毕业设计USB迷你可调速风扇设计

1、1 广州大学松田学院广州大学松田学院 毕业论文（设计）毕业论文（设计） 题题 目目 usbusb 迷你可调速风扇设计迷你可调速风扇设计 二二一三一三 年年 六六 月月 2 usbusb 迷你可调速风扇设计迷你可调速风扇设计 摘要：摘要：在这几年来，直流驱动控制作为电气传动的核心在现代化生产和生活需求中显得越来越重要。 一直以来，由于直流电机具有调速性能好、起动和制动转矩大、易于控制和可靠性较高等特点，因 其长期以来在电气传动领域中占有重要位置。它在直流电动工具、机械和家电设备中广泛应用，尤 其在风扇方面，随着全球气温的升高，在现代化生产机械、家用电器及电脑对风扇的需求越来越强 烈，这对提高风扇

2、性能的要求越来越高。因此，设计 usb 迷你可调速风扇起着举足轻重的作用。 本设计是以单片机为核心的 pwm 占空比输出的直流调速系统的风扇，其特点是用单片机代替速 度调节器、电流调节器及模拟触发器等硬件设备。由 usb 接口对整个模块提供电源，从而实现系统 的多级调速，其大部分是由键盘输入信号传给单片机，此时主要由数码管显示，单片机进行逻辑判 断和复杂运算后，输出 pwm 信号控制于直流电机转速，使用红外对管进行黑白信号检测来反馈电机 的运转速速。其中，通过 usb 接口统一给电机（电扇）提供电源。程序是使用 c 语言来编写的，实 验结果显示，0 到 100r/min 是理想的调速范围。 关

3、键词：关键词：直流电机，直流调速，单片机，pwm,usb 3 usb mini speed-adjustable fan design abstract: in recent years, dc-driving control as the core of electric drive in modern production and living needs more and more important .because dc motor has good speed performance, starting and braking torque, easy control and re

4、liability higher characteristic ,so it is long time in the field of electric drive occupies an important position .it is widely used in the dc electric tools, mechanical and electrical equipment ,especially in term of fan. as global temperatures rise, the modernization of production machinery ,house

5、hold appliances and computer more and more demand for fan, the fan performance is required more and more high .therefore ,the design of usb mini adjustable speed fan play a decisive role. the design is based on single-chip microcomputer as the core of the pwm duty ratio fan speed control system of d

6、c output ,features is used instead of the speed regulator and analog trigger hardware .the whole module is powered by usb interface ,multistage speed so as to achieve system ,most of them are from the keyboard input signal to the single-chip ,then it is mainly composed of digital tube display ,after

7、 single-chip micro-computer for logic and complex operation ,the output pwm signal controls the speed of dc motor, it is used of infrared black-and-white signal detection of pipe to feedback the motor running quickly, among them, through the usb interface to provide power motor(fan).the program is u

8、se to c language to write ,the experimental results show 0 to 100r/min is the ideal speed range. keywords: dc motor ，dc speed regulation ，single-chip ，pwm ，usb 4 目目 录录 1.1.绪论绪论.5 5 1.1.选题的背景.5 1.2.选题意义.5 2.2.整体方案设计整体方案设计.5 5 2.1.系统整体设计.5 2.2.系统框图.5 3.3.元器件介绍元器件介绍.5 5 3.1.单片机控制系统.5 3.2.at89s52 单片机 .5

9、 3.3.三极管 9012 介绍.5 3.4.独立键盘的介绍.5 4.4.硬件电路模块硬件电路模块.5 5 4.1.单片机工作电路.5 4.1.1.单片机最小应用系统.5 4.1.2.电源电路.5 4.1.3.晶振电路.5 4.1.4.复位电路.5 4.2.键盘输入电路.5 4.3.逻辑延时电路（消抖）.5 4.4.续流电路的设计.5 4.5.红外测速部分电路的设计.5 4.6.电机控制电路设计.5 4.7.pwm 简单介绍 .5 4.7.1.pwm 调速原理 .5 4.7.2.pwm 调速方法 .5 4.8.h 桥的原理分析 .5 4.9.显示设计.5 5.5.软件设计软件设计.5 5 5.

