風扇自動程序控制器設(shè)計

1、 課 程 設(shè) 計 -電風扇自動程序控制器設(shè)計 學生姓名： 熊偉 學 院： 信息工程學院 班 級： 12應(yīng)用電子技術(shù) 學 號： 2012011862 指導教師： 鄧鴻甫 日 期： 2014 年 12 月 目 錄摘 要.11 總體設(shè)計思想.22 硬件設(shè)計.3 2.1硬件設(shè)計基本概要.3 2.2 8255A的設(shè)計.4 2.3 8253的設(shè)計.4 2.4步進電機的設(shè)計.5 2.5硬件系統(tǒng)原理圖.53 軟件設(shè)計.6 3.1風扇運行控制模塊.7 3.2按鍵判斷控制模塊.7 3.3風速控制模塊.9 3.4類型控制模塊.10 3.5定時控制模塊.10 3.6停止控制模塊.114 系統(tǒng)調(diào)試及仿真.125 心得與

2、體會.14參考文獻.15附錄 源程序及其說明.16 1 總體設(shè)計思想本次課程設(shè)計任務(wù)主要基于8086以及各種接口芯片結(jié)合匯編語言實現(xiàn)對家用風扇控制器的模擬，運用8086CPU結(jié)合匯編語言編寫的軟件來實現(xiàn)各種信號的處理與變換，以得到想要的控制信號。8255A接收開關(guān)信號，驅(qū)動風扇的轉(zhuǎn)動信號輸出，并接收8253產(chǎn)生的控制信號。8253主要實現(xiàn)各種風種的控制信號，從而得到自然、睡眠的類型風。在模擬中通過開關(guān)來實現(xiàn)各種控制信號的輸入，再通過8255的端口進行讀取，再由8086通過軟件對采入的信號進行辨別進而轉(zhuǎn)入到相應(yīng)的功能子程序中以實現(xiàn)各種功能。在各種功能的背后，通過8086驅(qū)動相應(yīng)功能的硬件設(shè)備實現(xiàn)

3、各種功能的切換。  圖1-1 硬件設(shè)計框圖 此任務(wù)控制器已基本實現(xiàn)所有風扇控制功能，而現(xiàn)在幾乎所有的風扇都能實現(xiàn)定時功能，故可以在控制器的設(shè)計中擴展定時功能以達到全面控制的目的。風扇控制停止后，后續(xù)狀態(tài)任務(wù)書上未作要求，現(xiàn)設(shè)計其能在停止后處于等待狀態(tài)，當且僅當有風速鍵按下后，控制器可恢復(fù)繼續(xù)控制風扇的運行，實現(xiàn)控制器的循環(huán)控制。2 硬件設(shè)計2.1 硬件設(shè)計基本概要根據(jù)設(shè)計要求和內(nèi)容，用可編程并行接口芯片8255A PC口低四位接收4個按鍵（分別表示風速、風種、定時、停止）的狀態(tài)以啟動電扇或設(shè)置相應(yīng)的工作狀態(tài)。這樣就需要4個按鍵，因此可以用實驗箱上的某一列的4個按鍵，可以將此

4、列的列選擇線直接接為低電平，4個行輸入線接到8255的C口。這樣可以直接從8255的口讀取按鍵的狀態(tài)，從而執(zhí)行相應(yīng)的操作。要通過一個按鍵來控制2個以上的狀態(tài)，可以通過按鍵的次數(shù)來控制第幾種狀態(tài)，比如風速有三種狀態(tài)（弱、中、強），可以用按鍵1次控制弱，按鍵2次控制中，按鍵3次控制強，這樣就可以實現(xiàn)一鍵控制多鐘狀態(tài)了。 控制器的指示燈，使用六個LED燈進行顯示，分別顯示不同風速、類型等6個指示信號。顯示模塊狀態(tài)表示如下表2-1所示。用四相步進電動機作為電風扇，其轉(zhuǎn)速可通過改變其驅(qū)動電平的頻率來改變步進電機的速度。利用8255A的PC口高四位對步進電機進行四相四拍驅(qū)動。風種時間控制可由可編

