基于單片機的電風(fēng)扇模擬自然風(fēng)控制器設(shè)計畢業(yè)論文

1、本科畢業(yè)設(shè)計論文基于單片機的電風(fēng)扇模擬自然風(fēng)限制器設(shè)計學(xué)院 電子信息工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化年級班別 13電氣工程及其自動化學(xué) 號 2021402040125學(xué)生姓名 胡長新2021年3月21日摘要隨著社會的不斷開展,科技的不斷進步,人們對于電風(fēng)扇的選擇也變得更苛 刻了,面臨著強大的競爭力,電風(fēng)扇想要在市場上取得一席之地就必須變得更加 人性化,更加智能化.因此,模擬自然風(fēng)的電風(fēng)扇就會越來越被重視,從而被廣 泛的應(yīng)用.本文設(shè)計的是基于單片機的電風(fēng)扇模擬自然風(fēng)限制器,通過使用 STC12C5A60S單片機來輸出PWMfe,并由兩個BTS7960芯片組成一個 H橋驅(qū)動 電路來驅(qū)動電風(fēng)扇電機轉(zhuǎn)動

2、.該設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)限制風(fēng)扇的扇葉由停止-慢慢轉(zhuǎn)動 -快速轉(zhuǎn)動-慢速轉(zhuǎn)動-停止進行這種周期性的轉(zhuǎn)動,而且能夠?qū)@個周期的時 間進行調(diào)節(jié).這樣風(fēng)扇就可以模擬成自然風(fēng)了,給人們帶來了更好的舒適感.關(guān)鍵詞：單片機；PW瞰；H橋驅(qū)動電路；模擬自然風(fēng)AbstractWith the continuous development of society, the progress of science and technology, people's choice for electric fan has become more severe, facing strong competition, th

3、e electric fan to make a space for one person in the market must become more humane, more intelligent. Therefore, the simulation of natural wind fans will be more and more attention, which is widely used. This paper is the design of MCU simulation natural wind controller for electric fan based on ST

4、C12C5A60S2 MCU by using PWM wave output, and by two BTS7970chip is composed of a H bridge driving circuit to drive the electric fan motor rotation. The design of the utility model can realize the control of the fan blade from the stop to the slow rotation, the fast rotation, the slow rotation and th

5、e periodic rotation, and can adjust the time of the cycle. So that the fan can simulate the natural wind, to bring people a better sense of comfort.Key wordssingle chip； PWM wave； H bridge driver circuit; simulation of natural wind目錄1 .緒論11.1 選題的依據(jù)和意義 11.2 本設(shè)計需實現(xiàn)的功能12 .系統(tǒng)設(shè)計總體方案22.1 風(fēng)扇的功能需求分析 22.2 系統(tǒng)

6、方案論證 22.2.1 電機調(diào)速限制方案22.2.2 顯示功能方案 22.3 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖 33 .系統(tǒng)硬件設(shè)計43.1 STC12C5A60S邪片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計 43.1.1 STC12C5A60S印片機詳情43.1.2 單片機晶振與復(fù)位電路設(shè)計 53.1.3 單片機電源電路設(shè)計 63.2 鍵盤電路設(shè)計63.3 LCD顯示電路設(shè)計 73.4 風(fēng)扇電機驅(qū)動電路與調(diào)速電路設(shè)計 84 .系統(tǒng)軟件設(shè)計124.1 開發(fā)工具概述 124.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計124.3 初始化程序設(shè)計144.4 按鍵子程序設(shè)計144.5 LCD顯示屏子程序設(shè)計155 .系統(tǒng)調(diào)試165.1 單片機最小系統(tǒng)調(diào)試 165.

7、2 PWM 調(diào)試165.3 屏幕顯示調(diào)試176 .總結(jié)18致謝19參考文獻20附錄一：系統(tǒng)原理圖 21附錄二：程序代碼231 .緒論1.1 選題的依據(jù)和意義風(fēng)扇的起源可以追溯到 1830年,有一個美國人叫 James Byron ,他無意中在鐘表的構(gòu)造 中發(fā)現(xiàn),可以使扇葉如鐘表運轉(zhuǎn)的方式一直轉(zhuǎn)動,這樣就可以產(chǎn)生風(fēng),如此世界上第一臺風(fēng)扇就此誕生.這種風(fēng)扇雖然可以給人們帶來涼爽的風(fēng),但是由于這種驅(qū)動方式需要爬梯子去上發(fā)條,用發(fā)條驅(qū)動,非常麻煩.于是到了1872年的時候,一個叫Joseph的法國人就慢慢研究出一種用渦輪啟動齒輪傳動的風(fēng)扇,這種風(fēng)扇相對于前者使用起來就輕松許多.當(dāng)?shù)搅?880年的時候,

8、有一個美國人想到了在電動機上面裝上扇葉,通電使得電機轉(zhuǎn)動從而使風(fēng) 葉產(chǎn)生徐徐涼風(fēng),他就是舒樂,創(chuàng)造了世界上第一臺電風(fēng)扇.近年來,隨著空調(diào)業(yè)的價格水平不斷下降,其風(fēng)頭早已超過了風(fēng)扇,但空調(diào)的強大制冷效果以及高耗電量、 且封閉空間的弊端,使得傳統(tǒng)的借助空氣流動降低熱量但通風(fēng)效果和功 耗低的風(fēng)扇仍然存在很大的市場.市場都是人開發(fā)出來的,一些企業(yè)就開始拓展的風(fēng)扇的市場,結(jié)合風(fēng)扇與空調(diào)兩者之間的利與弊,就對電風(fēng)扇進行更加新奇的設(shè)計,使得電風(fēng)扇更加人性化,這樣風(fēng)扇的市場就慢慢的上升起來,跟空調(diào)處于一個互相抗衡的狀態(tài),而不是空調(diào)獨攬市場.隨著時代的變化,事物都在不斷更新,風(fēng)扇要想繼續(xù)在市場中占有一席之地,就

