模擬電風扇控制系統(tǒng)課程設計報告

模擬電風扇控制系統(tǒng)課程設計報告電氣信息學院單片機技術課程設計報告課題名稱電風扇模擬控制系統(tǒng)設計專業(yè)班級11通信02班學號1104140xx年6月17日至6月21日課程設計量化評分標準指標分值評分要素得分方案選擇合理，分析、設計正確，原理清楚，方案設計20電路、程序流程圖清晰，結構合理，程序簡潔、正確。 報告結構嚴謹，邏輯嚴密，論述層次清晰，設計報告20語言流暢，表達準確，重點突出，報告完全符合規(guī)范化要求，用計算機打印成文。過程清晰，調(diào)試方案設計合理，測試點選擇調(diào)試與結果20適當，程序編寫正確，調(diào)試步驟清楚。電路及程序運行結果正確，達到預期效果。工作態(tài)度20工作量飽滿程度，題目難度；工作態(tài)度，按時完成設計任務，是否獨立完成等。 思路清晰；語言表達準確，概念清楚，論點答辯成績20正確；分析歸納合理，結論嚴謹；回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚。 總評成績指導老師評語：答辯記錄1、 例舉設計過程中遇到的問題及其解決方法。答：問題說明：LED顯示燈無法正常顯示字符。解決方法：換了不同的LED進行試驗發(fā)現(xiàn)都不能正常顯示，所以考慮到是譯碼電路出現(xiàn)問題，檢查電路發(fā)現(xiàn)是單片機P1口與RES-6器件的高地位接反了，改正后系統(tǒng)正常顯示了。問題說明：當按鍵按下后，仿真正常開始，但按下?lián)u頭鍵，電機有時反轉，有時不反轉，一直按住搖頭鍵不放電機可正常反轉。解決方法：驗證程序無誤后我判斷是按鍵的問題，經(jīng)過查閱知道了可以添加一個按鍵防抖環(huán)節(jié)，按鍵消抖可分為硬件消抖和軟件消抖兩種，在鍵數(shù)較少時可用硬件消除抖動，并采用了在I/O口上并接合適的電容來解決。2、 教師現(xiàn)場提的問題記錄在此。能實現(xiàn)電子電路仿真的軟件有很多，如Multisim、PSPICE、OrCAD、EWB等，Proteus相對這些軟件來說有什么特點？答：Proteus不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。它從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺。并且可以輸出高質(zhì)量的圖紙，提供了各種仿真元器件，儀表等豐富資源。(2)各風類是如何實現(xiàn)的？說說你的實現(xiàn)方法。答：我采用的PWM來實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速，于直流電機的轉速與加在其兩端的平均電壓成正比，所以在對直流電動機電樞電壓的控制和驅動中，目前經(jīng)常使用的是通過改變電機電樞電壓接通時間與通電周期的比值來控制轉速。當自然風鍵按下時，輸出占空比為1:3的方波;當常風鍵按下時，輸出占空比為3:1的方波；當睡眠風鍵按下時，輸出占空比為1:5的方波。摘要電風扇是我們?nèi)粘Ｉ顟梅浅V泛的家用電器，具有使用方便，價格優(yōu)惠等特點。雖然目前空調(diào)已非常普及，但電風扇風力柔和，任收到大部分人群的喜愛。本次課程設計通過keiluvision4和proteus軟件設計一個電風扇模擬控制系統(tǒng)。設計是基于AT89C52芯片實現(xiàn)用4位數(shù)碼管實時顯示電風扇的工作狀態(tài)，包含風類的顯示和定時時間的顯示。系統(tǒng)設計有風類選擇功能，搖頭功能和定時功能。并設計有過熱檢測與保護功能。結果表明整套系統(tǒng)操作方便，顯示直觀，具有較強的實用性。關鍵詞：電風扇控制系統(tǒng)；AT89C52；proteus軟件；keiluvision41務 設計任.... 1 2設計方案 1任務分析 1 方案設計 1系統(tǒng)硬件設計 2過熱檢測模塊設計 ..2電機調(diào)速與控制模塊設計 3 顯示與控 制 模 塊 設計 4鍵 盤 模 塊 設計 4系統(tǒng)軟件設計

