智能電風(fēng)扇的設(shè)計(jì)

涂玉琴

摘要：該文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的變速、定時(shí)、睡眠功能，其中變速功能采用PWM控制，其它功能由控制自定義標(biāo)志位實(shí)現(xiàn)。硬件部分主要是通過(guò)8051單片機(jī)的P1口驅(qū)動(dòng)外部直流電機(jī)工作，設(shè)計(jì)中采用了8055作為開(kāi)關(guān)管來(lái)控制直流電機(jī)的工作與否來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；智能電風(fēng)扇；PWM控制；直流電機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2012）33-8014-02

單片微型機(jī)是一種高度集成的芯片。實(shí)際上，它是按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，所以它通常有很好的環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力，故有很好的可靠性。隨著單片機(jī)的速度、內(nèi)存量、位數(shù)等性能的不斷提高，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍及幾乎所有的領(lǐng)域。單片機(jī)是把中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件集成在一塊集成芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它的特點(diǎn)是性能高、速度快、體積小。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“PulseWidthModulation”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)為脈寬調(diào)制。它利用微處理器的數(shù)字輸出對(duì)模擬電路來(lái)進(jìn)行操作控制，是一種非常有效的技術(shù)，在通信、功率變換與控制、測(cè)量等多方領(lǐng)域廣泛的適用。它根據(jù)相應(yīng)的載荷變化來(lái)對(duì)基極的偏置進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或者是晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式可以使電源的輸出電壓在工作條件發(fā)生變化時(shí)保持恒定不變，是一種模擬的控制方式，

這次使用MCS-51系列8051單片機(jī)所設(shè)計(jì)的智能電風(fēng)扇具有變速、定時(shí)、睡眠等功能，主要用到的是8051單片機(jī)的定時(shí)器。在軟件編程中主要是通過(guò)標(biāo)志位的設(shè)置來(lái)控制程序流程，從而達(dá)到響應(yīng)電風(fēng)扇按鍵所對(duì)應(yīng)的功能。

1設(shè)計(jì)要求

1）采用PWM波控制電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

2）電風(fēng)扇具有定時(shí)功能，并用LED顯示定時(shí)剩余時(shí)間。

3）電風(fēng)扇具有睡眠功能。

2設(shè)計(jì)方案

2.1設(shè)計(jì)原理

分析設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)可分為軟件部分和硬件部分，軟件部分對(duì)8051單片機(jī)進(jìn)行編程，硬件部分主要是通過(guò)8051單片機(jī)控制外部直流電機(jī)工作。

1）軟件部分

軟件編程的最終目標(biāo)是通過(guò)8051單片機(jī)的P1口的輸出來(lái)控制外部直流電機(jī)的工作，由于采用PWM波控制，電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可通過(guò)改變P1口輸出矩形波的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)。用PWM調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定，寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

另外電風(fēng)扇的定時(shí)、睡眠等功能可通過(guò)設(shè)置標(biāo)志位來(lái)控制程序流程。PWM波可通過(guò)定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但矩形波的周期不能過(guò)大，一般采用ms級(jí)。

2）硬件部分

由于采用PWM波控制，因此可利用三極管作為開(kāi)關(guān)管的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制。

本次設(shè)計(jì)的外圍電路主要是仿真機(jī)上8051單片機(jī)的P1口控制外部直流電機(jī)，P1口的輸出分為高電平（+5V）和低電平（0V）兩種，P1.1的輸出控制三極管8055（作開(kāi)關(guān)管使用）工作在截止和飽和兩種狀態(tài)，通過(guò)改變P1.1輸出PWM波的占空比以達(dá)到控制直流電機(jī)。

①電源引腳Vcc和Vss

Vcc：電源端，接＋5V。

Vss：接地端。

②時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2

XTAL1：連接外部晶振以及微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，如果使用外部TTL時(shí)鐘的話(huà)，它的引腳必須接地。

