基于单片机家用简单变速风扇控制系统的设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业前言电风扇在我国，是80年代兴起的一种小型的家用电器，刚开始其功能单一，耗电量大随着技术的更新，其功能也越来越强大，也越趋于人性化。作为一种老式的家用电器，电风扇具有价格便宜，摆放容易，体积轻巧等优点，由于大部分家庭消费水平的限制，电风扇作为一个成熟家电行业的一员，尤其在中小城市，以及乡村将来一段时间内依然占有市场大部分份额。面对庞大的市场需要的同时，也要提高电风扇的市场竞争力，使之在技术含量上有所提高，使风速不仅功能多样且便于调节，而且更安全可靠。本设计采用单片机作为

2、控制的核心。 面临庞大的市场需求，需要提高电风扇的市场竞争力，使之在技术上有所提高，为此在将要走出学校大门撰写毕业设计时，我选择了基于单片机的风扇控制系设作为我毕业设计的研究课题。大学期间，分别学习了单片机原理及其应用和传感器等课程，对单片机的应用也略知一二，所以在设计课题时，给电风扇赋予了人性化的设计。相信其人性化的设计将大大提高电风扇的市场竞争力。通过电风扇的控制我们实现了电风扇的主要功能：当按下开关键时，风扇以我们设定的一个转速工作，人们可以当天的温度情况，通过风扇转速档位键，选择风扇的转速，以达到所需的风速。同时在LED显示器上显示当前的档位和风速。当人们不用时，可按下开关键选择关闭风

3、扇。摘 要：在日常生活中，单片机得到了越来越多的应用。特别是在小型的自动控制系统应用中，本文基于单片机AT89C51单片机设计了电风扇手动调温系统。通过电风扇的控制我们实现了电风扇的主要功能：当按下开关键时，风扇以我们设定的一个转速工作，人们可以当天的温度情况，通过风扇转速档位键，选择风扇的转速，以达到所需的风速。同时在LED显示器上显示当前的档位和风速。当人们不用时，可按下开关键选择关闭风扇。电风扇的设计以及在生活中的普及，使人们在炎热的夏季得到了凉爽，提高了人们的生活质量。关键词：AT89C51单片机：LED显示器：直流电机Design of the fan control system

4、based on MCUStudent: Huo Guibang（Teacher：Liu Yunxia）Electrical and Information Engineering Departmeng of Huainan Normal UniversityAbstract:In daily life, SCM has got more and more applications. Especially in the application of automatic control system for small, this paper designed the electric fan

5、manual temperature control system based on AT89C51 microcontroller.By controlling the electric fan, we realize the main function of the electric fan: when pressing the switch key, a fan to work a speed set by us, people can through the days temperature, fan speed shift key, select the fan speed, win

6、d speed to achieve the required. At the same time show the current position and velocity in the LED display. When people need not when, can press the key to close the fan.Design of electric fan and popularization in life, so that people get cool in the hot summer, improve peoples quality of life.Key

7、words: AT89C51 microcontroller: LED display: DC motor1基于AT89C51的电风扇的控制系统的总体设计本设计是以51单片机为主要控制核心，用51单片机系统对用户设定信号数据的采集以及分析，能过各种可控型电子元器件对电风扇各种工作状态的控制，以达到用户需求。1.1系统设计的要求本设计以AT89C51单片机为核心，从而建立一个控制系统，从而实现电风弱风、中风、强风（1、2、3、4档）然后显示数字1，2，3，4。1.2系统设计的研究基础PWM是单片机上常用的模拟量输出方法，通过外接转换电路，可以将占空比不同的脉冲转换成不同的电压，以驱动直流电机转动

8、从而得到不同的转速。SPWM（Sinusoidal PWM）法是一种比较成熟的、目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时, 其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断, 使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。占空比的定义：在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。例如：脉冲宽度1s，信号周期4s 的脉冲

9、序列占空比为0.25。在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。在 CVSD 调制中，比特“1”的平均比例。在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。占空比是高电平所占周期时间与整个周期时间的比值，如图1所示。图1 占空比2单片机的风扇系统方案制定2.1 方案提出方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。方案三：采用驱动芯片L298N驱动直流电机。2.2 方案比较方案一但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大

10、；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。方案二这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方案三L298N具有驱动能力强，外围电路简单等优点。2.3方案论证上述比较可知方案三符合现实生活对于安全化，智能化，远控化的要求2.4方案选择经过综合比较论证，该设计最终决定采用方案三进行设计.而PWM工作方式我们采用单极性工作制。因为由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小，所以我们采用了单极性工作制。系统主程序流程图如图2所示：。初始化显示按键是否有按下置占空比1：3按键是否有按下Y置占空比1：6NY