10、1.keil软件介绍 .5 5.2.总体程序设计分析与流程图.5 5.3.按键子程序分析.5 5.4.电机驱动子程序分析.5 6.6.系统调试系统调试.5 5 6.1.电路调试.5 6.2.整机调试.5 7.7.总结总结.5 5 参考文献：参考文献：.5 5 5 致谢致谢.5 5 附录附录.5 5 附录 1 整体系统电路原理图.5 附录 2 程序.5 6 1. 绪 论 1.1.选题的背景 usb 迷你可调速风扇，指的是通过台式电脑或笔记本电脑的 usb 接口通电来实现风 扇转动的迷你风扇，其直接通过一根细长的波纹管连接 usb 口，只要插入台式电脑或笔 记本电脑的 usb 接口立即产生习习凉风

11、，无需外接电源，且可以调速。usb 风扇的扇叶 是采用软质材料制作的，即使旋转速度很快，但绝对是安全的，噪音较小，携带方便。 随着生活质量的提高，人们应用单片机越来越广泛，它具有体积小、重量轻、性价 比高、抗干扰能力强、集成度高等特点，特别是适用于微型的控制系统。且通过单片机 控制的 usb 迷你可调速风扇，实现了风扇速度调节的智能化，与普通的风扇系统相比， 其具有重要的现实意义。 1.2.选题意义 这几年来，随着全球气温升高，天气越来越热，市面上生产的机械零件和日常生活 中的家用电器与发热问题息息相关，如何解决散热问题成为热门的话题，尤其是家用电 器，其中空调和风扇是最普遍应用。 空调具有快

12、速冷却室内的温度，但价钱昂贵、体积大、耗电量大及导致空气不流通 等缺点。因此，在当今社会，风扇越来越受市场的热销，其中风扇有电风扇和空调扇两 种，电风扇价格便宜、风量较大及选择型号多等优点，但体积较大，降温不是很明显； 而空调扇耗电低、具有冷暖风的功能，但不适合于大面积制冷和温度高的地方使用。 本系统设计的风扇跟以上各种风扇有明显的不一样，重点是解决电脑散热问题，首 先是使用 usb 接口供电，即插即用，无需直接插电；其次是具有可调速的功能，根据电 脑的发热程度去改变风扇，从而降低电脑 cpu 的工作温度，而市面上的电脑散热器都是 恒速的；最后是价格低、体积小及携带方便等优点。因此，设计一个

13、usb 接口可调速迷 你风扇具有重要的意义。 7 2. 整体方案设计 2.1.系统整体设计 本系统设计实现一个可调速控制的迷你风扇，利用直流电机带动扇叶运转，由于这 里没有装上扇叶，可直接用硬纸片来代替，开始用 usb 接口给单片机及整个系统提供电 源，设置各段运行的参数由键盘部分实现，通过数码管显示出来，输出 pwm 由单片机控 制，占空比的改变是由定时器的中断来实现，因此，占空比的改变也导致 pwm 输出控制 电机运转速度的改变，此时使用红外对管来检测电机的运转速度，从而反馈到单片机， 进行进一步的修改。其中，单片机系统采用 at89s52 型。 主体电路：利用单片机的 pwm 对电机进行

14、控制。该电路主要由单片机的外部中断、 定时器及 i/o 端口等控制电机的速度，既能调整电动机的正反转，也能对风扇进行智能 的控制。同时是由单片机输出的脉宽可调的脉冲信号再输入到 l298 驱动芯片，从而实 现对直流电动机运转的控制。该 pwm 控制系统是由下面的电路模块组成： 系统的输入：使用独立键盘对风扇速度的控制，正反转，复位。 输出控制：主要由单片机的外部中断扩展电路组成。以及 pwm 模块是由 l298 直流 电机驱动模块和风扇组成。 系统显示模块：主要由数码管显示，显示在该 pwm 脉宽调制占空比下对应电动机的 转速。 2.2.系统框图 本系统设计的电路框图是由电机驱动模块，单片机系