9、 需要不斷的繼續(xù)創(chuàng)新,讓風(fēng)扇吹出更加人性化的風(fēng).近年來雖然空調(diào)業(yè)迅速崛起,但是電風(fēng)扇并沒有退出市場,而是慢慢把市場上升起來了, 這一形勢的主要原因有：一是風(fēng)扇與空調(diào)它們兩者的制冷原理不同,空調(diào)是使得空間里面的空氣溫度迅速降低, 從而使人感到?jīng)鏊? 而電風(fēng)扇是吹出涼風(fēng),非常平緩, 更加適合老人小 孩或者體質(zhì)較弱的人使用；二是電風(fēng)扇有價格優(yōu)勢,不僅售價廉價而且使用的時候會比空調(diào) 省電許多,并且安裝操作和使用都非常便捷.模擬自然風(fēng)電風(fēng)扇是一種可以吹出像自然風(fēng)那種樣式的風(fēng)的電風(fēng)扇,更具特點之處,它是由電風(fēng)扇電機與一臺能夠經(jīng)過調(diào)試從而輸出周期性變化的電壓的電氣裝置組成.當(dāng)前我國電風(fēng)扇總的來說是供過于求的

10、市場形態(tài),市場處于相當(dāng)?shù)膭×腋偁幹? 而且外商企業(yè)也漸漸的把目光專注到國內(nèi)的電風(fēng)扇市場.從當(dāng)前電風(fēng)扇行業(yè)的開展趨勢來看,今后人們消暑的主體仍然會是電風(fēng)扇,但是隨著外資慢慢的參加電風(fēng)扇行業(yè),就會使我國電風(fēng)扇形成更加劇烈的競爭市場,因此想要在劇烈的市場競爭中脫穎而出,就必須不斷的創(chuàng)新,設(shè)計出更加有特點更加人性化的電風(fēng)扇.相對于用硬件或者軟硬件相結(jié)合的方法PWM波,用純軟件的方法來實現(xiàn)調(diào)速 能夠充分發(fā)揮單片機的功能,對于簡單速本設(shè)計使用單片機作為該電風(fēng)扇系統(tǒng)限制核心. 實現(xiàn)對電機進行調(diào)速而言,這時候采用單片機產(chǎn)生 過程,就具有更大的靈活性,并可大大降低本錢, 度限制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑.

11、1.2 本設(shè)計需實現(xiàn)的功能功能要求：該設(shè)計能夠使風(fēng)扇電機由停止-慢慢轉(zhuǎn)動-快速轉(zhuǎn)動-慢速轉(zhuǎn)動-停止這 樣進行周期性的轉(zhuǎn)動,并且能夠讓周期的時間自由設(shè)定.主控模塊：風(fēng)扇電機通過單片機的智能限制,使得電風(fēng)扇形成自然風(fēng)的效果；并且可以調(diào) 節(jié)輸出PW版的占空比,可以限制周期內(nèi)送風(fēng)的時間.2 .系統(tǒng)設(shè)計總體方案2.1 風(fēng)扇的功能需求分析目前科技是越來越興旺,家電都是往智能化開展,風(fēng)扇作為夏天消熱的必需品,但是傳 統(tǒng)的電風(fēng)扇想在目前這個智能化的生活中是很難的,所以設(shè)計一個讓人們感覺舒適的電風(fēng)扇就很有必要了.雖然這幾年,越來越多的人選擇了空調(diào)作為乘涼的必需品從而取代了電風(fēng)扇, 但是如果想使用空調(diào)取得一個好的

12、效果是需要在封閉環(huán)境里的,長期的待在空調(diào)房中, 對于人的身體不利,非常容易患上空調(diào)病,所以對于老人、兒童或者身體對抗力很弱的人群應(yīng)該 預(yù)防使用空調(diào).因此對于電風(fēng)扇的研究還是很有必要的.以前的風(fēng)扇還是停留在只能夠調(diào)節(jié)風(fēng)力的大小,這讓人一直處于被風(fēng)吹的狀態(tài)下,時間一長久,就會使人不舒服,因此設(shè)計一個模擬自然風(fēng)的電風(fēng)扇是很有必要的,自然風(fēng)風(fēng)扇不會一直對人吹風(fēng),它是斷斷續(xù)續(xù)的提供風(fēng),這種風(fēng)會使人感到舒適,而且人體也不會一直吹風(fēng),這樣人也不會感到不適.2.2 系統(tǒng)方案論證2.2.1 電機調(diào)速限制方案方案一：使用純硬件的電路來實現(xiàn),將電壓接入到整流濾波電路中,將過濾出來的平穩(wěn)的直流電送入到 NE555多諧

13、振蕩器,NE555的三腳輸出高電平,使繼電器的動斷觸點復(fù)位, 電風(fēng)扇運轉(zhuǎn),當(dāng)所連接的電容放電到一定程度之后,繼電器吸合,動斷觸點斷開,風(fēng)扇停止運轉(zhuǎn),通過不停的充電放電形成方波限制繼電器,實現(xiàn)自動開關(guān)的功能, 從而模擬成自然風(fēng).方案二：使用純軟件的方法使單片機來產(chǎn)生PW瞰(脈沖寬度調(diào)制)從而實現(xiàn)調(diào)速.通過編程使單片機輸出矩形波PWM1號,通過所需要的結(jié)果來調(diào)節(jié) PW瞰的占空比,占空比就是指一個周期里面高電平所占的比例,限制的是電機的轉(zhuǎn)動速度時,如果占空比越大,那么轉(zhuǎn)動速度就越快,如果占空比是100%勺時候,轉(zhuǎn)速到達最快.對于方案一,此方案雖能夠到達實現(xiàn)模擬自然風(fēng)的效果,但是純硬件的電路比較復(fù)雜,

