1、毕业设计（论文）题 目 学生姓名 专业班级 学 号 所 在 系 指导教师 完成时间 智能温控风扇的设计摘 要基于室内环境温度监测和单片机控制技术，设计了一种智能温控调速风扇。从智能温控调节风扇速度的基本工作原理、模块化硬件设计、软件实现的过程。系统原理工作稳定，成本低，具有一定的节能效果。通过单片机实现控制智能温控电风扇的主要功能：当按下开关按键时，系统初始化默认的设定温度为 26 度，如果外界温度高于设定的温度时，电风扇自动启动运转，如果外界温度低于设定温度则电风扇自动关闭，同时显示外界的温度。可以设置所需的温度，并同时显示所设定的温度，同时可按加减键设定温度。智能温控电风扇的随着外界温度自
2、动控制风扇启动关闭，普通电风扇无法根据外界温度自动调节转速，智能温控电风扇让电风扇这一家用电器变的更智能化。也大量节约电能，因此智能电风扇的设计具有重要的现实意义。关键词：智能控制，主控制器，分控制器，单片机，定时控制Esign of intelligent temperature control fanABSTRACTIndoor environment temperature monitoring and control technology based on MCU, designs an intelligent temperature control fan. The basic wo
3、rking principle, the intelligent temperature adjustment in fan speed module hardware design and software implementation. The working principle of system stability, low cost, it has certain effect of saving energy.Through the MCU control the main function of the intelligent temperature control electr
4、ic fan: when the switch button is pressed, the system initialize default setting temperature to 26 degrees, if the outside temperature is higher than the set temperature, the electric fan automatic startup and running, if the outside temperature below the set temperature, the electric fan to automat
5、ically shut down. At the same time that the outside temperature. You can set the desired temperature, and at the same time that the set temperature, and can set the temperature switch.Intelligent temperature control electric fan with the outside temperature automatic control fan startup and shutdown
6、, the ordinary electric fan cannot according to the outside temperature automatically adjust the speed of, the intelligent temperature control electric fan for electric fan in the household appliances become more intelligent. It saves a large amount of electric energy, therefore it has important pra
7、ctical significance to the design of intelligent electric fan.Key Words: Intelligent control，Host controller, Auxiliary controller, Single-chip microcomputer, Timed controlling4目 录1 绪论 .31.1 引言 31.2 发展现状与应用领域 32 整体方案的设计 .52.1 系统整体设计 52.2 方案论证 52.3 温度传感器的选择方案 52.4 控制核心的选择 62.3 显示电路的选择 72.4 调速方式的选择 72