15、统（at89s52 型)，电源模块， 显示模块，直流电动机组成，各部分之间的关系由图 1 所示。单片机系统是本设计的大 脑，电源模块是由 usb 接口电路作为单片机提供电源，显示模块由数码管作为显示直流 电机速度，键盘控制是用来控制电机的加减速，检测电路是用来检测直流电机的转动速 度，由于单片机驱动的能力有限，则必须采用驱动电路对直流电机和数码管进行驱动。 8 电电机机驱驱 动动模模块块 单单片片机机 系系统统 显显示示模模块块 直直流流电电动动机机电电源源模模块块 图 1 系统框图 9 3. 元器件介绍 3.1.单片机控制系统 本设计中选用的是 at89s52 单片机，使用精简指令集结构，配

16、置内部 12 兆赫兹晶 振，运行速度较快，内部定时器计数器和中断资源丰富，利用单片机的定时器和计数器 来进行 pwm 的调制，可随意控制直流减速电机，32 个 i/o 接口，能丰富拓展外设。 3.2.at89s52 单片机 at89s52 单片机具有低电压、低功耗、高性能 cmos8 位的一款单片机，其片内有 8kb 的 flash 可编程可反复擦写的只读程序存储器，器件的制造是选择非易失性存储器、 cmos 工艺及 atmel 公司的高密度的技术，其指令系统都和输出引脚和 mcs-51 兼容。所 以，at89c52 单片机是一项灵活性高、功能强及性价比高的单片机，在各个控制领域广 泛应用，a

17、t89s52 引脚说明如图 2 所示。 at89s52 的主要性能： 1.外部双向输入，输出（i、o）口有 32 个； 2.全表态工作 ：024hz； 3.8kb 可改编程序 flash 存储器； 4.256x8 字节内部 ram； 10 图 2 at89s52 引脚说明 3.3.三极管 9012 介绍 9012 是一种非常常见的晶体三极管，在收音机及各种放大电路中经常看到它，应用 范围很广，是 pnp 型小功率三极管，其特性如图 3 所示。 图 3 三极管的特性 11 三极管除了具有作为交流信号放大器的功能之外，也有具有开关的功能来使用。一 般对硅三极管而言，其基射极接通的电压值约 0.6v

18、 左右，如果想要三极管截止的话， 必须使 ube 少于 0.6v，以便三极管的基极电流为 0。在一般情况下，为了确定三极管处 于截止状态的情况下，一般 ube 值少于 0.3v。所以当输入电压越接近 0 时，就越能保证 三极管开关肯定处于截止状态。想要把电流输送到负载上，就会把三极管的集电极与射 极短路，就类似于机械开关的闭合动作。所以当 ube 比较大时，才能驱动三极管处于饱 和工作区工作状态。三极管处于饱和状态时，这时集电极电流比较大，几乎让整个电源 电压驮在负载电阻上，这样的话 uce 约为 0，使得三极管的射极和集电极几乎处于短路 状态。在理想情况下，依据欧姆定律，三极管处于饱和状态时

19、，其集电极电流为 u i r ，所以基极电流为: = cc c ld v i r 饱和 = c sat cc b ld i v i r 饱和 3.4.独立键盘的介绍 键盘的种类多种多样，按照结构原理可分为触点式和无 触点式两类，现在在微机系统中常用触点式；在接口原理方 面，又分为全编码键盘和和非编码键盘两类，前者是通过硬 件来实现按键的识别，后者主要由软件来实现键盘的识别和 定义，由于使用全编码键盘需要很多硬件及价格昂贵，则非 编码键盘使用方便和经济实惠，所以在单片机系统中广泛应 用。 非编码键盘又可以分为独立键盘和矩阵式键盘，在本系 统设计中采用独立键盘，由于独立键盘的每一个按键的电路是独立

