1、潍坊科技学院本科毕业设计（论文）题 目 基于单片机的温控风扇的设计院（系） 中印计算机软件学院 专业 电子信息科学与技术 学 号 学生姓名 指导教师 起讫日期 2016年12月至2017年6月设计地点 潍坊科技学院中文摘要本设计是一种温控的风扇系统，能够通过温度传感器来检测当前温度，并根据预设的温度值来控制风扇大风、小风、停止的命令。温控风扇在人们的日常生活中以及工业生产过程中都有广泛的应用，比如工业生产的大中型的具有很强散热系统的风扇以及在笔记本电脑上采用的 CPU 小风扇等。本设计是基于单片机来实现温控系统，采用单片机作为核心部件进行整体控制，采用DS18B20 温度传感器进行对周围温度的
2、收集，根据收集到的温度，传给一个达林顿反向驱动器 ULN2803 来驱动电机的转动。通过检测到的温度和系统中设定的温度进行比较来实现电机的启动和停止，并且能根据温度的高低来改变电机的转动速度，并且可以采用 LED 数码管来显示温度。关键字：单片机，温控，DS18B20，检测 AbstractTemperature control fans in peoples daily life and industrial production process has a wide range of applications, such as industrial production of large
3、and medium-sized fans with a strong cooling system and the use of small computers in the notebook fan. The design is based on single-chip to achieve temperature control system, the use of single-chip as a core component of the overall control, the use of DS18B20 temperature sensor for the surroundin
4、g temperature collection, according to the collected temperature, passed a Darlington reverse drive ULN2803 to drive the motor The rotation.The temperature and the temperature set in the system are compared to achieve the motor start and stop, and can change the speed of the motor according to the t
5、emperature, and can use LED digital tube to display the temperature.Key Words: MCU, temperature control, DS18B20, detection目 录I目 录第 1 章绪论 11.1 系统开发背景 11.2 系统开发现状 1第 2 章设计思路及方案论证 22.1 系统整体设计 22.2 控制器的选用 32.3 温度传感器的选型 32.4 控制核心的选择 42.5 温度显示器件的选择 42.6 调速方式的选择 52.7 软件调试 52.7.1 按键显示部分的调试 52.7.2 传感器 DS18B
6、20 温度采集部分调试 62.7.3 电动机调速电路部分调试 62.8 硬件调试 72.8.1 按键显示部分的调试 72.8.2 传感器 DS18B20 温度采集部分调试 7第 3 章各个单元模块的硬件设计 73.1 系统器件及理论简介 73.1.1 单片机的种类及选择 73.1.2 AT89C52 单片机简介 83.1.3 温度传感器简介 93.1.4 LED 数码管简介 23.2 各部分电路设计 23.2.1 开关复位与晶振电路 23.2.2 数码管显示电路 33.2.3 独立键盘连接电路 4第 4 章软件设计 54.1 程序设计 5第 5 章系统使用和功能 65.1 Proteus 简介
