單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 電風(fēng)扇模擬控制

1、信 息 工 程 學(xué) 院 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目: 電風(fēng)扇模擬控制系統(tǒng) 名 稱: 電子信息專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 班 級(jí): 電子1101班 姓 名: 王強(qiáng) 劉繪明 學(xué) 號(hào): 2011013526 2011013512 設(shè)計(jì)時(shí)間: 2013.12.23 至 2014.01.05 指導(dǎo)教師: 徐明鵑 評(píng) 語: 評(píng)閱成績(jī): 評(píng)閱教師: 目 錄1、 課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的.32、 課程設(shè)計(jì)的要求.33、 主要儀器設(shè)備及軟件.31、Keil軟件簡(jiǎn)介.32、Proteus繪圖軟件簡(jiǎn)介.34、 課程設(shè)計(jì)題目及要求.35、 課題分析及設(shè)計(jì)思路.41、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容.42、 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介.43、 ULN

2、2003簡(jiǎn)介.54、 直流電機(jī)簡(jiǎn)介.65、 數(shù)碼管簡(jiǎn)介.66、 硬件設(shè)計(jì)框圖.77、 硬件設(shè)計(jì)電路圖.78、 單片機(jī)控制直流電機(jī)流程圖.89、 軟件仿真.86、 程序主要代碼與分析.97、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖.128、 心得體會(huì).13一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的通過課程設(shè)計(jì)，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)的方法和技能訓(xùn)練，鞏固在課堂上學(xué)到的有關(guān)軟件程序設(shè)計(jì)和硬件電路設(shè)計(jì)的基本知識(shí)和基本方法，通過具體課題的訓(xùn)練，進(jìn)一步熟悉匯編語言的結(jié)構(gòu)和使用方法，掌握軟硬結(jié)合的控制程序設(shè)計(jì)，達(dá)到能獨(dú)立閱讀、查閱資料、編制和調(diào)試完善特定功能的目的。2、 課程設(shè)計(jì)的要求 1、遵循硬件設(shè)計(jì)模塊化。2、要求程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化。3、程序簡(jiǎn)明易

3、懂，多運(yùn)用輸入輸出提示，有出錯(cuò)信息及必要的注釋。4、要求程序結(jié)構(gòu)合理，語句使用得當(dāng)。5、適當(dāng)追求編程技巧和程序運(yùn)行效率。三、主要儀器設(shè)備及軟件 PC機(jī)、Keil軟件、Proteus繪圖軟件及仿真等。 1、Keil軟件簡(jiǎn)介 Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之

4、高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。2、 Proteus繪圖軟件簡(jiǎn)介 Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430

5、等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。四、課程設(shè)計(jì)題目及要求 課程設(shè)計(jì)題目是電風(fēng)扇模擬控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)要求是：1、設(shè)計(jì)3個(gè)按鍵分別控制“自然風(fēng)”“常風(fēng)”，“睡眠風(fēng)”（用直流電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速進(jìn)行模擬）； 2、在數(shù)碼管上顯示按鍵的區(qū)別；3、設(shè)計(jì)風(fēng)扇的過熱保護(hù)，即風(fēng)扇運(yùn)行一段時(shí)間后，暫停5s。五、課題分析及設(shè)計(jì)思路1、 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，從而建立一個(gè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通過3個(gè)按鍵控制直流電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速，以達(dá)到模擬風(fēng)扇的“自然風(fēng)”、“常風(fēng)”和“睡眠風(fēng)”三種狀態(tài)，并在數(shù)碼管上

6、顯示三個(gè)數(shù)字表示三種狀態(tài)，同時(shí)設(shè)計(jì)風(fēng)扇過熱保護(hù)，運(yùn)行一段時(shí)間后，暫停5S。 2、AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89C51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī),片內(nèi)含4kBytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及89C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案.AT89C51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flas

7、h片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，AT89C51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89C51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和外部引腳如下圖所示 。 圖2.13、 ULN2003簡(jiǎn)介

8、 在自動(dòng)化密集的的場(chǎng)合會(huì)有很多被控元件如繼電器，微型電機(jī)，風(fēng)機(jī)，電磁閥，空調(diào)，水處理等元件及設(shè)備，這些設(shè)備通常由CPU所集中控制，由于控制系統(tǒng)不能直接驅(qū)動(dòng)被控元件，這需要由功率電路來擴(kuò)展輸出電流以滿足被控元件的電流，電壓。ULN2XXXX高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品就屬于這類可控大功率器件，由于這類器件功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍語廣。因此，許多公司都生產(chǎn)高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列產(chǎn)品，從而形成了各種系列產(chǎn)品。N2003是什么- 原理：ULN2003也是一個(gè)7路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時(shí)ULN2003輸出端為低電平，當(dāng)輸入端為低電平時(shí)ULN2003輸出端為高電平，繼電器得電吸合。如下圖所示 圖

