调速风扇单片机.docx

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调速风扇单片机

电子与电气综合实训报告

系别：

电气工程系

班级：

xxxxx

姓名：

xx

学号：

xxxxxxxx

实训地点：

B16-503

实训时间：

第4-5周

实训指导老师：

xxxx

一、方案论证

二、硬件电路设计

三、PCB设计

四、焊接调试

五、软件设计

六、实训小结

一、方案论证

1.任务分析

本次实训是基于我们本专业的一个简单生活应用实例。

随着生活水平的改善，科技的不断创新，电子电气产品也不断的改革，从普通式向智能化发展。

这次课题就是关于我们生活中的家用电器——电风扇，这次设计的电风扇是由四个动态数码管组成，第一位是显示档位，一共三档，三档最大，工作时处于低电平状态。

中间两位是横，没有意义为了看上去美观设置的。

最后一位是定时的，从零到九，每一个数字表示5秒。

调档和定时由两个按键控制。

上面就是这次要做的智能风扇的简述。

2.系统框图

按键

AT89C51单片机

数码管显示

PWM功率放大

电机

二、硬件电路设计

1.单片机

单片机的40个引脚大致可分为4类：

电源、时钟、控制和I/O引脚。

⒈电源:

 ⑴VCC-芯片电源，接+5V；⑵VSS-接地端；⒉时钟:

XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。

⒊控制线:

控制线共有4根， ⑴ALE/PROG:

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

   ①ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址

   ②PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

 ⑵PSEN:

外ROM读选通信号。

 ⑶RST/VPD:

复位/备用电源。

   ①RST（Reset）功能：

复位信号输入端。

   ②VPD功能：

在Vcc掉电情况下，接备用电源。

 ⑷EA/Vpp:

内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

①EA功能：

内外ROM选择端。

   ②Vpp功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

⒋I/O线

 80C51共有4个8位并行I/O端口：

P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。

P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

 5.51单片机引脚图如下所示

2.显示

LED显示器又称数码管,八段LED显示器由8个发光二极管组成。

其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔画段,另一个小数点为h发光二极管。

LED显示器有两种不同的形式：

一种是发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。

共阴与共阳极数码管的不同在于公共端一个接地一个接电源。

共阴数码管接地，共阳数码管接电源。

当二极管导通时，相应的发光二极管点亮，由点亮的二极管组合而显示各种字符。

8个笔划段hgfedcba对应于一个字节（8位）的D7D6D5D4D3D2D1D0,于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字型代码。

与单片机显示图如图4所示。

编码如表3所示

表3LED显示的字符与编码表

显示字符

共阴极字型码

共阳极字型码

0

3FH

C0H

1

06H

F9H

2

5BH

A4H

3

4FH

B0H

4

66H

99H

5

6DH

92H

6

7DH

82H

7

07H

F8H

8

7FH

80H

9

6FH

90H

图4共阳极LED显示器89C51控制电路

3.按键

本次设计的硬件中用了2个键，选择的连接到单片机的端口分别是P1.0，P1.1.其中P1.0用于调节风扇档位；P1.1用于定时调节，按下一次加5秒钟；

4.PWM调速

PWM的意思是脉宽调节,也就是调节方波高电平和低电平的时间比,一个20%占空比波形,会有20%的高电平时间和80%的低电平时间，而一个60%占空比的波形则具有60%的高电平时间和40%的低电平时间,占空比越大,高电平时间越长,则输出的脉冲幅度越高,即电压越高.如果占空比为0%,那么高电平时间为0,则没有电压输出.如果占空比为100%,那么输出全部电压.

三、PCB设计

1.元件封装

2.布局布线规则技巧

元件布局基本规则

1.按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开；

2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于

M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件；

3.卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路；

4.元器件的外侧距板边的距离为5mm；

5.贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm；

6.金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其它元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。