8、.5 控制执行部件的选择 83 主要原件的介绍 .93.1 温度传感器 93.1.1 温度传感器的种类和选择 .93.1.2 DS18B20 的工作原理及其单片机的接口电路 93.2 单片机 113.2.1 单片机的种类及选择 .113.2.2 AT89C52 单片机简介 .133.2.3 AT89C52 的性能特点和芯片引脚图 153.3 直流电机 164 硬件设计 .194.1 开关复位电路 194.2 数码管显示电路 194.3 温度采集电路 204.4 风扇电机驱动与调速电路 215 软件设计 .236 系统调试 .256.1 系统存在的不足及展望 256.2 调试过程中遇到的故障及解
9、决方法 25结束语 .26致 谢 .275参考文献 .28附 录 1：电路总图 29附 录 2：实物图 30附 录 3：源程序 31附 录 4：温控风扇清单 3561 绪论1.1 引言在生活中，我们常常会接触到或者使用到一些跟温度有关的设备。比如空调，虽然不少城市家庭用上了空调，可是我国大部分人口属于农村地区因此电风扇还是作为降温防暑必备电器设备，春夏（夏秋）交替时节，天气变化太快，气温降低时，电风扇还是高速运转妈，白天还好尤其到了晚上，气温降的比较低，人都已经入睡，风扇因该逐步减小转速，避免熟睡中的人感冒。虽然常用电风扇有调节不同档位的功能，但还是须要人工手动更换不同的档位，一般常用风扇都有
10、定时功能，可是定时时间长短有限制，一般是一两个小时，气温在一两个小时后气温依旧比较高，而风扇就关闭了，其功能不会随天气气温变化改变风扇风速大小。又比如电脑，电脑中 CPU 发热比较高，需要利用风扇引起空气流动，带走热量，使电脑不至于发热烧坏。要使电脑保持较低的温度，必须用大功率、高转速、大风量的风扇，而风扇的噪音与其功率成正比。如果要低噪音，则要减小风扇转速，又会引起电子设备温度上升，不能两全其美。为解决上述问题，我们设计了这款智能温控自动风扇系统。本系统采用高精度集成温度传感器，用单片机控制，能显示实时温度，并根据使用者设定的温度自动在相应温度时作出小风、大风、停机相对的一些操作，精确度高，
11、动作准确。1.2 发展现状与应用领域当今社会已经完全进入了电子信息化，温度控制设备在各行各业中已经得到了充分的利用。具有对温度进行实时监控的功能，以保证工业仪器，测量工具，农业种植的正常运作，它的最大特点可以实时监控当前环境温度的高低，并能同时控制电机运作。它的广泛应用和普及使得人们在日常生活带来了方便，而且大大节约电能。环境温度监测控制是利用单片机系统来完成的一个小型的控制系统。现阶段运用与国内大部分家庭，系统效率越来越高，成本也越来越低。其发展趋势可以根据其性质进行相应的改进可以运用与不同场合的温度监测控制，并带来大量的经济效益。7它广泛应用于城市、农村、各种工业生产，在一定情况下亦适用于
12、太阳能、锅炉，火电厂及对温度敏感的产业的自动控制和温度报警，是实现无人值守的理想产品，市场极为广阔，需求量大。并且使用寿命长，适用范围广，安装极其容易。82 整体方案的设计2.1 系统整体设计本设计的整体思路是：利用温度传感器 DS18B20 检测环境温度并直接输出数字温度信号给单片机进行处理，在 LED 数码管上显示当前环境温度值以及预设温度值。其中预设温度值只能为整数形式，检测到的当前环境温度可精确到小数点后一位。同时也采用 PWM 脉宽调制方式来改变直流风扇电机的转速。并通过两个按键改变预设温度值。系统结构框图：如图 2-1 所示。单片机LED 显示 DS18B20复位开关PWM驱动电路
13、 直流电动机图 2-1 系统结构框图2.2 方案论证该设计实现风扇直流电机的温度控制，让风扇的电机能根据外部环境温度的变化自动启动关闭以及改变电机转速和换挡停机控制部件。2.3 温度传感器的选择方案在本设计温度传感器选择方案中有以下两种方案：方案一：采用热敏电阻作为检测温度的核心元件，并通过运算放大器放大，可是由于热敏电阻会随温度变化而变化，进而产生输出电压变化的微弱电压变化信号，再经模数转换芯片 ADC0809 将微弱电压变化信号转化为数字信号，并将取得数字信9号输入单片机显示。方案二：采用数字式的集成温度传感器 DS18B20 作为温度检测的核心元件，温度传感器 DS18B20 检测后会直