5、程計數(shù)器/定時器 8253來實現(xiàn)?？蛇x用8253工作在方式3。在這種方式下，當CPU輸入控制字后，輸出將為高，在寫入計數(shù)值后計數(shù)器將立即自動對輸入時鐘CLK計數(shù)，計數(shù)器減為1時，輸出將變低，方式2時8253不可用重新設(shè)置計數(shù)值就能連續(xù)工作，保證了定時的精確。 表2-1 顯示模塊代碼狀態(tài)表示按鍵狀態(tài) 相應(yīng)LED燈顯示器風速弱1中2強3類型正常4自然5睡眠62.2 8255A的設(shè)計8255A的PA工作在方式0的基本輸入方式作為控制信號的輸入，接收8253的信號來控制步進電機的轉(zhuǎn)動與停止。PC低四位工作在方式0的基本輸入方式，用來接收四個開關(guān)的開關(guān)信號，高四位工作在方式0的基本輸出方式作為四相步進電

6、機的四相線路輸出電路用來驅(qū)動步進電機的轉(zhuǎn)動。PB口工作在方式0的基本輸出方式，用低六位來控制六個LED燈的亮和滅。2.3 8253的設(shè)計 先利用通道0對時鐘進行分頻，已獲得可較好利用的時鐘，得到周期為四秒的方波為后面能自然和睡眠的狀態(tài)產(chǎn)生八秒高電平四秒低電平以及周期為十六秒的方波做準備。使用通道2用來產(chǎn)生類型風的狀態(tài)信號，在自然風類型時，讓其工作在方式2產(chǎn)生八秒高電平四秒低電平，當高電平時驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，低電平則返回繼續(xù)檢測，以實現(xiàn)自然風的模擬；在睡眠的類型時，通道2工作在方式3產(chǎn)生周期為十六秒的方波，當高電平時驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，低電平則返回繼續(xù)檢測，以實現(xiàn)睡眠風的模擬。2.4 步進電機的設(shè)

7、計步進電機可接受數(shù)字控制信號（電脈沖信號）并轉(zhuǎn)化成與之相對應(yīng)的角位移或直線位移，因而本身就是一個完成數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化的執(zhí)行元件。而且它能進行開環(huán)位置控制，輸入一個脈沖信號就得到一個規(guī)定的位置增量。本次課程設(shè)計使用的電機為四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。步進電機的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)。其角速度與脈沖頻率成正比，而且在時間上與脈沖同步。因而在轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運行拍數(shù)一定的情況下，只要控制脈沖頻率即可獲得所需速度。2.5 系統(tǒng)硬件原理圖 圖2-1 系統(tǒng)硬件原理圖3 軟件設(shè)計 硬件的設(shè)計完成后，運用匯編語言編寫軟件部分通過80

8、86CPU實現(xiàn)各種信號的輸入/輸出以及相關(guān)信號的處理，從而控制步進電機的各種轉(zhuǎn)態(tài)的轉(zhuǎn)換控制。 軟件設(shè)計主體流程圖如圖3-1所示。Y開始初始化8255A,8253通道1風速鍵是否按下初始化風速：弱，類型：正常風扇運行子模塊風速鍵是否按下下類型鍵是否按下停止鍵是否按下風扇控制子模塊類型控制子模塊停止子模塊YNYNY圖3-1風扇控制器軟件總流程圖3.1 風扇運行控制模塊 此模塊主要控制步進電機的轉(zhuǎn)動以及轉(zhuǎn)速，亦是整個控制器的主控部分。實現(xiàn)風扇各種功能的“CPU”。其中主要部分是驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動的子程序，每次依次對四相電路驅(qū)動一次，由于8086處理速度非?？煸谌庋劭磥黼姍C沒有微停抖動的情況，步進

