基于單片機的智能散熱器的設計與實現(xiàn)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設計（論文）題 目：基于單片機的智能散熱器的設計與實現(xiàn) 46 / 52摘 要筆記本電腦，便于攜帶，體積小，而且它的功能滿足大多數(shù)人的需要，隨著科學技術的近步帶來的成本下降，筆記本的價格也為大多數(shù)人所接受。隨著使用筆記本人數(shù)的增加，筆記本的各種問題也暴露出來，除了性價比之外，最關心的莫過于散熱。筆記本在性能與便攜性對抗中，散熱成為最關鍵的因素，筆記本散熱一直是筆記本核心技術中的瓶頸。有時筆記本電腦會意外的死機，一般就是系統(tǒng)溫度過高導致。為了解決這個問題，人們設計了散熱底座，可以使筆記本產(chǎn)生的熱量盡快的擴散到電腦外部，不影響筆記本的使用功能，不會使電腦的線路出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，保證筆記本電腦的正常工

2、作。好的底座可以很大的延長筆記本電腦使用壽命。 本設計針對散熱問題做了深入的探討，并設計出一套基于單片機控制的智能散熱底座，綜合了成本和性能等相關因素，采用了STC公司以STC90C51核心搭建了該系統(tǒng)。在本著成本控制和推向市場的前提下，文中的電路簡約而易于批量生產(chǎn)，在完成散熱功能和最少成本的前提下達到了節(jié)能和智能。關鍵詞：散熱底座；單片機；智能控制ABSTRACTNotebook computer is portable and small, and its functions could meet the needs of themajority, with the developing

3、of science and technology, the cost decline, and the price of the laptop base to be acceptable to most people. But with the increase in the number of using the laptop people, they exposed various problems, in addition to cost, people always concerned about dissipating heat extremely. In the confront

4、ation of the laptops performance and portability, the most critical factor is dissipating heat, and laptops dissipating heat has been the bottleneck of the core technology. Sometimes it end up unexpected, it is always because of that the system temperature is too high. To solve this problem, people

5、have designed heat dissipation base, the heat can remove from the laptop to the outside as quickly as possible, it does not affect the use of laptop, and its electronic line will not be eroded, to ensure the normal operation of laptop. A good base could extend the life of laptop.This design makes an

6、 in-depth discussion about heat dissipation, and design a microcontroller-based intelligent control of cooling base, synthesize cost and performance and so on, using the core STC90C51 Corporation built the system. Under the premise of cost and market, the circuit in this design is simple and easy-to

7、-volume production, it can be intelligent and energy-saving under the premise of heat dissipation and minimum cost.Key Words：cooling base;micro control unit; intelligent control目 錄摘 要I1 引 言11.1 系統(tǒng)研景究背11.2 散熱原理和方式11.3 筆記本散熱底座設計21.3.1 散熱底座的材料21.3.2 散熱底座的性能22 系統(tǒng)方案論證32.1 系統(tǒng)框圖32.2 各模塊方案論證32.2.1 控制器的選擇32.

8、2.2 溫度采集器件的選擇42.2.3 電機與其驅動器的選擇43 系統(tǒng)硬件設計63.1 單片機STC90C516 RD+63.1.1 芯片特點63.1.2 引腳功能圖63.2 溫度傳感器電路83.2.1 芯片DS18B20介紹83.2.2 DS18B20的主要特性103.2.3 18B20的初始化113.2.4 DS18B20的寫操作113.2.5 DS18B20的讀操作113.3 直流電機驅動電路123.3.1 三極管簡介123.3.2 直流電機簡介123.3.3 直流電機驅動電路133.4 串口通信電路133.4.1 串口通信介紹133.4.2 芯片MAX232介紹143.4.3 MAX2

9、32電路連接圖143.5 電源電路153.5.1 電源芯片介紹163.5.2 電源芯片連接電路163.6 1602電路173.6.1 1602芯片介紹173.6.2 基本操作時序183.6.3 RAM地址映射圖183.6.4 LCD1602的初始化193.6.5 顯示開/關光標設置203.6.6 數(shù)據(jù)控制與其他設置204 系統(tǒng)軟件設計214.1 編程語言簡介214.2 單片機程序設計224.2.1 總程序流程圖224.2.2 溫度采集子程序流程圖234.3 軟件調(diào)試244.4 系統(tǒng)硬件調(diào)試244.5 調(diào)試問題與解決方法25結 論26致 27參考文獻28附錄 A29附錄B311 引 言1.1 系