14、 購置元器件所需的本錢也不低,并且能夠調(diào)節(jié)的范圍有限.對于方案二,比照一些其他的純硬彳的方法,通過單片機輸出PW瞰進行調(diào)速不僅具有更大的靈活性,而且本錢也能夠有所降低.比照兩種方案綜合考慮選擇方案二.使用單片機輸出PW瞰有三種方法,如下：(1)利用單片機的延時功能.高電平持續(xù)一段時間,當(dāng)延時時間結(jié)束時,使I/O 口電平取反成為低電平,然后延時一段時間,當(dāng)?shù)碗娖窖訒r時間結(jié)束時,使I/O 電平取反成為高 電平.通過循環(huán)就可以得到PWM1號.(2)通過單片機的定時功能.原理跟方法一相同, 只不過此方法是通過單片機的定時器來實現(xiàn)上下電平的轉(zhuǎn)換.(3)利用單片機自帶的 PWMI號發(fā)生器.在單片機中的ST

15、C12系列就自身帶有 PWM制 器.綜合考慮,最終確定使用 STC12C5A60S印片機來輸出 PW瞰.2.2.2 顯示功能方案方案一：用LED數(shù)碼管顯示,但是數(shù)碼管需要驅(qū)動電路才能使用,并且所需要的I/O 口資源比較多,不能提示信息字符.方案二：用LCD1602液晶顯示信息,但是一片 1602液晶需要占用11個I/O端口,顯示 的資源也不是很充足.方案三：用諾基亞 LCD5110顯示,這是一款經(jīng)典的顯示器.經(jīng)過綜合考慮最終選擇諾基亞LCD5110作為本次設(shè)計的顯示器,它的優(yōu)勢在于：(1)性價比高,LCD1602只能夠顯示字符,而 LCD5110不僅能夠顯示字符還能夠顯示 文字,并且LCD51

16、10的價格相對來說廉價得多.(2)接口簡單,只需要 4個I/O 口即可限制,而 LCD1602需要11個.(3)速度快,是 LCD1602的40倍.(4) LCD5110工作電壓為可以為 3.3V也可以是5V,可以跟單片機一起供電相對方便 些.(5)程序編寫簡單,工作對時序要求不是特別嚴格,雖然系統(tǒng)沒有自己的庫,但是字 符取模軟件使用起來也是非常的方便.(6)顯示內(nèi)容豐富,既可以顯示數(shù)字這字母,也可以顯示漢字.因此,最終選擇了諾基亞 5110作為這次設(shè)計的顯示屏幕.2.3系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單片機最小系統(tǒng)正常工作,然后選擇模式,接著通過液晶顯示出來,單片機輸出的PWM波信號供給

17、驅(qū)動電路,驅(qū)動電路連接電機,使電機轉(zhuǎn)動.本設(shè)計的整體思路是：通過模式選擇,用戶可以可以選擇自然風(fēng)模式和常規(guī)風(fēng)扇模式,自然風(fēng)模式時,電機一直調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速模擬成自然風(fēng),給人們帶來一種舒適的享受；而常規(guī)模式時,可以通過按鍵調(diào)節(jié)風(fēng)扇的速度.系統(tǒng)當(dāng)前的工作模式和風(fēng)速可以在液晶顯示屏上面顯示出來.而且是由單片機產(chǎn)生 PW版進行電機調(diào)速,可以任意調(diào)節(jié)它的占空比.3.系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 STC12C5A60S單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1.1 STC12C5A60S2 片機詳情STC12C5A60S源歹U是宏晶科技生產(chǎn)的機器周期 (1T)/單時鐘的單片機,是新一代 8051單 片機,不僅高速/低功耗/超強抗干擾,而且

18、完全兼容傳統(tǒng) 8051的指令代碼,并且速度快8-12 倍.內(nèi)部集成2路PWM可以針對電機限制.CLK0UT2 P1.0 PL1ECIP1.2 CCP0P1.3SS CCP1 P1.4 MOSI PL5 MISOP1.6 SCLK P1J R4.7 RST RXD P3.U TXDP3.1 1X1.P3.2 I5T1 P33CLKOLTOP3.4 CLK0UT1 P3J WRP3,6 RD P3/ XTAL2 XTAL1GNDr14011 Vrr* E239 1j pi: n xDii338匚1 FU-1 ADI437 nn. i %1Q36 u pll ： aD3匚63 口J PQP4,AD4

19、34 11J Pll 、 Al)'.S33Pii XDc1932 ?ij AD10 PDIP-4D 3,113 0m EX L D P4.0 RST 1 I AL j P4 口1229匚1P4 413-S匚1 P . A1 -1427匚6 Al4152613 P2.? A13cz161 p ' 4 A 1 ?174:'p,All匚1S23 IJ pr r1922, Di 1 X Q匚口 r_1 _A.y2021 Di A c圖3-1 STC125A60S單片機弓I腳圖STC12C5A60S也是51系列單片機,與傳統(tǒng) 51單片機比照特點如下：1、在使用相同晶振時,運行速度

20、可以到達普通51的812倍2、有8路10位AD3、多了兩個定時器,帶 PWMfo能4、有SPI接口5、有 EEPROM6、有1K內(nèi)部擴展RAM7、有 WATCH_DOG8、多一個串口9、IO 口可以定義,有四種狀態(tài)10、中斷優(yōu)先級有四種狀態(tài)可定最重要的是單片機的 P1.3I/O 和P1.4I/O 可以直接輸出 PWM1號,從而對電機進行調(diào)速.3.1.2 單片機晶振與復(fù)位電路設(shè)計C2HIC3T|_ 30pf口 Y1 12MHZ XTAL1PO.O/ADOXTAL2RSTP0 1/AD1 PD.2/AD2 PD3ZAD3 PO/4/AD4 P0.5/AD5 PD.&/AD6 PD.7；AD

