电风扇模拟控制系统

福建电力职业技术学院课程设计课程名称：智能仪器题目：电风扇模拟控制系统设计专业班次：11（三）建筑电气1姓名：林毅宾学号：201128013116指导教师：张继伟学期：2012-2013学年第一学期日期：2014.4目录引言........................................................................................................................................I第一章设计任务.......................................................11.1课题内容.......................................................11.2课题任务.......................................................1第二章系统设计方案...................................................22.1设计方案特点...................................................22.1.1系统的工作原理...........................................22.1.2系统的组成................................................22.1.3系统设计框图..............................................2第三章系统硬件设计与软件设计.........................................33.1系统硬件设计电路图.............................................33.1.1系统复位电路和时钟电路...................................43.1.2AT89C51单片机电源电路....................................43.1.3稳压芯片7805.............................................43.1.4集成块74LS245功能.......................................43.1.5集成块74LS06功能........................................43.1.6LED显示电路..............................................43.1.7直流电机原理............................................143.2系统软件设计..................................................143.2.1占空比技术..............................................143.2.2程序框图................................................143.2.3电风扇系统控制程序.......................................63.2.4系统程序清单.............................................7第四章总结...........................................................8参考文献...............................................................9引言电风扇简称电扇，香港称为风扇，日本及韩国称为扇风机，是一种利用电动机驱动扇叶旋转，来达到使空气加速流通的家用电器，主要用于清凉解暑和流通空气。广泛用于家庭、办公室、商店、医院和宾馆等场所。1882年，美国纽约的克罗卡日卡齐斯发动机厂的主任技师休伊•斯卡茨•霍伊拉，最早发明了商品化的电风扇。如今的电风扇已一改人们印象中的传统形象，在外观和功能上都更追求个性化，而电脑控制、自然风、睡眠风、负离子功能等这些本属于空调器的功能，也被众多的电风扇厂家采用，并增加了照明、驱蚊等更多的实用功能。这些外观不拘一格并且功能多样的产品，预示了整个电风扇行业的发展趋势。其主要原因：一是风扇和空调的降温效果不同——空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人使用；二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和使用都非常简单。本课程设计的目的：1、培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；2、通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤；3、巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。第一章设计任务1.1课题内容电风扇模拟控制系统设计1.2课题任务1.用4个LED显示电风扇的工作状态（1,2,3,4四档风力），显示风类：“自然风”、“常风”和“睡眠风”；2.设计“自然风”、“常风”和“睡眠风”三个风类键用于设置风类；3.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；第二章系统设计方案2.1设计方案特点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.按下“摇头”键，“摇头”电机先正转30ms，再反转30ms，如此往复。2.1.1系统的工作原理AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易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，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机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。2.1.2系统的组成AT89C51单片机主要功能部件•与MCS-51兼容•4K字节可编程FLASH存储器•寿命：1000写/擦循环•数据保留时间：10年•全静态工作：0Hz-24MHz•三级程序存储器锁定•128×8位内部RAM•32可编程I/O线•两个16位定时器/计数器•5个中断源•可编程串行通道•低功耗的闲置和掉电模式•片内振荡器和时钟电路2.1.3系统设计框图本设计采用AT89C51单片机为核心控制器件，系统框图如图2所示图2键盘功能输入AT89C51控制电机输出显示第三章系统硬件设计与软件设计3.1系统硬件设计电路图该系统以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3是系统硬件电路图。图33.1.1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,R2=8.2K,R1=200Ω。如图4图4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以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，时钟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5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/f×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，此方式常用于与多片89C51单片机同时工作，以便于各单片机的同步。图53.1.2AT89C51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7图73.1.3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8所示。图8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9所示。图93.1.4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/CE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/CE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/RD和/PSEN相与后接DIR，使得/RD且/PSEN有效时，74LS245输入（P0.i←Di），其它时间处于输出（P0.i→Di）。3.1.5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。74LS