福建电力职业技术学院课程设计课程名称：智能仪器题目：电风扇模拟控制系统设计专业班次：11（三）建筑电气1姓名：林毅宾学号：201128013116指导教师：张继伟学期：2012-2013学年第一学期日期：2014.4目录引言 (I)第一章设计任务 (1)1.1 课题内容 (1)1.2 课题任务 (1)第二章系统设计方案 (2)2.1 设计方案特点 (2)2.1.1 系统的工作原理 (2)2.1.2 系统的组成 (2)2.1.3 系统设计框图 (2)第三章系统硬件设计与软件设计 (3)3.1 系统硬件设计电路图 (3)3.1.1 系统复位电路和时钟电路 (4)3.1.2 AT89C51单片机电源电路 (4)3.1.3 稳压芯片7805 (4)3.1.4 集成块74LS245功能 (4)3.1.5 集成块74LS06功能 (4)3.1.6 LED显示电路 (4)3.1.7 直流电机原理 (14)3.2 系统软件设计 (14)3.2.1 占空比技术 (14)3.2.2 程序框图 (14)3.2.3 电风扇系统控制程序 (6)3.2.4 系统程序清单 (7)第四章总结 (8)参考文献 (9)引言电风扇简称电扇，香港称为风扇，日本及韩国称为扇风机，是一种利用电动机驱动扇叶旋转，来达到使空气加速流通的家用电器，主要用于清凉解暑和流通空气。

广泛用于家庭、办公室、商店、医院和宾馆等场所。

1882年，美国纽约的克罗卡日卡齐斯发动机厂的主任技师休伊•斯卡茨•霍伊拉，最早发明了商品化的电风扇。

如今的电风扇已一改人们印象中的传统形象，在外观和功能上都更追求个性化，而电脑控制、自然风、睡眠风、负离子功能等这些本属于空调器的功能，也被众多的电风扇厂家采用，并增加了照明、驱蚊等更多的实用功能。

这些外观不拘一格并且功能多样的产品，预示了整个电风扇行业的发展趋势。

其主要原因：一是风扇和空调的降温效果不同——空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人使用；二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和使用都非常简单。

本课程设计的目的：1、培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；2、通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤；3、巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。

第一章设计任务1.1 课题内容电风扇模拟控制系统设计1.2 课题任务1. 用4个LED显示电风扇的工作状态（1,2,3,4四档风力），显示风类：“自然风”、“常风”和“睡眠风”；2. 设计“自然风”、“常风”和“睡眠风”三个风类键用于设置风类；3. 设计一个“定时”键，用于定时时间长短设置；设计一个“摇头”键用于控制电机摇头；第二章系统设计方案2.1 设计方案特点1. 初始加电时，电风扇不加电，四位数码显示器不显示，只有按下“自然风”、“常风”和“睡眠风”任一按键，电风扇开始工作。

同时，定时器只要不进行新的时间设置，电路就将按系统默认控制负载定时工作的时间方式自动开始运行。

2. 电路允许用户随时通过按键开关自行输入设置新的定时时间参数，其范围可在1分钟至990秒之间任意设置。

3. 在进行时间参数设置和整个定时过程中，系统采用四位数码管显示，最高位显示风类，后三位显示定时时间，做“百位、十位、个位”的倒计时显示，同时用数码管上小数点的同步闪亮作为秒显示，显示直观、准确。

4. 在整个定时状态下，电路具有允许用户随时自行选择使用“自然风”状态，也可选择使用“常风”和“睡眠风”状态。

5. 按下“摇头”键，“摇头”电机先正转30ms，再反转30ms，如此往复。

2.1.1 系统的工作原理AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

2.1.2 系统的组成AT89C51单片机主要功能部件•与MCS-51兼容•4K字节可编程FLASH存储器•寿命：1000写/擦循环•数据保留时间：10年•全静态工作：0Hz-24MHz•三级程序存储器锁定•128×8位内部RAM•32可编程I/O线•两个16位定时器/计数器•5个中断源•可编程串行通道•低功耗的闲置和掉电模式•片内振荡器和时钟电路2.1.3 系统设计框图本设计采用AT89C51单片机为核心控制器件，系统框图如图2所示控制电机键盘功能输入AT89C51输出显示图2第三章系统硬件设计与软件设计3.1 系统硬件设计电路图该系统以AT89C51单片机为核心，由电源电路，时钟电路，复位电路，显示电路，键盘，电机组成。