9、電機就是在連續(xù)的轉(zhuǎn)動。步進電機轉(zhuǎn)動需要判斷兩個控制信號，一個是類型信號PA0另一個是定時信號PA1，當兩者都是高電平時才去驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動。風扇運行控制模塊流程圖如圖3-2所示：PA0是高電平PA1是高電平驅(qū)動步進電機顯示當前狀態(tài)NNYY停止控制模塊風扇運行模塊子程序子程序返回圖3-2風扇運行控制模塊流程圖3.2 按鍵判斷控制模塊常用風扇開關(guān)是彈簧式，但平臺上是單刀單擲的開關(guān)，若用常用方法判斷其是高電平（或低電平）每次撥完開關(guān)后需對開關(guān)撥回原來的狀態(tài)下次才能正常撥動開關(guān)，相當不方便。我采用另一種判斷方法，每次有按鍵按下后后保存他們的開關(guān)狀態(tài)當下次有開關(guān)狀態(tài)變化時就可以知道有按鍵按下進行按鍵判斷

10、。首先判斷上一次的開關(guān)狀態(tài)與此次檢測的狀態(tài)是否相同，不同則分別判斷四個開關(guān)狀態(tài)是否變化，若有就轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子模塊中。按鍵判斷控制模塊圖如圖3-3所示。開關(guān)狀態(tài)是否變化保存此次開關(guān)狀態(tài)風速開關(guān)狀態(tài)變化停止開關(guān)狀態(tài)變化定時開關(guān)狀態(tài)變化類型開關(guān)狀態(tài)變化NNNNNY風速控制模塊YYY類型控制模塊定時控制模塊停止控制模塊開關(guān)模塊子程序Y子程序返回 圖3-3按鍵控制模流程圖3.3 風速控制模塊此次任務(wù)中使用步進電機進行模擬，步進電機的速度控制運用PWM方法，通過改變頻率來實現(xiàn)速度控制。在軟件編程中，通過8255A的PB口輸出驅(qū)動步進電機，通過改變單拍輸出的延時時間來改變速度，延時越短速度越快。在設(shè)計中，置一

11、數(shù)據(jù)BUF1單元保存延時時間，不同的速度選擇時，置不同數(shù)據(jù)來改變延時的長短從而實現(xiàn)速度的控制。另置一數(shù)據(jù)單元BUF2保存當前風速狀態(tài)，BUF2在1、2、3之間循環(huán)，分別代表弱、中、強并作為狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示。風速控制模塊流程圖如圖3-4所示。BUF2為弱風狀態(tài)BUF2加1BUF2為中速狀態(tài)BUF2為強風狀態(tài)BUF1置弱風延時時間數(shù)據(jù)BUF1置中風延時時間數(shù)據(jù)BUF1置強風延時時間數(shù)據(jù) BUF2清零YYYNNN風速控制模塊子程序子程序返回圖3-4風速控制模塊流程圖3.4 類型控制模塊類型的控制主要運用8253來產(chǎn)生各種狀態(tài)波形信號，通過檢測信號的高低電平來控制步進電機的運轉(zhuǎn)。此模塊主要來初始化8253

12、通道1的工作狀態(tài)。在數(shù)據(jù)段中置一數(shù)據(jù)單元BUF3來存儲類型的狀態(tài)數(shù)據(jù)，BUF3在1、2、3之間循環(huán)分別代表類型中的正常、自然以及睡眠三種類型并作為狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示。類型控制模塊流程圖如圖3-5所示。BUF3為正常狀態(tài)BUF3加1BUF3為自然狀態(tài)BUF3為睡眠狀態(tài)PC0、PC1、PC2輸出0 ，8253所有通道門控置0PC0、PC1輸出1通道2初始化工作在方式2PC0、PC1輸出1通道2初始化工作在方式3 BUF3清零YYYNNN類型控制模塊子程序子程序返回圖3-5類型控制模塊流程圖3.5 定時控制模塊定時也是通過8253產(chǎn)生控制信號來控制，通過8253的通道2工作在方式4實現(xiàn)定時，在定時完后會在

