调速风扇单片机.docx

1、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

2、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。 电源: VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； 时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线:控制线共有4根， ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN

3、:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 I/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“

4、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D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,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3 LED显示的字符与编码表显示字符共阴极字型

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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Protel 99 SE，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（Schematic Document）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Browse SCH页面，在Brows

11、e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Protel 99 SE子目录，在该目录中选择LibrarySCH路径，在元件库列表中选择所需的元件库，比如Miscellaneous devices ddb，TI Databook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Protel 99 SE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、

12、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Protel 99 SE 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Protel 99 SE 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/Create Netlist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。

13、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。Protel 99 SE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Protel 99 SE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（PCB Document）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Keep Out Layer复选框，执行菜单命令Place/Kee

14、pout/Track，绘制电路板的边框。执行菜单Design/Options，在“Signal Lager”中选择Bottom Lager，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（Rules Classes）中设置参数。 选择Routing Layer，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“Pule Attributes”选项中设置Tod Layer为“Not Used”、设置 Bottom Layer为“Any”。 选择

15、Width Constraint，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Rule Scope区域的Filter Kind选择框中选择Net，然后在Net下拉框中选择GND，再在Rule Attributes区域将Minimum width、Maximum width和Preferred三个输入框的线宽设置为1.27 mm； 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Filter Kind选择框中选择Whole Board，然后将Minimum width，Maximum width和Preferred三个输入框的线宽设置

16、为0.635 mm。 (4)装入元件封装库 执行菜单命令Design/Add/Remove Library，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：PCB Footprint，Transistor，General IC，International Rectifiers等。 (5)装入网络表 执行菜单Design/Load Nets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 Protel 99 SE既可以进行自动

17、布局也可以进行手工布局，执行菜单命令Tools/Auto Placement/Auto Placer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 Protel 99 SE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Auto Routing/All，并在弹出的窗口中单击Route all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

18、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/print Job，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2080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

19、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R1

20、k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R100或R1k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

21、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R100或R1K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R10k挡，用两表笔分别任意接电容的两个引脚，

22、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10PF0.01F固定电容器是否有充电现象，进而判断其好坏。万用表选用R1k挡。两只技术三极管的值均为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0.01F以上的固定电容，可用万用表的R10k挡直接测试电容

23、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，

24、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 sbit k=P11;/功能按键sbit k1=P10;/调速（PWM占空比调节）bit k_f=0;/按志位bit k1_f=0;/按键键K标K1标志位 /电源控制sbit pwm=P36;/电机驱动PWM输

25、出端unsigned char time;unsigned char dis4;/显示缓存unsigned char danwei=0;/档位变量03unsigned char zhangkb=0;/pwm占空比unsigned char code scan4=0x8f,0x4f,0x2f,0x1f;unsigned char code seg11=0xa0,0xbb,0x62,0x32,0x39,0x34,0x24,0xba,0x20,0x30,0x7f;void delay (unsigned int ms) unsigned int x; while(ms!=0) for(x=0;x9)

26、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(danwei3)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

27、(1) chengxu();dis0=time%10;/显示定时剩余时间（分个位） dis1=10;/显示- dis2=10;/显示- dis3=danwei;/显示档位/pwm占空比控制 if(danwei=0)zhangkb=0;P1=0XfF;/占空比0% else if(danwei=1)zhangkb=4;P1=0X7F;/占空比40%； else if(danwei=2)zhangkb=7;P1=0X3F;/占空比70% else if(danwei=3)zhangkb=10;P1=0X1F;/占空比100%void time0(void) interrupt 1 static u

28、nsigned char j=0; j+; if (j9) j=0; if(zhangkbj)pwm=0; else pwm=1; void timer1(void) interrupt 3 static unsigned char t,sec,i; TH1=(65536-4000)/256; TL1=(65536-4000)%256; if(time)t+; if(t250)t=0,sec+; if(sec5)/此处应为5s sec=0; time-; if(time=0)danwei=0; P2=scani; P0=segdisi; i+; if(i3)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。