电风扇的模拟控制系统的设计.doc

单片机课程设计报告书

课题名称：
电风扇模拟控制系统设计
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课程设计项目成绩评定表
一、设计任务及要求：
1、设计任务：
设计一个电风扇模拟控制系统。
2、要 求：
1、用四位数码管实时显示电风扇的工作状态。
2、设计一个“定时”键，用于定时时间长短设置。
3、设置一个“摇头”键用于控制电机摇头。
4、设计过热检测与保护电路。

指导教师签名：
年 月 日
二、指导教师评语：

指导教师签名：
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三、成绩评定：

指导教师签名：
年 月 日
四、系部意见：

系部盖章：
年 月 日
设计项目成绩评定表

电子与信息工程系 2012年6月
课程设计报告书目录
设计报告书目录
一、设计目的 1
二、设计思路 1
三、设计过程 1
3.1、系统方案论证 1
3.2、系统硬件设计电路图 2
3.3 系统软件设计 7
四、系统调试与结果 9
五、主要元器件与设备 9
六、课程设计体会与建议 9
6.1、设计体会 9
6.2、设计建议 10
七、参考文献 10

电风扇模拟控制系统的设计
一、设计目的
1、熟悉集成电路的引脚安排。
2、掌握芯片的逻辑功能及使用方法。
3、了解面包板结构及其接线方法。
4、了解电风扇的组成及工作原理。
5、熟悉电风扇那的设计与制作。
二、设计思路
1、设计系统硬件电路。
2、设计系统复位电路和时钟电路。
3、设计单片机电源电路。
4、系统软件的设计。
三、设计过程
3.1、系统方案论证
本设计采用AT89C51单片机为核心控制器件，系统框图如图2所示

图1电风扇模拟控制系统框图

其工作原理为：
1. 初始加电时，电风扇不加电，四位数码显示器不显示，只有按下“自然风”、 “常风”和“睡眠风”任一按键，电风扇开始工作。同时，定时器只要不进行新的时间设置，电路就将按系统默认控制负载定时工作的时间方式自动开始运行。
2. 电路允许用户随时通过按键开关自行输入设置新的定时时间参数，其范围可在1分钟至990秒之间任意设置。
3. 在进行时间参数设置和整个定时过程中，系统采用四位数码管显示，最高位显示风类，后三位显示定时时间，做“百位、十位、个位”的倒计时显示，同时用数码管上小数点的同步闪亮作为秒显示，显示直观、准确。
4. 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。
5. 过热检测与保护电路不用传感器，用信号源产生的正弦信号代替传感器“感应”出的信号，若信号幅度大于10mV，则电机停止转动。
6. 按下“摇头”键，“摇头”电机先正转30ms，再反转30ms，如此往复。
3.2、系统硬件设计电路图
该系统已AT89C51单片机为核心，由电源电路，时钟电路，复位电路，显示电路，键盘，电机组成。图2是系统硬件电路图。

图2系统硬件电路
3.2.1 系统复位电路和时钟电路
复位电路：
首先形成单片机最小系统，在89C51单片机芯片XTAL1、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=200Ω。如图3

图3复位电路
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，如图4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。
晶振为12MHZ时的机器周期的计算：
一机器周期＝12个振荡周期，1个振荡周期T=1/f，时钟频率f=1/T,
一机器周期＝1/T×12，若晶振＝12MHZ，
一机器周期＝1/12×12=1uS
外部时钟方式时把外部已有的时钟信号引入到单片机内，此方式常用与多片89C51单片机同时工作，以便于各单片机的同步。

图4时钟电路
3.2.2 AT89C51单片机电源电路
电路主要分为：变压、整流、滤波、稳压四个部分。电流进入电路，通过一个220V变9V的电源变压器把220V的交流电压变为9V的交流电压，然后通过整流器把9V交流，功率为15W左右。变压器次级线圈输出的9V交流电压经过全桥QD2进行全波整流，C19滤波，7805稳压后，输出稳定的+5V直流工作电压。如图5

图5电源电路
3.2.3 稳压芯片7805
稳压芯片7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保 护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电 路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。外形图及引脚排列如图6所示。

图6稳压芯片7805
它的主要特点：
• 输出电流可达 1A输出电压有：5V
• 过热保护
• 短路保护
• 输出晶体管 SOA 保护
功能框图如图7所示。

图7稳压芯片7805内部结构图
3.2.4 集成块74LS245功能
74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。
74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。　　
当89C51单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。　　
当片选端低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）　　
DIR=“1”，信号由 A 向 B传输；（发送）当为高电平时，A、B均为高阻态。由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,/E端接地，保证数据现畅通。89C51的和/PSEN相与后接DIR，使得且/PSEN有效时，74LS245输入（P0.i←Di），其它时间处于输出（P0.i→Di）。