20、的，占用一条数据线， 其优点是只要通过检测输入线的电平状态，则可判断该键是否被按下。 图 4 独立键盘 12 4. 硬件电路模块 本系统设计 usb 迷你可调速风扇系统面板有一个，分为单片机工作电路，数码管显 示电路，正方转的电路，续流电路，红外检测电路。 4.1.单片机工作电路 4.1.1.单片机最小应用系统 单片机的最小应用系统是指用最少的元件组成的单片机能运行工作的系统。单片机 的最小应用系统是由电源电路、时钟电路和复位电路组成。其中，电源电路主要是为单 片机正常工作时供电（5v） ；时钟电路即单片机系统中的各个部分在统一的时钟脉冲控 制下工作；复位电路确定单片机工作的起始状态，完成单片

21、机的启动过程。其单片机的 最小系统的原理图如图 5 所示。 图 5 单片机最小系统 13 4.1.2.电源电路 vbus 1 d- 2 d+ 3 gnd 4 j1 usb 2 1 3 5 6 4 k1 d1 led 1k r5 gndvcc + 10uf c1 104 c2 gnd vcc gnd 1 2 3 4 5 6 p6gnd 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 p7 gnd vcc 图 6 电源电路 图 6 中的 p6，p7 作为排针，主要是为了调试电路时用。使用 usb 提供电源，即插 即用，通用性强。其中 usb 接口的电压为 5v，符合设计要求。 4.1.3.晶振电路 时钟

22、信号由两种方式产生：即内部时钟方式和外部时钟方式，前者是利用芯片内部 的震荡电路来产生时钟信号，后者通过单片机外部电路产生的时钟信号。本系统设计采 用的是内部时钟方式，连接方式如图 7 所示。晶振的频率范围可选择在 1.2mhz 至 12mhz，c4、c5 为晶振的负载电容，分别接在晶振的 xtal1、xtal2 脚上和对地的电容， 由于 c4、c5 对频率有微调作用，所以其取值为 30pf 左右。 图 7 晶振电路 4.1.4.复位电路 复位电路的功能是当系统上电时，负责提供复位信号的作用，直至系统电源稳定后 才撤销复位信号。所以复位电路是作为保证电路稳定可靠工作的前提。一般单片机系统 14

23、 正常工作的电源为 5 伏。 复位电路的工作原理如 8 所示（引出端接到单片机 res 端口） ，vcc 上电时，电容充 电，这时 10k 电阻上出现电压，从而实现单片机复位；大概 5ms 后，电容充满，这时在 10k 电阻上电流降为 0，则电压也为 0，使得单片机进入工作状态。在工作期间，按下开 关 s，电容放电。断开开关 s，则电容又开始充电，这时 10k 电阻上出现电压，实现单 片机复位。大概 5ms 后，单片机进入工作状态。 图 8 复位电路 4.2.键盘输入电路 本系统设计采用的是独立键盘，当按下键盘时是低电平，当不按的时候是高电平， 在人为操作键盘时会发生抖动。为了克服这个缺点，在

24、软件方面采用消抖延时电路。 4.3.逻辑延时电路（消抖） 操作按键的通和断时，往往会出现触点抖动现象，如图 10 所示,用手按下时，可能 会因为周围环境存在灰尘、氧化物质、人体颤抖等原因不能直接导通，所以产生了震荡 电路。即当按下时，不仅仅是电平的变化，更是一系断开闭合的方波。因此，引入消除 抖动电路显得非常重要，其可通过硬件或者软件来解决。 u1 10k r4 12 34 s2 + 10uf c3 vcc gnd rst 图 9 rc 复位的时间电压图 15 图 10 抖动原理图 通常，键数较少时可采用硬件方法消除按键抖动，方法如图 11 所示：利用电容的 放电延时，采用并联电容法。 图 1

