電風扇的模擬控制系統(tǒng)設計的設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上單片機課程設計報告書課題名稱：電風扇模擬控制系統(tǒng)設計姓 名：學 號：院 系：專 業(yè)：指導教師：時 間：專心-專注-專業(yè)一、設計任務及要求：1、設計任務： 設計一個電風扇模擬控制系統(tǒng)。2、要 求：1、用四位數碼管實時顯示電風扇的工作狀態(tài)。2、設計一個“定時”鍵，用于定時時間長短設置。3、設置一個“搖頭”鍵用于控制電機搖頭。4、設計過熱檢測與保護電路。指導教師簽名： 年 月 日 二、指導教師評語：指導教師簽名： 年 月 日 三、成績評定：指導教師簽名： 年 月 日四、系部意見：系部蓋章： 年 月 日設計項目成績評定表設計報告書目錄 一、設計目的1、熟悉集成電路的引腳安排。

2、2、掌握芯片的邏輯功能及使用方法。3、了解面包板結構及其接線方法。4、了解電風扇的組成及工作原理。5、熟悉電風扇那的設計與制作。二、設計思路1、設計系統(tǒng)硬件電路。2、設計系統(tǒng)復位電路和時鐘電路。3、設計單片機電源電路。 4、系統(tǒng)軟件的設計。三、設計過程3.1、系統(tǒng)方案論證本設計采用AT89C51單片機為核心控制器件，系統(tǒng)框圖如圖2所示圖1電風扇模擬控制系統(tǒng)框圖其工作原理為：1. 初始加電時，電風扇不加電，四位數碼顯示器不顯示，只有按下“自然風”、 “常風”和“睡眠風”任一按鍵，電風扇開始工作。同時，定時器只要不進行新的時間設置，電路就將按系統(tǒng)默認控制負載定時工作的時間方式自動開始運行。2. 電

3、路允許用戶隨時通過按鍵開關自行輸入設置新的定時時間參數，其范圍可在1分鐘至990秒之間任意設置。 3. 在進行時間參數設置和整個定時過程中，系統(tǒng)采用四位數碼管顯示，最高位顯示風類，后三位顯示定時時間，做“百位、十位、個位”的倒計時顯示，同時用數碼管上小數點的同步閃亮作為秒顯示，顯示直觀、準確。4. 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)。5. 過熱檢測與保護電路不用傳感器，用信號源產生的正弦信號代替?zhèn)鞲衅鳌案袘背龅男盘枺粜盘柗却笥?0mV，則電機停止轉動。6. 按下“搖頭”鍵，“搖頭”電機先正轉30ms，再反轉30ms，如此

4、往復。3.2、系統(tǒng)硬件設計電路圖該系統(tǒng)已AT89C51單片機為核心，由電源電路，時鐘電路，復位電路，顯示電路，鍵盤，電機組成。圖2是系統(tǒng)硬件電路圖。圖2系統(tǒng)硬件電路3.2.1 系統(tǒng)復位電路和時鐘電路 復位電路：首先形成單片機最小系統(tǒng)，在89C51單片機芯片XTAL1、XTAL2加入時鐘電路，RST加入復位電路，EA加入高電平。89C51的復位是由外部的復位電路來實現的。復位電路分為上電復位和手動復位，我們采用的是上電+手動復位，正常工作時按下S1鍵，9腳變成高電平，單片機復位，按鍵松開，通過電容放電，9腳回到低電平。采用的是12MHZ晶振，所以C=10uf,R1=8.2K,R2=200。如圖3

5、圖3復位電路 時鐘電路： 89C51單片機的時鐘信號通常有兩種方式產生：一是內部時鐘方式，二是外部時鐘方式。采用內部時鐘方式：89C51單片機各功能的運行都是時鐘控制信號為基準，有條不紊的工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，始終電路的質量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。89C51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引進XTAL1,輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調電容，就構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖4時鐘電路所示，是89C51內部時鐘方式的振蕩器電路。電路中的電容C1、C2典型值通常選擇30pF，對外接電容雖然沒