3.2.5 集成块74LS06功能
74LS06器件包含6路反相缓冲器/驱动器，带有高压集电极开路输出，可连接高电平电路的接口（如MOS），可驱动高强度电流负载，当然也可以充当反相缓冲器用于驱动TTL输入。74LS06的额定输出电压为30 V，74LS06的最大吸取电流为40mA。
　　74LS06兼容大多数TTL电路。74LS06的输入是二极管钳位式，可以把传输产生的不良影响降到最低，大大简化了电路的设计。74LS06典型功耗为175 mW，平均传输延迟时间为8ns。六高压输出反相缓冲器/驱动器（OC，30V）
简要说明:7406 为集电极开路输出的六组反相驱动器，其主要电特性的典型值如下：10ns 15ns 155mw
引出端符号：1A－6A 输入端 1Y－6Y 输出端
极限值：电源电压 7V，输入电压 5.5V，输出截止态电压 30V
工作环境温度7406 0~70℃ 存储温度 -65~150℃ 如下图

3.2.6 LED显示电路
根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89C51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，驱动信号用单片机的定时器完成，显示电路如下图8所示。

图8 led显示电路图
3.2.7 直流电机原理
直流电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，它能使绕组在气隙磁场中旋转感生出交流电动势，并依靠换向装置，将此交流电变为直流电。其产生交流电的物理根源在于，电机中存在磁场和与之有相对运动的电路，即气隙磁场和绕组。旋转绕组和静止气隙磁场相互作用的关系可通过电磁感应定律和电磁力定律来分析。
3.3 系统软件设计
3.3.1 占空比技术
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1μs，信号周期4μs的脉冲序列占空比为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（continuously variable slope delta modulation）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9

图9占空比
3.3.2 程序框图如图10，程序见附件

图10 程序框图
四、系统调试与结果
1、组装调试抢答器电路。
2、可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，能输出低电平有效的定时时间到信号。
3、调试报警电路。
4、定时抢答器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。
五、主要元器件与设备
单片机 AT89C51—1片集成电路 整流桥—1只，三端稳压块—1。
电 阻 200Ω—2只，8.2KΩ—1只，5.1kΩ—4只，100Ω—l只，
470Ω—4只。
电 容 极性10uF—1只，100 uF—2只0.1 uF—1只
非极性30 pF—1只。
三极管 3DG12—1只，8550—1只
其 它 发光二极管—1只，共阴极显示器—3只，晶振12M，按钮—5只。
六、课程设计体会与建议
6.1、设计体会
本设计报告主要介绍了用单片机实现的模拟电风扇的设计方法。系统介绍了
该电路的硬件构成和软件工作过程，系统以AT89C51为核心，主要采用中断控制 系统，结合所学的单片机的知识，实现系统的功能要求。设计中很好的使软、硬件相结合，基本上达到了设计的要求。通过这次毕业设计，使我对单片机及其附属电路有了一定的了解，对课本上的知识有了近一步的掌握，也深刻明白了自己的不足。
完成本次课程设计的过程，是一个从无到有的过程，经历了兴奋、自信、失落、奋发、所悟、完成几个过程。课程设计时，仔细阅读设计的题目和要求，以为没什么困难的，所用的知识书上都有。可是当我动手开始做的时候，才发现其中的算法，设计是那么繁琐。经过一天的努力，毫无结果。失落的心情油然而生。于是，再到图书馆和网上查找资料，在经过借鉴很多类似的资料，文献后，总算是有点眉目了。埋头苦干的过程是痛苦的，尤其是在思考算法和程序框架时，迷茫，烦躁，特别是当苦思出来一个结果，又被自己推翻，心痛的无法言绘，在这不断循环中，终于最后完善了程序。其中的煎熬是很痛苦的，深刻明白攻克自己“未知领域”的困难。但当课程设计完成时，那感觉是甜蜜的，没有耕耘，哪来得收获的喜悦，不懂付出怎么能知道回报的快乐，一分耕耘一分收获，有付出才会有回报，就在这样的痛与快乐的交换中，我学到了知识，学到了做人的道理。
这次的课程设计，让我学到了很多书本上学不到的东西，学到了实际应用时，是取用成本的最小化，做设计不仅要考虑大的方面，小的方面也必须做到完美。最大的收获是：对按键，显示器，单片机汇编语言的应用有了深刻的了解。
6.2、设计建议
我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。

七、参考文献
[1] 潘新民、王燕芳.微机制器原理与开发技术.清华大学出版社，1997.
[2] 苏家健.单片机原理及应用技术.高等教育出版社,1998；
[3] 张迎新.单片机初级教程.北京航空航天大学出版社,1998.
[4] 夏继强.单片机试验与实践教程.北京航空航天大学出版社,2001.
[5] 余永权,李小青,单片机应用系统的功率接口技术.北京航空航天大学出版社, 1992.
[6] 周航慈.单片机应用程序设计技术.北京航空航天大学出版社, 1991.
[7] 何希才.传感器及其应用电路.电子工业出版社，2001.
11 电子与信息工程系 2012年6月