25、1 硬件消抖电路 本设计使用的按键有 4 个，采用软件消抖，软件消抖主要是添加一个延时程序,按 下按键后开始延时，延时 20ms 后（抖动期过后） ，仍然检测为按下，就说明真的按下， 并且只按一次。 4.4.续流电路的设计 由于电机具有较大的感性，而电流又不能突变，如果突然将电流切断，将会在功率 管两端产生巨大的电压，则会损坏器件。我们应用二极管来续流，利用二极管的单向导 通性的特点。依据电机的电流和 pwm 的频率来选用二极。二极管必须要具备足够的电流 16 承受能力和恢复时间。 为保护芯片而加上续流电路，其电路原理图如图 12 所示： 图 12 续流电路 4.5.红外测速部分电路的设计 如

26、右图 13 所示,在红外测速模块，发射二极管的电流是由 r6 来限制。假如发射管的 电流大，那么发射的功率大，但绝对不能超过它的极限电流，其极限输入正向电流为 50ma。其优点是采样速度快，采样精确，范围广等特 点。电扇的转动叶片在转动时遮挡红外光，在转动时 的叶片的旁边的缝隙，通过电扇的叶片经过转动一个 周期之后，则红外光通过缝隙被光敏接收器接收。则 会产生一个脉冲信号，其经过处理后再通入单片机计 数，在一定的计数时间 t 之内，则转速为，其中 n n t 为计数的脉冲个数，通常 t 为 60 秒，因此转速 n=n（转/分）。 4.6.电机控制电路设计 通过调节直流电机的电压可以改变电机的转

27、速，但是我们设计的电源大都是固定的 电压，且模拟可调电源不易于单片机控制，但数字可调电源设计麻烦。所以本系统设计 图 13 红外测试电路 17 用脉宽调制（pwm）来实现调速。方波的有效电压跟电压幅值和占空比有关，我们可以 通过站空比实现改变有效电压。一般用软件模拟 pwm 有延时和定时两种方法，延时方法 占用大量的 cpu，所以这里采用定时方法。 4.7.pwm 简单介绍 pwm 的全名为脉冲宽度调制，其英文全称为“pulse width modulation”，简称为 脉宽调制。其使用微处理器输出的数字从而控制模拟电路的一种方法，广泛应用于通信、 功率控制与变换及测量等领域。其具有主电路简

28、单、抗干扰性好、工作稳定和调速范围 宽等优点。 4.7.1.pwm 调速原理 在调整系统的 pwm 驱动控制下，其中电源的接通和断开是按照固定的频率进行的， 且根据需要改变一个周期内“接通”与“断开”的时间长短。控制电动机的转速是通过 改变直流电机电枢上电压的“占空比”，从而改变平均电压的大小来达到目的。所以， pwm 又被称为“开关驱动装置”。其中，。= 高电平所占周期时间 占空比 整个周期时间 如图 14 所示，在脉冲作用下，当电机通电时，则速度变快；相反，当电机断电时， 则速度逐渐变慢。在一定的规律情况下，改变通、断电机的平均速度是可以控制。 设电机一直接通电源的情况，则电机转速最大为

29、vmax，设占空比为 d=t1/t，则电 机的平均速度为 (5.1) maxd vvd 式中，vd 为电机的平均速度；vmax 为电机全通电时的速度（最大）。 由 5.1 式得知，当改变占空比 d=t1/t 时，相应地可以得到不同的电机平均速度 vd，从而达到调速的目的。 18 图 14 电枢电压占空比与平均电压关系 4.7.2.pwm 调速方法 产生 pwm 信号的方法即软件和硬件方法，因为后者模拟电路结构复杂。所以本系统 设计使用软件方法。其方式有定时器和软件延时两种方式。本系统设计使用定时器作为 脉宽控制的定时方式，其产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个 us。采用软件延时方 式，这一方

30、式在精度上不及定时器，特别是在引入中断后，将有一定的误差。所以，采 用定时器中断更适合。 4.8.h 桥的原理分析 通常利用 h 桥电路来实现调速。如下图 15 所示为一个典型的直流电机控制电路。 由 4 个三极管组成 h 的 4 条垂直腿，则电机为 h 中的横杠（注意：图 15 及随后的两个 图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。 如图 15 所示，由一个电机和 4 个三极管组成的 h 桥式电机驱动电路，想要电机运转， 则需要将对角线上的一对三极管导通，根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左 到右或从右到左流过电机，从而实现控制电机的转向。 19 图 15