10、統(tǒng)研景究背隨著科技的不斷進步和發(fā)展，單片機的使用已經(jīng)滲透到我們?nèi)粘Ｉ町斨械母鱾€領域，幾乎很難找到有哪個領域沒有使用單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，各種智能IC卡的廣泛使用，轎車、地鐵和公交車的安全保障系統(tǒng)，智能手機、攝像機、洗衣機的自動控制，以與遙控玩具、電子寵物等等，這些產(chǎn)品都與開單片機息息相關。那就更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 本文設計的智能散熱器，利用單片機進行控制，實時溫度傳感器對直流電機進行轉速控制，外加液晶顯示電路，可實現(xiàn)散熱器轉速隨著外界溫度變化而變化。而目前市場上僅僅有

11、的是單開關式的散熱器，且操作不方便，經(jīng)常開關，還沒有根據(jù)溫度變化來進行控制的智能散熱底座。因而，此設計具有相當重要的現(xiàn)實意義和實用價值。1.2 散熱原理和方式散熱，其實就是一個熱量傳遞過程通過傳導、對流、輻射等幾種方式。通常在臺式機中主要是風冷技術，這包括中央處理器、顯卡、電源與機箱的散熱風扇等，在筆記本電腦中，風冷依舊的主要的散熱方式，絕大數(shù)的散熱方式是：風扇、熱管、散熱板的組合。目前很多筆記本電腦采用鋁鎂合金的外殼，對散熱也起到了一定的作用。在筆記本電腦底部一般都有散熱通風口，或吸入或吹出，對筆記本電腦的散熱都非常重要。筆記本電腦在設計的時候也考慮到散熱問題，往往會用墊腳將機身抬高，但是在

12、溫度過高的時候，就顯得比較勉強。筆記本的散熱底座的散熱原理主要有兩種：1.單純通過物理學上的導熱原理實現(xiàn)散熱功能。將塑料或金屬制成的散熱底座放在筆記本的底部，抬高筆記本以促進空氣流通和熱量輻射，可以達到散熱效果。2.在散熱底座上面再安裝若干個散熱風扇來提高散熱性能。這種風冷散熱方式包括吸風和吹風兩種。兩種送風形式的差別在于氣流形式的不同，吹風時產(chǎn)生的是紊流，屬于主動散熱，風壓大但容易受到阻力損失，例如我們?nèi)粘Ｏ奶煊玫碾婏L扇；吸風時產(chǎn)生的是層流，屬于被動散熱，風壓小但氣流穩(wěn)定，例如機箱風扇。理論上說，開放環(huán)境中，紊流的換熱效率比層流大，但是筆記本底部和散熱底座實際組成了一個封閉空間，所以一般吸風

13、散熱方式更符合風流設計規(guī)。市場上的散熱底座多數(shù)是有置吸風式風扇的。1.3筆記本散熱底座設計1.3.1 散熱底座的材料當前市場主要產(chǎn)品使用的材料有兩種：金屬或者塑料。金屬的導熱性好，但現(xiàn)在任何一款筆記本的底部都有防滑膠墊，和金屬散熱底座不可能緊貼在一起，所以金屬的導熱性能不能完全發(fā)揮出來。當然，金屬底座還是可以更好地將筆記本散發(fā)出來熱量吸收并擴散出去。另外金屬一般比較重，而且由于制造時工藝要求較高，一旦做工不夠精細，極易傷人。塑料材質一般比較輕便，硬度也較高，很多工程塑料的強度甚至超過金屬。出于成本與輕便的考慮，重量較輕、發(fā)熱小的筆記本可以選用設計較好的塑料散熱底座。但是如果是重量較大，發(fā)熱較高