图3是系统硬件电路图。

图33.1.1 系统复位电路和时钟电路复位电路：首先形成单片机最小系统，在89C51单片机芯片XTAL1、XTAL2加入时钟电路，RST加入复位电路，EA加入高电平。

89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。

复位电路分为上电复位和手动复位，我们采用的是上电+手动复位，正常工作时按下S1键，9脚变成高电平，单片机复位，按键松开，通过电容放电，9脚回到低电平。

采用的是12MHZ晶振，所以C=10uf,R2=8.2K,R1=200Ω。

如图4图4时钟电路：89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。

采用内部时钟方式：89C51单片机各功能的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊的工作。

因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。

89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引进XTAL1,输出端为引脚XTAL2。

这两个引脚跨接石英晶体振荡器（简称晶振）和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器，如图5时钟电路所示，是89C51内部时钟方式的振荡器电路。

电路中的电容C1、C2典型值通常选择30pF，对外接电容虽然没有严格要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低。

振荡器稳定性和起振的快速性。

晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也越快，此次实验我们选择的晶振是12MHZ晶振。

晶振为12MHZ时的机器周期的计算：一机器周期＝12个振荡周期，1个振荡周期T=1/f，时钟频率f=1/T,一机器周期＝1/f×12，若晶振＝12MHZ，一机器周期＝1/12×12=1uS外部时钟方式时把外部已有的时钟信号引入到单片机内，此方式常用于与多片89C51单片机同时工作，以便于各单片机的同步。

图53.1.2 AT89C51单片机电源电路电路主要分为：变压、整流、滤波、稳压四个部分。

电流进入电路，通过一个220V变9V的电源变压器把220V的交流电压变为9V的交流电压，然后通过整流器把9V交流，功率为15W左右。

变压器次级线圈输出的9V交流电压经过全桥QD2进行全波整流，C19滤波，7805稳压后，输出稳定的+5V直流工作电压。

如图7图73.1.3 稳压芯片7805稳压芯片7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。

内含过流、过热和过载保护电路。

带散热片时，输出电流可达1A。

虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。

外形图及引脚排列如图8所示。

图8它的主要特点：•输出电流可达1A，输出电压有5V•过热保护•短路保护•输出晶体管SOA保护功能框图如图9所示。

图93.1.4 集成块74LS245功能74LS245是我们常用的芯片，用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。

74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。

当89C51单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。

当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）DIR=“1”，信号由A向B传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。

由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G 接地，P2口与驱动器输入线对应相连。

P0口与74LS245输入端相连,/E端接地，保证数据现畅通。

89C51的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得/RD且/PSEN有效时，74LS245输入（P0.i←Di），其它时间处于输出（P0.i→Di）。

3.1.5 集成块74LS06功能74LS06器件包含6路反相缓冲器/驱动器，带有高压集电极开路输出，可连接高电平电路的接口（如MOS），可驱动高强度电流负载，当然也可以充当反相缓冲器用于驱动TTL输入。

74LS06的额定输出电压为30 V，74LS06的最大吸取电流为40mA。

74LS06兼容大多数TTL电路。

74LS06的输入是二极管钳位式，可以把传输产生的不良影响降到最低，大大简化了电路的设计。

74LS06典型功耗为175 mW，平均传输延迟时间为8ns。

六高压输出反相缓冲器/驱动器（OC，30V）简要说明:7406为集电极开路输出的六组反相驱动器，其主要电特性的典型值如下：tPLH tphl PD 10ns 15ns 155mW引出端符号：1A－6A 输入端1Y－6Y输出端极限值：电源电压7V，输入电压 5.5V，输出截止态电压30V工作环境温度74060~70℃存储温度-65~150℃如下图3.1.6 LED显示电路根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89C51单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，驱动信号用单片机的定时器完成，显示电路如下图10所示。

图103.1.7 直流电机原理直流电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，它能使绕组在气隙磁场中旋转感应出交流电动势，并依靠换向装置，将此交流电变为直流电。

其产生交流电的物理根源在于电机中存在磁场和与之有相对运动的电路，即气隙磁场和绕组。

旋转绕组和静止气隙磁场相互作用的关系可通过电磁感应定律和电磁力定律来分析。