31、 h 桥驱动电路 实现电机运转，则需要将对角线上的一对三极管导通。如图 16 所示，首先，当 q1 管和 q4 管导通时，则电流从电源正极经 q1 从左到右流过电机，其次再经 q4 回到电源负极。 如图中电流箭头可知，其流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管 q1 和 q4 导通时， 电流从左到右穿过电机，从而实现驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺 时针方向）。 图 16 桥电路驱动电机顺时针转动 实际电路图如图 17 所示： 20 图 17 实际电路 4.9.显示设计 led 数码管的基本单元为发光二极管，是一种半导体发光器件，对其各个不同的管 脚输入相对的电流，则可以使其发亮

32、，从而以数字形式显示出来。 根据段数，则数码管可以分成 2 部分，即七段数码管和八段数码管，则两者的区别 是八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示） ；然而根据能 显示多少个“8”又可以分为 1 位、2 位、4 位等数码管；根据发光二极管单元连接方式， 数码管可分为共阳极数码管和共阴极数码管。其中，所谓共阳极数码管是指把全部发光 二极管中的阳极接到一起的一种数码管。在应用时，一般将共阳极数码管的公共极 com 接到+5 伏，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，则其相应字段就发亮。当某一字 段的阴极为高电平时，则其相应字段就不亮。 所谓动态驱动是把有数码管的 8 个显示笔

33、划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端接在一起， 另外为每个数码管的公共极 com 增加位选通控制电路，由各个独立的 i/o 线来控制，当 单片机的 p2 口输出字形码时，所有数码管都会接收到相同的字形码，由单片机对 p0 位 选通 com 端电路的控制来决定哪个数码管显示字形，因此我们把需显示的数码管的选通 控制打开，该位就能显示出字形，相反，未选通的数码管自然不会亮。 在本系统设计中采用了四位七段数码管，用动态驱动来显示数值，如图 18 所示。 21 图 18 数码管 22 5. 软件设计 5.1.keil 软件介绍 本次设计应用了美国 keil software 公司出品的单片机 c

34、 语言软件开发系统 keil。c 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 用过汇编语言后再使用 c 来开发，体会更加深刻。 keil 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 windows 界面。另 外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 keil 生成的目标代码 效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体 现高级语言的优势。 图 19 keil 软件 简单介绍使用步骤： 第一步：新建工程； 第二步：在工程下保存一个 c 文件，并添加在工程下； 第三步：在 c 文件下编写 c 程序； 第四步：将编写

35、的程序进行编译，并生成 hex 文件。 23 5.2.总体程序设计分析与流程图 开始 键盘输入 是否以# 号结束 驱动电机， 电机开始加 速/减速 显示速度 红外对管检测 速度，反馈给 单片机 速度是 否达到 要求？ 重新按键 输入？ 电机保持 转速 停止 否 否 否 是 是 是 关电机 电源 否 是 图 20 流程图 系统上电复位后，先调用初始化子程序对直流电机各端口相关参数进行初始化， 设置 t0 工作方式控制时间常数。初始化完成后，直流电机处于停止状态，t0 定时器处 24 于关闭状态。然后循环调用读键盘子程序和键盘处理子程序，等待中断，以便实现直流 电机转动控制。 若键盘输入以“#”结

36、束时，在数码管显示电机速度，电机开始转动，若输入不以 “#”结束，重新输入。电机转动时，红外对管检测速度反馈给单片机，若速度不符合 要求，则驱动电机加速或减速，达到要求则保持原速。此时重新按键输入，则重新检测 输入合法性如果输入合法，根据输入新数据进行调速若输入不合法，则检测是否电机电 源已关。 是则程序结束，不是则保持电机转速。在代码编写时 表 1 单片机 i/o 口分配 5.3.按键子程 序分析 首先初始化实际键值参数为 0fh,然后扫描 p2 口与初始值比较,相等则说明没有键按 下,不相等则软件消抖,以便确认是否真的有键按下。延时 10ms 后再次扫描 p2 口,第二 次与初始值比较,若