7、 65.2 用 Proteus 进行仿真 75.2.1 本设计基于 Proteus 的仿真 75.3 系统功能 105.3.1 系统实现的功能 105.3.2 系统功能分析 10结论 11参考文献 11附录 1致谢 10第 1 章 绪论1.1 系统开发背景电风扇是我们在日常中必不可少的一样家用电器，尤其是在春夏季节交替的时节，早晚的温度相差较大，有时白天的气温很高，在家里要把电风扇的风速调到很高的档位，这样人们才能感觉不到炎热的天气让人们感觉到燥热，而到了晚上，温度相对较低，人们可以把风扇的风速调的小一点，这样可以使人有清凉感也可以更舒服舒服，温度适中才会让人更好地进入睡眠，让人的睡眠效果最好
8、，睡眠好了工作的效率也会提高。传统的家用风扇是靠我们自己调适风扇的档位，热就开的档位大点，不是很热就把档位调的低点，以防止档位调的过高从而导致人们感冒。虽然电风扇可以调节不同的档位，但是麻烦的是如果想调节档位就得人亲自过去调节，非常的麻烦。虽然传统的电风扇也有定时关闭的功能，但是定的时间有时候常常不够，一般最多的定时器也就到 1 个半小时，往往在实际生活中人们还没进入梦乡就会被炎热的天气热醒，因此人们就得从新起来再次给风扇定时间，有时候会起来好几次，这就显得非常的麻烦，有些时候，晚上气温下降的很快而风扇定时却定的很久，人们已经进入梦乡而电风扇还在高速的转着，外面的温度也已经降低了，在这种环境下
9、，熟睡中的人们很容易因为电风扇风力过大而感冒，从而影响人们的日常生活。在很多的电器中，散热系统都采用了风扇散热，电风扇可以人为加速空气的对流，把空气中较多的热量带走，降低电气周围的温度，防止电子产品因为温度过高烧坏。要想让电子产品不发热以至于烧坏，就要用到马力大的风扇，但是风扇转动的越快那么它的噪音也就越大，要想降低噪音，那么就要减小风扇的转速，那么就又会使得电子设备的温度升高，如果只兼顾一方面，另一方面也会变坏，这就需要找到合适的方法，让电风扇发挥到更大的效果。1.2 系统开发现状在现如今的社会，不管是工业的生产还是我们的日常生活中都有好多地方要对外界环境的温度进行检测和控制。比如信息产业，
10、航空航天等都有温度应用的需求。电风扇在人们的生活中发挥着重要的价值，当温度炎热的时候，人们用电风扇来驱走热量，降低温度，工厂的生产中机器散热的风扇，再小的比如笔记本电脑中使用的 CPU 风扇以及显卡中散热的风扇等，为了降低传统风扇作业是烦躁的声音和高昂的能源浪费，温控风扇正在一步步被重视起来而且也已经开始慢慢的被使用起来。这几年，温控风扇已经有了很大的成效，已经可以让风扇根据当前的气温温度升高或者降低风扇的旋转速度，并且当温度降低到一定程度，风扇会自动关闭，随着温度的升高，感应器启动后电风扇也会随着启动，并且会根据温度的高低来调节转动的速度，使温度平衡，实现人们口中所说的智能效果。随着各个领域
11、对单片机的广泛应用，从而许多基于单片机控制的温控系统也伴随着时代的要求而大量生产，温控风扇主要采用的是单片机技术，它可以根据温度来控潍坊科技学院本科毕业论文3制风扇的启动或者停止风扇叶的转动，让风扇随着温度的升高加快速度转动，温度降低时，转动速度也会下降，实现了风扇的智能化。而它的设计为当今社会的人们在生活中带来了很多的方便和便利，并且在提高人们生活，一些公司生产效率的同时还能降低传统风扇转动造成的能源浪费，毕竟智能风扇的运作能源肯定低于普通风扇的消耗。本文章的设计方面是以 AT8C52 型号的单片机作为主控制器，采用的控温传感器为 DS18B20，并且让系统检测到的温度数据和预设的动态数值显