21、7P2.0/A8P2.1/ASP2.2/A10PSENP2 3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13F2.67A14P27/A15P1.0P3 0/RXDPL1P3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1 3P3.3/INT1P1 4P34/T0PI 5P15/T1P16P3.6/WRP1.7P3 7/RDSTC12C5A60S2U119"222324一_一 FFFFFF-9 0 1 123456782 3 3圖3-2單片機最小系統(tǒng)圖單片機通常使用手動按鍵復(fù)位和上電自動復(fù)位這兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作.手動復(fù)位要求在單片機在電源接通的條件下,并且在運行期間,單片機通過按

22、鍵開關(guān)操作復(fù)位.上電復(fù)位要求接通電源后,復(fù)位操作是直接自動實現(xiàn)的.單片機要想正常工作,晶振電路時必不可少的,晶振保證了整個單片機系統(tǒng)根據(jù)固定的時鐘周期工作,本次設(shè)計選擇了外接12M晶振的方式.上圖中的RST, XTAL是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號,分別和單片機的9腳RST 19腳XLAT1和18腳XLAT2相連.圖3-2中的復(fù)位電路是通過電容充電來進行的,在剛通電的時候RST端口的電平為5V,慢慢的電容開始放電,端口電壓慢慢降低,最后直接降到0V.為了使單片機正常復(fù)位,RC時間常數(shù)應(yīng)不小于兩個機器周期,一般電阻為10K,電容取10uF.考慮到按鍵的特性,當(dāng)按鍵按下時,RST引腳可以保持高電平,從而實現(xiàn)單片機的復(fù)

23、位.STC12系列單片機是升級后的 51單片機,只是引腳復(fù)用功能更多,處理速度更快,因此外接晶振選擇12M已經(jīng)可以滿足設(shè)計的需要,電容 C2和C3對頻率有微調(diào)作用,根據(jù)經(jīng)驗值,C2和C3選才i 30pFo為了使寄生電容減少,并且保證振蕩器進行穩(wěn)定可靠的運行,晶振和電容應(yīng)盡量在安裝在單片機芯片附近.晶振為12MHz寸的機器周期的計算：一機器周期=12個振蕩周期,時鐘頻率 f=1/T,一機器周期=1/TX12,假設(shè)晶振=12MHZ一機器周期=1/12MX 12=1uS3.1.3 單片機電源電路設(shè)計因此需要單獨為單片機提電壓波紋不易過大,否那么單片LM2940來對單片機進行轉(zhuǎn) 5V由于系統(tǒng)中電機所需

24、的電源電壓與單片機所需的電壓值不同, 供一個穩(wěn)定的電壓,由于單片機對電源電壓的波動十分敏感, 機在運行時會發(fā)生異常,因此本設(shè)計準(zhǔn)備使用線性型穩(wěn)壓芯片 供電.LM2940-5.0 穩(wěn)壓芯片是輸出電壓固定為 5V的低壓差三端穩(wěn)壓器,當(dāng)輸出電壓為 5V,輸 出電流1A時,輸出電壓差不大于 0.8V,這個芯片的最大輸入電壓可以到達 26V,工作溫度范 圍為-40+125C,使用范圍非常廣,內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、 過熱保護、電池反 接和反插入保護電路.當(dāng)把一個高于5V的電壓接入芯片時,從Input接入,GN戢地,Output 就能輸出5V電壓,這些功能非常適合給單片機進行供電.lm29403圖

25、3-3單片機電源電路由上圖就可以看出其電路接法也非常簡單,非常適合我們使用.LM2940的1, 3腳分別是電源輸出端和輸入端,因此在1,3腳上面加上電容進行濾波就可以得到平穩(wěn)的電壓了,穩(wěn)壓芯片的2腳是接地端口,因此直接接地即可.3.2 鍵盤電路設(shè)計按鍵是我們常用的一種工具,在我們身邊經(jīng)常接觸到,此次的風(fēng)扇設(shè)計為了方便人們 能夠方便的進行操作,按鍵的使用就不可或缺了.瞥1 穌二6 510k<TEXT>10k<TEXT>10k<TEXT>它與單片機的連接方法也非常簡單,按鍵的一端接地,另一端與單片機的I/O 連接經(jīng)過10K的上拉電阻后在跟電源相連接,這樣的話,當(dāng)

26、按鍵處于沒有按下的時候,對應(yīng)的I/O口是處于一個高電平的狀態(tài)的,當(dāng)按鍵被按下時,按鍵線路接通成閉合回路,對應(yīng)的I/O 口就變成了低電平.單片機一直掃描這些I/O 的電平狀態(tài),通過電平狀態(tài)的上下不同就能對 相對應(yīng)的功能進行限制.3.3 LCD顯示電路設(shè)計Nokia5110 LCD原理應(yīng)用資料:NOKIA公司生產(chǎn)的LPH7366可用于其5110、6150, 6100 等系列移動 的液晶顯示模塊,這些產(chǎn)品不僅可以應(yīng)用于移動 ,也可廣泛應(yīng)用于許多便攜式設(shè)備的顯示系統(tǒng).與其它類型的產(chǎn)品相比,該模塊具有以下特點：(1) 84x48的點陣,最多可以顯示 4行漢字(2)采用主處理器和串行接口進行通信,大幅度減

27、少了接口信號線數(shù)量,因此最后信號線僅僅只有9條,其中還包括了電源線和接地線,并且支持多種串行通信協(xié)議(如 AVR單片 機的SPI、MCS51的串口模式 O等),傳輸速率可以到達 4Mbps,并且可以全速寫入顯示數(shù) 據(jù),沒有等待時間(3)模塊可以直接嵌到 PCBS上面,非常方便(4) LCD晶片直接在芯片里面兩者合為一體,因此模塊的體積很小(5)采用低電壓供電,工作電流在正常情況下不會超過200pA ,并且具有掉電模式圖3-5 LCD液晶顯示屏實物圖諾基亞5110引腳說明:/RSTNOKIA 5110復(fù)位腳/CS片選引腳D/C數(shù)據(jù)和命令切換腳DIN數(shù)據(jù)輸入CLK時鐘引腳VDD電源正BLC背光限制