5計定計程計析主時5程器T0仿序中真流斷程 6圖....6與程圖設 5序流程圖設A/D轉換測量子程序流設性 能 分會66心 得體 101設計任務系統(tǒng)主要功能如下：1、用4位數(shù)碼管實時顯示電風扇的工作狀態(tài)，最高位顯示風類：“自然風”顯示“1”、“正常風”顯示“2”、“睡眠風”顯示“3”。后3位顯示定時時間：動態(tài)倒計時顯示剩余的定時時間，無定時顯示“000”。2、設計“自然風”，“正常風”和“睡眠風”三個風類鍵用于設置風類；設計一個“定時”鍵，用于定時時間長短設置；設計一個“搖頭”鍵用于控制電機搖頭。在整個定時狀態(tài)下，電路具有允許用戶隨時自行選擇使用“自然風”狀態(tài)，也可選擇使用“常風”和“睡眠風”狀態(tài)。設計過熱檢測與保護電路，若電風扇電機過熱，則電機停止轉動，電機冷卻后電機又恢復轉動。2設計方案任務分析電風扇模擬控制系統(tǒng)設計就是使用單片機來控制電機和一些LED、按鍵，模擬真實的電風扇的使用，通過設計使電風扇使用便捷更人性化。風類，定時，搖頭都是針對使用者不同需求的設計。過熱保護是對安全性要求的設計。方案設計1.硬件方案根據(jù)設計的要求可知，系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖所示。按鍵輸入過熱檢測模塊單片機系統(tǒng)電機控制模塊檔位及定時顯示圖系統(tǒng)的硬件原理框圖本系統(tǒng)五個模塊組成，分別是輸入模塊、顯示模塊、電機控制模塊、過熱保護模塊以及單片機控制系統(tǒng)。其中單片機控制系統(tǒng)是核心，AT89C52、晶振和復位電路組成。它通過處理輸入的各種數(shù)據(jù)信息來對其它模塊發(fā)出指令，進行相應的操作。輸入模塊5個按鍵組成，分別控制電機的風速、正反轉和定時時間。顯示模塊8位共陰數(shù)碼管組成，顯示定時時間和風速。過熱保護模塊ADC0809和外圍電路組成，通過設定電壓初始值使電機超值停轉并且相應二極管發(fā)光報警。電機控制模塊L298和其它的元器件組成，它主要是放大輸入信號的倍數(shù)，用來驅動電機。圖晶振電路圖復位電路保護電路的選擇：選用ADC0809作為過熱保護電路的核心部件，假設先設定一個標準電壓值，通過0-5V模擬電壓輸入進行模數(shù)轉換，如果數(shù)據(jù)超過標準值則單片機對電機進行相應操作，使電機啟停?？刂坪诵牡倪x擇：采用單片機作為控制核心，以軟件編程的方式進行風速判斷，并在端口輸出控制信號。顯示電路的選擇：采用八位共陰數(shù)碼管顯示電機狀態(tài)，動態(tài)掃描顯示方式。2.軟件方案系統(tǒng)軟件設計包括主程序設計，A/D轉換子程序設計和定時器T0中斷程序設計。3系統(tǒng)硬件設計過熱檢測模塊的設計ADC0809的工作原理是:首先輸入3位地址，并使ALE=1,將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當?！贻斎敫唠娖綍r，輸出三態(tài)門打開。轉換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式［4］。定時傳送方式對于一種A/D轉換器來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉換時間為128^s，相當于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期?？蓳?jù)此2設計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉換已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。查詢方式A/D轉換芯片表明轉換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認轉換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。 中斷方式把表明轉換完成的狀態(tài)信號作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。電機調(diào)速與控制模塊設計采用的PWM來實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速，于直流電機的轉速與加在其兩端的平均電壓成正比，所以在對直流電動機電樞電壓的控制和驅動中，目前經(jīng)常使用的是通過改變電機電樞電壓接通時間與通電周期的比值來控制轉速，其優(yōu)點：控制原理簡單輸出波動小，線性好，對鄰近電路干擾小，缺點是：功率低，散熱問題嚴重。占空比示意圖如圖所示：UTt1t2t圖占空比示意圖占空比表示了在一個周期T里開關管導通的時間與周期的比值，D的變化范圍為0 根據(jù)硬件原理圖連接好電路，A/D接入單片機上通過程序來控制L298輸出控制直流電機的轉動。通過不同按鍵輸出不同的占空比，使直流電機轉動。