11、N按键是否有按下置占空比1：9 NY结束开始图2 系统主程序流程图系统的电机模块图和定时器T1中断图如图3所示： PWM调制Y按键是否有按下开始NPWM输出速度显示结束 电机控制模块图关中断程序电机是否高电平标志位为1标志位为1置标志位占空比达到电机输出置定时器T1初值清标志位电机输出清标志位中断返回开中断置定时器T1初值占空比达到置标志位NNNYYY定时器T1中断图图3 系统的电机模块图和定时器T1中断图3单片机风扇控制系统方案设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计该设计分为复位电路，时钟电路，显示模块。各功能模块介绍如下。3.1.1复位电路首先形成单片机最小系统，在89C51单片机芯片 X

12、TAL1、XTAL2 加入时钟电路，RST加入复位电路，EA，加入高电平。89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路分为上电复位和手动复位，我们采用的是上电+手动复位，正常工作时按下 S1 键，9 脚变成高电平，单片机复位，按键松开，通过电容放电，9 脚回到低电平。采用的是12MHZ 晶振，所以 C=10uf,R1=8.2K,R2=2OO。如图4所示。图4 复位电路3.1.2 时钟电路89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。采用内部时钟方式：89C51 单片机各功能的运行都是时钟控制信号为基准，有条不紊的工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速

13、度，始终电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引进 XTAL1,输出端为引脚 XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器（简称晶振）和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器，如下图时钟电路所示，是89C51内部时钟方式的振荡器电路。电路中的电容 C1、C2 典型值通常选择30pF，对外接电容虽然没有严格要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低。振荡器稳定性和起振的快速性。晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也越快，此次实验我们选择的晶振是12MHZ晶振。如图5所示。图5 时钟电路3.1.3

14、 显示模块显示模块采用数码管，在显示模块中与以往的不同之处在与加入了指示灯模块，将指示灯加在断码所在的I/O口上了，将指示灯进行编码进行显示，在显示模块中考虑到电路最优化问题，位选口所需的电流较大些，而P2口所承受的电流较大一些，所以位选选择为P0口，而断码选在P2口上，如图6所示。图6 显示模块3.2电路参数的计算及元器件的选择（1）单片机的选择：Atmel公司生产的89C51单片机片内的Flash ROM允许在系统内改编程序或用常规的非易失性编程器来编程，内部出CPU外，还有256字节的RAM，4个8位并行I/O口，5个中断源，2个中断优先级，2个16位可编程计时器，89C51单片机是一种

15、功能强、灵活性高的单片机，完全满足本设计的需要。（2）CRYSTAL：晶振，在单片机系统中晶振的作用非常大，它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。（3）电动机：选用直流电动机3.3 特殊器件的介绍（1）单片机图7 AT89C51单片机AT89C51单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易

16、失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性 eq oac(,1) MCS-51 兼容 eq oac(,2)4K字节可编程闪烁存储器 eq oac(,3)寿命：1000写/擦循环 eq oac(,4)数据保留时间：10年 eq oac(,5)全静态工作：0Hz-24Hz eq oac(,6)三级程序存储器锁定 eq oac(,7)128*8位内部RAM eq oac(,8)32可编程I/O线 eq oac(,9)

17、两个16位定时器/计数器 eq oac(,10)5个中断源 eq oac(,11)可编程串行通道 eq oac(,12)低功耗的闲置和掉电模式 eq oac(,13)片内振荡器和时钟电路管脚说明 eq oac(,1)VCC：供电电压。 eq oac(,2)GND：接地。 eq oac(,3)P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 eq oac(,

18、4)P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 eq oac(,5)P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八

19、位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 eq oac(,6)P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部

20、中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 eq oac(,7)RST：位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 eq oac(,8)ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外

21、部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 eq oac(,9)PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现 eq oac(,10)EA非/VP：当EA非保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA非将内部锁定为RESET：当EA非端保持高

22、电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。 eq oac(,11)XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 eq oac(,12)XTAL2：反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。4单片机风扇系统仿真和调试 4.1 系统整体电路图图8 系统整体电路图4.2 仿真软件介绍Protues：它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的ED

23、A工具()，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、和MPLAB等多种编译。（1）Protues功能具有丰富的器件库：超过27000种，可方便地创建新元件。智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件。智能化

24、的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间。支持：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰。可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。（2）Protues提供了丰富的资源 eq oac(,1)仿真资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。 eq oac(,2)仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 eq oac(,3)图形显示功能，可以将线路上

25、变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。 eq oac(,4)还提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括和数字信号。（3）Protues支持主流单片机软件仿真 eq oac(,1)提供软件调试功能。 eq oac(,2)提供丰富的外围接口器件及其仿真。，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分器件，部分IIC器件。这样很接近实际。在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。 eq oac(,3)提供丰富的，利用虚拟仪器在仿

26、真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。（4）具有强大的原理图绘制功能。Protues绘制好原理图后，调入已编译好的文件：*.HEX，可以在Protues的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。Protues 是课堂教学的先进助手。Protues不仅可将许多功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就