28、開關(guān),低電平翻開背光GND電源地SCL擴展用字庫EEPROM鐘SDA擴展用EEPRO瞰據(jù)引腳P2RST 恒 D/C SDIN SCLK Vcc BG GNDNok 一聲5 二 0LCD5U0圖3-6諾基亞5110顯示屏與單片機連接電路引腳旁的字體為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號,BG代表的是背光燈,這里懸空沒有連接,實際電路中通過一個跳線帽來選擇是否開啟背光燈,圖中的VCC GND別與單片機的電源與地相連,P2.0到P2.4這5個IO就可以限制諾基亞 5110液晶顯示屏.3.4風(fēng)扇電機驅(qū)動電路與調(diào)速電路設(shè)計本次設(shè)計采用H橋調(diào)速,由兩片 BTS7960構(gòu)成一個H橋,BTS7960是一款集成度很高的 大電流半橋驅(qū)動芯片

29、,該芯片內(nèi)部集成了一個P溝道的高端 MOSFETS一個N溝道的低端MOSFET因此預(yù)防了充電泵的電磁干擾,提升了EMCt歸力.BTS7960具有很小的內(nèi)阻16M可通過49A的電流的半橋驅(qū)動芯片.采用該芯片的原因如下：(1)可直接由輸入邏輯電平限制驅(qū)動電流,方便了電路的設(shè)計,并提升了電路的可靠性(2)電流可以到達40A, PWM勺頻率變化范圍為 0HZ到25KH乙可以滿足目標(biāo)電機的各種 驅(qū)動需求(3)通過狀態(tài)標(biāo)志位(IS位),能夠?qū)崿F(xiàn)電機狀態(tài)診斷和電流采樣,并具有各種保護功 能(4)內(nèi)部MOSFETF關(guān)速率可以通過外部電阻進行限制BTS7960芯片介紹：BTS7960是NovalithIC 家族

30、三個獨立的芯片的一局部 ：一是p型通道的高電位場效應(yīng)晶體管,二是一個n型通道的低電位場效應(yīng)晶體管,結(jié)合一個驅(qū)動晶片,形成一個完全整合的高電流半橋.所有三個芯片是安裝在一個共同的引線框,利用芯片對芯片和芯片芯片技術(shù).為了保證高度有效的阻態(tài),電源開關(guān)就應(yīng)用垂直場效應(yīng)管技術(shù).由于p型通道是高電位開關(guān),消除電磁干擾就使用一個電荷泵.通過驅(qū)動集成技術(shù),邏輯電平輸入、電流取樣診斷、轉(zhuǎn)換速率調(diào)整器,失效發(fā)生時間、預(yù)防欠電壓、過電流、短路結(jié)構(gòu)輕易地連接到一個微處理器上.BTS7960芯片可以與其他的 BTS7960結(jié)合組成全橋或者三相驅(qū)動結(jié)構(gòu).引腳分配：BTS 7960PP-TO-220-782 4 0 61

31、35 7圖3-7 BTS7960 芯片引腳圖引腳的功能與定義PINSYMBOLI/O功能1GND-接地2INI輸入3INHI抑制,進入睡眠狀 態(tài)時設(shè)定為低電 平4,8OUTO功率輸出5SRI轉(zhuǎn)換速率SR和GND間連接 的電阻可以調(diào)整 功率開關(guān)的轉(zhuǎn)換速率6ISO電流取樣診斷7VS-電源由于一片BTS7960內(nèi)部有一個 P溝道MOSFET口一個 N溝道MOSFE丁所以當(dāng)給限制端一 個高電平時,只有 P溝道MOSFETS通,N溝道MOSFE截止,從而彳證兩個 MOSFE不會同 時導(dǎo)通,保證了系統(tǒng)的平安.由兩片 BTS7960芯片構(gòu)成的全橋電路如以下圖所示：圖3-8電機驅(qū)動電路圖本設(shè)計的限制對象是電風(fēng)

32、扇中的電機,因此電機的轉(zhuǎn)向只有一個,所以對應(yīng)的兩路 PWM中要有一路直接接地即可,而另外一路PWM接單片機P1.3 口PW瞰形輸出口 ,74LS244為3態(tài)8位緩沖器,緩沖單片機限制信號,由于懸空默認為高電平,所以 N7_1為高電平, 兩片BTS7960工作在工作模式,N2_1和N4_1為輸出診斷口,這里懸空不接,PWM限制著N9_1的上下電平,從而決定著 BTS7960_2兩個MOSf的導(dǎo)通與截止,由于 N3_1一直為低電 平,所以BTS7960_1的N溝道MOSf是一直導(dǎo)通的,P溝道MOSf是一直截止的,從而通過 調(diào)節(jié)PWM的占空比來調(diào)節(jié)電機在一個方向的轉(zhuǎn)速,OUT1和OUT2直接接在直流

33、電機正負極兩端.4 .系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 開發(fā)工具概述程序是硬件的靈魂,許多功能都要靠單片機對采集到的信號進行處理才能實現(xiàn),模塊 的初始化,指的是系統(tǒng)上電的時候,各個模塊的初始狀態(tài),初始化的程序在大循環(huán) while (1) 之外,因此僅僅執(zhí)行一次, 之所以進行初始化, 是為了保證系統(tǒng)上電時有一個穩(wěn)定的初始狀 O本系統(tǒng)的運行程序采用C語言編寫,在Keil軟件環(huán)境下編譯生成 hex文件,由STC_ISP軟件通過USB專串口數(shù)據(jù)線下載至單片機中調(diào)試運行.本次設(shè)計使用 Keil軟件來對程序進行編寫,這個軟件是又美國的Keil Software 公司設(shè)計的,常用于51系列單片機C語言的編寫,這個軟件即編

