基于單片機溫控電風扇-畢業(yè)論文

1、2021年度本科生畢業(yè)論文設計基于單片機的溫控電風扇的設計學 院： 電子信息工程學院 專 業(yè)： 通信技術 年 級： 2021級 學生姓名： 張志強 學 號： 08250336 導師及職稱： 林元乖副教授 2021年5月2021 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate Microcontroller-based temperature control fan designDepartment: College of Electronics and Information EngineeringMajor: C

2、omputer Science and TechnologyGrade: 2021Students Name: Zhang Student No.:08253036Tutor: Associate Professor Lin Yuanguai Finished by May, 2021畢業(yè)論文設計原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文設計是我在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文設計不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文設計的研究做出重要奉獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文設計授權使用說明本論

3、文設計作者完全了解瓊州學院有關保存、使用畢業(yè)論文設計的規(guī)定，學校有權保存論文設計并向相關部門送交論文設計的電子版和紙質(zhì)版。有權將論文設計用于非贏利目的的少量復制并允許論文設計進入學校圖書館被查閱。學?？梢怨颊撐脑O計的全部或局部內(nèi)容。保密的論文設計在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導教師簽名：日期： 日期： 雷 闖 畢業(yè)論文設計辯論委員會(辯論小組)成員名單姓名職稱單位備注符曉芳副教授電子信息工程學院主席組長蘇靜講師電子信息工程學院組員黃應紅講師電子信息工程學院組員李坤鵬實驗師電子信息工程學院辯論秘書摘 要生活中，我們經(jīng)常會使用到電風扇。比方，在炎熱的夏天人們用電風扇來降溫；在工業(yè)生產(chǎn)中，大

4、型機械用電風扇來散熱等。但是當環(huán)境溫度變化的時候，人工很難做到及時控制風扇的轉(zhuǎn)速，也很難有效利用珍貴的電資源。隨著溫度控制的技術不斷開展，溫控技術已經(jīng)完全滿足現(xiàn)代的日常生活和生產(chǎn)的要求，應運而生的溫控電風扇也逐漸走進了人們的生活中。溫控電風扇可以根據(jù)環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)電風扇啟停與轉(zhuǎn)速，在實際生活的使用中，溫控電風扇不僅可節(jié)省珍貴的電資源，也大大方便了人們的生活和生產(chǎn)。溫控風扇是利用溫度的變化控制風扇啟停及轉(zhuǎn)速的智能系統(tǒng)，在現(xiàn)代社會中的生產(chǎn)以及人們的日常生活中都有廣泛的應用，如工業(yè)生產(chǎn)大型機械散熱系統(tǒng)中的風扇、現(xiàn)在筆記本電腦上的廣泛應用的智能CPU風扇等。本文設計了基于單片機的溫控風扇系統(tǒng)，采用單

5、片機為控制器，利用溫度傳感器DS18B20作為溫度采集元件，并根據(jù)采集到的溫度，通過一個達林頓反向驅(qū)動器ULN2803驅(qū)動風扇電機。根據(jù)檢測到的溫度與系統(tǒng)設定的溫度比較實現(xiàn)風扇電機的自動啟動和停止，并能根據(jù)溫度的變化自動改變風扇電機的轉(zhuǎn)速，同時用LED八段數(shù)碼管顯示檢測到的溫度與設定的溫度。系統(tǒng)的預設溫度的設置是通過兩個獨立按鍵來實現(xiàn)的，一個增大預設溫度，一個減小預設溫度。 關鍵詞: 單片機；DS18B20；溫控；風扇ABSTRACTIn life, we often use to electric fan. For example, in the hot summer people use

6、electric fan to cool; in industrial production, large-scale machinery use electric fan for cooling. But when the environmental temperature changes, artificial hard to timely control the speed of the fan, is also very difficult to effectively utilize valuable resources. With the development of techno

7、logy of temperature control, temperature control technology has been fully meet the modern daily life and production requirements, emerge as the times require temperature-controlled electric fan has gradually entered peoples life. Temperature control electric fan according to the ambient temperature

8、 automatic regulating electric fan start / stop and speed, in real life use, temperature-controlled electric fan not only can save valuable resources, also brings great convenience for peoples life and production.Temperature control fan in modern society production and peoples daily life have a wide

9、 range of applications, Such as industrial production of large mechanical cooling system of fan, now notebook computer on a wide range of application of intelligent CPU fan. This paper introduces the design of MCU based temperature control fan system, using SCM as the controller, use of temperature

10、sensor DS18B20 as a temperature acquisition component, and according to the collected temperature, through a Darlington reverse driving fan motor driver ULN2803. According to the detected temperature and a set temperature to achieve system comparison of fan motor for automatic start and stop, and ac

11、cording to temperature changes automatically change the fan motor speed, at the same time with the LED eight digital tube display the detected temperature and a set temperature. The preset temperature set by two independent buttons to achieve, The one increase the preset temperature, and the another

12、 one reduced the preset temperature.Key words: single chip microcomputer; DS18B20; temperature control; fan目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325357531 第一章 前 言 PAGEREF _Toc325357531 h 1 HYPERLINK l _Toc325357532 第二章 整體方案設計 PAGEREF _Toc325357532 h 2 HYPERLINK l _Toc325357533 2.1 系統(tǒng)整體的設計 PAGEREF _Toc

13、325357533 h 2 HYPERLINK l _Toc325357534 方案論證 PAGEREF _Toc325357534 h 2 HYPERLINK l _Toc325357535 2.2.1 溫度傳感器的選擇 PAGEREF _Toc325357535 h 3 HYPERLINK l _Toc325357536 2.2.2 控制核心的選擇 PAGEREF _Toc325357536 h 3 HYPERLINK l _Toc325357537 2.2.3 溫度顯示器件的選擇 PAGEREF _Toc325357537 h 4 HYPERLINK l _Toc325357538 2.

