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:電子1101班姓 名: 王強(qiáng)劉繪明學(xué) 號：20110135262011013512設(shè)計(jì)時間:2013.12.23 至 2014.01.05指導(dǎo)教師：徐明鵑評 語:評閱成績：評閱教師:一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的3二、課程設(shè)計(jì)的要求3三、主要儀器設(shè)備及軟件31、Keil 軟件簡介 32、Proteus繪圖軟件簡介3四、課程設(shè)計(jì)題目及要求3.五、課題分析及設(shè)計(jì)思路41、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容42、AT89C5WL片機(jī)簡介43、 ULN2003 簡介 54、 直流電機(jī)簡介 65、 數(shù)碼管簡介 66、 硬件設(shè)計(jì)框圖 77、

2、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 8六、程序主要代碼與分析 9七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖 12八、心得體會 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。二、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、程序簡明易懂，多運(yùn)用輸入輸出提示，有出錯信息及必要的注釋。4、要求程序結(jié)構(gòu)合理，語句使用得當(dāng)。5、適當(dāng)

3、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軟件簡介Keil C51是Keil Software公司出品的51系列兼容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，因 而易學(xué)易用。Keil提供了包括C、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(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（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)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性

4、、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)，體會更加深刻。2、Proteus繪圖軟件簡介Proteus是世界上著名的EDA工具（），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到與外圍電 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， 其處理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、 8086和MSP430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MPL

5、AB等多種。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，從而建立一個控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通過3個按 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)碼管上顯示三個數(shù)字表示三種狀態(tài)， 同時設(shè)計(jì)風(fēng)扇過熱保護(hù)，運(yùn)行一段時間后，暫停5S。2 、AT89C51單片機(jī)簡介AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS8

6、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 只讀程序存儲器，器件采用ATME公司的高密度、非易失性存儲技術(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 個引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器， 32 個外部雙向輸入 /輸出( I/O )口， 5 個中斷優(yōu)先

7、級2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計(jì)數(shù)器,2 個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩器。止匕外，AT89C5做: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。 空閑模式下，CPLB停工作，而RAMt時計(jì)數(shù)器，用行口，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勺數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活 或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQF濟(jì)口 PLC*三種封裝形式，以適應(yīng)不 同產(chǎn)品的需求。AT89C5憚片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和外部引腳如下圖所示。圖2.13、ULN200騎介在自動化密集的的場合會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，

8、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。原理：ULN2003 也是一個7路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時 ULN2003輸出端為低電平，當(dāng)輸入端為低電平時 ULN2003輸出端為高電平， 繼電器得電吸合。如下圖所示圖3.1ULN2003A在各種控制電路中常用它作為驅(qū)動繼電器的芯片，具芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管

9、。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)動繼電器或固體繼電器（SSR滸外接控制器件，也可直接驅(qū)動低壓燈 泡。本實(shí)驗(yàn)中，ULN2003A用于驅(qū)動直流電機(jī)。4、直流電機(jī)簡介直流馬達(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)、 電動車、汽車方向盤驅(qū)動、電梯、 DVD勺驅(qū)動、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、測速電機(jī)等。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)行時靜止不動的部分稱 為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，運(yùn)行

10、時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用 是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，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)部由七個條形發(fā)光二極管和一個小圓點(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，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七個發(fā)光二極管。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。6、硬件設(shè)計(jì)框圖圖6.