定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm；

7.发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布；

8.电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。

特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。

电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔；

9.其它元器件的布置：

所有IC元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直；

10、板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil（或0.2mm）；

11、贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。

重要信号线不准从插座脚间穿过；

12、贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致；

13、有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致

元件布线规则

1、画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线；

2、电源线尽可能的宽，不应低于18mil；信号线宽不应低于12mil；cpu入出线不应低于10mil（或8mil）；线间距不低于10mil；

3、正常过孔不低于30mil；

4、双列直插：

焊盘60mil，孔径40mil；

1/4W电阻：

51*55mil（0805表贴）；直插时焊盘62mil，孔径42mil；

无极电容：

51*55mil（0805表贴）；直插时焊盘50mil，孔径28mil；

5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线

3.PCB设计步骤

1.1电路原理图设计的步骤

（1）设置原理图设计环境；

（2）放置元件；

（3）原理图布线；

（4）编辑和调整；

（5）检查原理图；

（6）生成网络表。

2.1电路原理图设计

电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在是正确性和布局合理的前提下力求美观。

根据以上所述的电路原理图设计步骤，两级放大器电路原理图设计过程如下：

（1）启动原理图设计服务器

进入Protel99SE，创建一个数据库，执行菜单File/New命令，从框中选择原理图服务器（SchematicDocument）图标，双击该图标，建立原理图设计文档。

双击文档图标，进入原理图设计服务器界面。

（2）设置原理图设计环境

执行菜单Design/Options和Tool/Preferences，设置图纸大小、捕捉栅格、电气栅格等。

（3）装入所需的元件库

在设计管理器中选择BrowseSCH页面，在Browse区域中的下拉框中选择Library，然后单击ADD/Remove按钮，在弹出的窗口中寻找Protel99SE子目录，在该目录中选择Library＼SCH路径，在元件库列表中选择所需的元件库，比如Miscellaneousdevicesddb，TIDatabook库等，单击ADD按钮，即可把元件库增加到元件库管理器中。

（4）放置元件

根据实际电路的需要，到元件库中找出所需的元件，然后用元件管理器的Place按钮将元件放置在工作平面上，再根据元件之间的走线把元件调整好。

（5）原理图布线

利用Protel99SE提供的各种工具、指令进行布线，将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的电路原理图。

（6）编辑和调整

利用Protel99SE所提供的各种强大的功能对原理图进一步调整和修改，以保证原理图的美观和正确。

同时对元件的编号、封装进行定义和设定等。

（7）检查原理图

使用Protel99SE的电气规则，即执行菜单命令Tool/REC对画好的电路原理图进行电气规则检查。

若有错误，根据错误情况进行改正。

（8）生成网络表

网络表是电路原理图设计和印刷电路板设计之间的桥梁，执行菜单命令Design/CreateNetlist可以生成具有元件名、元件封装、参数及元件之间连接关系的网络表。

经过以上的步骤，完成了两级放大电路原理图的设计。

两级放大电路原理如图1所示。

2.2印刷电路板的设计

电路设计的最终目的是为了设计出电子产品，而电子产品的物理结构是通过印刷电路板来实现的。

Protel99SE为设计者提供了一个完整的电路板设计环境，使电路设计更加方便有效。

应用Protel99SE设计印刷电路板过程如下：

（1）启动印刷电路板设计服务器

执行菜单File/New命令，从框中选择PCB设计服务器（PCBDocument）图标，双击该图标，建立PCB设计文档。

双击文档图标，进入PCB设计服务器界面。

（2）规划电路板

根据要设计的电路确定电路板的尺寸。

选取KeepOutLayer复选框，执行菜单命令Place/Keepout/Track，绘制电路板的边框。

执行菜单Design/Options，在“SignalLager”中选择BottomLager，把电路板定义为单面板。

（3）设置参数

参数设置是电路板设计的非常重要的步骤，执行菜单命令Design/Rules，左键单击Routing按钮，根据设计要求，在规则类（RulesClasses）中设置参数。

选择RoutingLayer，对布线工作层进行设置：

左键单击Properties，在“布线工作层面设置”对话框的“PuleAttributes”选项中设置TodLayer为“NotUsed”、设置BottomLayer为“Any”。

选择WidthConstraint，对地线线宽进行设置：

左键单击Add按钮，进入线宽规则设置界面，首先在RuleScope区域的FilterKind选择框中选择Net，然后在Net下拉框中选择GND，再在RuleAttributes区域将Minimumwidth、Maximumwidth和Preferred三个输入框的线宽设置为1.27mm；

电源线宽的设置：

在Net下拉框中选择VCC，其他与地线线宽设置相同；

整板线宽设置：

在FilterKind选择框中选择WholeBoard，然后将Minimumwidth，Maximumwidth和Preferred三个输入框的线宽设置为0.635mm。