14、2.4 調(diào)速方式的選擇 PAGEREF _Toc325357538 h 4 HYPERLINK l _Toc325357539 第三章 各單元模塊的硬件設計 PAGEREF _Toc325357539 h 6 HYPERLINK l _Toc325357540 3.1 系統(tǒng)器件簡介 PAGEREF _Toc325357540 h 6 HYPERLINK l _Toc325357541 3.1.1 DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器簡介 PAGEREF _Toc325357541 h 6 HYPERLINK l _Toc325357542 3.1.2 達林頓反向驅(qū)動器ULN2803簡介 PAGER

15、EF _Toc325357542 h 6 HYPERLINK l _Toc325357543 3.1.3 AT89C52單片機簡介 PAGEREF _Toc325357543 h 7 HYPERLINK l _Toc325357544 3.1.4 LED數(shù)碼管簡介 PAGEREF _Toc325357544 h 9 HYPERLINK l _Toc325357545 電路設計 PAGEREF _Toc325357545 h 10 HYPERLINK l _Toc325357546 3.2.1 開關復位與晶振電路 PAGEREF _Toc325357546 h 10 HYPERLINK l _T

16、oc325357547 3.2.2 獨立按鍵連接電路 PAGEREF _Toc325357547 h 11 HYPERLINK l _Toc325357548 3.2.3 數(shù)碼管顯示電路 PAGEREF _Toc325357548 h 12 HYPERLINK l _Toc325357549 3.2.4 溫度采集電路 PAGEREF _Toc325357549 h 13 HYPERLINK l _Toc325357550 3.2.5 風扇電機驅(qū)動與調(diào)速電路 PAGEREF _Toc325357550 h 14 HYPERLINK l _Toc325357551 3.2.6 電路總圖 PAGER

17、EF _Toc325357551 h 15 HYPERLINK l _Toc325357552 第四章 軟件設計 PAGEREF _Toc325357552 h 17 HYPERLINK l _Toc325357553 4.1 程序設置 PAGEREF _Toc325357553 h 17 HYPERLINK l _Toc325357554 4.1.1 主要程序代碼 PAGEREF _Toc325357554 h 18 HYPERLINK l _Toc325357555 4.2 用Keil C51 編寫程序 PAGEREF _Toc325357555 h 20 HYPERLINK l _Toc

18、325357556 4.3 用Proteus進行仿真 PAGEREF _Toc325357556 h 21 HYPERLINK l _Toc325357557 4.3.1 Proteus簡介 PAGEREF _Toc325357557 h 21 HYPERLINK l _Toc325357558 4.3.2 本設計基于Proteus的仿真 PAGEREF _Toc325357558 h 22 HYPERLINK l _Toc325357559 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc325357559 h 26 HYPERLINK l _Toc325357560 5.1 軟件調(diào)試 PAGER

19、EF _Toc325357560 h 26 HYPERLINK l _Toc325357561 5.1.1 按鍵顯示局部的調(diào)試 PAGEREF _Toc325357561 h 26 HYPERLINK l _Toc325357562 5.1.2 傳感器DS18B20溫度采集局部調(diào)試 PAGEREF _Toc325357562 h 26 HYPERLINK l _Toc325357563 5.1.3 電動機調(diào)速電路局部調(diào)試 PAGEREF _Toc325357563 h 27 HYPERLINK l _Toc325357564 5.2 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc325357564 h 2

20、7 HYPERLINK l _Toc325357565 5.2.1 按鍵顯示局部的調(diào)試 PAGEREF _Toc325357565 h 27 HYPERLINK l _Toc325357566 5.2.2 傳感器DS18B20溫度采集局部調(diào)試 PAGEREF _Toc325357566 h 27 HYPERLINK l _Toc325357567 5.2.3 電動機調(diào)速電路局部調(diào)試 PAGEREF _Toc325357567 h 28 HYPERLINK l _Toc325357568 5.3 系統(tǒng)功能 PAGEREF _Toc325357568 h 28 HYPERLINK l _Toc32

21、5357569 5.3.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 PAGEREF _Toc325357569 h 28 HYPERLINK l _Toc325357570 5.3.2 系統(tǒng)功能分析 PAGEREF _Toc325357570 h 28 HYPERLINK l _Toc325357571 第六章 結(jié)束語 PAGEREF _Toc325357571 h 30 HYPERLINK l _Toc325357572 參考文獻 PAGEREF _Toc325357572 h 31 HYPERLINK l _Toc325357573 附 錄 PAGEREF _Toc325357573 h 32 HYPERLINK

22、 l _Toc325357574 致 謝 PAGEREF _Toc325357574 h 34第一章 前 言在現(xiàn)代的生活和生產(chǎn)中，電風扇被廣泛的使用，發(fā)揮著舉足輕重的作用，如夏天人們使用的散熱風扇、工業(yè)生產(chǎn)中大型機械中的散熱風扇以及現(xiàn)在筆記本電腦上廣泛使用的智能CPU風扇等。而隨著溫度控制技術的開展，為了降低風扇運轉(zhuǎn)時的噪音以及節(jié)省能源等，溫度控制風扇越來越受到重視并被廣泛的應用。在先階段，溫控風扇的設計已經(jīng)有了一定的成效，可以使風扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化進行自動無極調(diào)速，當環(huán)境溫度升高到到一定時能自動啟動風扇，并隨著環(huán)境溫度的升高自動加快風扇的轉(zhuǎn)速，當環(huán)境溫度降到一定時能自動停止風扇的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)