14、接输出数字温度信号给单片机进行处理。对于方案一，采用热敏电阻作为温度检测元件，价格便宜，但热敏电阻对温度的细微变化不太敏感，从而环境监测时可能出现问题。在信号采集、放大以及转换的过程中还会产生失真和误差，并且由于热敏电阻的 R-T 关系的非线性，其自身电阻对温度的变化存在较大误差，虽通过一定电路处理可以修正，但电路变得更加复杂，而且在我们所在的环境温度变化过程中难以检测温度细微的变化。故该方案不适合本系统。对于方案二，由于数字式集成温度传感器 DS18B20 的高度集成化，大大降低了外接放大转化等电路的误差因数，温度误差变得很小，而且不会增加电路处理，由于其检测温度的原理与热敏电阻检测的原理有
15、着本质的区别，温度传感器 DS18B20对温度分辨力极高。温度值在器件内部转化成数字量直接输出显示，系统程序设计得到了简化，温度传感器还采用先进的单总线技术，使得单片机的接口变得非常更为简洁，抗干扰能力强，因此该方案适用于本系统。2.4 控制核心的选择在本设计中控制核心采用 AT89C52 单片机，通过软件编程的方法进行温度检测和判断，并在其 I/O 口输出控制信号。AT89C52 单片机工作电压低，性能高，片内含 8k 字节的只读程序存储器 ROM 和 256 字节的随机数据存储器 RAM，它兼容标准的 MCS-51 指令系统，其价格比较便宜，适合本设计系统。方案一：采用电路中电压比较作为控
16、制部件。温度传感器采用热敏电阻或热电偶等，温度信号转为电信号并放大，判断并且控制风扇电机转速，当高于或低于某值时将风扇切换到相应档位。方案二：采用单片机作为核心控制操作。以软件编程方式对温度传感器获取的温度进行判断，并在端口输出控制信号。对于方案一，采用电路电压比较具有电路简单、易于实现，以及无需编写软件程序的特点，但控制方式比较单一，不能自由设置其上下限温度设置，也无法满足不同用户以及不同环境下的不同温度设置要求，本系统中不采用。10对于方案二，以单片机作为控制器，通过编写软件程序来控制温度不但能将传感器感测到的温度通过显示电路显示出来，而且用户能自由设置不同的温度值，满足客户的需求。通过程
17、序判断温度具有极高的精准度，能精确把握环境温度的微小变化。本系统采用方案二。2.3 显示电路的选择方案一：采用四位共阳数码管显示温度，动态扫描显示方式。方案二：采用液晶显示屏 LCD 显示温度对于方案一，成本低廉，显示温度明确醒目，在夜间也能看见，功耗极低，显示驱动程序的编写也相对简单，这种显示方式得到广泛应用。不足的地方是扫描显示方式是使四个 LED 逐个点亮，因此会有闪烁，对于人眼的视觉暂留时间比较短，当数码管扫描周期小于这个时间时人眼将感觉不到灯的闪烁，因此可以通过增大扫描频率来消除灯管的闪烁问题，适合本系统采用。对于方案二，LCD 液晶体显示屏显示字符优美，不但能显示数字还能显示字符甚
18、至一些图形，LED 数码管无法比的。但是液晶显示模块价格昂贵，驱动程序复杂，从简单实用的原则考虑，不适合本系统采用。2.4 调速方式的选择方案一：采用数模转换芯片 DAC0832 来控制电机转动，由单片机获取当前环境温度值输出相应数字量到 DAC0832 中，再由 DAC0832 产生相应模拟信号控制晶闸管的导通角，从而通过无级调速电路实现风扇电机转速的自动调节。方案二：采用单片机软件编程实现 PWM（脉冲宽度调制）调速的方法。 PWM是英文 Pulse Width Modulation 的缩写，它是遵循其规律改变脉冲序列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调节方式，在 PWM 驱动控制的调节
19、系统中，最常用的是矩形波 PWM 信号，在控制时需要调节 PWM 波得占空比。占空比是指高电平持续时间在一个周期时间内的百分比。而控制电机的转速时，占空比越大，转速就越快，若全为高电平，占空比为 100%时，转速达到最大。用单片机 I/O 口输出 PWM信号时，有下列三种方法：(1) 利用软件延时。当高电平延时时间到时，对 I/O 口电平取反，使其变成低11电平，然后再延时一定时间；当低电平延时时间到时，再对该 I/O 口电平取反，如此循环即可得到 PWM 信号。在本设计中应用了此方法。(2) 利用定时器。控制方法与(1)相同，只是在该方法中利用单片机的定时器来定时进行高低电平的转变，而不是用
20、软件延时。应用此方法时编程相对复杂。(3) 利用单片机自带的 PWM 控制器。在 STC12 系列单片机中自身带有 PWM控制器，但本系统所用到得 AT89 系列单片机无此功能。对于方案一，该方案能够实现对直流风扇电机的无级变速，速度变化灵敏，但是 D/A 转换芯片的价格较高，与其温控状态下无级变速功能相比性价比不高。对于方案二，相对于其他用硬件或者软硬件相结合的方法实现对电机进行调速而言，采用 PWM 用纯软件的方法来实现调速过程，具有更大的灵活性，并可大大降低成本，能够充分发挥单片机的功能，对于简单速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。综合考虑选用方案二。2.5 控制执行部件的选择方案一