34、寫仿真調(diào)試于一體,有著完整 的開發(fā)方案.Keil是使用C語言編程時的不二之選,在調(diào)試過程中其簡潔方便的集成環(huán)境、 強大的軟件仿真調(diào)試工具就提供了諸多的方便.KeiluVision4相對于之前的版本,有著更加靈活的窗口系統(tǒng),開發(fā)人可以不僅可以控制多臺監(jiān)視器,而且可以對窗口的任意位置進行限制.新的用戶界面可以更有效地組織多個窗口,能夠最大程度的利用屏幕空間,這樣就能夠為開發(fā)應(yīng)用程序提供一個整潔,高效的環(huán)境.STC-ISP 是一款針對STC系列單片機而設(shè)計的單片機下載編程燒錄軟件,可下載STC89系列、12C5A系列和12C5410等系列的STC單片機,使用簡單方便,如今已被廣泛應(yīng)用.本 次設(shè)計采用

35、的主限制器是STC12C5A60S2因此采用該燒錄軟件非常方便,串口連接并選擇正確的COMX 選擇正確的單片機型號后,翻開 Keil編譯生成的Hex文件,點擊Download 后,手動按下電源開關(guān)便即可把可執(zhí)行文件HEX寫入到單片機內(nèi).4.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計系統(tǒng)的主程序局部,包含了整個系統(tǒng)的各個局部,開始的時候是對所有的模塊和一些 標(biāo)志位進行初始化,然后再進行大循環(huán),顯示各個模塊信息,由于程序是不斷的進行循環(huán)的, 所以信息是在不斷的進行刷新的.主程序流程圖如下：圖4-1系統(tǒng)整體框圖4.3 初始化程序設(shè)計主程序在進入程序大循環(huán)之前,首先要對系統(tǒng)進行初始化,包括對一些I/O 口的初始狀態(tài)進行設(shè)置.

36、在本次設(shè)計中,設(shè)置上電就是讓電源對驅(qū)動電路進行供電,隨時等待單片機產(chǎn)生的PWMK形限制信號的來臨.為了輸出占空比可調(diào)的PW瞰,將用到PCA模塊的8位PWMt出模式,因此需要對 PCA模塊的工作模式存放器 CMOD限制存放器CCON比較存放 器CCAP0同口 CCAP0序存放器進行初始化,以設(shè)定工作模式和比照擬存放器賦初值.設(shè)計中使用的顯示工具是諾基亞 5110,對諾基亞5110也要進行初始化,包括一些顯示的設(shè)置和清 屏指令.另外,一些顯示在諾基亞5110上面的提示信息也寫在了初始化程序中.4.4 按鍵子程序設(shè)計圖4-2按鍵掃描程序流程圖對于智能風(fēng)扇來說,要實現(xiàn)風(fēng)速的調(diào)節(jié)以及風(fēng)速的啟停,按鍵就變

37、得不可或缺了.那么按鍵消抖成為了編寫按鍵處理程序的關(guān)鍵之一.按鍵消抖質(zhì)量的好壞, 直接決定著按鍵檢測的靈敏度和用戶的體驗感覺.目前按鍵消抖主要分為硬件消抖和軟件消抖兩種方式.硬件消抖是使用專用的電路、芯片來對按鍵產(chǎn)生的帶有毛刺的電平信號進行處理得到規(guī)那么的電平信 號,從而使單片機易于識別；軟件消抖那么是利用軟件延時來過濾掉按鍵機械動作產(chǎn)生的不規(guī) 那么電平信號而檢測延時后的規(guī)那么信號.延時消抖已經(jīng)足夠?qū)崿F(xiàn)消抖,所以本次設(shè)計采用軟件延時對按鍵進行消抖.4.5 LCD顯示屏子程序設(shè)計本次設(shè)計中所用的諾基亞LCD511Q與單片機連接的只有 5條線,分別是串行數(shù)據(jù)線SDIN、串行日鐘線SCLK模式選擇D

38、/C、芯片使能SC訝口復(fù)位端RES單片機限制著這五個 信號線,完成各個模塊信息的顯示.與其他芯片一樣,也要參考資料寫好模塊功能函數(shù),包括寫字節(jié)函數(shù),設(shè)置地址函數(shù)等,為以后的初始化以及顯示做好準(zhǔn)備.圖4-3 LCD顯示屏寫一個字節(jié)時序圖參考時序圖寫字節(jié)的函數(shù)如下：void write_byte(unsigned char data1,unsigned char command) (unsigned char i;sce = 0;/使能端有效if(command=0)dc=0; /DC 為0時,寫的是限制指令else dc=1; /DC為1時,寫的是數(shù)據(jù)for(i=0;i<8;i+)(if(

39、data1&0x80)sdin=1;else sdin=0;sclk = 0;data1 <<=1;sclk=1;sce = 1;/ 不使能 LCD51105 .系統(tǒng)調(diào)試5.1 單片機最小系統(tǒng)調(diào)試單片機最小系統(tǒng)連接成功后,翻開5V電源開關(guān),為了驗證單片機最小系統(tǒng)是否能夠正常工作,之前特意編寫的一個閃爍燈的程序,限制一個LED燈使之不停的閃爍,翻開Keil軟件,把編寫好的 C語言程序放進去,在 Target Options窗口中設(shè)置生成 hex文件.編譯成功之后,通過 STC-ISP軟件將程序燒錄到單片機里面,此軟件使用操作很簡單, 首先將USB專串口線連接到電腦 USB的接

40、口,在電腦的設(shè)備治理器中查看一下USB轉(zhuǎn)串口的COMX 再翻開燒錄軟件,在 MCU type下拉菜單中選擇 STC12C5A60S2在點擊翻開文件選 擇之前已經(jīng)生成好的 hex文件,接著點擊 Download會出現(xiàn)“請給 MCU±電"的提示,翻開 單片機的電源開關(guān)就可以下載成功,最后就可以看到單片機連接的LED燈在閃爍.檢查復(fù)位按鈕時能夠正常復(fù)位,因此單片機最小系統(tǒng)是進行正常工作的,沒有發(fā)現(xiàn)什么問題.STC-ISP 軟件：湎1 STC-ISP. e»e y/ MCU -MemoFy,eo m 技術(shù)支持:13 92280519Q魏您平: Versio n：4.go-