23、智能控制。本文設計了由ATMEL公司的8052系列單片機AT89C52作為控制器，采用DALLAS公司的溫度傳感器DS18B20作為溫度采集元件，并通過一個達林頓反向驅(qū)動器ULN2803驅(qū)動風扇電機的轉(zhuǎn)動。同時使系統(tǒng)檢測到的環(huán)境溫度以及系統(tǒng)預設的溫度動態(tài)顯示在LED數(shù)碼管上。根據(jù)系統(tǒng)檢測到的環(huán)境溫度與系統(tǒng)預設溫度的比較，實現(xiàn)風扇電機的自動啟動與停止以及轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。第二章 整體方案設計2.1 系統(tǒng)整體的設計本設計的整體思路是：利用溫度傳感器DS18B20檢測環(huán)境溫度并直接輸出數(shù)字溫度信號給單片機AT89C52進行處理，在LED數(shù)碼管上顯示當前環(huán)境溫度值以及預設溫度值。其中預設溫度值只能為整數(shù)

24、形式，檢測到的當前環(huán)境溫度可精確到小數(shù)點后一位。同時采用PWM脈寬調(diào)制方式來改變直流風扇電機的轉(zhuǎn)速。并通過兩個按鍵改變預設溫度的大小，一個提高預設溫度，另一個降低預設溫度。系統(tǒng)結(jié)構框圖如圖2-1所示。AT89C52溫度顯示DS18B20復位晶振獨立按鍵PWM驅(qū)動電路直流電機圖2-1 系統(tǒng)構成框圖方案論證本設計需要實現(xiàn)風扇直流電機的溫度控制，使風扇電機能根據(jù)環(huán)境溫度的變化自動啟動和停止以及轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，需要比較高的溫度變化分辨率以及穩(wěn)定可靠的換擋停機控制部件。 溫度傳感器的選擇在本設計中，溫度傳感器的選擇有一下兩種方案：方案一：使用數(shù)字式的DS18B20集成溫度傳感器作為溫度檢測的核心元件，由

25、其檢測并直接輸出數(shù)字信號給單片機進行處理。方案二：使用熱敏電阻作為檢測溫度的核心元件，并通過運算放大器放大，由于熱敏電阻會隨溫度變化而變化，進而產(chǎn)生輸出電壓變化的微弱電壓變化信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809將微弱電壓變化信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入單片機處理。對于方案二，采用熱敏電阻作為溫度檢測元件，有價格廉價，元件容易購的優(yōu)點，但是熱敏電阻對溫度的細微變化不太敏感，在信號采集、放大以及轉(zhuǎn)換的過程中還會產(chǎn)生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的R-T關系的非線性，其自身對溫度的變化存在較大的誤差，雖然可以通過一定電路來修正，但這個不僅將使電路變得更加復雜，而且在人體所處環(huán)境溫度變化過程中難以檢測到小的溫

26、度變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。對于方案一，由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外界放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因數(shù)，溫度誤差變的很小，并且由于其檢測溫度的原理與熱敏電阻檢測的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)化成數(shù)字量直接輸出，簡化了系統(tǒng)程序的設計，又由于該溫度傳感器采用先進的單總線技術，與單片機的接口變的非常簡潔，抗干擾能力強，因此該方案適用于本系統(tǒng)。 控制核心的選擇在本設計中采用AT89C52單片機作為控制核心，通過軟件編程的方法進行溫度檢測和判斷，并在其I/O口輸出控制信號。AT89C52單片機工作電壓低，性能高，片內(nèi)含8k字節(jié)的只讀程序存儲器

27、ROM和256字節(jié)的隨機數(shù)據(jù)存儲器RAM，它兼容標準的MCS-51指令系統(tǒng)，單片機價格廉價，適合本設計系統(tǒng)。 溫度顯示器件的選擇方案一：應用動態(tài)掃描的方式，采用LED共陰極數(shù)碼管顯示溫度。方案二：采用LCD液晶顯示屏顯示溫度。對于方案一，該方案本錢很低，顯示溫度明確醒目，即使在黑暗空間也能清楚看見，功耗極低，同時溫度顯示程序的編寫也相對簡單，因而這種方式得到了廣泛的應用。但缺乏的地方是它采用動態(tài)掃描顯示方式，各個LED數(shù)碼管是逐個點亮的，因此會產(chǎn)生閃爍 ，但由于人眼的視覺暫留時間為20ms，故當數(shù)碼管掃描周期小于這個時間時，人眼不會感覺到閃爍，因此只要掃描頻率設置得到即可采用該方案。對于方案二

28、，液晶顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，其不僅能顯示字符甚至圖形，這是LED數(shù)碼管無法比較的。但是液晶顯示模塊的元件價格昂貴，顯示驅(qū)動程序的編寫也較復雜，從簡單實用的角度考慮，本系統(tǒng)采用方案一。2 調(diào)速方式的選擇方案一：采用單片機軟件編程實現(xiàn)PWM脈沖寬度調(diào)制調(diào)速方法。PWM的英文全稱是：Pulse Width Modulation的縮寫，它是按一定的規(guī)律改變脈沖序列的脈沖寬度，一調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)節(jié)方式，在PWM驅(qū)動控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，最常用的是以矩形波PWM信號，早控制時需要調(diào)節(jié)PWM波的占空比。占空比是指高電平持續(xù)時間在一個周期時間內(nèi)的百分比。在控制電機轉(zhuǎn)速時，占空比越大，轉(zhuǎn)速就越快，假設全為