12、示在 LED 灯管上。根据传感器检测到的温度和人工设定的温度相比较，来实现风扇电机的自动启动以及转动速度的自动调节。第 2 章 设计思路及方案论证2.1 系统整体设计本设计的整体思路为：根据温度传感器 DS18B20 型号来检测温度情况然后把获取的数值传给单片机 AT89C52 来进行分析，当 LED 灯管上显示检测温度及预设的温度数据之后，检测数据的温度可以精确到小数点的后一位，设置的温度必须采用整数的数值。同时，本设计还采用了另一项技术，采用了 PWM 脉冲宽调制的方式来改变电风扇机的转速，并且从用两个按键来控制温度的值，一个按键是提高温度的预设值，另一按键是降低温度的预设值。系统的结构如
13、图 2.1。图 2.1 系统结构框图晶振复位单片机温度显示按键 PWM 驱动电路 直流电机DS18B20本设计要实现的就是通过温度自发控制风扇机的自动启动和停止，并且可以根据温度的高低改变转动速度，这就需要对温度变化的分辨能力及稳定的换挡停机的控制元件。2.2 控制器的选用选择了合适的控制器那么这个系统的工作稳定性以及后续的维护都会很方便，并且选择得当，不但可以降低成本，还可以降低开发周期，又能保证工作的稳定性并且方便了以后的产品维护。方案 1：运用纯硬件电路搭建。这种方案有的优势是只有硬件部分，没有软件部分。所具备的优点是可以省去软件的设计开发成本。显而易见的缺点是硬件电路会变得非常复杂，这
14、就导致硬件成本上升，这样搭建出来的电路稳定性差，而板子的占用面积增大这就造成了材料的浪费。方案 2：运用单片机电路设计。这种设计方案需要硬件、软件相互合作，两者相辅相成，涉及到的知识较广，不仅需要会设计硬件电路时要对单片机资源非常熟悉，而且要精通计算机语言，从这些要求可以看出对设计人员的要求是非常高的。这种方案所拥有的优点是可以简化硬件电路，减少了不必要的浪费，减少了硬件的成本，从而降低了生产的工序，系统稳定性更好，适合工厂批量生产。缺点是对于硬件、软件两者都要精通，对开发人员的要求十分的严格，从而使得开发人员必须具备过硬的本领。综合经济和批量生产的考虑，选用方案 2。2.3 温度传感器的选型
15、采用数字集成技术的温度传感器在如今的社会得到了迅速的发展，其中配置的芯片种类也比较多，比如 DS18B21，DS1023，AD790,等，这些传感器具有较高的分辨率，测量精度也比较高，测量距离也相对较远，并且能降低读数的误差，还可以转化时间，加强抗干扰能力等优点。本设计采用的数字温度传感器型号为 DS18B20，它采用的是单线接口进行连接接口和控制器，连接比较简单，仅仅是一条信号线。在本设计中，温度传感器的选择有以下两种方案：方案一：潍坊科技学院本科毕业论文3采用热敏电阻来作为温度控制的核心部件，并且通过运算放大器进行放大，热敏电阻的原理是会随温度的变化而发生变化，因此会发出输出电压的微弱的变
16、化信号数值，再次经过换转成模数芯片 ADC0809 转化成数字信号传送到单片机进行处理。方案二：收集温度检测的主要元件采用的是数字式的集成类型的传感器 DS18B20，单片机复杂处理进过其检测并且直接输出的温度信号。对于方案一来说，进行温度检测的元件是热敏电阻，具有价格便宜容易购买等优点，缺点是对温度细微的变化表现出不太敏感，灵敏度不高，在信号的收集、放大以及信号转换的过程总容易发生失真和误差，在加上热敏电阻 R-T 关系的非线性等特点，热敏电阻在使用过程中，自身也会发热这样会产生较大的偏差，这样做虽然可以通过改正电路进行修正，但是会让电路变得更加的复杂，并且人们生活所处的环境温度变化较小的环
17、境也不容易进行捕捉，所以这种方案并不太适合本系统。对于方案二来说，由于温度传感器 DS18B20 采用数字化技术并且高度集成化，这就很大程度省降低了外接放大器转化电路所带来的误差，温度误差变得较小，检测温度的原理和热敏电阻的转化原理有着本质的区别，自身的发热对其影响较小，在分辨温度的能力又非常的高。温度的数据在元件内通过数字显示到屏幕上，大大简化了程序的设计过程，又加上采用先进的总线技术，使其与单片机的接口连接更加的简单，抗干扰能力增强，适合于本系统的设计。2.4 控制核心的选择本设计采用 AT89C52 型号单片机作为整个系统的控制中心，通过检测周围的温度进行判断，并且采用软件的进行编程，在