41、 Select MCV Typ* 送擇單片機型號覽U TypitAF Nemory Range|STC12C5A£rcCP叵 OOM - EFfP程序文件| EKFRIM文件 寶口助手|工程文件| Fropg File.地址 0D 01 02 03 04 05 06 07 0B 09 0A 0B DC 0D DE 0F班/2/步驟±州,File /翻開文件文件范圍內(nèi)未用區(qū)域廊加 起始地址KE0校瞌和|q|P翻開文件前消靖沖翻開程序文件| |0 j R翻開支件前清熊沖下開EE麗五訐點啊3,坦鞍網(wǎng)空t COW PflrhNw 8叫"選擇品行口,輯波特軍COM 畫正一三

42、：.：最高茨恃星 |ll52OQ請嘗試捏離最初特章或使最離遁特率最伍波特率： 血可StepV步躲4.設(shè)置本框和右下方選I貢中的選頊下次冷啟動后胃鐘源為：r內(nèi)部同雁蕩罟演夕牌品蜂或時WRISE! pin廣用作H. L如用內(nèi)部露腺鬲fJV琳E5ET腳演 腸 能$盯上電復(fù)位增為晦外的復(fù)位破寸：合YBS C TO振蕩器漱大增益1琬工以下可送J*：滯用或下次冷啟動FL 口/?】用與下載無關(guān)C等于WCl才可以下載程序下次下鬟用戶應(yīng)用程序A寸將數(shù)捉Fl&M區(qū)一并晦粗£ 行凰5箕求,步僻5 .蚓id強心下竟先點下軟拉留再M皿上電復(fù)便一冷后動Dovnl 口汕門 載Kr-L Dwnla a&qu

43、ot;重復(fù)下載r每次萬量前重款調(diào)入已翻開在緩沖區(qū)的文件,方便調(diào)試使用L當(dāng)目標(biāo)代日度生變化后自動調(diào)入文件,并立即哀送下翱命令應(yīng)%果在正常工作時風(fēng)口門仙外獻是ES-4S5/成功計顏13Clear清關(guān):主刊五肥卜5"'.網(wǎng)站,腳寸升梟ODOODO00 0D00 00 00 00 0000001000 0000 00 00 00 0000020IDD 0D0D DO 00 00 0D00003000 0000 00 00 00 00000040OQ 0000 00 00 0Q 0000005000 0D0D 00 0D 00 00100006000 0000 00 00 00 00&

44、lt;0D00700D 00oo on do OD OOi00008000 0000 00 00 00 000000900 口 口口.口 口口 00 00 00OOOOAD00 0000 00 00 00 00OOOOBO00 0DID0 口口 0Q 口口 COOOOOCO00 0000 00 00 00 00OODODOOD W00 DO 00 00 000D00E000 0DIDO OU 00 00 00：OOOOFO00 Q000 00 00 oo< 0000010000 0DOD 00 00 OOj 00100011000 0000 oo 00 oo< 00<道項自圭

45、文不載脫機下載I口 0D OOi 0D 00 00 00 00 00 001 00 00 00 00 00 00 00 000D 0D 0D 00 00 00 00 00 0000> 00 00 00 00 00 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 00 001 00 00 00 00 00 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 00 口01 00 001 00 00 00 00 00 00001 00 00 S 00 00 00 00 00 口口 0D 0D 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0

46、0 00 00.口 0D.口 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 口口 00 0D 00 00 00 口口 00 口口00 0D 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 001 00 00 00 00 00 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 00| 自勃憎里isp demejlLlF4.6/M5ET2腳低于1. 33懵位,固件V6,哺效T的國的時神頑軍13®七i苔俄揉F4.6/KESET2用作EESET2啟動內(nèi)部看il狗后禁止改看門狗分理教上電時

47、自動用有美釜卻啟動內(nèi)部看門狗廣1ES值的工也式空閑狀態(tài)時內(nèi)部看i1狗停止計瓠上電自動啟動內(nèi)部看門狗時的賽分頻數(shù)甌三II下載成功聲嗇提示：TEST HD 重復(fù)下載摩融寸目眇F 15.2 PWMS 試根據(jù)資料介紹,給相應(yīng)的存放器初始化,由于之前沒有用單片機限制PW眼形的經(jīng)驗,剛開始的時候并沒有輸出正確的波形,然后不斷的比照存放器值,經(jīng)過不斷地修改之后,終于產(chǎn)生了 PW瞰形,然而頻率過高,居然到達了 100KHz以上,由于限制對象是電動機,如 果頻率太高,就會使電機線圈感抗過大,從而造成電機線圈電流降低.最終就使得電機的驅(qū)動力驅(qū)變小.為了電機的驅(qū)動水平得到保證,只有降低PW峨的頻率了,查閱芯片資料,

48、發(fā)現(xiàn)改變CPAT作模式存放器 CMO沖白CPS2 CPS1 CPS0的值就可以改變頻率, 經(jīng)過不斷的 嘗試,當(dāng) CPS 2CPS1 CPS0分另1J是1、0、1的時候,PW瞰的頻率變成了 11.6980KHZ,這樣就可以到達調(diào)速的要求了.產(chǎn)生了 PW峨形之后,如果想要實現(xiàn)調(diào)速,就需要改變PW瞰的占空比,想要改變 PWM波的占空比只需要比較存放器CCAP0即CCAP0中的值即可,這樣配置好相應(yīng)的存放器之后,就可以不用再次配置, 只需在主循環(huán)中更改比較存放器中的值,頻繁進中斷次數(shù)給主程序帶來的的不便就大大減少了.初始化程序中將比較存放器CCAP0L和CCAP0H中的值初始化為128,那么此時PW眼