14、的筆記本還是得使用金屬材質的做工良好的散熱底座。1.3.2散熱底座的性能性能判定方法：同等環(huán)境下，使用散熱底座和不使用，分別記錄開機五分鐘和開機一小時后的系統(tǒng)主要溫度參數(shù)，可以大概確定該散熱底座的散熱性能。還需要特別注意的是散熱底座的噪音和振動問題，風扇的數(shù)量和質量是決定因素。風扇多固然增加散熱效果，但是相應的耗電與噪音振動也增加了，所以一般以23個為宜。所以底座測試的時候需要留心判斷下其噪音是否能夠接受，是否會有振動影響電腦硬盤。2 系統(tǒng)方案論證本設計以STC90C51單片機為核心，構成單片機控制電路。本系統(tǒng)的結構主要包括對外界溫度信息的采集電路，單片機控制器電路，散熱風扇控制電路，上位機串

15、口通信電路。選擇合理的電路方案，能實現(xiàn)好系統(tǒng)的功能，降低設計的成本，而且有利于后繼添加的擴展功能。2.1 系統(tǒng)框圖圖2.1 系統(tǒng)框圖2.2 各模塊方案論證2.2.1 控制器的選擇 方案一：采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器。CPLD可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積較小、極高的穩(wěn)定性能、豐富的I/O資源、便于進行功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，對于大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心比較適合。但本系統(tǒng)沒有必要使用復雜的邏輯功能，對處理數(shù)據(jù)的速度要求也不是很高。且從使用性價比的角度考慮放棄了此方案。方案二：采用凌陽公司的16位單片機，它是16位控制器，具有體積小、較強

16、的驅動能力、較高的集成度、易于擴展、可靠性高、低功耗、結構簡單、較強的中斷處理能力等特點。處理速度高，尤其適用于語音處理和識別等領域。但是凌陽的單片機在語音處理和辨識時，因為它占用的CPU資源較多而促使它處理其它任務的速度和能力降低。故不提倡此方案。 方案三：采用STC公司的STC90C516單片機作為主控制器。STC90C51RC/RD+系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，部集成MAX810專用復位電路，時鐘頻率在12MHz以下時，復位腳可直接接地。 因此，本設計采用方案三。2.2.

17、2 溫度采集器件的選擇 方案一：使用模數(shù)轉換芯片和模擬溫度器件組成，其溫度感知器件一般為溫度的線性器件，然后通過模擬轉數(shù)字芯片把模擬量轉換為數(shù)字量送入控制器加以識別和判斷，其優(yōu)點是，其通過選擇合適的轉換芯片和模擬溫度器件可已達到很高的精度，一般的模數(shù)轉換有8位、10位、12位等，在一般的系統(tǒng)中都采用此種方案。但對于本設計中會產(chǎn)生更多的電路，一是增加了體積不易于安裝，二是本系統(tǒng)不需要很高的精度。 方案二：采用“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度圍為 -55125，在-1085圍,精度為±0.5?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸

18、，系統(tǒng)的抗干擾性能被提高了。適合于各種惡劣環(huán)境的現(xiàn)場的溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。適用于對性能要求不高，成本控制嚴格的應用，是經(jīng)濟型產(chǎn)品。因此，本設計采用方案二。2.2.3 電機與其驅動器的選擇 方案一：采用直流電機加模擬電路，通過電位器調(diào)節(jié)電機兩端電壓進行控制。達林頓管串聯(lián)在直流電機回路上，通過調(diào)節(jié)電位器改變電機回路的電流的大小，從而達到控制電機的目的。此方案的優(yōu)點在，電路簡單，通過一個電位器就可以達到調(diào)節(jié)電機速度的目的，但它也存在明顯的不足，三極管工作在放大區(qū)時在電機回路上將產(chǎn)生一個壓降，會產(chǎn)生很多的熱量，效率很低。 方案二：采用PWM控制步進電機。PWM

19、控制是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。PWM對半導體器件的導通和關斷進行控制，是輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，正弦波或其他所需要的波形被這種脈沖來代替。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)節(jié)，逆變電路輸出電壓的大小和輸出頻率都可以被它所改變。對于本設計的不足之處也很明顯，步進電機適用于精確控制，本電路不需要非常精確。而且電路過于復雜，成本過高。 方案三：采用三級管直接驅動直流電機，電路使三級管工作在飽和和截止區(qū)，三極管處于很低的功耗狀態(tài)，發(fā)揮簡單的開關作用來控制電機兩端電流的通斷，從而達到控制電機的目