18、 I/O 输出口处来控制信号的强弱。本次设计所采用的单片机内为 8k 字节的只读程序类型的 ROM 储存器和 256 字节的随机性储存数据的 RAM 储存器，次单片机的另一优点为电压较低，性能较高，并且它能够兼容标准的 MCS-51 类型的指令系统，价格也比较低廉，适合本设计的系统类型。2.5 温度显示器件的选择方案一：采用的是动态扫描的方式，采用 LED 共阴极数码管来表示温度的数值。方案二：采用 LCD 液晶显示屏用来显示温度。对于方案一，该方案的温度显示有 LED 灯管，可以在漆黑的夜里看得很清晰，成本也比较低廉，耗电也比较小，在编写温度程序方面也比较简单，因此，应用最广的就是这种灯管的
19、显示方式。缺点就是显示方式采用的是动态扫描的方式，这就要求各个 LED 灯管的亮的时间是逐个被点亮的，这样灯管很容易产生闪烁，由于人的眼睛视觉暂留时间值为 20MS，所以当数码管的扫描周期小于人眼的反应时间时就不会产生闪烁的感觉，当扫描频率设置合适的时候就可以采用这种方案。对于方案二，对于方案二，可以使字符显示更加的美观，不仅可以显示字符还能显示数字和图形类的东西，LED 灯管没有这种功能。缺点是模块价格比较高，在程序编写方面也比较复杂，本次设计的系统选用方案一的基本原则是简单实用。2.6 调速方式的选择方案一：芯片使用数模转换芯片 DAC0832 来进行控制，环境温度的数值在数字量 DAC0
20、832 中的单片机加工完成的，产生的模拟信号控制晶闸管通过 DAC0823 完成导通角，进一步通过无极调速电路来完成对电机转速的自动调节。方案二：PWM 调节速度的方法使采用单片机软件方面的编程，这种方法是根据特定的规律通过改变脉冲序列的脉冲宽度值来控制输出量和波形的一种常见的调节方式，在 PWM 驱动控制系统的控制过程中，一般采用矩形类型的 PWM 信号类型，最初调节的是 PWM 的占空比。占空比的定义第三高电平在连续一段时间内的一个周期的百分比。当电机进行转动过程中，占空比值越大，它们转动的速度就会越快，当时高平电压时，占空比为百分之百，转速为最大，单片机在 I/O 口输出当时 PWM 信
21、号时，最常用下面三种方法：(1) 利用软件的延时。当对 I/O 端口的电路采用相反电平，使其变成低电平模式，然后再延迟一段时间就变成高电平的延迟时间，再使该 I/O 的电平取反向，以此类推，就可以获取 PWM 信号电压的延迟时间。本次设计中就采用了这种方法。(2) 利用的定时器。对于控制方法，与上面的相同，采用此方法编程比较复杂，该方法采用的是单片机进行高低电压的转变，而不是采用软件延迟。(3) 采用单片机自带的 PWM 控制器。本设计采用的 AT89 型号的单片机没有类似的功能，但是 STC12 型号的单片机具备 PWM 控制器。对于方案一，采用这个方案可以使风扇电机进行无级模式调速，并且速
22、度变化很灵活，但缺点是 D/A 转换芯片的价格比较高，这种方式和温控状态下的无级调速功能相比较性价比不是很高。对于方案二，与其他软件或者是软硬件结合的方法可以实现对电机进行调速，运用 PWM 可以充分的发挥单片机的功能，而且用全是软件的方法来实现调速过程，这样可以使其拥有更多的灵活性，还能降低生产成本。综合以上考虑选用方案二。潍坊科技学院本科毕业论文32.7 软件调试2.7.1 按键显示部分的调试 最初程序的键盘接口类型采用的是 P1 端口，而数码管显示的采用的是 P0 口进行控制的 LED 的段位码，P2 端口控制 LED 的段位码，这些都是根据设计时所编写的系统类型的程序，从而实现数码管的
23、显示和键盘的基本功能。在编译的时候没有出现错误，而在调试的死活，有时数码管显示的就只是些乱码，不显示正确的温度，按键功能也失灵。经过多方面的仔细研究，判断出键盘扫描的程序中没有按键消去的部分，这样就会导致单片机判断失误，从而在按键条件下进行设置的温度值也会发生失真的可能，严重时导致无法工作，这些情况多发生在按键在按动的过程中，手发生抖动。在综合楼以上条件，为了避免以上现象的产生，有必要在扫描程序中加入消除抖动的程序，通俗的认为是按动过程中发生延时，也就是所谓的加入延时判断，用以检测是否使用者已经完全松说或是键盘是否真的按下。 数码管的段码大多有 P0 端口进行传送，在数码显示的过程中又采用了动