9、3.1 ULN2003A在各種控制電路中常用它作為驅(qū)動(dòng)繼電器的芯片，其芯片內(nèi)部做了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管。ULN2003的輸出端允許通過IC 電流200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。輸出電流大，故可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器(SSR)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。本實(shí)驗(yàn)中，ULN2003A用于驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。 4、直流電機(jī)簡(jiǎn)介直流馬達(dá)指能將直流電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電機(jī)。應(yīng)用：電動(dòng)自行車，電腦風(fēng)扇、抽水機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、甩干機(jī)和壓縮機(jī)、跑步機(jī)、電動(dòng)車、汽車方向盤驅(qū)動(dòng)、電梯、DVD的驅(qū)動(dòng)、大型軋鋼設(shè)備、大型精密機(jī)床、礦井卷揚(yáng)機(jī)、市內(nèi)電車、電纜設(shè)備、測(cè)速電機(jī)等

10、。直流馬達(dá)可分為機(jī)殼、定子和轉(zhuǎn)子組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐（電樞）。 5、數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管內(nèi)部由七個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。常見數(shù)碼管有10根管腳。管腳排列如下圖所示。其中COM為公共端，根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的接線形式可分為共陰極和共陽極兩種。使用時(shí)，共陰極數(shù)碼管公共端接地，共陽極數(shù)碼管公共端接電源。每段發(fā)光二極管需510mA的驅(qū)動(dòng)電流才能正常發(fā)光，一般需加限流電阻控制電流的大小。 LED數(shù)碼管的ag七個(gè)發(fā)光二極管。

11、加正電壓的發(fā)光，加零電光，不同亮暗組合就能形成不同的字形，這種組合稱為字形碼。 圖5.1 6、硬件設(shè)計(jì)框圖 圖6.17、 硬件設(shè)計(jì)電路圖本電路由AT89C51和ULN2003A為核心。 圖7.1 8、單片機(jī)控制直流電機(jī)流程圖 主程序 定位 返回下一個(gè)信號(hào) 延遲輸出讀取數(shù)組初始化信號(hào)定位聲明變量與函數(shù)定 位開 始 關(guān)閉輸出判斷按鍵狀態(tài)；去抖動(dòng)函數(shù)讀取數(shù)組；輸出延遲超過4次？ NO YES 圖8.1 9、軟件仿真（1）、把程序在Keil uVision3中調(diào)試，成功無錯(cuò)誤后生成Hex文件。（2）、根據(jù)電路圖在proteus軟件中回去電路圖，檢查無錯(cuò)誤。（3）、雙擊89C51導(dǎo)入生成Hex文件。（4

12、）、點(diǎn)擊proteus軟件左下方的開始鍵，進(jìn)行仿真，觀察高低電平情況。六、程序主要代碼與分析#include<reg51.h> /包含reg51.h的頭文件#define OUTPUT P1 /定義輸出端口P1#define SEG P0 /定義SEG位置sbit BUTTON1=P20; /聲明開關(guān)1sbit BUTTON2=P21; /聲明開關(guān)2sbit BUTTON3=P22; / 聲明開關(guān)3unsigned char steps=20; /定義20步unsigned int times1=50; /聲明開關(guān)1的延時(shí)時(shí)間（×5ms）unsigned int time

13、s2=100;unsigned int times3=150;/*1相激勵(lì)信號(hào)數(shù)組*/char code excite=0x01,0x02,0x04,0x08;char code TAB3=0xf9, 0xa4, 0xb0; /聲明數(shù)碼管的值void step_rst(void); /聲明定位函數(shù)void delay5ms(int); /聲明延遲函數(shù)void debouncer(void); /聲明去抖函數(shù)/=主程序=main() /主程序 unsigned char i; /聲明無符號(hào)變量i OUTPUT=0; /輸出step_rst(); P2=0xff; /設(shè)置輸入口while(1) /