20、的。此設計簡單，成本低，易于實現(xiàn)。因此，本設計采用方案三。3 系統(tǒng)硬件設計硬件系統(tǒng)的主要包括對外界溫度信息的采集電路，單片機控制電路，散熱風扇控制電路，上位機串口通信電路，電源電路。下面對具體電路進行闡述。3.1 單片機STC90C516 RD+3.1.1 芯片特點1 工作電壓：5.5V-3.8V (5V單片機)、3.8V-2.4V（3V單片機）2 增強型6時鐘/機械周期，12時鐘/機械周期 8051CPU 3 工作頻率圍：0-40HZ，相當于普通8051的 080Hz4 程序儲存器字節(jié)：最多61K5 片上集成1280字節(jié)/512/256字節(jié)RAM6 共3個16位定時/計數(shù)器，其中定時器0可當

21、成2個8位定時器使用7 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷8 工作溫度圍：0-75°C/-40-85°C9 看門狗10 部集成MAX810專用復位電路，外部晶體12M以下時，可省外部復位電路，復 位即可接地使用3.1.2 引腳功能圖引腳功能描述：VCC：電源GND：地圖3.1 引腳示意圖P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O 口。作為輸出口，每位能驅動 8 個 TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有部上拉電阻的8

22、位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以當作為輸入端口使用。作為輸入使用時，因為部電阻外部拉低的引腳，將輸出電流。此外，P1.0 和 P1.2 分別作定時器/計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。P2口：P2 口是一個具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，因為部電阻外部拉低的引腳，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2

23、口輸出高八位地址。在此情況下，P2口使用很強的部上拉發(fā)送 “1”。外部數(shù)據(jù)存儲器被8位地址訪問時，P2 口輸出P2鎖存器的容。P3口：P3口是一個具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，端口被部上拉電阻拉高，這時候可以當作為輸入口使用。被當作輸入口使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流。RST：復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位。當本引腳收到一個由下降沿轉換為上升沿的轉態(tài)信號時，9051將被重置，此時9051將其部的特殊功能暫存器(Special Function Register, SFR)

24、設定為預設值，并由地址0000H開始執(zhí)行程序。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。當CPU自外界記憶體中獲取指令碼或存取資料時，ALE將會在一個匯流排周期開始時送出H的信號，表示P0.0-P0.7(AD0-AD7)正送出低階地址A0-A7信號，以供外界電路鎖定這些低階地址信號。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，所以ALE信號也可當作脈波信號源。然而，每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。PSEN：是外部程序存儲器

25、選通信號。當STC90C51從外部程序存儲器執(zhí)行外部獲取代碼時，PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN 將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行部程序指令，EA 應該接VCC。XTAL1：振蕩器反相放大器和部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL1：振蕩器反相放大器和部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2 溫度傳感器電路3.2.1 芯片DS18B20介紹Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳

26、感器。一線總線性價比高的特點，方便用戶輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度圍為 -55125，在-1085圍,精度為±0.5?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，系統(tǒng)的抗干擾性能被提高了很多。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：溫度控制、設備的過程控制、測溫類電子消費產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V5.5V 的電壓圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便。它可以選擇更小的封裝方式，更寬的電壓適用圍。分辨率設定，與用戶設定的報警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。圖3.2 傳感器原理圖圖3.3 18B20管腳圖DS18

27、B20引腳定義： DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端； GND為電源地； VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。3.2.2 DS18B20的主要特性1 適應電壓圍更寬，電壓圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電 2獨特的單線接口方式，僅需要一條線就可以使DS18B20與微處理器連接，即可實現(xiàn)單片機與DS18B20的雙向通訊。3 DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。4 DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件與轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路。5溫圍55+125，在-10+85時精度為±0

28、.5 6可編程 的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫。7在9位分辨率時最多在 93.75ms把溫度轉換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms把溫度值轉換為數(shù)字，速度更快。8 以數(shù)字溫度信號的形式直接輸出測量結果，以"一 線總線"串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有超強的抗干擾能力。9負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但是不能正常工作。3.2.3 18B20的初始化1 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。2 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點） 3 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。 4 延

29、時750微秒（該時間的時間圍可以從480到960微秒）。 5 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。 6 延時等待（如果初始化成功則在15到60毫秒時間之產(chǎn)生一個由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，必須要應該注意不能無限的進行等待，否則會使程序進入死循環(huán)，所以才要進行超時控制）。 7 如果CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第5步的時間算起）最少要480微秒。 8 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結束。3.2.4DS18B20的寫操作1 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。 2 延時確定的時間為15微秒。 3 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次