21、：采用数模转换芯片 AD0832 控制，由单片机根据当前环境温度值送出相应数字量到 AD0832，由 AD0832 产生模拟信号控制晶闸管的导通角，从而配合无级调速电路实现温控时的无级变速电机自动调节。方案二：采用继电器，继电器的接有控制晶闸管导通角的电阻的接入电路与否由单片机控制，根据当前温度值在相应管脚送出高/低电平，决定某个继电器的导通角控制电阻是否接入电路。对于方案一，该方案能够实现在风扇处于温控状态时也能无级调速，但是 D/A转换芯片价格较高，与其温控状态下无级调速功能相比性价比不高。对于方案二，虽然在温控状态下只能实现弱/大风两级调速，但采用继电器价格便宜，控制可靠，且出于在温控状
22、态时无级调速并不是特别需要的功能，综合考虑采用方案二。123 主要原件的介绍系统主要器件包括 DS18B20 温度传感器、AT89C52 单片机、四位 LED 共阴数码管、风扇步进电机。辅助元件包括电阻、电容、晶振、电源、按键、开关等。3.1 温度传感器3.1.1 温度传感器的种类和选择目前市场上常用的温度传感器有 pt100，温敏电阻， DS18B20 等等。本次设计我们采用 DS18B20，DS18B20 是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器它具有以下特点：（1）独立的单线接口，只需一个接口引脚即可通信；（2）多点能力使分布使分布式温度检测应用得以简化；（3）不需外部元件；（4
23、）可用数据线供电，不需要备用电源；（5）测量范围从-55 摄氏度到+125 摄氏度，增值量为 0.5 摄氏度；（6）以 9 位数字值方式读出温度；（7）在 1 秒（典型值）内把温度变为数字；（8）用户可定义的，非易失行的温度警告设置；（9）告警收索命令识别和寻址温度在编订的极限范围之外的器件；（10）应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计和各种热敏系统。3.1.2 DS18B20 的工作原理及其单片机的接口电路DS18B20 内部结构如图 3-1 所示，主要由 4 部分组成：64 位 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。其管脚排列如图 3-2 所
24、示，DQ 为数字信号端，GND 为电源地，VDD 为电源输入端。1364 位ROM和单线接口存储器和控制器高速缓存寄存器8 位 CRC 生成器温度灵敏元件低温触发器 TL高温触发器 HL配置寄存器电源检测图 3-1 DS18B20 内部结构图图 3-2 DS18B20 外形及管脚由于 DS18B20 只有一根数据线。因此它和主机（单片机）通信是需要串行通信，而 AT89S51 有两个串行端口，所以可以不用软件来模拟实现。经过单线接口访问DS18B20 必须遵循如下协议：初始化、ROM 操作命令、存储器操作命令和控制操作。要使传感器工作，一切处理均从序列开始。主机发送（Tx）-复位脉冲（最短为
25、480s 的低电平信号） 。接着主机便释放此线并进入接收方式（Rx） 。总线经过 4.7K 的上拉电阻被拉至高电平状态。在检测到 I/O 引脚上的上升沿之后，DS18B20 等待 15-60s,并且接着发送脉冲（60-240s 的低电平信号） 。然后以存在复位脉冲表示 DS18B20 已经准备好发送或接收，14然后给出正确的 ROM 命令和存储操作命令的数据。DS18B20 通过使用时间片来读出和写入数据，时间片用于处理数据位和进行何种指定操作的命令。它有写时间片和读时间片两种。写时间片：当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时，产生写时间片。有两种类型的写时间片：写 1 时间片和写 0 时
26、间片。所有时间片必须有 60 微秒的持续期，在各写周期之间必须有最短为 1 微秒的恢复时间。读时间片：从 DS18B20 读数据时，使用读时间片。当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时产生读时间片。数据线在逻辑低电平必须保持至少 1 微秒；来自 DS18B20 的输出数据在时间下降沿之后的 15 微秒内有效。为了读出从读时间片开始算起 15 微秒的状态，主机必须停止把引脚驱动拉至低电平。在时间片结束时，I/O 引脚经过外部的上拉电阻拉回高电平，所有读时间片的最短持续期为 60 微秒，包括两个读周期间至少 1s 的恢复时间。一旦主机检测到 DS18B20 的存在，它便可以发送一个器件 ROM