13、風扇運行控制模塊中轉(zhuǎn)到停止模塊中。在數(shù)據(jù)段中置一數(shù)據(jù)單元BUF4來存儲定時類型的狀態(tài)數(shù)據(jù)，BUF4在1、2、3之間循環(huán)分別代表類型中的8秒、16秒以及32秒三種類型并作為狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示。定時控制模塊流程圖如圖3-6所示。BUF4為8S狀態(tài)BUF4加1BUF4為16S狀態(tài)BUF4為32S狀態(tài)PC5輸出1 ，初始化通道38S的計數(shù)初值PC5輸出1 ，初始化通道316S的計數(shù)初值PC5輸出1 ，初始化通道332S的計數(shù)初值BUF4清零YYYNNN定時控制模塊子程序子程序返回圖3-6定時控制模塊流程圖3.6 停止控制模塊停止狀態(tài)主要實現(xiàn)風扇暫時性的停止運行，在某個鍵按下后又能繼續(xù)運轉(zhuǎn)。按要求只有在風速鍵

14、按下才能繼續(xù)運行。此模塊主要對已運行的風扇停止后所有狀態(tài)進行清零，以保證再次運行后能按初始狀態(tài)運行。停止模塊流程圖如圖3-7所示。BUF1、BUF2、BUF3、BUF4清零PC0、PC1、PC2輸出為08253所有通道門控清零停止模塊子程序子程序返回圖3-7停止控制模塊流程圖4 系統(tǒng)調(diào)試及仿真1、當程序運行時，進入DOS狀態(tài)下控制器面板的菜單選項：按鈕為三個，分別為“風速”、“類型”和“停止”，LED指示燈共六個，分別指示風速“強”、“中”、“弱”，類型分別為“睡眠”、“自然”和“正常”。2、電扇處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時：所有指示燈不亮，只有按下“風速”鍵時，其狀態(tài)由“弱” “中” “強” “弱” 往復(fù)

15、循環(huán)改變，每按一下按鍵改變一次；按“類型”鍵時，其狀態(tài)由“正?！?“睡眠” “自然” “正?！?往復(fù)循環(huán)改變；電扇在任何狀態(tài)，只要按停止鍵，則進入停轉(zhuǎn)狀態(tài)。系統(tǒng)利用proteus進行仿真，仿真圖詳見下圖4-1 圖4-1 系統(tǒng)仿真圖5. 實驗結(jié)果實驗結(jié)果圖如圖6.1所示圖 5.1 實驗結(jié)果5 心得與體會通過此次的課程設(shè)計任務(wù)，我加深了自己對匯編語言以及各接口芯片使用方法的理解，在實踐中體會到各芯片的工作的狀態(tài)及使用方法。本學期學習過的8255A和8253芯片的相關(guān)內(nèi)容，通過這次課程設(shè)計，通過設(shè)計，看書，也有了比較深刻地了解。與此同時還加深了對匯編程序結(jié)構(gòu)，指令，調(diào)用等基礎(chǔ)知識的認識。在實踐中充分

16、利用所學知識結(jié)合實際情況作出符合要求的設(shè)計。在具體的調(diào)試過程中遇到了很多問題，我們小組通過查找各方面資料解決了這些問題。在這我學到了部分proteus仿真中及硬件調(diào)試方面常出現(xiàn)的問題及解決方法。而在軟件設(shè)計方面我也學到常見邏輯錯誤及其解決方法。能在實踐中磨礪自己的意志以及鍛煉自己的動手操作能力，提升自己獨立完成小型系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)能力。為以后在大型系統(tǒng)設(shè)計中能奠定一定的基礎(chǔ)知識及實際操作能力，并為自己積累了許多寶貴的經(jīng)驗教訓。通過這次短暫的課程設(shè)計，不僅使我加深了對接口程序設(shè)計的認識，對接口各部件的工作原理也有了進一步的了解，也增強了分析故障以及獨立處理問題的能力。 參考文獻1 彭虎. 微機原理