30、只發(fā)送一位）。 4 延時時間為45微秒。 5 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。 6 重復上1到5的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 7 最后將數(shù)據(jù)線拉高。3.2.5DS18B20的讀操作1 將數(shù)據(jù)線拉高“1”。 2 延時2微秒。 3 將數(shù)據(jù)線拉低“0”。 4 延時3微秒。 5 將數(shù)據(jù)線拉高“1”。 6 延時5微秒。 7 讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。 8 延時60微秒。3.3 直流電機驅動電路3.3.1 三極管簡介三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管，晶體三極管，是一種電流控制的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅值較大的電信號，也用作無觸點開關。三極管分類：按材質分：硅管、

31、鍺管。按結構分：NPN、PNP。按功能分：開關管、功率管、達林頓管、光敏管等。按功率分：小功率管、中功率管、大功率管。按工作頻率分：低頻管、高頻管、超頻管。按結構工藝分：合金管、平面管。在半導體鍺或硅的單晶上制備兩個能相互影響的PN結，組成一個PNP（或NPN）結構。中間的N區(qū)（或P區(qū)）為基區(qū)，兩邊的區(qū)域分別為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別為基極B、發(fā)射極E和集電極C，能夠起到放大、飽和和截止等作用的半導體電子器件。3.3.2直流電機簡介輸出或輸入為直流電能的旋轉電機，稱為直流電機，它能夠實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作

32、發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉換為電能。定子和轉子兩大部分構成了直流電機。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。隨著人們生活水平的提高，產(chǎn)品質量、精度、性能、自動化程度、功能以與功耗、價格問題已經(jīng)是選擇家用電器的主要因素。永磁直流電機既具有結構簡單、 運行可靠、維護方便等優(yōu)點，又具備良好的調(diào)速特性，現(xiàn)已廣泛應用于各種場合。3.3.3 直流電機驅動電路采用三級管直接驅動直流電機，電路使三級管工作在飽和或截止區(qū)，三極管處于很低的功耗狀態(tài)，發(fā)揮簡單的開關作用來控制電機兩端電流的通斷，從而達到控制電機的目的。對于電路的

33、保護采用二極管續(xù)流方式并聯(lián)在電機兩端。圖3.4 直流電機驅動電路原理圖3.4 串口通信電路3.4.1 串口通信介紹 RS-232已經(jīng)成為PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的串行通信接口之一，盡管近年來隨著USB技術的成熟與發(fā)展，RS-232串口的地位將逐步被USB接口協(xié)議取代，但是在工業(yè)控制與嵌入式系統(tǒng)中，RS-232串口通信以其低廉的實現(xiàn)價格，較長的通信距離，優(yōu)異的抗干擾能力，仍然占有十分大的應用比例。 RS-232是一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標準，它的傳輸方式不平衡，典型的RS-232信號在正負電平之間擺動，數(shù)據(jù)傳輸時，發(fā)送端驅動器的輸出正電平圍在+5+15V之間，負電平圍在-5-

34、15V之間，與TTL電平相對應時，邏輯1對應RS-232通信的負電平，邏輯0對應RS-232通信的正電平。針串口功能一覽表：1.載波檢測（DCD）2.接收數(shù)據(jù)（RXD）3.發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）4.數(shù)據(jù)終端準備好（DTR）5.信號地（GND）6.數(shù)據(jù)準備好（DSR）7.發(fā)送請求（RTS）8.發(fā)送清除（CTS）9.振鈴指示（RI）數(shù)據(jù)連接線主要在設備中起橋梁的作用，使PC機與單片機，PC機與PC機之間進行數(shù)據(jù)通信，串口間通信只要連接三條線就可以了。即接收數(shù)據(jù)線，發(fā)射數(shù)據(jù)線和信息地線。在某時刻，對一臺機來說是發(fā)送數(shù)據(jù)，對另一臺機就是接收數(shù)據(jù)。所以接收數(shù)據(jù)線與發(fā)射數(shù)據(jù)線要換接。3.4.2 芯片MAX23