24、态模式进行扫描，由于在程序设计中没有设置进行数码显示的储存器，这就会 导致 PO 端口在传送段位码时发生错了，导致正确的段位码不能正确的显示，所以应该在程序中编入储存空间或者在系统中加入锁存器。在数码管中加入段码的存储空间之后数码管就可以正常的进行显示，在按键的工作中加入了消抖的程序之后，达到了系统的更加地稳定，效果更佳。2.7.2 传感器 DS18B20 温度采集部分调试 由于高集成度集成的数字温度传感器 DS18B20，带来极大的简单设计和调试软件，体积比较小，耗电也低，精度也比较高，检查发动机的精度和稳定性。设计输入端口P3.1 软件是一个数字温度，但需要后处理的数字信号输入后显示许多温
25、度转换器。设计软件，可以实现对温度的持续监测，但是由于硬件部分限制 LED 灯的数量，所以预设温度中只有整数部分的存在。 为了做到能够显示温度的小数部分，并且达到正确的检测出在温度转换的程序中吧检测的温度乘 10 的倍数，使其按一个 3 位的整数进行处理，在温度转换程序的过程中，为了可以达到显示温度的小数，程序中把温度和 10 相乘之后，整出一个三位数进行处理，这种方法使编写程序更加的简单。2.7.3 电动机调速电路部分调试在此设计中，使用反向驱动 ULN2803 达林顿驱动直流电动机，因为该直流电动机可以驱动 8 台直流电动机，只有一个驱动系统。配备有各种 P3.1 PWM 波形输出端口从相
26、对 ULN2803 达林顿驱动器软件，以驱动 DC 马达旋转，并且由软件设置的程序可以是根据温度 PWM 波输出不同，也可以是不同的比率控制任务直流风扇。允许程序实现 PWM 波形输出端口 P3.1，并且当外部环境温度低于设定温度时，电动机是不旋转或旋转时自动停止，如果，当外界环境温度高于设定温度时，那么电机的转速就会提升或发动机自动启动旋转，以及外部空气温度与设定温度，较高的发动机速度，即最大的区别时，占空比增加。在本系统中可以实现几个级别的的调速，电机的转速可以有几个级别。风扇转速的定义是通过温度传感器捕获来的温度与系统中预设的温度进行的比较，从而实现转速的变换，通过获取的温度值来调节转速
27、。当检测到外界的温度比人工设置的温度增加一级时，风扇的转速就会自动加一级。2.8 硬件调试2.8.1 按键显示部分的调试按下 P1.3 口键或者是按下 P1.4 口键，那么 LED 的后两位就会产生相应的加 1 减1，这些都是系统按键部分可以实现的功能。调试过程中出现会出现抖动延时造成时间过长从而使得设置的温度值不是递增或者递减，而是增加或减少几个值，将对应的抖动延时时间增加些可以有效的解决这个问题，但也不要过长，如果那样就会出现按键无效的情况。 LED 显示的前三位可以对环境温度整数部分与小数部分的连续显示，LED 的后两位可以从按键的调整来显示所要求的设计温度。且 LED 的显示效果功能很
28、好，并且很稳定，这些都是系统显示部分可以实现的功能。2.8.2 传感器 DS18B20 温度采集部分调试插针在系统板的右侧的 3 个相应的位置 P3.1、GND 和 VCC，把 DS18B20 型号的芯片和端口 P3.1 相连接之后，把芯片插在槽上，这样就会很容易做到。当吧手心靠拢芯片或者捏着芯片的时候，来检测传感器是否在系统板上工作时，会发现 LED 显示的的靠前的两位温度上升的比较快。在测试的中途要特别留意各个引脚所相应的位置，防止连接不正确导致芯片不能工作严重的可能会烧坏芯片，这是我们不希望看到的。第 3 章 各个单元模块的硬件设计潍坊科技学院本科毕业论文3本设计主要由 DS18B20