6、有嚴格要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低。振蕩器穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也越快，此次實驗我們選擇的晶振是12MHZ晶振。晶振為12MHZ時的機器周期的計算：一機器周期12個振蕩周期，1個振蕩周期T=1/f，時鐘頻率f=1/T, 一機器周期1/T×12，若晶振12MHZ，一機器周期1/12×12=1uS外部時鐘方式時把外部已有的時鐘信號引入到單片機內，此方式常用與多片89C51單片機同時工作，以便于各單片機的同步。圖4時鐘電路 3.2.2 AT89C51單片機電源電路 電路主要分為：變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個部分。

7、電流進入電路，通過一個220V變9V的電源變壓器把220V的交流電壓變?yōu)?V的交流電壓，然后通過整流器把9V交流，功率為15W左右。變壓器次級線圈輸出的9V交流電壓經過全橋QD2進行全波整流，C19濾波，7805穩(wěn)壓后，輸出穩(wěn)定的+5V直流工作電壓。如圖5圖5電源電路 3.2.3 穩(wěn)壓芯片7805穩(wěn)壓芯片7805 系列為 3 端正穩(wěn)壓電路,TO-220 封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應用范圍廣。內含過流、過熱和過載保 護電路。帶散熱片時，輸出電流可達 1A。雖然是固定穩(wěn)壓電 路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。外形圖及引腳排列如圖6所示。 圖6穩(wěn)壓芯片7805 它的主要特點： 輸出電

8、流可達 1A輸出電壓有：5V 過熱保護 短路保護 輸出晶體管 SOA 保護 功能框圖如圖7所示。圖7穩(wěn)壓芯片7805內部結構圖 3.2.4 集成塊74LS245功能 74LS245是我們常用的芯片，用來驅動led或者其他的設備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數據。74LS245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數據。當89C51單片機的P0口總線負載達到或超過P0最大負載能力時，必須接入74LS245等總線驅動器。當片選端低電平有效時，DIR=“0”，信號由 B 向 A 傳輸；（接收）DIR=“1”，信號由 A 向 B傳輸；（發(fā)送）當為高電平時，A、B均為高阻態(tài)。由于P2口

9、始終輸出地址的高8位，接口時74LS245的三態(tài)控制端/1G和/2G接地，P2口與驅動器輸入線對應相連。P0口與74LS245輸入端相連,/E端接地，保證數據現暢通。89C51的和/PSEN相與后接DIR，使得且/PSEN有效時，74LS245輸入（P0.iDi），其它時間處于輸出（P0.iDi）。 3.2.5 集成塊74LS06功能 74LS06器件包含6路反相緩沖器/驅動器，帶有高壓集電極開路輸出，可連接高電平電路的接口（如MOS），可驅動高強度電流負載，當然也可以充當反相緩沖器用于驅動TTL輸入。74LS06的額定輸出電壓為30 V，74LS06的最大吸取電流為40mA。74LS06兼容

10、大多數TTL電路。74LS06的輸入是二極管鉗位式，可以把傳輸產生的不良影響降到最低，大大簡化了電路的設計。74LS06典型功耗為175 mW，平均傳輸延遲時間為8ns。六高壓輸出反相緩沖器/驅動器（OC，30V）簡要說明:7406 為集電極開路輸出的六組反相驅動器，其主要電特性的典型值如下：10ns 15ns 155mw引出端符號：1A6A 輸入端 1Y6Y 輸出端極限值：電源電壓 7V，輸入電壓 5.5V，輸出截止態(tài)電壓 30V工作環(huán)境溫度7406 070 存儲溫度 -65150 如下圖 3.2.6 LED顯示電路 根據設計要求并綜合各方面因素，可以采用AT89C51單片機作為主控制器，用