11、17、硬件設(shè)計(jì)電路圖本電路由AT89C51和ULN2003A為核心。:工=! B p U 1! - ! - , -L2WI,- - -理em,a .1 ,FUM4.PV1tijiFJ.idTXPF11fI3-.E土 的而T，”JE_ _L_FIJIrwn-ap?i： H7isrowri-Zjl-IL ,FE*8PIT2仁_J*F仃圖7.1-3i=8、單片機(jī)控制直流電機(jī)流程圖主程序定位圖8.19、軟件仿真(1)、把程序在Keil uVision3 中調(diào)試，成功無錯誤后生成 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#define OUTPUT P1#define SEG P0sbit BUTTON1=P2A0;sbit BUTTON2=P2A1；/包含reg51.h 的頭文件/定義輸出端口P1/ 定義 SEG 位置/聲明開關(guān)1/聲明開關(guān)2/主程序main() unsigned char i;OUTPUT=0;step_rst();P2=0xff;while(1) if (BUTTON1=0) debouncer();SEG=TAB0;sbit BUTTON3=P2A2;/ 聲明開關(guān) 3unsign

13、ed char steps=20;/ 定義 20 步unsigned int times1=50;/聲明開關(guān) 1 的延時時間(x 5ms) unsigned int times2=100;unsigned int times3=150;/*1 相激勵信號數(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 =/

14、聲明無符號變量i/輸出/設(shè)置輸入口/while 循環(huán)開始/如果開關(guān)1 按下/去抖/數(shù)碼管顯示1（正常風(fēng)）for(i=0;isteps;i+)/20 步 OUTPUT=excite3-i%4;delay5ms(times1);if(i=19)OUTPUT=0;/輸出為0，開始延時delay5ms(1000);/延時 5000mselse if (BUTTON2=0) debouncer();SEG=TAB1;for(i=0;isteps;i+)/若開關(guān) 2 被按下/去抖/ /數(shù)碼管顯示2 OUTPUT=excite3-i%4; /控制正轉(zhuǎn)delay5ms(times2);if(i=19)OUTP

15、UT=0;delay5ms(1000);else if (BUTTON3=0) debouncer();SEG=TAB2;/延時/若按下開關(guān)3/去抖/數(shù)碼管顯示3for(i=0;isteps;i+) OUTPUT=excite3-i%4;delay5ms(times3);if(i=19)OUTPUT=0;delay5ms(1000);)=延遲函數(shù)= void delay5ms(int x)延時函數(shù)開始int i,j;/聲明整型變量i, jfor(i=0;ix;i+)計(jì)數(shù) x 次，延遲約 xX 5msfor(j=0;j600;j+);/計(jì)數(shù)約 600 次，延遲約 5ms) /=去抖函數(shù)= voi

16、d debouncer(void)/聲明去抖函數(shù)delay5ms(4);延時 20ms) /=定位函數(shù)= void step_rst(void)聲明定位函數(shù)char i;/聲明變量ifor(i=0;i4;i+) OUTPUT=excitei;delay5ms(100);/延時 500ms)七、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)。伸二PS 中MH為由. M lAttQQ通 而 unjj_FW3 MT： Fl鐘I，出， lf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)碼管顯示3,睡眠風(fēng)。圖 7.1.3八、心得體會通過本次設(shè)計(jì)，使我們學(xué)到

17、了許多書本上無法學(xué)到的知識，也使我深刻體 會到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛。不僅讓我對學(xué)過的單片機(jī)知識有了很多的鞏 周，同時也對單片機(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)會了在網(wǎng)絡(luò)上查找有關(guān)設(shè)計(jì)的個硬件的資源，其中包括：直流電機(jī)速度控制、AT89C51 的腳圖的資料、ULN2003A弓唧和驅(qū)動的原理以及數(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。通過這次設(shè)計(jì)，使我們得到了 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。使我們在單片機(jī)的基本原理、

18、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)會對常見問題 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)。不但加深我對在課程上所學(xué)到的單片機(jī)理論知識的認(rèn)識和理解，重新讓自己認(rèn)識到了這門學(xué)科的在應(yīng)用方面的廣闊前景， 并且通過知識與應(yīng)用于實(shí)踐 的結(jié)合更加豐富了自己的知識。擴(kuò)展了知識面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識， 而且對其他專業(yè)的知識也有所了解，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)過這次一個較完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制 作過程，對于認(rèn)識到自己在知識方面存在的不足， 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)實(shí)的基礎(chǔ)。