當自然風鍵按下時，輸出占空比為1:3的方波；當常風鍵按下時，輸出占空比為3:1的方波；當睡眠風鍵按下時，輸出占空比為1:5的方波；當搖頭鍵按下時，電機反轉，同時保持原先的風速。3顯示與控制模塊設計本系統(tǒng)設計采用4位共陰數(shù)碼管顯示電路，在設計4位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，采用動態(tài)顯示的方式，4個LED顯示共用一個8位的I/O,4個LED數(shù)碼管的位選線分別相應的控制，而將其相應的段選線并聯(lián)在一起，一個8位的I/O口控制，即P0口。譯碼顯示電路將檔位和定時時間的輸出狀態(tài)經(jīng)顯示譯碼器譯碼，通過4位LED七段顯示器顯示出來。到達定時時間電機停止轉動同時定時時間變?yōu)??？诮右粋€發(fā)光二極管，當電壓值超壓時二極管燈亮實現(xiàn)報警，此狀態(tài)下，無論定時時間和風速鍵是否按下，電機都處于停止狀態(tài)。鍵盤模塊設計本系統(tǒng)使用簡單的鍵盤和數(shù)碼顯示器件來完成輸入\\輸出操作的人機界面。鍵盤輸入信息的主要過程是：1、CPU判斷是否有鍵按下。2、確定哪一個鍵被按下。3、把此鍵代表的信息翻譯成計算機所識別的代碼，如ASCII或者其他代碼。鍵盤上有很多鍵，每一個鍵對應一個鍵碼，以便根據(jù)鍵碼轉到相應的子程序，進一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和命令處理的功能。鍵盤識別的流程如圖所示：鍵盤識別有鍵按下？Y確定按鍵物理位置N計算鍵碼等待釋放圖鍵盤識別流程圖返回44系統(tǒng)軟件設計主程序流程圖設計軟件所要實現(xiàn)的功能有:按鍵響應，對ADC0809的控制，對數(shù)據(jù)的處理和傳送顯示的數(shù)據(jù)。主程序包含初始化、調(diào)用A/D轉換子程序和調(diào)用顯示程序，其流程圖如圖所示：開始初始化顯示Y自然風？N占空比1:3關中斷顯示過熱常風？NYN占空比3:1關電機電機過熱？YN搖頭？開搖頭Y睡眠風？N占空比1:5Y定時？N進入定時程序圖主程序流程圖主程序經(jīng)初始化后，開始四位數(shù)碼管顯示的是“0000”電機停轉。然后進入按鍵掃描程序，依次對自然風、常風、睡眠風進行掃描，單片機I/O口輸出相應的占空比方波，當為自然風時，數(shù)碼管最高位顯示“1”，當為常風時，數(shù)碼管最高位顯示“2”，當為睡眠風時，數(shù)碼管最高位顯示為“3”。當有定時鍵按下時，轉到定時器T0中斷程序進行。當有搖頭鍵按下時，高低電平翻轉，電機開始反轉。5定時器T0中斷程序流程圖設計定時器T0是用來對定時時間進行控制的，結合數(shù)碼管動態(tài)顯示，首先給T0設置工作方式和初始值，于它不可重裝，所以在主程序中必須再次定義它的初始值。其流程圖如圖所示：置初值置初值N1s到了嗎？Y定時時間減一秒N定時到了嗎？Y關中斷開中斷電機停數(shù)碼顯示中斷返回圖定時器T0中斷程序流程圖A/D轉換測量子程序流程圖設計于ADC0809在進行A/D轉換時要用到CLK信號，而此時的ADC0809的CLK是接在AT89C52單片機的端口上，也就是要求從輸出CLK信號供ADC0809使用。因此產(chǎn)生CLK信號的方法就的使用軟件來產(chǎn)生了；于ADC0809的參考電壓VREF=VCC，所以轉換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理。然后和設定的參考值比較，而實際顯示的電壓值的關系為。其流程圖如圖所示。6開始啟動測試。并為該項目加入KeilC源程序（代碼見附錄）。單擊“Project菜單/OptionsforTarget”選項或者點擊工具欄的“optionfortarget”按鈕，彈出窗口，點擊“Debug”按鈕，在出現(xiàn)的對話框里在右欄上部的下拉菜單里選中“ProteusVSMDriver”。并且還要點擊一下“Use”前面表明選中的小圓點。再點擊“Setting”按鈕，設置通信接口，在“Host”后面添上“”，如果使用7的不是同一臺電腦，則需要在這里添上另一臺電腦的IP地址（另一臺電腦也應安裝Proteus）。在“Port”后面添加“8000”。設置好的情形如圖所示，點擊“OK”按鈕即可。最后將工程編譯，進入調(diào)試狀態(tài)，并運行。進入Proteus的ISIS，鼠標左鍵點擊菜單“Debug”，選中“useromotedebugermonitor”，如圖所示。此后，便可實現(xiàn)KeilC與Proteus連接調(diào)試。