27、 操作命令。所有ROM 操作命令均为 8 位长。图 3-3 DS18B20 与单片机接口电路3.2 单片机3.2.1 单片机的种类及选择当今世界上的单片机种类繁多，厂商琳琅满目，产品性能各异。其种类如下：（1）AVR 单片机：ATMEL 公司的 AVR 单片机，是增强型 RISC 内载 Flash 的单片机，芯片上的 Flash 存储器附在用户的产品中，可随时编程，再编程，使用户的产品设计容易，更新换代方便。AVR 单片机采用增强的 RISC 结构，使其具有高速处理能力，在一个时钟周期内可执行复杂的指令，每 MHz 可实现 1MIPS 的处理15能力。AVR 单片机工作电压为 2.76.0V，
28、可以实现耗电最优化。 AVR 的单片机广泛应用于计算机外部设备，工业实时控制，仪器仪表，通讯设备，家用电器，宇航设备等各个领域。 （2）Motorola 单片机：Motorola 是世界上最大的单片机厂商。从 M6800 开始，开发了广泛的品种，4 位，8 位，16 位，32 位的单片机都能生产，其中典型的代表有:8 位机 M6805，M68HC05 系列，8 位增强型 M68HC11，M68HC12 ，16 位机M68HC16， 32 位机 M683XX。 Motorola 单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较 Intel 类单片机低得多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，更适合
29、于工控领域及恶劣的环境。（3）MDT20XX 系列单片机：工业级 OTP 单片机，Micon 公司生产，与 PIC单片机管脚完全一致，海尔集团的电冰箱控制器，TCL 通信产品，长安奥拓铃木小轿车功率分配器就采用这种单片机。（4）MicroChip 单片机：MicroChip 单片机的主要产品是 PIC 16C 系列和 17C系列 8 位单片机，CPU 采用 RISC 结构，分别仅有 33，35，58 条指令，采用Harvard 双总线结构，运行速度快，低工作电压，低功耗，较大的输入输出直接驱动能力，价格低，一次性编程，小体积。 适用于用量大，档次低，价格敏感的产品。在办公自动化设备，消费电子产
30、品，电讯通信，智能仪器仪表，汽车电子，金融电子，工业控制不同领域都有广泛的应用，PIC 系列单片机在世界单片机市场份额排名中逐年提高，发展非常迅速。（5）Scenix 单片机：Scenix 公司推出的 8 位 RISC 结构 SX 系列单片机与 Intel 的 Pentium II 等一起被评选为 1998 年世界十大处理器。在技术上有其独到之处：SX 系列双时钟设置，指令运行速度可达50/75/100MIPS(每秒执行百万条指令，XXX M Instruction Per Second) ；具有虚拟外设功能，柔性化 I/O 端口，所有的 I/O 端口都可单独编程设定，公司提供各种 I/O 的
31、库函数，用于实现各种 I/O 模块的功能，如多路 UART，多路A/D，PWM，SPI，DTMF，FS ，LCD 驱动等等。采用 EEPROM/FLASH 程序存储器，可以实现在线系统编程。通过计算机 RS232C 接口，采用专用串行电缆即可对目标系统进行在线实时仿真。 16（6）EPSON 单片机：EPSON 单片机以低电压，低功耗和内置 LCD 驱动器特点著名于世，尤其是 LCD 驱动部分做得很好。广泛用于工业控制，医疗设备，家用电器，仪器仪表，通信设备和手持式消费类产品等领域。目前 EPSON 已推出四位单片机 SMC62 系列，SMC63 系列，SMC60 系列和八位单片机 SMC88
32、 系列。（7）东芝单片机：东芝单片机门类齐全，4 位机在家电领域有很大市场，8 位机主要有 870 系列，90 系列，该类单片机允许使用慢模式，采用 32K 时钟时功耗降至 10UA 数量级。东芝的 32 位单片机采用 MIPS 3000A RISC 的 CPU 结构，面向VCD，数字相机，图像处理等市场。 （8）8051 单片机：8051 单片机最早由 Intel 公司推出，其后，多家公司购买了8051 的内核，使得以 8051 为内核的 MCU 系列单片机在世界上产量最大，应用也最广泛，有人推测 8051 可能最终形成事实上的标准 MCU 芯片。LG 公司生产的 GMS90系列单片机，与