29、高電平，占空比為100%時，轉(zhuǎn)速到達最大。用單片機I/O口輸出PWM信號時，有如下三種方法：1利用軟件延時。當高電平延時時間到時，對I/O電平取反，使其變成低電平，然后再延時一定時間；當?shù)碗娖窖訒r時間到時，再對I/O電平取反，使其變成高電平，如此循環(huán)即可得到PWM信號。在本設計中采用了此方法。2利用定時器?？刂品椒ㄅc1相同，只是在該方法中利用單片機的定時器來定時進行上下電平的轉(zhuǎn)變，而不是用軟件延時。但是此方法編程相對復雜。3利用單片機自帶的PWM控制器。在STC12系列單片機中自身帶有PWM控制器，但本系統(tǒng)所應用到的AT89C52單片機無此功能。對于方案一，該方案能夠直接實現(xiàn)對直流電機的無極調(diào)

30、速，速度變化靈敏，但是D/A轉(zhuǎn)換芯片的價格較高，與其溫控狀態(tài)下無極調(diào)速功能相比價格較高。對于方案二，相對于其他用硬件或是軟件相結(jié)合的方法實現(xiàn)對電機進行調(diào)速而言，采用PWM用純軟件的方法來實現(xiàn)調(diào)速過程，具有更大的靈活性，并大大降低了本錢，能夠充分發(fā)揮單片機的功能，對于簡單速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑。綜合考慮選用方案二。第三章 各單元模塊的硬件設計系統(tǒng)主要器件包括DS18B20溫度傳感器、AT89C52單片機、五位LED共陰數(shù)碼管、風扇直流電機，達林頓反向驅(qū)動器ULN2803。輔助元件包括電阻、電容、電源、按鍵、撥碼開關等。3.1 系統(tǒng)器件簡介 DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器簡介DS

31、18B20數(shù)字溫度傳感器，是采用美國DALLAS半導體公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微型處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供處理器處理。適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。DS18B20的主要特征：測量的結(jié)果直接以數(shù)字信號的形式輸出，以“一線總線方式串行傳給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；溫度測量范圍在-55+125之間，在-10+85時精確度為；可檢測溫度分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為，和，可實現(xiàn)高精度測溫；它單線接口的獨特性，使它與微處理器連接時僅需一條端口線即可

32、實現(xiàn)與微處理器的雙向通信；支持多點組網(wǎng)功能，即多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫的功能；工作電壓范圍寬，其范圍在3.05.5V。DS18B20內(nèi)部結(jié)構主要有四局部：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置存放器。其管腳有三個，其中DQ為數(shù)字信號端，GND為電源地，VDD為電源輸入端。 達林頓反向驅(qū)動器ULN2803簡介本系統(tǒng)要用單片機控制風扇直流電機，需要加驅(qū)動電路，為直流電機提供足夠大的驅(qū)動電流。在本系統(tǒng)驅(qū)動電路中，選用達林頓反向驅(qū)動器ULN2803來驅(qū)動風扇直流電機。ULN2803在使用時接口簡單，操作方便，可為電機提供較大的驅(qū)動電流，它實際

33、上是一個集成芯片，單塊芯片可同時驅(qū)動8個電機。每個電機由單片機的一個I/O口輸出的為5V的TTL信號。UNL2803由8個NPN達林頓晶體管組裝而成，共18個引腳，引腳18分別是8路驅(qū)動器的輸入端，輸入信號可直接是TTL或是CMOS信號；引腳1118分別是8路驅(qū)動器的輸出端；引腳9為接地線，引腳10為電源輸入。當輸入TTL信號為5V或CMOS信號為615V時，輸出的最大電壓為50V，最大電流為500mA，工作溫度范圍為070。本系統(tǒng)選用的電機為12V直流無刷電機，可用ULN2803來驅(qū)動。3.1.3 AT89C52單片機簡介AT89C52是51系列單片機的一個型號，它是由ATMEL公司生產(chǎn)的一

34、個低電壓、高性能的8位單片機，片內(nèi)器件采用ATMEL公司的非易失性、高密度存儲技術 ，與標準的MCS-51指令系統(tǒng)兼容，同時片內(nèi)設置有通用8位中央處理器和8k字節(jié)的可反復擦寫的只讀程序存儲器ROM以及256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM，在許多較復雜的控制系統(tǒng)中AT89C52單片機得到了廣泛的應用。AT89C52有40個引腳，各引腳介紹如下：VCC：+5V電源線；GND：接地線。P0口：P0.7P0.0，這組引腳共8條，其中P0.7為最高位，P0.0為最低位。這8條引腳共有兩種不同的功能，分別適用于兩種不同的情況。第一種情況是單片機不帶片外存儲器，P0可以作為通用I/O口使用，P0.7P0.0用于傳送

35、CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，此時它需外接一上拉電阻才能正常工作。第二種情況是單片機帶片外存儲器，其各個引腳在CPU訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。P1口：P1口是一個內(nèi)部含有上拉電阻的8位雙向I/O口。它也可作為通用的I/O口使用，與P0口一樣用于傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)，所不同的是它片內(nèi)含上拉電阻而P0口沒有，故P0口在做該用途時需外接上拉電阻而P1口那么不需要。在FLASH編程和校驗時，P1口用于輸入片內(nèi)EPROM的低8位地址。P2口：P2口為一個內(nèi)部含有上拉電阻的8位雙向I/O口，它可以作為通用I/O口使用，傳送用戶的輸入/輸出數(shù)據(jù)，同