XTAL2：連接外部晶振以及微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出，如果使用外部TTL時(shí)鐘的話(huà)，它的引腳必須是外部時(shí)鐘的輸入端。

③地址鎖存允許ALE

進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展的時(shí)候，ALE用于控制地址鎖存器鎖存P0口輸出的低8位地址，來(lái)實(shí)現(xiàn)低位地址與數(shù)據(jù)的復(fù)用。

④外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)PSEN

PSEN是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平才是有效的。

⑤程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端EA/VPP

當(dāng)EA是高電平的時(shí)候，CPU執(zhí)行片內(nèi)程序的存儲(chǔ)器命令，但當(dāng)PC中的值超過(guò)0FFFH的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器指令。當(dāng)EA是低電平的時(shí)候，CPU只執(zhí)行片外程序的存儲(chǔ)器指令。

⑥復(fù)位信號(hào)RST

該信號(hào)高電平時(shí)有效，在它輸入端保持兩臺(tái)機(jī)器周期高電平以后，就可以獨(dú)立完成復(fù)位的操作。

⑦輸入/輸出端口引腳P0，P1，P2和P3

P0口（P0.0～P0.7）：此端口是漏極開(kāi)路的8位準(zhǔn)雙向口，它是外部低8位地址線(xiàn)和8位數(shù)據(jù)線(xiàn)復(fù)用端口， 八個(gè)LSTTL負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。

P1口（P1.0～P1.7）：它是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P1口的驅(qū)動(dòng)能力是四個(gè)LSTTL負(fù)載。

P2口（P2.0～P2.7）：它是一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P2口的驅(qū)動(dòng)能力也是四個(gè)LSTTL負(fù)載。

P3口（P3.0～P3.7）：為內(nèi)部帶上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，P3口除了作為一般的I/O口使用之外，每個(gè)引腳都具有第二功能。

2.2組裝調(diào)試

1）軟件調(diào)試

軟件調(diào)試的目的是驗(yàn)證程序的正確性，本次所采用的調(diào)試方法主要是分步調(diào)試法，通過(guò)逐步添加標(biāo)志位及其對(duì)應(yīng)程序來(lái)驗(yàn)證。驗(yàn)證的方法主要是通過(guò)電壓表和示波器。

①電壓表法

測(cè)量P1.7的輸出電壓。當(dāng)電風(fēng)扇不工作時(shí)P1.7的輸出電壓為0V；當(dāng)改變電風(fēng)扇的風(fēng)速時(shí)可看到P1.7的輸出電壓在0.5V-4.5V內(nèi)變化，每次變化的幅度為0.5V左右；當(dāng)定時(shí)工作時(shí)，在定時(shí)時(shí)間內(nèi)P1.7的輸出為PWM波對(duì)應(yīng)占空比所對(duì)應(yīng)的電壓值，當(dāng)定時(shí)結(jié)束時(shí)P1.7的輸出為0V（定時(shí)時(shí)間可通過(guò)觀(guān)察LED）；當(dāng)工作睡眠狀態(tài)時(shí)，一分鐘內(nèi)P1.7的輸出PWM波對(duì)應(yīng)占空比所對(duì)應(yīng)的電壓值，另一分鐘內(nèi)P1.7的輸出電壓為0V。

②示波器法

與電壓表法基本相同，所不同的只是電壓的觀(guān)察通過(guò)示波器的波形變化來(lái)驗(yàn)證。

2）硬件調(diào)試

硬件調(diào)試主要是驗(yàn)證8051單片機(jī)的輸出控制直流電機(jī)的工作，通過(guò)驗(yàn)證按鍵響應(yīng)來(lái)觀(guān)察直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

3小結(jié)

該文設(shè)計(jì)了一種智能電風(fēng)扇，具有變速、定時(shí)、睡眠等功能，軟件部分通過(guò)對(duì)單片機(jī)8051進(jìn)行匯編語(yǔ)言編程，硬件部分通過(guò)采用PWM波控制，實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的變速、定時(shí)、睡眠等功能。

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