33、Intel MCS-51 系列，Atmel 89C51/52，89C2051 等单片机兼容，CMOS 技术，高达 40MHZ 的时钟频率，应用于: 多功能电话，智能传感器，电度表，工业控制，防盗报警装置，各种计费器，各种 IC 卡装置，DVD，VCD ，CD-ROM。 （9）华邦单片机：华邦公司的 W77，W78 系列 8 位单片机的脚位和指令集与8051 兼容， 但每个指令周期只需要 4 个时钟周期，速度提高了三倍，工作频率最高可达 40MHz。同时增加了 WatchDog Timer，6 组外部中断源，2 组 UART，2 组Data pointer 及 Wait state contro
34、l pin。 W741 系列的 4 位单片机带液晶驱动，在线烧录，保密性高，低操作电压(1.2V1.8V)。3.2.2 AT89C52 单片机简介AT89C52 是 52 系 列 单 片 机 的 一 个 型 号 ， 它 是 由 ATMEL 公 司 生 产 的 一 个 低电 压 、 高 性 能 的 8 位 单 片 机 ， 片 内 器 件 采 用 ATMEL 公 司 的 非 易 失 性 、 高 密 度存 储 技 术 生 产 ， 与 标 准 的 MCS-51 指 令 系 统 兼 容 ， 同 时 片 内 置 有 通 用 8 位 中 央处 理 器 和 8k 字 节 的 可 反 复 擦 写 的 只 读 程
35、 序 存 储 器 ROM 以 及 256 字 节 的 数 据存 储 器 RAM， 在 许 多 许 多 较 复 杂 的 控 制 系 统 中 AT89C2 单 片 机 得 到 了 广 泛 的 应用 。 AT89C2 有 40 个 引 脚 ， 各 引 脚 介 绍 如 下 ：VCC： +5V 电源线；G ND：接地线。17P0 口：P 0.7P0.0，这组引脚共 8 条，其中 P0.7 为最高位，P 0.0 为最低位。这 8 条引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。第一种情况是单片机不带片外存储器，P 0 口可以作为通用 I/O 口使用，P 0.7P0.0 用于传送 CPU 的输入/输出数
36、据，此时它需外接一上拉电阻才能正常工作。第二种情况是单片机带片外存储器，其各引脚在 CPU 访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低 8 位地址，然后传送 CPU 对片外存储器的读写数据。P1 口：P 1 口是一个内部含上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。它也可作为通用的 I/O口使用，与 P0 口一样用于传送用户的输入输出数据，所不同的是它片内含上拉电阻而 P0 口没有，故 P0 口在做该用途时需外接上拉电阻而 P1 口则无需。在 FLASH编程和校验时，P 1 口用于输入片内 EPROM 的低 8 位地址。 P2 口：P 2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，它可以作为通用
37、 I/O 口使用，传送用户的输入/输出数据，同时可与 P0 口的第二功能配合，用于输出片外存储器的高 8 位地址，共同选中片外存储单元，但此时不能传送存储器的读写数据。在一些型号的单片机中，P 2 口还可以配合 P1 口传送片内 EPROM 的 12 位地址中的高 4 位地址。P3 口：P 3 口引脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，当 P3 口写入 1 后，它们被内部上拉为高电平。它也可作为通用的 I/O 口使用，传送用户的输入输出数据，P3 口也作为一些特殊功能端口使用，如图 3-4 所示：P3.0： RXD（串行数据接收口）P3.1： TXD（ 串行数据发送口）P3.2： （外
38、部中断 0 输入）INP3.3： （外部中断 1 输入）P3.4： T0（记数器 0 计数输入）P3.5： T1（记时器 1 外部输入）P3.6： （外部 RAM 写选通信号）WRP3.7： （外部 RAM 读选通信号）D图 3-4 AT89C52 单片机18RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平状态。ALE/ ：地址锁存允许/编程线，当访问片外存储器时，在 P0.7 P0.0 引POG脚线上输出片外存储器低 8 位地址的同时还在 ALE/ 线上输出一个高电位脉POG冲，其下降沿用于把这个片外存储器低 8 位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出 P0.7