37、相等则表明前一次比较不相等是由抖动产生,如果相等则表明确实有 键按下。执行键盘之程序里的指令,将相应的变量值改变,为键盘处理子程序做准备。 i/o 口用途 p0显示模块接口,数码管段选 p1键盘模块接口 p2.0p2.6显示模块接口,数码管位选 p3pwm 电机驱动接口 25 5.4.电机驱动子程序分析 定时器中断 0 服务程序的中断时间由当前的转速决定。进入中断程序后，首先要保 护现场再根据当前值设置 th0 和 tl0 的值。然后判断转动方向控制位的值如果是 0 则控制脉冲信号 p1.0、p1.2 输出如果是 1 则控制脉冲信号 p1.1、p1.3 输出。最后恢 复现场，返回，等待下次中断

38、。 通过用当前转速控制中断时间控制了脉冲的输出频 率，也就到达了控制直流电机转动速度的目的，通过检测方向控制位的电平，选择脉冲 信号 p1.0、p1.2 与 p1.1、p1.3 间的切换，控制了直流电机各引出端的接通顺序，也就 到实现了直流电机转动方向的控制。 开开始始 设设置置t t0 0时时 间间参参数数 判判断断转转动动方方 向向控控制制位位的的 值值 有有控控制制位位查查 询询出出脉脉冲冲 退退出出 改改变变方方向向控控 制制量量 是是 图 21 电机驱动流程图 26 6. 系统调试 6.1.电路调试 将做好电路板根据元器件清单，如表 2 所示，对焊接上电路板上的元器件进行核对， 然后

39、检查焊接是否虚焊和少焊等情况出现。上电的时候有没有出现冒烟，芯片有没有发 热。如果出现上述情况，就立刻断电。 表 2 元器件清单 元器件名称封装数量 at89s52dip401 40p 座 dip401 33p 电容 08052 11.0592m 晶振 50321 小按键 switch4 10k08054 510 欧姆 08058 220 欧姆 08056 1k08055 10uf 电容 120621 104 电容 120621 三极管 8050 to-922 三极管 8550 to-922 三极管 9013 to-922 4 位一体共阳数码管 digitron 1 光电开关 photoswi

40、tch1 5v 直流电机 1 万用板 1 usb 接口 usb1 27 6.2.整机调试 检测设计方案及原理，用电动机替代风扇，电动机实现转转控制。用红外对管来测 风扇运转速度，快速地将风扇速度信号传送到了单片机。经过单片机处理的风扇转速信 号，通过数码管上显示出来。 具体运行过程： 系统上电后，单片机开始启动，首先先运行初始化程序，初始化各个寄存器的值。 其次运行主程序。未按下键时，单片机 p1 口输出高电平。 当按下键时，int0口产生一个中断，cpu 将跳转到中断程序入口地址，开始执行中 断程序，在中断程序中将对按键进行扫描获取键值，然后根据键值向 p1 口输出不同的 数值，实现对风扇的

41、控制，如表 3 所示。 表 3 转速 n 与 pwm 的占空比的对应表 pwm 的 占空比 10%20%30%40%50%60%70%80%90% 转速 n 1820263252647490104 28 7. 总结 本系统设计是研究 usb 接口可调速风扇的问题，其设计了可调速的基本硬件电路， 通过 51 单片机产生 pwm 信号，从而达到风扇转速的控制，采用程序改变 pwm 信号 占空比实现速度的控制，从而实现风扇转速的无极调速，不需要改变系统硬件电路。 其优点：（1）在转速控制系统中，选择是转速闭环控制，与转速的开环控制相比， 系统会显得更加容易控制和稳定；（2）该系统具有一定的智能性和通