11、動態(tài)掃描法實現LED數字顯示，驅動信號用單片機的定時器完成，顯示電路如下圖8所示。圖8 led顯示電路圖 3.2.7 直流電機原理直流電機是一種能實現機電能量轉換的電磁裝置，它能使繞組在氣隙磁場中旋轉感生出交流電動勢，并依靠換向裝置，將此交流電變?yōu)橹绷麟?。其產生交流電的物理根源在于，電機中存在磁場和與之有相對運動的電路，即氣隙磁場和繞組。旋轉繞組和靜止氣隙磁場相互作用的關系可通過電磁感應定律和電磁力定律來分析。3.3 系統(tǒng)軟件設計3.3.1 占空比技術在一串理想的脈沖序列中（如方波），正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期的比值。例如：1s，信號周期4s的脈沖序列占空比為0.25。在一段連續(xù)工作時間內脈

12、沖占用的時間與總時間的比值。在CVSD調制（continuously variable slope delta modulation）中，比特“1”的平均比例。在周期型的現象中，現象發(fā)生的時間與總時間的比。占空比是高電平所占周期時間與整個周期時間的比值。 如圖9圖9占空比3.3.2 程序框圖如圖10，程序見附件圖10 程序框圖四、系統(tǒng)調試與結果1、組裝調試搶答器電路。2、可預置時間的定時電路，并進行組裝和調試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行減計時，當減計時到零時，能輸出低電平有效的定時時間到信號。3、調試報警電路。4、定時搶答器的聯調，注意各部分電路之間的時序配合關系。然后檢查電

13、路各部分的功能，使其滿足設計要求。 五、主要元器件與設備單片機 AT89C511片集成電路 整流橋1只，三端穩(wěn)壓塊1。電 阻 2002只，8.2K1只，5.1k4只，100l只， 4704只。電 容 極性10uF1只，100 uF2只0.1 uF1只非極性30 pF1只。三極管 3DG121只，85501只其 它 發(fā)光二極管1只，共陰極顯示器3只，晶振12M，按鈕5只。六、課程設計體會與建議6.1、設計體會本設計報告主要介紹了用單片機實現的模擬電風扇的設計方法。系統(tǒng)介紹了該電路的硬件構成和軟件工作過程，系統(tǒng)以AT89C51為核心，主要采用中斷控制 系統(tǒng)，結合所學的單片機的知識，實現系統(tǒng)的功能要

14、求。設計中很好的使軟、硬件相結合，基本上達到了設計的要求。通過這次畢業(yè)設計，使我對單片機及其附屬電路有了一定的了解，對課本上的知識有了近一步的掌握，也深刻明白了自己的不足。完成本次課程設計的過程，是一個從無到有的過程，經歷了興奮、自信、失落、奮發(fā)、所悟、完成幾個過程。課程設計時，仔細閱讀設計的題目和要求，以為沒什么困難的，所用的知識書上都有。可是當我動手開始做的時候，才發(fā)現其中的算法，設計是那么繁瑣。經過一天的努力，毫無結果。失落的心情油然而生。于是，再到圖書館和網上查找資料，在經過借鑒很多類似的資料，文獻后，總算是有點眉目了。埋頭苦干的過程是痛苦的，尤其是在思考算法和程序框架時，迷茫，煩躁，

15、特別是當苦思出來一個結果，又被自己推翻，心痛的無法言繪，在這不斷循環(huán)中，終于最后完善了程序。其中的煎熬是很痛苦的，深刻明白攻克自己“未知領域”的困難。但當課程設計完成時，那感覺是甜蜜的，沒有耕耘，哪來得收獲的喜悅，不懂付出怎么能知道回報的快樂，一分耕耘一分收獲，有付出才會有回報，就在這樣的痛與快樂的交換中，我學到了知識，學到了做人的道理。這次的課程設計，讓我學到了很多書本上學不到的東西，學到了實際應用時，是取用成本的最小化，做設計不僅要考慮大的方面，小的方面也必須做到完美。最大的收獲是：對按鍵，顯示器，單片機匯編語言的應用有了深刻的了解。6.2、設計建議我希望老師在我們動手制作之前應先告訴我們一些關于所做電路的資料、原理，以及如何檢測電路的方法，還有關于檢測芯片的方法。這樣會有助于我們進一步的進入狀態(tài)，完成設計。七、參考