39、 P0.0 引脚线去传送随后而来的片外存储器读写数据。在不访问片外存储器时，单片机自动在 ALE/ 线上输出频率为 1/6 晶振频率的脉冲序列。PROG：外部程序存储器 ROM 的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每SEN个机器周期两次 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 信号PSEN将不出现。/VPP：允许访问片外存储器/编程电源线，当 保持低电平时，则在此期EAEA间允许使用片外程序存储器，不管是否有内部程序存储器。当 端保持高电平时，则允许使用片内程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（V PP） 。XTAL1 和 XTAL2：片内振荡电路
40、输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内 OSC 的定时反馈回路。3.2.3 AT89C52的性能特点和芯片引脚图AT89C52 单片机，采用双列直插封装（D IP） ，有 40 个引脚。该单片机采用Atmel 公司的高密度非易失性存储技术制造，与美国 Intel 公司生产的 MCS51 系列单片机的指令和引脚设置兼容。其主要特征如下： （ 1） 8 位 CPU（ 2） 内置 4K 字节可重复编程 Flash，可重复擦写 1000 次（ 3） 完全定态操作：0 Hz24Hz，可输出时钟信号（ 4） 128B 的片内数据存储器（ 5） 32 根可编程 I/O 线（ 6）
41、 2 个 16 位定时/计数器19（ 7） 中断系统有 6 个中断源，可编为两个优先级（ 8） 一个全双工可编程串行通道（9 ） 具有两种节能模式：闲置模式和掉电模式值得注意的是，P 0、 P1、 P2、 P3 口作为普通 I/O 口使用时都是准双向口结构，其输入操作和输出操作本质不同，输入操作是读引脚状态，输出是对锁存器的写入操作。当内部总线给口锁存器置 0 或 1 时，锁存器中的 0、 1 状态立即反映到引脚上。但在输入操作时，如果锁存器状态为 0 引脚被钳位 0 状态，导致无法读出引脚的高电平输入。因此，准双向口作为输入口时，应先使锁存器置 1（称之为置输入方式） 。然后，再读引脚，例如
42、：要将 P1 口的状态读入到累加器 A 中，应执行以下两条指令： MOV P1，# 0FFH ； P1 口置入方式MOV A， P1 ；读 P1 口引脚状态到 A另外，I /O 口的端口自动识别功能，保证了无论是 P1 口（低 8 位地址）P 2 口（高 8 位地址）的总线复用，还是 P3 口的功能复用，内部资源自动选择而不需要用指令进行状态选择。近年来，随着计算机技术的发展，单片机的功能越来越强大。由于单片机的寿命长、速度快、低功耗、低噪声、可靠性高的特点及 16 位、3 2 位单片机的出现，在工业领域仍具有很大的发展潜力。 AT89C52 引脚图如图 3-5 所示。EA/VP31X119
43、X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32TXD 11RXD 10P27 28P26 27P25 26P24 25P23 24P22 23PSEN 29ALE/P30P20 21P21 22805120图 3-5 AT89C52 引脚图3.3 直流电机直流电动机的结构原理图如图 3-6 所示。图 3-6 无刷直流电动机的机构原理图它主要有电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。电动
44、机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其它启动装置。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等） ，在实际应用中多为三相，三相绕组又可分为星形连接和三角形连接。转子由永久磁钢按一定极对数（2P=2,4）组成。图中的电动机本体为三相俩极。三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件连接，在图 中 A 相、B 相、C 相绕组分别与功率开关 V1、V2 、V3 相接。位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接。当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁场的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁场位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相