35、2介紹 MAX232產(chǎn)品是由美國Maxim公司推出的一款兼容RS-232標準的芯片，該器件包含兩個驅動器、兩個接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平，該器件符合TIA/EIA-232-F標準，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉換成5TTL/CMOS電平，每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉換成TIA/EIA-232-F電平，有從貼片到直插等不同的封裝類。3.4.3 MAX232電路連接圖MAX232采用單5V供電，部有兩個電荷泵，通過充電電容的作用將+5V電壓轉換為+10V的電壓，第一個電荷泵利用充電電容C1將+5V電壓加倍提升到+10V，第二個電荷泵利用充電

36、電容C2和C4將+10V電壓變換為-10V的電壓，為RS-232通信提供工作電平。對于MAX232來說，推薦采用10uF的電解電容。圖3.4 MAX232電路連接3.5 電源電路圖3.5 電源電路原理圖3.5.1電源芯片介紹 電源電路主要運用到7805穩(wěn)壓芯片，輸出電壓為5V，加散熱片時驅動電流可達1A，輸出電流200300mA時，7805溫度在50度左右，并且有過溫切斷輸出起到保護功能。該系列芯片技術成熟，所需的外圍器件少，性價比高，運用的非常廣泛。圖3.6 7805穩(wěn)壓芯片1 INPUT 電源輸入端，最大可達35V 2 GROUND電源地3 OUTPUT +5V輸出端3.5.2電源芯片連接

37、電路 由變壓器出來的交流信號經(jīng)過橋式整流和電容濾波之后送給LM7805，穩(wěn)壓5V輸出，它的輸出單獨供給單片機。在三端穩(wěn)壓管的輸入輸出端與地之間連接大容量的濾波電容，使濾掉紋波的效果更好，輸出的直流電壓更穩(wěn)定。接小容量高頻電容以抑制芯片自激，輸出引腳端連接高頻電容以減小高頻噪聲，使單片機工作在一個良好的電源環(huán)境中，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。圖3.7 電源連接電路3.6 1602電路3.6.1 1602芯片介紹LCD1602為工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符，使用簡單方便，具有背光功能，顯示字符清晰準確，能同時顯示字母與數(shù)字，可以區(qū)分大小寫字母，具有較強的功能并且連線簡單，背光亮度可調(diào)，并

38、且耗電量小，是一款不錯的顯示器件。它采用標準的16腳接口，其中包括8根數(shù)據(jù)線，3根控制線，電源地，電源與液晶驅動電壓引腳。LCD1602主要參數(shù)如下1 驅動芯片 KS0066（兼容HD44780） 2 背光 黃光 / 藍光 3 字色 黑色 / 白色 4 字庫 ASCII碼字庫（英文，數(shù)字，基本符號） 5 類型 STN 6 液晶模塊尺寸(mm) 80 * 36 * 13.5編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地9 D2 Data I/O2 VDD 電源正極10 D3 Data I/O3 VL 液晶顯示偏壓信號11 D4 Data I/O4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端12 D5

39、 Data I/O5 R/W 讀/寫選擇端13 D6 Data I/O6 E 能使信號14 D7 Data I/O7 D0 Data I/O15 BLA 背光源正極8 D1 Data I/O16 BLK 背光源負極表3.1 1602引腳說明3.6.2 基本操作時序1 讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW-H，E=H 輸出：D0D7=狀態(tài)字2 寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：無3 讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H,E=H 輸出：D0D7=數(shù)據(jù)4 寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H,RW=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 輸出：無 3.6.3 RAM地址映射圖 控制器部帶有80字節(jié)

40、的RAM緩沖區(qū)，對應關系如圖所示圖3.8 電路原理圖圖3.9 RAM地址映射圖 3.6.4 LCD1602的初始化延時15ms寫指令38H延時5ms寫指令38H延時5ms寫指令38H延時5ms（以上都不檢測忙信號）（以下都要檢測忙信號）寫指令38H寫指令08H 關閉顯示寫指令01H 顯示清屏寫指令06H 光標移動設置寫指令0cH 顯示開與光標設置3.6.5 顯示開/關光標設置0000 1DCB D顯示(1有效)、C光標顯示(1有效)、B光標閃爍(1有效)0000 01NS N=1(讀或寫一個字符后地址指針加1 &光標加1)，N=0(讀或寫一個字符后地址指針減1 &光標減1)，S

