1谢维成.单片机原理与应用及 C51 程序设计M.清华大学出版社,2009.7 2谢自美.电子线路设计.实验.测试M.华中科技大学出版社,2002.6 3马忠梅等.单片机的 C 语言应用程序设计M.北京航空航天大学出版社,2003.11 4楼然苗等.单片机课程设计指导M.北京航空航天大学出版社,2007.7 5张永枫.单片机应用实训教程M.西安电子科技大学出版社,2005.2 附录附录 1 1 元件清单：元件清单： 本实验需要用到的器件有：lab8000 电路板，电风扇，加上导线若 干。 附录附录 2 2 总电路图：总电路图： 附录附录 3 3 程序代码：程序代码： #include #inc

16、lude #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define DA0832 XBYTE0 x8000 #define DXLED XBYTE0 x9004 #define WXLED XBYTE0 x9002 sbit Mode1=P10; sbit Mode2=P11;/模式控制，00 关闭，01 手动，10 自动，11 待定 sbit TimerMode=P12;/计时模式 sbit VMode1=P13; sbit VMode2=P14;/档位控制，00 为 0，01 为 0 xb4,10 为 0

17、xd4,11 为 0 xff sbit CountTime1=P15;/+1min sbit CountTime2=P16;/+10min sbit TimeCLR=P17;/CLR uchar code DTable=0 x3F,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x76,0 x79,0 x38,0 x3e,0 x00; uchar code WTable=0 x20,0 x10,0 x08,0 x04,0 x02,0 x01; uint vel=10,11,12,12,0,13; uint time=0;/设置时间

18、 uint Ntime=0;/实际过去时间 uint calsp;/10 毫秒计时中间量 uint counter=0;/速度计次 uint speed;/速度 uint msec;/50 毫秒中间量 uint AutoMode=0;/自动标志 uint changeV=0; void delay(uint t); void display(); void SpeedC(); void TimerSet(); void InitLED(); void Auto(); void main(void) DA0832=0 xa0; TMOD=0 x11; TH0=0 x0D8; TL0=0 x0F0

19、; TH1=0 x3C; TL1=0 x0B0; EA=1; EX0=1; IT0=1; ET0=1; TR0=1; ET1=1; EX1=1; IT1=1; TR1=1; InitLED(); time=0; Ntime=0; counter=0; AutoMode=0; changeV=0; while(1) display(); void InitLED() vel0=10; vel1=11; vel2=12; vel3=12; vel4=0; vel5=13; void display() WXLED=WTable0; DXLED=DTablevel0; delay(2); WXLED

20、=WTable1; DXLED=DTablevel1; delay(2); WXLED=WTable2; DXLED=DTablevel2; delay(2); WXLED=WTable3; DXLED=DTablevel3; delay(2); WXLED=WTable4; DXLED=DTablevel4; delay(2); WXLED=WTable5; DXLED=DTablevel5; delay(2); void SpeedC() if(VMode1) if(VMode2) vel3=3; DA0832=0 xff; if(!VMode2) vel3=2; DA0832=0 xd4; if(!VMode1) if(VMode2) vel3=1; DA0832=0 xb4; if(!VMode2) vel3=0; DA0832=0 xa0; void delay(uint t) uint i,j; for(i=0;it;i+) for(j=1;j=100) speed=counter; counter=0; calsp=0; vel5=speed%10; vel4=speed/10; void Timer1() inte