17、與接口技術(shù). 機械工業(yè)出版社，2001年3月2 雷麗文. 微機原理與接口技術(shù). 電子工業(yè)出版社 1999年第一版3 韓海編著. 匯編語言程序設(shè)計. 西安：西安電子科技大學出版社，20004 胡壽松. 自動控制原理. 科學出版社，1999 5 劉樂善. 微型計算機接口技術(shù)及應(yīng)用. 武漢:華中科技大學出版社，20046 沈美明. IBM PC機匯編語言程序設(shè)計. 清華大學出版社，1991年第一版附錄 源程序及其說明說明：DS:077AH存儲延時時間控制步進電機速度DATA0存儲當前狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)DATA存儲當前狀態(tài)類型數(shù)據(jù)源程序：CODES SEGMENT ASSUME CS:CODES;8253端

18、口地址IOCON8253 EQU 43H IO08253 EQU 40H IO18253 EQU 41H IO28253 EQU 42H ;8255端口地址IOCON8255 EQU 0FF2BH IOB8255 EQU 0FF29H IOC8255 EQU 0FF2AH ORG 1000HSTART: MOV CS:DATA0,0H MOV CS:DATA01,0H MOV CS:DATA02,0H;8255初始化MOV AL,10000011B MOV DX,IOCON8255 OUT DX,AL;按鍵狀態(tài)數(shù)據(jù) MOV WORD PTR DS:077AH,09FFH;控制器啟動程序;判斷是

19、否是風速按鍵按下QD: MOV DX,IOC8255 IN AL,DX CMP AL,01 JNE QD MOV BYTE PTR DS:077CH,01H JMP STYLEPRO;檢查是否有鍵鍵入CHECK: MOV DX,IOC8255 IN AL,DX AND AL,0FH CMP AL,BYTE PTR DS:077CH;沒有則跳出返回JZ CHECKOUT ;判斷輸入鍵的類型MOV AH,AL MOV BL,BYTE PTR DS:077CH MOV BYTE PTR DS:077CH,AL MOV BH,BL AND BL,01H AND AL,01H XOR AL,BL;風速選

20、擇鍵鍵入JNZ SPEEDPRO MOV AL,AH MOV BL,BH AND BL,02H AND AL,02H XOR AL,BL;風類型選擇鍵鍵入JNZ STYLEPRO MOV AL,AH MOV BL,BH AND BL,04H AND AL,04H XOR AL,BL;定時選擇鍵鍵入JNZ L1 MOV AL,AH MOV BL,BH AND BL,08H AND AL,08H XOR AL,BL;停止鍵鍵入JNZ L2 L1: JMP TIMEPRO L2: JMP PAUSEPRO CHECKOUT: RET;風速選擇程序模塊SPEEDPRO: MOV AL,CS:DATA

21、ADD AL,1 MOV CS:DATA,AL MOV AL,CS:DATA CMP AL,1 JZ L CMP AL,2 JZ MID ;強風MOV CS:DATA,0MOV WORDPTRDS:077AH,00FFHMOV CS:DATA0,03HJMP BACK;弱風 L:MOV WORD PTR DS:077AH,09FFH MOV CS:DATA0,01H JMP BACK;中風MID:MOVWORD PTR DS:077AH,04FFH MOV CS:DATA0,02H JMP BACK BACK:JMP CHECKOUT;類型選擇程序模塊STYLEPRO: MOV CS:DATA