29、型号的温度传感器、八位 LED 数码管、AT89C52 单片机、直流电机、风扇、达林顿型号的反向驱动器 ULN2803。辅助的元件包括电阻电容、晶振和按键等。3.1 系统器件及理论简介3.1.1 单片机的种类及选择当今世界上的单片机种类多种多样花样也是比比皆是，生产厂商商品琳琅满目，产品的用途也各有不同。其种类如下：（1）MSP430 单片机 （2）TSM 单片机（3）STM32 单片机 （4）PIC 单片机 （5）AVR 单片机（6）Freescale 单片机 （7）51 单片机（8）STC 单片机 3.1.2 AT89C52 单片机简介STC89C52 是美国 ATMEL 公司生产的一种
30、AT89S52 单片机是低压型单片机具有CMOS8 位，单片机中有可以反复擦写的只读程序类型的储存器，和 256 字节的可以随机读取数据的存储器 RAM，单片机采用的是高密度和非易失性存储技术进行生产的，能够与标准的 MCS-51 系统及 8052 产品的引脚相兼容，TC89C52 型号单片机可以应用到各个领域，变化多样。主要特点：字节 Flash8k，字节 RAM512 的 32 位 I / O 线，具备一个小时的监控型蜂鸣装置，内部装有 MAX810 复位的电路以及 4KB EEPROM，3 个 16 位的定时器以及四个外部中断，一个 7 级矢量结构 4 终止命令。空闲的情况下，CPU 会
31、停止，RAM 会进行运行，定时器和计数器的串行口将停止工作。当电保护功能复位时，RAM 内容将会被保存下来，振荡器停止工作，单片机也会停止，直到下个中断或者硬件的复位，最大的操作频率为 35MHz 时，6T/12T 可以进行选择。器件参数：1.增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统 8051.2.工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）。3.工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工作 频率可达 48MHz。4.用户应用程序空间为 8K 字节。5.片上集成 51
32、2 字节 RAM。6.通用 I/O 口（32 个），复位后为：P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片。8.具有 EEPROM 功能。9.共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2。10.外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒。11.通用异步串
33、行口（UART），还可用定时器软件实现多个 UART。12.工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）。13.PDIP 封装。3.1.3 温度传感器简介这些传感器可以在各种工业控制的描述的那样，一个共同的传感器将被视为一个温度传感器。表面或内部通过用于检测变换的电信号的温度。优点是，一个宽范围的结构，以及其它传感器的测量是相对简单的，并具有高稳定性，精度高。上面提到的传感器已经通过从这个开发过程的传统到非常路数大规模集成电路阶段数字智能传感器的那些小型和中型规模潜水离散传感器集成电路组件消失了，形成一个更强大的系统。在这些传感器中，传感器超大规模集成智能数字温度是最广泛使用的，其内
34、部可有效地集成测量和温度控制芯片，该传感器的测量精度的一个主要优点的温度高时，调平测量和输入输出接口分辨率 10-2 是极其规格。虽然多个操作模式，在安全的温度传感器和准确性本实施例的切换它已经很大的改善。接触和传感器的非接触温度是一个重要的分类，以通过直接接触待测量的对象，以使测量过程是温度接触传感器类型，更精确的温度测量的优点，缺点是该应用程序是极其有限的它有一定的局限性。测量目标的测量过程中的非接触式温度传感器不需要接触片，优选具有与待测量的物体不直接接触的一个目标检测少的缺点，并且优选地是小容量加热设施中，为了测量温度是正确的。在实际生活的过程中很多物理量是随着时间的变化而发生变化，比