14、while循環(huán)開始 if (BUTTON1=0) /如果開關(guān)1按下 debouncer(); /去抖 SEG=TAB0; /數(shù)碼管顯示1（正常風(fēng)） for(i=0;i<steps;i+) /20步 OUTPUT=excite3-i%4; delay5ms(times1); if(i=19) OUTPUT=0; /輸出為0，開始延時(shí) delay5ms(1000); /延時(shí)5000ms else if (BUTTON2=0) /若開關(guān)2被按下 debouncer(); /去抖 SEG=TAB1; / /數(shù)碼管顯示2 for(i=0;i<steps;i+) OUTPUT=excite3-

15、i%4; /控制正轉(zhuǎn) delay5ms(times2); /延時(shí) if(i=19) OUTPUT=0; delay5ms(1000); else if (BUTTON3=0) /若按下開關(guān)3 debouncer(); /去抖 SEG=TAB2; /數(shù)碼管顯示3 for(i=0;i<steps;i+) OUTPUT=excite3-i%4; delay5ms(times3); if(i=19) OUTPUT=0; delay5ms(1000); /=延遲函數(shù)=void delay5ms(int x) /延時(shí)函數(shù)開始int i,j; /聲明整型變量i，j for(i=0;i<x;i+)

16、 /計(jì)數(shù)x次，延遲約x×5ms for(j=0;j<600;j+); /計(jì)數(shù)約600次，延遲約5ms/=去抖函數(shù)=void debouncer(void) /聲明去抖函數(shù)delay5ms(4); /延時(shí)20ms/=定位函數(shù)=void step_rst(void) /聲明定位函數(shù)char i; /聲明變量i for(i=0;i<4;i+) OUTPUT=excitei; delay5ms(100); /延時(shí)500ms 7、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖 （1）、按鍵1按下，數(shù)碼管顯示1，自然風(fēng)。 圖7.1.1（2） 按鍵2按下，數(shù)碼管顯示2，常風(fēng)。圖7.1.2（3） 、按鍵3按下，數(shù)碼管顯

17、示3，睡眠風(fēng)。圖7.1.38、 心得體會(huì) 通過本次設(shè)計(jì)，使我們學(xué)到了許多書本上無法學(xué)到的知識(shí)，也使我深刻體會(huì)到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛。不僅讓我對(duì)學(xué)過的單片機(jī)知識(shí)有了很多的鞏固，同時(shí)也對(duì)單片機(jī)這一門課程產(chǎn)生更大的興趣。在本次設(shè)計(jì)過程中，我學(xué)會(huì)了在網(wǎng)絡(luò)上查找有關(guān)設(shè)計(jì)的個(gè)硬件的資源，其中包括：直流電機(jī)速度控制、AT89C51的腳圖的資料、ULN2003A引腳和驅(qū)動(dòng)的原理以及數(shù)碼管的顯示原理。本系統(tǒng)是以單片機(jī)AT89C51芯片為核心部件，實(shí)現(xiàn)了電風(fēng)扇系統(tǒng)控制功能，在軟件上是花費(fèi)時(shí)間最多的，我們上網(wǎng)找資料，上圖書館，盡可能的了解有關(guān)于電風(fēng)扇的知識(shí)。通過這次設(shè)計(jì)，使我們得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析

18、和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我們?cè)趩纹瑱C(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步。在設(shè)計(jì)的過程中，不斷的學(xué)習(xí)，思考和同學(xué)間的相互討論，運(yùn)用科學(xué)的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機(jī)系統(tǒng)一般的開發(fā)流程，學(xué)會(huì)對(duì)常見問題的處理方法，積累設(shè)計(jì)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮教學(xué)與實(shí)踐的結(jié)合。全能提高個(gè)人系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不但加深我對(duì)在課程上所學(xué)到的單片機(jī)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，重新讓自己認(rèn)識(shí)到了這門學(xué)科的在應(yīng)用方面的廣闊前景，并且通過知識(shí)與應(yīng)用于實(shí)踐的結(jié)合更加豐富了自己的知識(shí)。擴(kuò)展了知識(shí)面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識(shí)，而且對(duì)其他專業(yè)的知識(shí)也有所了解，而且較系統(tǒng)的掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程，因而自身的綜合素質(zhì)有了全面的提高。經(jīng)過這次一個(gè)較完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制作過程，對(duì)于認(rèn)識(shí)到自己在知識(shí)方面存在的不足，明確今后的學(xué)習(xí)方向是非常有益的，為將來的的就業(yè)提前打了下堅(jiān)