22、02,0H MOV AL,CS:DATA1 ADD AL,1 MOV CS:DATA1,AL MOV AL,CS:DATA1 CMP AL,1 JZ NORMAL CMP AL,2 JZ NATURAL MOV CS:DATA1,0 JMP SLEEP ;正常NORMAL: MOV CS:DATA01,01H NORMAL_R: CALL DISP CALL RUN CALL CHECK JMP NORMAL_R ;自然NATURAL: CALL FORMAT8253_NATURAL MOV CS:DATA01,02H NATURAL_R: CALL DISP MOV DX,IOB8255 I

23、N AL,DX TEST AL,1 JNZ N_GO JMP N_CHECK N_GO:CALL RUN N_CHECK: CALL CHECK JMP NATURAL_R ;睡眠SLEEP: CALL FORMAT8253_SLEEP MOV CS:DATA01,03H SLEEP_R: CALL DISP MOV DX,IOB8255 IN AL,DX TEST AL,1 JNZ S_GO JMP S_CHECK S_GO:CALL RUN S_CHECK: CALL CHECK JMP SLEEP_R;定時選擇程序模塊TIMEPRO: CALL FORMAT8253 MOV CS:DAT

24、A01,0H MOV AL,CS:DATA2 ADD AL,1 MOV CS:DATA2,AL CMP AL,1 JZ TIME1 MOV AL,CS:DATA2 CMP AL,2 JE TIME2 MOV CS:DATA2,0 JMP TIME3 ;8秒定時TIME1: CALL FORMAT8253_TIME1 MOV CS:DATA02,01H TIME1_R: CALL DISP MOV DX,IOB8255 IN AL,DX NOT AL TEST AL,01 JNZ T1_GO JMP PAUSEPRO T1_GO: CALL RUN CALL CHECK JMP TIME1_R

25、;16秒定時TIME2: CALL FORMAT8253_TIME2 MOV CS:DATA02,02H TIME2_R: CALL DISP MOV DX,IOB8255 IN AL,DX NOT AL TEST AL,01 JNZ T2_GO JMP PAUSEPRO T2_GO: CALL RUN CALL CHECK JMP TIME2_R ;32秒定時TIME3: CALL FORMAT8253_TIME3 MOV CS:DATA02,03H TIME3_R: CALL DISP MOV DX,IOB8255 IN AL,DX NOT AL TEST AL,01 JNZ T3_GO

26、JMP PAUSEPRO T3_GO: CALL RUN CALL CHECK JMP TIME3_R ;停止控制模塊PAUSEPRO: PCHECK: MOV DX,IOC8255 IN AL,DX AND AL,0FH CMP AL,BYTE PTR DS:077CHJZ PCHECK;是否為風速鍵 MOV AH,AL MOV BL,BYTE PTR DS:077CH MOV BYTE PTR DS:077CH,AL MOV BH,BL AND BL,01H AND AL,01H XOR AL,BL JZ PCHECK ;狀態(tài)清零MOV CS:DATA,0H MOV CS:DATA1,0H

27、 MOV WORD PTR DS:077AH,3FFFH MOV CS:DATA0,0H MOV CS:DATA01,0H MOV CS:DATA02,0H JMP STYLEPRO;步進電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動模塊RUN: MOV DX,IOC8255 MOV AL,30HOUT DX,ALCALL DELAYMOV AL,60HOUT DX,ALCALL DELAYMOV AL,0C0HOUT DX,ALCALL DELAYMOV AL,90HOUT DX,ALCALL DELAYRET ;延時控速DELAY: MOV CX,WORD PTR DS:077AH DELA:LOOP DELA RET ;通道0初始化FORMAT8253: MOV AL,00110111B MOV DX,IOCON8253 OUT DX,AL MOV AL,00 MOV DX,IO08253 OUT DX,AL MOV AL,10 OUT DX,ALRET;自然風通道2初始化FORMAT8253_NATURAL: MOV AL,10110111B MOV DX,IOCON8253 OUT DX,AL MOV AL,00 MOV DX,IO28253 OUT DX,AL MOV AL,10 OUT DX,ALRET;睡眠風通道2初始化FORMAT8253_SLEEP: MOV AL,10110111B MOV