35、我比较常见的物理名称电压、温度、电气等。在以往的温度传感器收集物理的量时其生成的结果基本上是模拟的电压或者是电流，从而使得计算机系统不能直接对这些信息进行处理，而必须先用模拟转换器将它转换成数字信号，而模数转换的过程分辨率是精度的衡量，所以高性能的模数转换器都必须拥有高分辨率。如果采取传统的传感器进行数据采集，在采集的过程中的缺陷可以用数字智能感应来解决，它具备更高的测量精度和分辨率，并且拥有抗干扰能力的功能，可以在远距离的测量过程中保证数据的准确性和可靠性。温度控制传感器 DS18S20 如图 3.1.3 所示。潍坊科技学院本科毕业论文3图 3.1.3 温度传感器 DS18B203.1.4
36、LED 数码管简介该系统采用的是 5 个 LED 数码管来对温度进行显示。LED 灯管主要是由 8 个可以发光的二极管构成的，其中 ag 表示字符和数字的显示段位，dp 是小数点的显示，通过 ag 中的 7 个发光的二极管进行亮度高低的组合，就可以显示 09 以及 AF这 16 个数字和字母的表示，LED 数码管的结合分为共阳极与共阴极两类，如图3.1.4(a)和图(b)所示。,8 个发光管的阳极连接在一起构成共阳极，8 个发光的二极管的阴极联系在一起构成共阴极。采用单片机的引脚的作用输入高低类型的电平，从而使数码二极管显示相应的数字和字母情况，这种以字形显示的数据成为字形码，显示下图所示。图
37、 3.1.4 7 段 LED 数码管显示图显示字符 共阴极段码 共阳极段码 显示字符 共阴极段码 共阳极段码参考文献260 3fH C0H 8 7fH 80H1 06H F9H 9 6fH 90H2 5bH A4H A 77H 88H3 4fH B0H B 7fH 83H4 66H 99H C 39H C6H5 6dH 92H D 3fH A1H6 7dH 82H E 79H 86H7 07H F8H F 71H 8EH表 3.1.2 7 段 LED 的段选码表当共阴极数码管连接到控制器，如果要想显示数字 7 就需要 a、b、c 同时进行显示，显示为高电平，这 3 个段发光，只要在 P0 口输
38、入 0000111 也就是 07H 就可以了，其中字形与段选码的关系可以从表 3.1.2 中得知。3.2 各部分电路设计3.2.1 开关复位与晶振电路在应用的系统中，单片机是需要复位的，其中外部扩展端口 I/O 连接也是需要复位的，那么就需要在系统中安装一个同步的复位系统电路。系统中用来连接外部石英晶体和微调电容的单片机的 XTAL1 和 XTAL2，这也是连接单片机内 OSC 的定时反馈电路而设计的。本设计中图 3.2.1 所表示的开关复位哈晶振型电路，但按一下 S1 时就会出现复位一次。其中电容 C1、C2 为 20pF，C3 为 10uF，电阻为 R2、R3 为 10k，晶振为 11.0
39、592MHz。图 3.2.1 系统复位与晶振电路3.2.2 数码管显示电路本设计采用的是 5 位的阴极数码管作为显示模块的元件，单片机和端口如 3.2.2所示，显示温度传感器的是检测温度的二极管 DS1、DS2、DS3，可以精确到小数点后一位，同时可以显示的温度为 0-99.9 摄氏温度，用来显示系统的初始温度为DS4、DS5，并且只能为整数，显示的范围和前面的是一致的，单片机的 P0.0P0.7 相互连接的 5 位数码管的段位为（a，b，c，d，e，f，g，dp），在端口 P0 出需要连接一个 10k 的电阻，这样可以保证 P0 输出较高的电压。从 W1W5 中选择 5 个数字位被连接到微控
40、制器端口 P2.0P2.4，使生产的每一个 P2.0P2.4 低电平，与所选择的位数字管相关联。参考文献26图 3.2.2 数码管显示电路3.2.3 独立键盘连接电路 键盘包括两个独立的按钮 S2 和 S3，P1.3 和与另一侧的端部开口微控制器的P1.4，当任何键被按下时，低电平有效的读端口 P1。系统上电后，键盘扫描例程，确定查询各键时，初始设定温度值的结论。其中 S1 是一个重大利好按钮，每按一次，系统初始设置为加的值，减去 S2 按键，每个按早期系统减去值组计算。其接线图 3.2.3如下：图 3.2.3 独立键盘连接电路第 4 章 软件设计4.1 程序设计本次设计的主要由主程序、显示和