41、=1 且 N=1 (當寫一個字符后，整屏顯示左移)S=0 當寫一個字符后，整屏顯示不移動3.6.6 數(shù)據(jù)控制與其他設置數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(0-27H，40-67H)01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0)；02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0)。4 系統(tǒng)軟件設計軟件部分也是整個系統(tǒng)的核心部分之一，硬件制作成功后，加上軟件部分才能使整個系統(tǒng)得以運行。本系統(tǒng)的軟件部分主要包括主程序和系統(tǒng)初始化子程序、電機控制子程序、溫度采集子程序等。4.1 編程語言簡介C語言是一種計算機程序設計語言。它既有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它可以作為系統(tǒng)設計語言，編寫系統(tǒng)應用程序

42、，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。所以，它的應用圍廣泛。 C語言對操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以與需要對硬件進行操作的場合，用C語言明顯優(yōu)于其它解釋型高級語言，有一些大型應用軟件也是用C語言編寫的。其適用圍廣泛,適合于多種操作系統(tǒng)，如Windows、DOS、UNIX等等；也適用于多種機型。C語言具有繪圖能力強，可移植性，并具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫。它是數(shù)值計算的高級語言。其特點為：1 語言簡潔、緊湊、使用方便、靈活。2 運算符豐富。3 數(shù)據(jù)結構豐富，具有現(xiàn)代化語言的各種數(shù)據(jù)結構。4 具有現(xiàn)代化的控制語句。5 語法限制不太嚴格，程序

43、設計自由度大。6 能實現(xiàn)匯編語言的大部分功能，可以直接對硬件進行操作。7 生成目標代碼質量高，程序執(zhí)行效率高。8 程序可移植性好。4.2 單片機程序設計4.2.1 總程序流程圖圖4.1 總程序流程圖4.2.2 溫度采集子程序流程圖圖4.2 子程序流程圖4.3 軟件調(diào)試將系統(tǒng)軟件按照模塊化程序設計方法編寫出來，然后輸入到KEIL編譯器編程模擬調(diào)試中，在編譯器的支持下，將經(jīng)過初步調(diào)試的程序加載到主模塊中，按照以下方法調(diào)試：1 單步：一次只執(zhí)行一條指令，在每步執(zhí)行后，返回監(jiān)控調(diào)試程序。2 行：可以從程序的任何一條地址處啟動，然后全速運行。3 點運行：可以在程序任何位置設置斷點，當程序執(zhí)行到斷點時，控

44、制返回到監(jiān)控調(diào)試程序。4 查和修改存儲器單元的容。5 查和修改寄存器的容。程序調(diào)試可以一個一個模塊進行，一個一個子程序的調(diào)試，從中可以發(fā)現(xiàn)程序中的死循環(huán)、機器碼錯誤與轉移地址錯誤，也可以發(fā)現(xiàn)待測系統(tǒng)中軟件算法和硬件設計錯誤。4.4 系統(tǒng)硬件調(diào)試在通電前先用萬用表檢查芯片的正負極，經(jīng)過檢查正負極沒有短路。電路為直流9V輸入，調(diào)試時需要將直流穩(wěn)壓電源調(diào)到9V，但要注意的是，確保電路沒有問題，防止電路短路，損壞電源。1 上電準備：用萬用表測試一下電源和地是否短路，確保在沒有短路的情況下準備上電。2 電源模塊檢測：主要檢查電源芯片輸出電壓是否達到標稱值5V。3 核心芯片檢測 STC90C516 RD+

45、：對于這一塊我覺得采用程序測試的方法，看能否下載好程序，能否有輸出。4 外圍器件調(diào)試：在核心芯片調(diào)試好的基礎上，再測試STC89C52RC與周圍器件的協(xié)調(diào)工作情況。4.5 調(diào)試問題與解決方法 在硬件無故障和軟件模塊調(diào)試完成的情況下，還要對系統(tǒng)進行聯(lián)機調(diào)試。在系統(tǒng)調(diào)試時，應將全部硬件電路都接上，應用程序模塊也都組合好，進行全系統(tǒng)軟硬件調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試是排除軟硬件中的殘留錯誤，使整個系統(tǒng)能夠完成預定的工作任務，達到要求的技術性能指標。1 調(diào)試中檢查元器件失效造成這種情況的原因有兩個：一個是元器件買來時就已壞了；另一個是由于安裝錯誤，造成器件壞損?？梢圆扇z查元器件與設計要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致