36、時可與P0口的第二功能配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲單元，但此時不能傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。在一些型號的單片機中，P2口還可以配合P1口傳送內(nèi)部EPROM的12位地址中的4位地址。P3口：P3口引腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，當P3口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，它也可以作為普通的I/O口使用，傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)，P3口也作為一些特殊功能端口使用，如圖3-1所示。P3.0：RXD串行數(shù)據(jù)接受口，P3.1：TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口P3.2： (外部中斷0輸入)，：外部中斷1輸入P3.4：T0計數(shù)器0計數(shù)輸入，P3.5：T1計時器1外部輸入：外部RAM寫選通信號：

37、外部RAM讀選通信號 圖3-1 AT89C52單片機RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平狀態(tài)。ALE/線上輸出一個高電位脈沖，其下降沿用于把這個片外存儲器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出P0.7P0.0引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，單片機自動在ALE/線上輸出頻率為1/6晶振頻率的脈沖序列。:外部程序存儲器ROM的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。/VPP：允許訪問片外存儲器/編程電源線，當保持低電平時，那么在此期間允許使用片外程序存儲

38、器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。當保持高電平時，那么允許使用片內(nèi)程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP。XTAL1和XTAL2：片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微電容，即用來連接單片機片內(nèi)OSC的定時反應回路。 LED數(shù)碼管簡介本系統(tǒng)選用五個LED數(shù)碼管來進行溫度顯示。LED又稱為數(shù)碼管，它主要有8段發(fā)光二極管組成的不同組合，其中ag為數(shù)字和字符顯示段，dp為小數(shù)點的顯示，通過ag這7個發(fā)光二極管點亮的不同組合，可以顯示09和AF共16個數(shù)字和字母。LED數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構，如圖3-2a和圖3-2b所示。共陰極結(jié)構把8個發(fā)光二極管

39、陰極連接在一起，共陽極結(jié)構是把8個發(fā)光二極管陽極連接在一起。通過單片機引腳輸出上下電平，可使數(shù)碼管顯示相應的數(shù)字或字母，這種使數(shù)碼管顯示字形的數(shù)據(jù)稱字形碼，又稱段選碼。 數(shù)碼管引腳 a.共陰極 圖3-2 七段LED數(shù)碼管表3-1 七段LED的段選碼表顯示字符共陰極段碼共陽極段碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼03FHC0H87FH80H106HF9H96FH90H25BHA4HA77H88H34FHB0HB7FH83H466H99HC39HC6H56DH92HD3FHA1H67DH82HE79H86H707HF8HF71H8EH一個共陰極數(shù)碼管接至單片機的電路，要想顯示“7，須a、b、c這3個顯示

40、段發(fā)光即這3個字段為高電平只要在P0口輸入0000011107H即可。這里07H即為數(shù)字7的段選碼。字形與段選碼的關系見表3-1所示。 開關復位與晶振電路在單片機應用系統(tǒng)中，出單片機本身需要復位以外，外部擴展I/O接口電路也需要復位，因此需要一個包括上電和按鈕復位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復位電路。單片機上的XTAL1和XTAL2用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接單片機內(nèi)OSC的定時反應回路。笨設計中開關復位與晶振電路如圖3-3所示，當按下按鍵開關S1時，系統(tǒng)復位一次。其中電容C1、C2為33pF，C3為10uF，電阻R2、R3阻值為10k，晶振頻率為12MHz。圖3-3 系統(tǒng)復位與晶振電路 獨立按鍵

41、連接電路按鍵包括兩個獨立按鍵S2和S3，一端與單片機的P1.3和P1.4口連接，另一端接地，當按下任一鍵時，P1口讀取低電平有效。系統(tǒng)上電后，進入按鍵掃描子程序，以查詢的方式確定各按鍵，完成溫度初值的設定。其中按鍵S2為加按鍵，每按一次，系統(tǒng)對最初設定值加一，按鍵S3為減按鍵，每按下一次，系統(tǒng)對初定值進行減一計算。其連線圖如圖3-4所示。圖3-4 獨立按鍵連接電路 數(shù)碼管顯示電路本設計制作中選用5位共陰極數(shù)碼管作為顯示模塊，它和單片機硬件的接口如圖3-5所示。其中前3位數(shù)碼管DS1、DS2、DS3用于顯示溫度傳感器實時檢測采集到的溫度，可精確到，顯示范圍為099.9攝氏度；后2位數(shù)碼管DS4、

42、DS5用于顯示系統(tǒng)設置的初值溫度，只能顯示整數(shù)的溫度值，顯示范圍為099攝氏度。5位數(shù)碼管的段選a、b、c、d、e、f、g、dp線分別與單片機的P0.0P0.7口連接，其中P0口需要接一10K的上拉電阻，以使單片機的P0口能夠輸出上下電平。5位數(shù)碼管的位選W1W5分別與單片機的P2.0P2.4口相連接，只要在P2.0P2.4口任一位中輸出低電平，那么選中與該位相連的數(shù)碼管。圖3-5 數(shù)碼管顯示電路 溫度采集電路DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過其內(nèi)部計數(shù)時鐘周期的作用，實現(xiàn)了特有的溫度測量功能。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時鐘信號通過由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期而被計數(shù)，計數(shù)器預先設置有與-55相應的