41、键盘扫描函数程序的设计主要包括以下部分：主程序、数码管显示函数、风扇电机控制函数、DS18B20 温度转换函数、盘扫描函数、和键以及温度处理函数等。DS18B20 主要完成最初的初始化功能以及由温度转换出来的函数进行温度的传感器的传递，当读数已经确以后对键盘扫描出的数据进行转换并且完成最初设定的值，温度处理函数对采集到的温度数据进行分析，为电机的转动速度提供有利的条件，风扇电机控制的函数通过温度最初设定的值进行对电机转速的自动启动和停止的控制。主程序流程图如图 4.1 所示：参考文献26图 4.1 主程序流程图第 5 章 系统使用和功能5.1 Proteus 简介Proteus 软件是一款以
42、EDA 软件的一种，由英国实验中心研发的，在中国地区，有广州电子科技有限公司作为其分销商，它不仅具备 EDA 软件的仿真能力，而且还具备模拟外围设备和微型控制器的功能。现在虽然推广范围不大，但是一直是芯片爱好者的首选，用来从事科研方面的微型控制器，同时也会受科学家青睐，用于研究单片机的开发。Proteus 是英国有名的 EDA 工业，是一种模拟软件，可以用于示意图调试，代码写在 MCU，同时对外围电路协同仿真，在为印刷电路设计的开关，真正符合了从概念到产品的过渡。现在它是全球唯一一个电路模拟软件，进行软件的设计和模拟仿真，处理器支持 dsPIC33，8051 ，PIC10/12/16/18/2
43、4/30，HC11 等，在 2010 年和 DSP 的主程序开始调用温度读取函数调用 DS18B20温度转换函数调用 DS18B20初始化函数程序初始化调用键盘扫描函数调用数码管显示函数调用风扇电机控制函数调用温度处理函数结束Cortex 处理器相结合后，销售量出现持续增长。关于准备，它也支持 IAR，Keil 和MPLAB 其他编译器软件使用的主界面如图 5.1 所示：图 5.1Proteus 使用界面5.2 用 Proteus 进行仿真5.2.1 本设计基于 Proteus 的仿真第一步要做的就是启动软件，并用软件建立一工程，然后根据原理图调到相对应的原件，接着要改变各个原件的属性值并把各
44、个原件的原理图相互连接。将绘制好的连接图连接图加入到程序的序列，进行程序的编写，最后根据需要做的功能进行逐步仿真。本系统是把 DS18B20 型号的传感器设定 26.4C，使用键盘 S2 对预设的温度调节到 22C。再点击开关按钮之后就可进行仿真，当仿真趋于稳定之后，电机的转速显示为+14.2r/s，如图 5.2.1 所示。参考文献26图 5.2.1proteus 仿真效果图一当温度传感器 DS18B20 设定为 28.4C 时，采用键盘中的 S2 调节系统预设的温度 22C，然后在点击仿真按钮，在仿真稳定之后，观察到显示的值为+23.3r/s，如图 5.2.2 所示。图 5.2.2prote
45、us 仿真效果图二把 DS18B20 型号的传感器设定 33.4C，使用键盘 S2 对预设的温度调节到 22C。再点击开关按钮之后就可进行仿真，当仿真趋于稳定之后，电机的转速显示为+32.0r/s，如图 5.2.3 所示参考文献26图 5.2.3proteus 仿真效果图三由上面的仿真可以得到，直流风扇电机当预设温度一定的情况下，其转动速度随着周围温度的增加转动速度加大，当周围温度低于预设的温度时，风扇就会自动停止，实现了本设计的功能。5.3 系统功能5.3.1 系统实现的功能本设计实现的是通过单片机系统来间接反应周围环境的温度，然后根据环境的温度来控制风扇的直流电机占空比的变化值，从而使其调整不同的转动速度，也可以通过键盘来设定相应的温度，使其根据被设温度和周围环境温度的高低进行判断，当环境温度低于设定温度时，发动机停止转动时的周围温度比设定温度高，PWM 信号的微型控制器所占空比的端口，来控制电机的转动，并根据环境温度设定差值温度反应转速的高低。该系统还具备显示设定温度和当前的温度，并且能够调节当前温度。5.3.2 系统功能分析