（4）装入元件封装库

执行菜单命令Design/Add/RemoveLibrary，在“添加/删除元件库”对话框中选取所有元件所对应的元件封装库，例如：

PCBFootprint，Transistor，GeneralIC，InternationalRectifiers等。

（5）装入网络表

执行菜单Design/LoadNets命令，然后在弹出的窗口中单击Browse按钮，再在弹出的窗口中选择电路原理图设计生成的网络表文件（扩展名为Net），如果没有错误，单击Execute。

若出现错误提示，必须更改错误。

（6）元器件布局

Protel99SE既可以进行自动布局也可以进行手工布局，执行菜单命令Tools/AutoPlacement/AutoPlacer可以自动布局。

布局是布线关键性的一步，为了使布局更加合理，多数设计者都采用手工布局方式。

（7）自动布线

Protel99SE采用世界最先进的无网格、基于形状的对角线自动布线技术。

执行菜单命令AutoRouting/All，并在弹出的窗口中单击Routeall按钮，程序即对印刷电路板进行自动布线。

只要设置有关参数，元件布局合理，自动布线的成功率几乎是100%。

（8）手工调整自动布线结束后，可能存在一些令人不满意的地方，可以手工调整，把电路板设计得尽善尽美。

（9）打印输出印刷电路板图执行菜单命令File/Print/Preview，形成扩展名为PPC的文件，再执行菜单命令File/printJob，就可以打印输出印刷电路板图

4.PCB板图

四、焊接调试

1.使用元器件检测判断

1．固定电阻器的检测。

将两表笔分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。

为了提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。

由于欧姆挡刻度的非线性关系，它的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范围内，以使测量更准确。

根据电阻误差等级不同。

读数与标称阻值之间分别允许有±5％、±10％或±20％的误差。

如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。

2.二极管的检测

检测小功率晶体二极管

A判别正、负电极（a）观察外壳上的的符号标记。

通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，带有三角形箭头的一端为正极，另一端是负极。

（b）观察外壳上的色点。

在点接触二极管的外壳上，通常标有极性色点（白色或红色）。

一般标有色点的一端即为正极。

还有的二极管上标有色环，带色环的一端则为负极。

（c）以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接的一端为正极，红表笔所接的一端则为负极。

B检测最高工作频率fM。

晶体二极管工作频率，除了可从有关特性表中查阅出外，实用中常常用眼睛观察二极管内部的触丝来加以区分，如点接触型二极管属于高频管，面接触型二极管多为低频管。

另外，也可以用万用表R×1k挡进行测试，一般正向电阻小于1K的多为高频管。

C检测最高反向击穿电压VRM。

对于交流电来说，因为不断变化，因此最高反向工作电压也就是二极管承受的交流峰值电压。

需要指出的是，最高反向工作电压并不是二极管的击穿电压。

一般情况下，二极管的击穿电压要比最高反向工作电压高得多（约高一倍）。

3.三极管检测判定基极。

用万用表R×100或R×1k挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。

当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。

这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极b。

黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值都较小，则可判定被测三极管为PNP型管；如果黑表笔接的是基极b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为NPN型管。

判定集电极c和发射极e。

（以PNP为例）将万用表置于R×100或R×1K挡，红表笔基极b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。

在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。

4.固定电容器的检测A检测10pF以下的小电容因10pF以下的固定电容器容量太小，用万用表进行测量，只能定性的检查其是否有漏电，内部短路或击穿现象。

测量时，可选用万用表R×10k挡，用两表笔分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。

若测出阻值（指针向右摆动）为零，则说明电容漏电损坏或内部击穿。

B检测10PF～0.01μF固定电容器是否有充电现象，进而判断其好坏。

万用表选用R×1k挡。

两只技术'>三极管的β值均为100以上，且穿透电流要些可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。