43、一個基權值。如果計數(shù)器計數(shù)到0時，高溫度系數(shù)振蕩周期還未結(jié)束，那么表示測量的溫度值高于-55，被預置在-55的溫度存放器中的值就加1，然后這個過程不斷反復，知道高溫系數(shù)振蕩周期結(jié)束為止。此時溫度存放器中的值即為被測溫度值，這個值以16位二進制的形式存放在存儲器中，通過主機發(fā)送存儲器讀命令可讀出此溫度值，讀取時低位在前，高位在后，依次進行。由于溫度振蕩器的拋物線特性的影響，其內(nèi)用的斜率累加器進行補償。DS18B20在使用時，一般都采用單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。只須將DS18B20信號線與單片機1位I/O線相連，且單片機的1位I/O線可掛多個DS18B20，就可實現(xiàn)單點或多點溫度檢測。本設計中將DS1

44、8B20接在P1.7口實現(xiàn)溫度的采集，其與單片機的連接如圖3-6所示。圖3-6 溫度采集電路 風扇電機驅(qū)動與調(diào)速電路本設計中由單片機的I/O口輸出PWM脈沖，通過一個達林頓反向驅(qū)動器ULN2803驅(qū)動12V的直流無刷電機以及實現(xiàn)風扇電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。按鍵控制設置溫度，通過軟件向單片機輸入相應控制指令，由單片機通過P1.7口輸出與轉(zhuǎn)速相應的PWM脈沖，經(jīng)過ULN2803驅(qū)動風扇直流電機控制電路，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速與啟停的自動控制。當環(huán)境溫度升高時，直流電機的轉(zhuǎn)速會相應按照設定的等級有所提高；當環(huán)境溫度下降時，電機的轉(zhuǎn)速會相應的下降；當環(huán)境溫度低于設置溫度時，電機停止轉(zhuǎn)動，而環(huán)境溫度又高于預設溫度時，電機

45、重新啟動。電路圖如圖3-7所示，風扇電機的一端接12V電源，另一端ULN2803的OUT7引腳，ULN2803的IN7引腳與單片機的P3.1引腳相連，通過控制單片機的P3.1引腳輸出PWM信號，由此控制風扇直流電機的速度與啟停。圖3-7 風扇電機驅(qū)動與調(diào)速電路系統(tǒng)選用的風扇電機為12直流無刷電機，達林頓反向驅(qū)動器ULN2803輸入TTL信號為5V或CMOS信號為615V時，輸出的最大電壓為50V，最大電流為500mA，工作溫度范圍為070。本系統(tǒng)中單片機I/O口輸出的TTL信號為5V，因此此風扇電機可以用ULN2803來驅(qū)動。 電路總圖電路總圖主要包括系統(tǒng)復位與晶振電路、獨立按鍵連接電路、數(shù)碼

46、管顯示電路、溫度采集電路、風扇電機驅(qū)動與調(diào)速電路等，如圖3-8所示。圖3-8 電路總圖第四章 軟件設計4.1 程序設置程序設計局部主要包括主程序、DS18B20初始化函數(shù)、DS18B20溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)、溫度讀取函數(shù)、按鍵掃描函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)、溫度處理函數(shù)以及風扇電機控制函數(shù)。DS18B20初始化函數(shù)完成對DS18B20的初始化；DS18B20溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)完成對環(huán)境溫度的實時采集；溫度讀取函數(shù)完成主機對溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取及數(shù)據(jù)換算，按鍵掃描函數(shù)那么根據(jù)需要完成初值的加減設定；溫度處理函數(shù)對采集到的溫度進行分析處理，為電機轉(zhuǎn)速的變化提供條件；風扇電機控制函數(shù)那么根據(jù)溫度的數(shù)值完成對電機轉(zhuǎn)速及啟

47、停的控制。主程序流程圖如圖4-1所示。開始程序初始化調(diào)用DS18B20初始化函數(shù)調(diào)用DS18B20溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)調(diào)用溫度讀取函數(shù)調(diào)用按鍵掃描函數(shù)調(diào)用數(shù)碼管顯示函數(shù)調(diào)用溫度處理函數(shù)調(diào)用風扇電機控制函數(shù)結(jié)束圖4-1 主程序圖 主要程序代碼1、按鍵掃描程序void keyscan(void) if(key1=0) dmsec(5); if(key1=0) sheding+; if(sheding=100) sheding=20; while(!key1); else if(key2=0) dmsec(5); if(key2=0) sheding-; if(sheding=0) sheding=20;w

48、hile(!key2);2、溫度處理程序void deal(uint tmp) /溫度處理 if(tmpsheding)&(tmpsheding+5)&(tmpsheding+10)&(tmp=(sheding+15) gaonum=3; dinum=1; else gaonum=4; dinum=0;4.2 用Keil C51 編寫程序Keil C51是美國Keil Software公司開發(fā)的51系列兼容單片機C語言的軟件開發(fā)系統(tǒng)，與單片機匯編語言相比，C語言不僅語句簡單靈活，而且編寫的函數(shù)模塊可移植性強，因而易學易用，效率高。隨著單片機開發(fā)技術的不斷開展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語

49、言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷開展，Keil軟件是目前使用較多的MCS-51系列單片機開發(fā)的軟件。Keil C51軟件不僅提供了豐富的庫函數(shù)，而且它強大的集成開發(fā)調(diào)試工具為程序編輯調(diào)試帶來便利，在開發(fā)大型軟件時更能表達高級語言的優(yōu)勢。早使用時要先建立一個工程，然后再添加文件并編寫程序，編寫好后在編輯調(diào)試。Keil C51的使用界面如圖3-2所示。圖4-2 Keil C51的使用界面4.3 用Proteus進行仿真 Proteus簡介Proteus軟件是來自英國Labcenter electionics公司的EDA工具軟件。Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，它不僅和其他EDA工