46、。2 電源故障在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在5V4.8V之間屬正常。3 當判斷單片機不工作時候，需要進行聯(lián)機仿真調(diào)試。聯(lián)機仿真必須借助單片機開發(fā)的最基本工具比如仿真開發(fā)裝置、示波器、萬用表等。結 論在選擇畢業(yè)設計課題上面，對筆記本散熱問題非常的感興趣，本設計課題是用傳感器、直流電機和單片機來實現(xiàn)，鑒于目前對電路的設計，由于很多相關知識片都沒有接觸過，所以在這次畢業(yè)設計中學到了很多。在這個設計中不僅需要對芯片進行硬件設計還要進行軟件設計，在軟件編程過程中遇到了很多問題，后來翻閱了大量有關單片

47、機方面的書籍、上網(wǎng)查閱資料才真正根據(jù)設計要求設計硬件電路,逐步完成了軟件方面的編程。本系統(tǒng)實現(xiàn)了電腦底座溫度數(shù)據(jù)的測量和監(jiān)控，本設計很好的完成了對筆記本的溫度監(jiān)控和散熱設備的運行，可以將數(shù)據(jù)上傳至電腦進行后期分析處理?？梢员粡V泛的應用到生產(chǎn)和生活中，如帶有溫度控制的場合、工業(yè)溫度測量儀表等。由于溫度監(jiān)控是一個實踐應用性很強的課題，要使其產(chǎn)品化，能夠經(jīng)受住實際應用的嚴格考驗，還需要很多細致的改進。致 大學的學習已接近尾聲，畢業(yè)設計是一次檢驗我大學學習成果的機會，這次畢業(yè)設計不僅把四年來所學知識融會貫通，而且提高了我的動手創(chuàng)造能力，同時在指導教師的悉心幫助下，我的專業(yè)技術水平有了很大進步。從開始加

48、入這個項目的設計到現(xiàn)在項目的完成，我們真正經(jīng)歷了一次自己參與并設計的過程。我感覺收獲非常大，我們獲得的不僅是理論上的收獲,還有實踐中的豐收。這次畢業(yè)設計一定會為我們在不久的將來踏上工作崗位打下了良好的實踐基礎。 在畢業(yè)設計與我的大學學習生活即將結束的時候，心中有很多感觸，首先我要對我的畢業(yè)設計指導老師商俊平老師與所有大學教授過我的老師表示誠心的真摯的感。這個學習機會,為我提供了良好的畢業(yè)設計場所和試驗條件。最后，祝愿我校日后蓬勃發(fā)展，發(fā)展成為一所獨具風格的三本院校。商老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和為人給了我們很大的教育，這將使我終身受益。參考文獻1 建華惠群魯源迎澍編著.微型計算機原理與接口技術M.：高

49、等教育，2002.2 逸之編著.Visual Basic與RS-232串行通信控制M.：中國青年, 2002.3 江思敏編著.Protel電路設計教程M.：清華，2002.4 余海生等編著.微型計算機控制技術M.：清華大學，2003.5 靳達編著.單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例導航M.：人民郵電,2003.6 自美編著.電子線路設計.實驗.測試M.：華中科技大學，2000.7 閆玉德 俞虹編著.MCS-51系列單片機原理與應用（C語言版）M.：機械工業(yè)，2002.8 朝青編著.PC機與單片機數(shù)據(jù)通信技術M.：航空航天大學, 2000.9 增強等編著.突破Delphi 7.0 編程百例M.：中國水利水電

50、 ，2003.10 石東海編著.單片機應用系統(tǒng)設計從入門到精通M.：電子科技大學, 2002.11 建華 郭瑞軍編著.Delphi串口通信工程開發(fā)實例導航M.：人民郵電，2004.12 學海編著.EM78單片機實用教程基礎篇M.：電子工業(yè)，2003.13M . Herry. Analog Integrate Circuits WILEY.2001.附錄 A實物圖整體原理圖附錄 B源程序代碼/* 文件名 ： 溫度采集DS18B20.c* 描述 : 該文件實現(xiàn)了用溫度傳感器件DS18B20對溫度的采集，并在LCD顯示出來。*/#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define jump_ROM 0xCC#define start 0x44#define read_EEROM 0xBEsbi