45、绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。因此，所谓直流电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、永磁式同步电动机以及位置传感器三者组成的“电动机系统” 。其原理框图,如图 3-721所示。直流电源 开关电路 电动机位置传感器图 3-7 直流电动机原理框图电动机转子的永久磁钢与永久有刷直流电动机中所使用的永久磁钢的作用相似，均是在电动机的气隙中建立足够的磁场，其不同之处在于无刷直流电动机中永久磁钢装在转子上，而直流有刷电动机的磁钢装在定子上。无刷直流电动机电子开关线路是用来控制电
46、动机定子上各相绕组通电的顺序和时间，主要有功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元两个部分组成。功率逻辑开关单元是控制电路的核心，其功能是将电源的功率以及一定逻辑关系分配给无刷直流电动机定子上各相绕组，以便使电动机产生持续不断的转矩。而相绕组导通的顺序和时间主要取决于来自位置传感器的信号。但位置传感器产生的信号一般不能直接用来控制功率逻辑开关单元，往往要经过一定逻辑处理后才能去控制逻辑开关单元。综上所述，组成无刷直流电动机各主要部件的框图，如图 3-8 所示。直流电动机动机电动机本体电子开关电路位置传感器主定子主转子霍尔元件光电码盘功率逻辑开关位置信号处理图 3-8 直流电动机的组成框图224
47、 硬件设计4.1 开关复位电路在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展 I/O 接口电路也需要复位，因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。单片机上的 XTAL1 和 XTAL2 用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内 OSC的定时反馈回路。本设计中开关复位与晶振电路如图 4-1 所示，当按下按键开关 S1时，系统复位一次。其中电容 C1、C2 为 20pF，C3 为 10uF，电阻 R2、R3 为 10k。图 4-1 系统复位电路4.2 数码管显示电路本设计制作中选用 4 位共阴极数码管作为显示模块，它和单片机硬件的接口如图 4-2 所示。其中前 2 位
48、数码管 DS1、DS2 用于显示温度传感器实时检测采集到的温度，可精确到 0.1 摄氏度，显示范围为 099.9 摄氏度；后 2 位数码管 DS3、DS4用于显示系统设置的初值温度，只能显示整数的温度值，显示范围为 099 摄氏度。4 位数码管的段选 a、b、 c、d、e、f、g、dp 线分别与单片机的 P0.0P0.7 口连接，23其中 P0 口需接一 10K 的上拉电阻，以使单片机的 P0 口能够输出高低电平。5 位数码管的位选 W1W5 分别与单片机的 P2.0P2.4 口相连接，只要 P2.0P2.4 中任一位中输出低电平，则选中与该位相连的数码管。图 4-2 数码管显示电路4.3 温
49、度采集电路DS18B20 数字温度传感器通过其内部计数时钟周期来的作用，实现了特有的温度测量功能。低温系数振荡器输出的时钟信号通过由高温度系数振荡器产生的门周期而被计数，计数器预先置有与-55相对应的一个基权值。如果计数器计数到 0 时，高温度系数振荡周期还未结束，则表示测量的温度值高于-55，被预置在-55 的温度寄存器中的值就增加 1，然后这个过程不断重复，直到高温度系数振荡周期结束为止。此时温度寄存器中的值即为被测温度值，这个值以 16 位二进制形式存放在存储器中，通过主机发送存储器读命令可读出此温度值，读取时低位在前，高位在24后，依次进行。由于温度振荡器的抛物线特性的影响，其内用斜率累加器进行补偿与单片机 1 位 I/O 线相连，且单片机的 1 位 I/O 线可挂接多个 DS18B20，就可实现单点或多点温度检测在本设计中将 DS18B20 接在 P1.7 口实现温度的采集。其与单片机的连接如图 4-3 所示。图 4-3 温度采集电路4.4 风扇电机驱动与调速电路本设计中由单片机的 I/O 口输出 PWM 脉冲，通过一个达林顿反向驱动器ULN2803 驱动 12V 直