50、具一樣有原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能，而且更重要的功能是，它的電路仿真是互動的，可以根據(jù)仿真實時觀察到現(xiàn)象驗證設計的正確性及準確性并及時改變程序代碼、原理圖連接以及元件屬性等。它還能配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器來顯示和輸出，如示波器、邏輯分析儀等，效果很好。Proteus有4個功能模塊：智能原理圖設計、完善的電路仿真功能、獨特的單片機協(xié)同仿真功能以及實用的PCB設計平臺。其內(nèi)部元件庫含有豐富的元件，支持總線結(jié)構以及智能化的連線功能；支持主流CPU如ARM、8051/52、AVR及通用外設模型的實時仿真等，為單片機的開發(fā)應用等帶來極大的便利。軟件的使用主界面如圖4-3所示。圖4-3

51、Proteus使用主界面 本設計基于Proteus的仿真首先啟動Proteus軟件并建立一工程，然后根據(jù)原理圖調(diào)出相應的元件，再根據(jù)要求改變各元件的屬性并把各個元件按原理圖連接起來。在原理圖繪制連接好后再把編譯好的程序加載到AT89C52單片機中。最后再根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能分布進行仿真。把溫度傳感器DS18B20溫度設置為，用按鍵S2調(diào)節(jié)預設的溫度為23攝氏度。點擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時風扇直流電機的轉(zhuǎn)速為+14.3 r/s，如圖4-4所示。 圖4-4 仿真效果圖一把溫度傳感器DS18B20溫度設置為，用按鍵S2調(diào)節(jié)預設的溫度為23攝氏度。點擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿

52、真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時風扇直流電機的轉(zhuǎn)速為+23.4 r/s，如圖4-5所示。 圖4-5 仿真效果圖二把溫度傳感器DS18B20溫度設置為，用按鍵S2調(diào)節(jié)預設的溫度為23攝氏度。點擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時風扇直流電機的轉(zhuǎn)速為+ r/s，如圖4-6所示。 圖4-6 仿真效果圖三在上一步仿真的根底上溫度傳感器DS18B20溫度設置為，系統(tǒng)預設的溫度為23攝氏度，用按鍵S2調(diào)節(jié)系統(tǒng)預設溫度至31攝氏度，此時可知預設溫度大于溫度傳感器檢測到的溫度，觀察到直流風扇電機的轉(zhuǎn)速逐漸變慢，最后轉(zhuǎn)速變?yōu)?，符合系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，如圖4-7所示。 圖4-7 仿真效果圖四通過

53、以上仿真可以看出，直流風扇電機在系統(tǒng)設定的溫度一定情況下，其轉(zhuǎn)速隨著環(huán)境溫度溫度傳感器檢測到的溫度的增加而增大。當環(huán)境溫度低于系統(tǒng)預設的溫度時，風扇自動停止運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了系統(tǒng)所設計的功能。當然，在此沒有實現(xiàn)風扇直流電機的無極調(diào)速，本系統(tǒng)實現(xiàn)的是電機在隨環(huán)境溫度變化的四個等級的速度變化，環(huán)境溫度在一定小范圍內(nèi)變化時，風扇直流電機轉(zhuǎn)速是不變的，只有超過了設定的某一界限時轉(zhuǎn)速才會變化。第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 軟件調(diào)試 按鍵顯示局部的調(diào)試起初根據(jù)設計編寫的系統(tǒng)程序：程序的按鍵接口采用P1口，數(shù)碼管現(xiàn)實采用P0控制LED的段碼，P2口控制LED的位碼，從而實現(xiàn)按鍵功能以及數(shù)碼管的顯示。經(jīng)過編譯沒有出錯，但

54、在仿真調(diào)試時，數(shù)碼管顯示的只是亂碼，沒有正確的顯示溫度，按鍵功能也不靈的，當按鍵按下時，顯示并不變化。經(jīng)過查找分析，發(fā)現(xiàn)按鍵掃描程序沒有按鍵消抖局部，按鍵在按下與松手時，都會有一定程序的抖動，從而可能使單片機做出錯誤的判斷，導致按鍵條件預設溫度時失靈，甚至根本不工作。因此必須在按鍵掃描程序中參加消抖局部，即在按鍵按下與松手時參加延時判斷，以檢測按鍵是否真的按下或已完全松手。數(shù)碼管不能正確的顯示，主要是因為所有數(shù)碼管的段碼都由P0口傳送，而數(shù)碼管顯示又采用了動態(tài)掃描的方式，但在程序中卻沒有設置顯示段碼的暫存器，導致當P0口傳送段碼時發(fā)生混亂，不能正確識別段碼。應在系統(tǒng)中參加鎖存器，或是在程序中設

55、定存儲段碼的空間。在按鍵參加了消抖程序，數(shù)碼管顯示程序中參加了段碼的存儲空間后，數(shù)碼管能夠正常的顯示，按鍵也能正常的工作，到達了較好的效果。 傳感器DS18B20溫度采集局部調(diào)試由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，為軟件的設計和調(diào)試帶來了極大的方便，體積小、低功耗、高精度為控制電機的精度和穩(wěn)定提供了可能。軟件設計采用了P1.7口為數(shù)字溫度輸入口，但是需要對輸入的數(shù)字信號進行處理后才能顯示，從而多了溫度轉(zhuǎn)換程序。通過軟件設計，實現(xiàn)了對環(huán)境溫度的連續(xù)檢測，由于硬件LED個數(shù)的限制，只顯示了預設溫度的整數(shù)局部。在溫度轉(zhuǎn)換程序中，為了能夠正確的檢測到并顯示溫控的小數(shù)位，程序中把檢測到的