万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。

由于复合三极管的放大作用，把被测电容的充放电过程予以放大，使万用表指针摆幅度加大，从而便于观察。

应注意的是：

在测试操作时，特别是在测较小容量的电容时，要反复调换被测电容引脚接触A、B两点，才能明显地看到万用表指针的摆动。

C对于0.01μF以上的固定电容，可用万用表的R×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。

2.焊接技巧

正确使用电烙铁

1、电烙铁使用前要上锡，具体方法是：

将电烙铁烧热，待刚刚能熔化焊锡时，涂上助焊剂，再用焊锡均匀地涂在烙铁头上，使烙铁头均匀的吃上一层锡。

2、焊接时间不宜过长，否则容易烫坏元件，必要时可用镊子夹住管脚帮助散热。

3、焊接完成后，要用酒精把线路板上残余的助焊剂清洗干净，以防炭化后的助焊剂影响电路正常工作。

4、电烙铁应放在烙铁架上。

元件焊接顺序

先难后易，先低后高，先贴片后插装。

宗旨：

焊接方便，节省时间。

先焊接难度大的，这主要是指管脚密集的贴片式集成芯片。

如果把这些难度大的放于最后焊接，一旦焊接失败把焊盘搞坏，那就会前功尽弃。

先低后高，先贴片后插装。

这样焊接起来方便。

如先把高的元件焊接了，有可能妨碍其他元件的焊接，尤其是高大的元件密集众多的时候。

如果先焊接插装的元件，电路板就会在焊台上放不平，影响焊接心情

3.电路板的调试

开始程序出了一点问题，自己修改了很长时间可是还是没有成功，后来在同学几次的指导之下，风扇成功运转了。

五、软件设计

1.软件流程图

2.程序

#include

sbitk=P1^1;//功能按键

sbitk1=P1^0;//调速（PWM占空比调节）

bitk_f=0;//按志位

bitk1_f=0;//按键键K标K1标志位

//电源控制

sbitpwm=P3^6;//电机驱动PWM输出端

unsignedchartime;

unsignedchardis[4];//显示缓存

unsignedchardanwei=0;//档位变量0~3

unsignedcharzhangkb=0;//pwm占空比

unsignedcharcodescan[4]={0x8f,0x4f,0x2f,0x1f};

unsignedcharcodeseg[11]={0xa0,0xbb,0x62,0x32,0x39,0x34,0x24,0xba,0x20,0x30,0x7f};

voiddelay（unsignedintms）

{

unsignedintx;

while（ms!

=0）

{

for（x=0;x<125;x++）;

ms=ms-1;

}

}

voidchengxu（void）

{

if（k==0）///////按键按下

{

delay（10）;//延时消抖

if（k==0&&k_f==0）//再判断

{

k_f=1;///标志位置1

time=time+1;

if（time>9）time=0;

}

}

if（k==1）{k_f=0;}//判断按键抬起，标志位置0.

if（k1==0）

{

delay（10）;

if（k1==0&&k1_f==0）

{

、

k1_f=1;

danwei++;//档位

if（danwei>3）danwei=0;

}

}

if（k1==1）k1_f=0;

}

main（）

{

TMOD=0X12;//2个定时器都工作在方式1即16位定时器

TH0=256-200;

TL0=6;

TH1=（65536-4000）/256;//4ms（数码管扫描）

TL1=（65536-4000）%256;

TR0=1;//启动定时

TR1=1;

ET0=1;//开定时中断0

ET1=1;

EA=1;

while

（1）

{

chengxu（）;

dis[0]=time%10;//显示定时剩余时间（分个位）

dis[1]=10;//显示-

dis[2]=10;//显示-

dis[3]=danwei;//显示档位

//pwm占空比控制

if（danwei==0）{zhangkb=0;P1=0XfF;}//占空比0%

elseif（danwei==1）{zhangkb=4;P1=0X7F;}//占空比40%；

elseif（danwei==2）{zhangkb=7;P1=0X3F;}//占空比70%

elseif（danwei==3）{zhangkb=10;P1=0X1F;}//占空比100%

}

}

voidtime0（void）interrupt1

{

staticunsignedcharj=0;

j++;

if（j>9）{j=0;}

if（zhangkb>j）{pwm=0;}

elsepwm=1;

}

voidtimer1（void）interrupt3

{

staticunsignedchart,sec,i;

TH1=（65536-4000）/256;

TL1=（65536-4000）%256;

if（time）t++;

if（t>250）{t=0,sec++;}

if（sec>5）//此处应为5s

{

sec=0;

time--;

if（time==0）danwei=0;

}

P2=scan[i];

P0=seg[dis[i]];

i++;

if（i>3）i=0;

}

六、实训小结

通过这次实训对单片机在生活中的应用也有所了解，知道了单片机的重要性，做PCB对布线也有了一定的了解，对元器件有了一点的了解，知道了怎么检测部分元器件的极性以及好坏，还有检验电路。

此外这次智能风扇的制作我受益匪浅，相信这次制作过程也为我以后的工作经验积累了不少，减少了以后工作中的曲折，也提高了工作毅力。