圖模擬電風扇控制系統(tǒng)的設計原理圖82仿真結果與分析圖是自然風鍵按下時狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為1，無定時時間°ADC0809顯示電壓值為，電機不發(fā)熱，正常轉動。為了表示哪個按鍵被按下，仿真圖上對應的按鍵均為閉合狀態(tài)，下面的仿真圖也同上，這里不在闡述。圖圖是常風鍵按下時狀態(tài)，數(shù)碼管第一位顯示為2,無定時時間。ADC0809顯示電壓值為，電機不發(fā)熱，正常轉動。圖圖是睡眠風鍵按鍵按下時狀態(tài)，數(shù)碼管第一位顯示為3,無定時時間。圖圖是自然風按鍵按下時狀態(tài)，數(shù)碼管第一位顯示為3,定時時間為15ms。ADC0809顯示電壓值為，電機不發(fā)熱，正常轉動。圖圖是睡眠風按鍵按下時狀態(tài)，數(shù)碼管第一位顯示為3,定時時間為0ms。ADC0809測得的顯示電壓值為，超過設定的初始值，則表示電機發(fā)熱，電機停止轉動。106心得體會本次設計，使我學到了許多書本上無法學到的知識，也使我深刻體會到單片機技術應用領域的廣泛。不僅讓我對學過的單片機知識有了很多的鞏固，同時也對單片機這一門課程產(chǎn)生更大的興趣。在本次設計過程中，我學會了在網(wǎng)絡上查找有關設計的個硬件的資源，其中包括：直流電機PWM調(diào)速?AT89C52的腳圖的資料等。此設計系統(tǒng)是以單片機AT89C52芯片為核心部件，實現(xiàn)了電風扇系統(tǒng)控制功能，此次課程在軟件上是花費時間最多的，花費大量時間查閱學習代碼。這次設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設計思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步?？偟母惺苡幸韵聨追矫妫?、通過本次設計，我不但對單片機有了更深的了解，對一個課題如何畫流程圖，編程序等有了一定的認識。 2、進一步加強了我的動手能力和運用專業(yè)知識的奴隸，從學習到如何去思考和解決問題，以及如何靈活地改變方法實現(xiàn)設計方案。3、讓我了解到單片機技術對當今人們生活的重要性。同時這次設計的經(jīng)歷也使我受益匪淺，讓我知道做任何事情都應腳踏實地，刻苦努力地去做，只有這樣，才能做好。11電氣信息學院單片機技術課程設計報告課題名稱 電風扇模擬控制系統(tǒng)設計 專業(yè)班級11通信02班學號1104140xx年6月17日至6月21日課程設計量化評分標準指標分值評分要素得分方案選擇合理，分析、設計正確，原理清楚，方案設計20電路、程序流程圖清晰，結構合理，程序簡潔、正確。 報告結構嚴謹，邏輯嚴密，論述層次清晰， 設計報告20語言流暢，表達準確，重點突出，報告完全符合規(guī)范化要求，用計算機打印成文。過程清晰，調(diào)試方案設計合理，測試點選擇調(diào)試與結果20適當，程序編寫正確，調(diào)試步驟清楚。電路及程序運行結果正確，達到預期效果。工作態(tài)度20工作量飽滿程度，題目難度；工作態(tài)度，按時完成設計任務，是否獨立完成等。思路清晰；語言表達準確，概念清楚，論點答辯成績20正確；分析歸納合理，結論嚴謹；回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚。 總評成績指導老師評語：答辯記錄1、例舉設計過程中遇到的問題及其解決方法。答：問題說明：LED顯示燈無法正常顯示字符。解決方法：換了不同的LED進行試驗發(fā)現(xiàn)都不能正常顯示，所以考慮到是譯碼電路出現(xiàn)問題，檢查電路發(fā)現(xiàn)是單片機P1口與RES-6器件的高地位接反了，改正后系統(tǒng)正常顯示了。問題說明：當按鍵按下后，仿真正常開始，但按下?lián)u頭鍵，電機有時反轉，有時不反轉，一直按住搖頭鍵不放電機可正常反轉。解決方法：驗證程序無誤后我判斷是按鍵的問題，經(jīng)過查閱知道了可以添加一個按鍵防抖環(huán)節(jié)，按鍵消抖可分為硬件消抖和軟件消抖兩種，在鍵數(shù)較少時可用硬件消除抖動，并采用了在I/O口上并接合適的電容來解決。2、教師現(xiàn)場提的問題記錄在此。能實現(xiàn)電子電路仿真的軟件有很多，如Multisim、PSPICE、OrCAD、EWB等，Proteus相對這些軟件來說有什么特點？答：Proteus不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。它從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了