56、溫度與10 相乘后，再按一個三位的整數(shù)來處理。如果把19.7變成197來處理，這樣為程序的編寫帶來了方便。 電動機調(diào)速電路局部調(diào)試本設計中，采用了達林頓反向驅(qū)動器ULN2803驅(qū)動直流電機，其可驅(qū)動八個直流電機，本系統(tǒng)僅驅(qū)動一個。軟件設置了P3.1口輸出不同的PWM波形，通過達林頓反向驅(qū)動器ULN2803驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，通過軟件中程序設定，根據(jù)不同溫度輸出不同的PWM波，從而得到不同的占空比控制風扇直流電機。程序?qū)崿F(xiàn)了P3.1口的PWM波形輸出，當外界溫度低于設置溫度時，電機不轉(zhuǎn)動或停止轉(zhuǎn)動；當外界溫度高于設置溫度時，電機的轉(zhuǎn)速升高或是自動開始轉(zhuǎn)動，且外界溫度與設置溫度的差值越大，電機轉(zhuǎn)速就

57、越高，即占空比增加。本系統(tǒng)中風扇直流電機的轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)四級調(diào)速。通過溫度傳感器檢測到的溫度與系統(tǒng)預設的溫度值的比較，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速變換。當檢測到的溫度比預設的溫度每增加5攝氏度，風扇電機轉(zhuǎn)速增加一級。5.2 硬件調(diào)試 按鍵顯示局部的調(diào)試系統(tǒng)按鍵局部實現(xiàn)了以下功能：按下P1.3口鍵，LED的后兩位顯示溫宿值增一；按下P1.4口鍵，LED的后兩位顯示溫度值減一。調(diào)試過程中出現(xiàn)了當按鍵時間過長時，設置的溫度值不是增一或者減一，而是增加后減少了及幾個值，出現(xiàn)這種情況的主要原因可能是按鍵的去抖動延時時間過長造成，改良方法為將對應的按鍵去抖動延時時間適量增加，但也不應過長，否那么將出現(xiàn)按鍵無效的情形。系統(tǒng)顯示局部

58、實現(xiàn)了以下功能：LED顯示的前三位實現(xiàn)了環(huán)境溫度整數(shù)局部與小數(shù)局部的連續(xù)顯示，LED的后兩位能根據(jù)按鍵的調(diào)整顯示所需的設計溫度。且LED的顯示效果很好，很穩(wěn)定。 傳感器DS18B20溫度采集局部調(diào)試將DS18B20芯片接在系統(tǒng)板對應的P1.7口，通過插針在對應系統(tǒng)板的右下側(cè)三口即為對應的VCC、P1.7和GND，可將芯片直接插在該插件上，因此極為方便。系統(tǒng)調(diào)試中為驗證DS18B20是否能在系統(tǒng)板上工作，將手心靠攏或者捏住芯片，即可發(fā)現(xiàn)LED顯示的前兩位溫度也迅速升高，驗證了DS18B20能在系統(tǒng)板上工作。由于DS18B20為3個引腳，因此在調(diào)試過程中因注意各個引腳的對應位置，以免其接反而使芯片

59、不能正常工作甚至燒毀芯片。 電動機調(diào)速電路局部調(diào)試系統(tǒng)本局部的設計中重在軟件設計，因為外圍的驅(qū)動電路只是將送來的PWM信號放大從而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)軟件設置在P3.1口輸出是電機轉(zhuǎn)動的PWM占空比，當環(huán)境溫度高于設置溫度時，電機開始轉(zhuǎn)動，假設此時用高于環(huán)境溫度的熱源靠近芯片DS18B20時，發(fā)現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速在升高，并越來越快，當?shù)竭_一定值時，發(fā)現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速不再升高；將熱源遠離芯片DS18B20時，發(fā)現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速開始下降，轉(zhuǎn)速到達一定值時，假設將環(huán)境溫度升高到環(huán)境溫度以上，發(fā)現(xiàn)電機又停止了轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)采用的直流電機為12V的額定電壓，而驅(qū)動電路在采用單片機電源時的輸出電壓最高不過5V，因此在調(diào)試過程

60、中只采用了5V的直流電機來調(diào)試，且得到了可觀的控制效果。5.3 系統(tǒng)功能 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機系統(tǒng)檢測環(huán)境溫度的變化，然后根據(jù)環(huán)境溫度變化來控制風扇直流電機輸入占空比的變化，從而產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)動速度，也可根據(jù)按鍵調(diào)節(jié)不同設置溫度，再由環(huán)境溫度與設置溫度的差值來控制電機。當環(huán)境溫度低于設置溫度時，電機停止轉(zhuǎn)動；當環(huán)境溫度高于設置溫度時，單片機對應輸出口輸出不同占空比的PWM信號，控制電機開始轉(zhuǎn)動，并隨著環(huán)境溫度與設置溫度的差值的增加電機的轉(zhuǎn)速逐漸升高。系統(tǒng)還能動態(tài)的顯示當前溫度與設置溫度，并能通過按鍵調(diào)節(jié)當前的設置溫度。 系統(tǒng)功能分析系統(tǒng)總體上由五局部組成，即按鍵與復位電路、數(shù)碼管顯