42、用性；（3）经实 验结果显示，其转速能实现无极调速从而达到风扇的调速的效果；（4）在硬件和软件 设计方面上较为优良，与传统的风扇相比，在运行过程中，达到速度稳、噪声低、调速 范围宽的效果；（5）在电机控制系统和单片机系统中通过光耦隔离，从而避免了电机 干扰问题；（6）该系统设计主要是根据传统电风扇的功能进行了一定的改造，实现了 比传统电风扇更具有优良的性能。 该系统需要改进的地方：（1）在设计过程中使用的硬件部件成本相对偏高，从而 造成了整个系统设计的成本也偏高，解决方案是降低硬件电路的成本，从而可以减少整 个系统的设计的成本；（2）该系统的检测电路是使用红外对管对转速进行检测，在检 测时检测

43、的是风扇上的白色部分来实现转速的计数，但在实际应用过程中，其实通过增 加红外对管检测的白色部分的比例，来提高转速检测的精度。 通过查阅大量的书籍和网上的相关资料，领略到风扇转速调节的技术，让我了解到 单片机技术对现代生活的重要性。在设计硬件电路过程中，重点是实现电路的电机驱动 模块、单片机最小系统模块、电源模块、显示模块等电路的性能。而在设计软件程序过 程中，重点是实现单片机的 pwm 信号的产生和检测转速控制。在设计的过程中加强了 自身的动手能力、提高了自身的思维能力和运用专业知识的能力，学会了如何去思考和 解决问题，且在专业知识方面也得到了很大的提高。 29 参考文献： 1李广弟.单片机基

44、础.北京:北京航空航天出版社,2001 2胡汉才.单片机原理及接口技术.北京:清华大学出版社，2003 3马忠梅.单片机的 c 语言应用程序设计.北京:北京航空航天大学出版社，2003 4李东升.protel99se 电路设计教程.北京:电子工业出版社，2007 5刘川来，胡乃平.计算机控制技术.北京:机械工业出版社，2011 6李平.单片机入门与开发.北京:机械工业出版社，2008 7周航慈.单片机应用程序设计技术.北京:北京航空航天大学出版社，1991 8阎石.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社，2009 9童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版社，2006 10张立强.

45、电路原理图与 pcb 板设计 protel99 dxp.北京:科技出版社，2008 11江缉光，刘秀成.电路分析.北京：清华大学出版社，2007 12顾绳谷.电机及拖动基础.北京：机械工业出版社，2007 13康华光.数字电路.北京：高等教育出版社，2005 14behzad razavi.design of analog cmos integrated circuits,2001 15todd charles weigandt.low-phase-noise,low-timing-jitter design techniques for delay cell based vcos and f

46、requency synthesizers,1998 30 致谢 首先,感谢广州大学松田学院电气与汽车工程系的老师对我四年以来的专业技能的 培养，通过这次毕业设计，使我深刻领略到单片机技术领域的广泛应用，这不仅巩固我 单片机的知识，更多的是让我学到很多知识，受益终身。 其次，感谢我的指导老师廖干洲老师，从毕业设计选题、开题报告、电路设计到最 后论文定稿及重复修改等过程，正是有你的悉心指导和精心点拨，我才能顺利完成我的 毕业设计。 最后，感谢我的同学们，给予我莫大的帮助和关怀，有你们的支持和鼓励，我才有 勇气去克服一个个困难和疑惑，谢谢你们！ 31 附录 附录 1 整体系统电路原理图 32 附录

47、 2 程序 源程序代码： /* = 直流电机控制+速度显示 = */ #include /头文件 #define uchar unsigned char /宏定义 #define uint unsigned int #define cycle 10 /定义 pwm 的周期 t 为 10ms uchar code table=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0xff,0 xc6,0 x88;/ /0-9 r 共阳数码管段选数据 /* 端口定义 */ sbit pwm1=p14;/pwm 输出口 1（电机正转） sbit pwm2=p13;/pwm 输出口 2（电机反转） sbit k1=p10;/加速 sbit k2=p11;/减速 sbit k3=p12;/正反转 /sbit w1=p23;/数码管位选 /*/ uchar pwm_on=0;/pwm 高电平时间 uchar count=0; /中断计时 uchar num=0; uchar num1=0; /中断时间计数 uint num2=0; /外部中断次数