27、业的重要实践环节。由于Protues提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。随着科技的发展“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中Protues也能茯得愈来愈广泛的应用。Keil：Keil 软件是目前最流行开发 MCS-51 系列单片机的仿真软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇

28、编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。能解决实际材料不足带来的困难，是用来对单片机进行开发的相当有用的软件。4.3 系统仿真实现(1)打开仿真，未按下按钮之前。电动机不转动。如下图所示图9 初始状态 （2）按一次控制开关，数码管显示1，电机以一档转动。图10 一档（3）再按一次控制开关键，数码管显示2，电机以2档转动。图11 二档（4）当在此基础上在按一次时数码管显示3，电机以3档转动。再按一次时数码管显示4，电机停止转动。我们也可以通过复位开关使电机在任何工作状态下变为初始状态。4.4 系统测试测试环境：

29、20摄氏度。测试仪器：计算机，win7操作系统，proteus仿真软件测量数据：一档：12.6r/min 二档：42r/min三档：76r/min四档：0 r/min4.5 数据分析仿真结果显示，初始状态为0，当第一次按下控制开关时，电动机以一档转动，数码管显示1，第二次按下控制开关时，电动机以二档转动，数码管显示2，当第三次按下控制开关时，电动机以三档转动，数码管显示3.第四次按下时，电动机停止转动。数码管显示4.5 总结5.1 设计总结通过这次课程设计，更深一步掌握了51单片机的原理，了解了简单直流电机控制系统的组成原理，并初步掌握了步进电机设计及测试方法。提高了动手能力和排除故障的能力。

30、同时通过本次设计与调试，巩固了已学的理论知识，将单片机的理论和实践相结合，了解到步进电机各单元电路之间的关系及影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握步进电机控制系统的设计及测试方法，提高了动手能力和排除故障的能力。5.2 收获体会通过本次设计，使我学到了许多书本上无法学到的知识，也使我深刻体会到单片机技术应用领域的广泛。不仅让我对学过的单片机知识有了很多的巩固，同时也对单片机这一门课程产生更大的兴趣。在本次设计过程中，我学会了在网络上查找有关设计的个硬件的资源，其中包括：直流电机PWM调速AT89C51的脚图的资料。本系统是以单片机AT89C51芯片为核心部件，实现了电风扇

31、系统控制功能，在软件上是花费时间最多的，我们上网找资料，上图书馆，尽可能的了解有关于电风扇的知识。通过这次设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握单片机系统一般的开发流程，学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。不但加深我对在课程上所学到的单片机

32、理论知识的认识和理解，重新让自己认识到了这门学科的在应用方面的广阔前景，并且通过知识与应用于实践的结合更加丰富了自己的知识。扩展了知识面，不但掌握了本专业的相关知识，而且对其他专业的知识也有所了解，而且较系统的掌握单片机应用系统的开发过程，因而自身的综合素质有了全面的提高。经过这次一个较完整的产品设计和制作过程，对于认识到自己在知识方面存在的不足，明确今后的学习方向是非常有益的，为将来的的就业提前打了下坚实的基础。的初期阶段，难度很大，没有头绪。通过求助老师，理清思路。同时，在图书馆里、网上查阅资料，攻克设计中的道道难题。在克服困难的过程中，我学到了许多，特别是在课堂上学不到的东西。总的感受有

33、以下几方面：1、通过本次设计，我不但对单片机有了更深的了解，对一个课题如何画流程图，编程序等有了一定的认识。2、进一步加强了我的动手能力和运用专业知识的奴隶，从学习到如何去思考和解决问题，以及如何灵活地改变方法实现设计方案。3、让我了解到单片机技术对当今人们生活的重要性。同时这次设计的经历也使我受益匪浅，让我知道做任何事情都应脚踏实地，刻苦努力地去做，只有这样，才能做好。附录（1）系统设计C程序如下：#include sbit Key=P11;sbit motor=P32;unsigned char code tab5=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99; /数码管编码

34、unsigned char code set4=0,3,6,9; /PWM占空比90%，60%，30%unsigned char code zy9=2,4,6,8,9,8,6,4,2; /自然风unsigned char tt=0; /档位unsigned char jj=0; void delay( unsigned int ms)unsigned int i,j;for(i=0;ims;i+)for(j=0;j4) tt=0; P2 = tabtt ; kk =1; Key = 1; if( Key = 1) kk= 0; void IT( void ) interrupt 1 static unsigned char i = 0;TH0 = -1000/256; TL0 = -1000%256; /定时1ms if(tt4)if( i =10) i=0;else if(tt=4) static unsigned char j = 0; if(j=30) j=0; jj+; if(jj9) jj=0; （2）器件清单表1器件清单元器件名称元器件个数AT89c511Res4Button2Cap-elec1Ctystal1Motor-dc1NPN27SEG-COM-ANODE1CAP2致谢在这次的课程设计