49、的占空比是50%占空比為50%勺PWM5.3 屏幕顯示調(diào)試單片機與LCD顯示屏的連接相比照擬簡單,程序來說也不是很復(fù)雜,只需將網(wǎng)上查找的 nokia5110.h頭文件包含到主函數(shù),并將對應(yīng)端口改到我現(xiàn)在使用的端口即可.LCD 顯示屏的顯示可以選擇有無背光燈,為了方便選擇背光燈,可以增加一個跳線帽來 選擇有無背光燈.6 .總結(jié)通過一個月左右的時間,此設(shè)計已經(jīng)接近尾聲,沒有誰能夠一帆風(fēng)順完成一項設(shè)計,而 我在做此畢業(yè)設(shè)計的時候也不例外,遇到了各種問題和困難, 有時候一籌莫展,完全沒有頭緒,一天過去了一點進展也沒有,但是陽光總在風(fēng)雨后,當(dāng)實現(xiàn)了設(shè)計的功能時, 那喜悅的心情也就隨之而來了.在設(shè)計的過程

50、中,有很多芯片都是平時沒有接觸過的,也恰恰是由于沒有學(xué)過,這就是 一個我們不斷學(xué)習(xí), 不斷提升自己知識的過程,在此期間我查閱了許多資料,詢問老師,與 同學(xué)探討,從而使得我對這些芯片有了深刻的熟悉,并學(xué)會了如何將它們運用實際過程中來.但是我們還是需要更多的將理論與實際結(jié)合,在學(xué)校,我們不能夠只學(xué)到書本知識,而是把我們學(xué)到的書本知識運用到具體的實踐當(dāng)中.雖然我們學(xué)過單片機,看著書本上覺得都能理解都懂,但是此次設(shè)計的時候需要編寫程序,遇到?jīng)]有產(chǎn)生正確的 PW俄時,剛開始卻完全不知道如何下手,還是之后詢問老師,尋找同學(xué)幫助,了解到解決方法,所以在以后的工作 和學(xué)習(xí)中,需要更加努力學(xué)好自己的知識,并且掌

51、握牢固,更要提升自己的實踐水平,這樣才能使自己的水平得到提升.本設(shè)計是一個限制器, 可以推廣到各種各樣的電機限制系統(tǒng)中去,實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),在生活中可以應(yīng)用到日常風(fēng)扇的智能化限制,為生活提供便利；在工業(yè)生產(chǎn)中可以改變不同的信號從而實現(xiàn)對不同信號輸入限制電機轉(zhuǎn)速,進而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)等等, 這些都能夠說明這個設(shè)計和研究在生活和生產(chǎn)中具有一定的地位.致謝時光如白馬過隙,大學(xué)四年生涯也將要接近尾聲了,畢業(yè)設(shè)計也是我們在學(xué)校里面的 最后一項學(xué)習(xí)任務(wù)了, 伴隨著即將結(jié)束的大學(xué)生活,論文也到了完成之時,因此我想表達一 下我由衷的感謝.首先,我要感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師傅俊老師,老師非常平易近人,而且學(xué)識淵

52、博, 在我正迷茫的尋找畢業(yè)設(shè)計題目時,傅俊老師苦苦思考很久,然后提供了許多題目供我參選,在我設(shè)計不知所措的時候,是老師為我指點迷津, 讓我度過難關(guān).同時也要感謝學(xué)院給我授業(yè)的老師,沒有他們的指導(dǎo),我不可能掌握到豐富的知識,而且老師們不僅在傳授我們書本 上的知識,也在教我們?nèi)绾螢槿颂幨? 是我在學(xué)習(xí)和生活當(dāng)中都受益匪淺.在這次設(shè)計的過程中,我也要感謝我的室友,特別是江軍同學(xué),我本來對單片機程序調(diào)試方面學(xué)的不是很扎 實,他就細心的指導(dǎo)我,傳授他的經(jīng)驗給我.通過這次設(shè)計,接觸到很多新東西, 也知道了理論與實際結(jié)合的重要性,使得自己的能力有了很大的提升.由于本人實力有限,在設(shè)計中遇到的問題希望各位能夠

53、理解并指導(dǎo), 最 后再次感謝幫助過我的人.參考文獻1 劉南平主編.電子產(chǎn)品設(shè)計與制作技術(shù),科學(xué)出版社,20212 易繼揩,侯媛彬.智能限制技術(shù)M.北京工業(yè)大學(xué)出版社,20213 何立民等.單片機外圍器件實用手冊M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,200320214 彭為等.單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講M.北京：電子工業(yè)出版社,20065 楊幫文等.新型集成器件實用電路M.修訂版.北京：電子工業(yè)出版社,20066 張毅剛.新編MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2021.37 葉湘濱等.傳感器與測試技術(shù).北京：國防工業(yè)出版社,2007.48 葉挺秀.?電工電子學(xué)?M.北京高等教

54、育出版社,2021,129 杜樹春.單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實例詳解.北京：機械工業(yè)出版社,2007.1010鄭鳳翼,方明.?維修電工實用讀本?M.北京人民郵電出版社,2021,1011 廖常初.?可編程序限制器應(yīng)用技術(shù)?M.重慶大學(xué)出版社,2021,5附錄一：系統(tǒng)原理圖lm294QC2180.01 uf單片機電源輸入電路U1卜 XTAL1PD.WADOXTAL2RSTPSMPOdADl PQ2AD2 P0.AD3PQ4M04P 口 1AD5 P0 5M06 PG.TADT甩QA8P2.1/AaP2.2/A10P2.3/A11ALtEAP2.5AM3P2.&AUP2.7WM5P1.0P3.&RX 口P1.1P3 irrxDP1.2P3.2/1NTOP1.3P33/1NT1P1.4P1.5P3.5/TT1PIEP3.6/WRP1.TP3.7/RDST