智能电风扇课程设计.docx

1、智能电风扇课程设计单片机原理与应用课程设计报告智能电风扇设计要求：一、功能要求1.能控制电机正反转，有正转和反转按钮。2.在一定范围内可控制转速，有加速和加速按钮,用七段码显示。3.可在不断电源的情况下暂停，有一个暂停按钮。4.电动机处于哪个速度状态观察七段码数值，也可直观的观察电动机的旋转状态比较。二、设计过程要求1、查阅资料确定设计方案；2、对设计方案进行仿真验证；3、选择合适的元器件，搭建电路实验验证效果；4、画出PCB图；5、书写设计报告；6、答辩。三、设计报告要求设计报告主要包括：题目、内容和要求、总体方案和设计思路、仿真电路图、软件设计、仿真调试效果、实验测试效果图、PCB图、心得

2、体会。姓名：许德东学号：1886100119专业：电子科学与技术班级：10级 1 班 成绩：评阅人：安徽科技学院理学院物电系智能电风扇设计实验报告一、内容和要求 1、利用proteus软件设计各模块工作原理图，并进行模拟仿真；2、控制程序设计、调试及实现：（1）根据要求，写出完整的程序流程图；（2）将设计程序输入，生成*.OBJ文件；（3）利用proteus软件进行电路模拟仿真和调试4、设计硬件电路并烧写程序，调试后系统能按照要求工作；5、写出课程设计说明书（统一格式）二、目的和意义 1、目的： (1)、理论联系实际加深对课本知识的理解和运用； (2)、学会用单片机编程设计有用的实物，提高自己

3、的创新设计能力。 2、意义： 单片机原理与嵌入式系统设计课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。三、总体方案和设计思路 3.1总体方案本课程设计的内容是利用51单片机，达到控制步进电机的启动、停止、正转、反转、速度和状态显示的目的，使步进电机控制更加灵活。步进电机驱动芯片采用ULN2003A，ULN2003A具有大电流、高电压，外电路简单等优点。利用数码管增设电机速度状态显示功能，各项数据更直观。实

4、测结果表明，该控制系统达到了设计的要求。图-1 总体方案模块图3.2、设计过程和思路 1、课程设计任务根据给定的任务要求选择合适的单片机和其他电子元器件，进行系统硬件电路设计和软件编程，根据系统制作并调试系统电路板，使之实现任务要求。有关参数选择要求符合国家标准。具体设计内容如下：(1).能控制电机正反转，有正转和反转按钮。(2).在一定范围内可控制转速，有加速和加速按钮,用七段码显示。(3).可在不断电源的情况下暂停，有一个暂停按钮。(4).电动机处于哪个速度状态观察七段码数值，也可直观的观察电动机的旋转状态比较。单片机的应用系统随着用途不同，它们的硬件和软件结构差别很大，但系统设计的方法和

5、步骤基本上是相同的。一般包括总体设计、硬件设计、软件设计、仿真调试、固化程序、应用系统独立运行等步骤。2、电路所用主要元件认识 （1）、 AT98S51芯片认识图-2 AT80C51引脚分布图并行I/O口引脚引脚功能 P0 口：8位，漏极开路的双向I/O口当80C51外扩存储器及I/O接口芯片时，P0口作为低8位地址总线及数据总线的分时复用端口。P0口也可用作通用的I/O口，需要加上拉电阻，这时为准双向口。作为通用I/O输入，应先向端口写入1，可驱动8个LS型TTL负载。P1 口：8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。准双向I/O口，作为通用I/O输入时，应先向端口锁存器写1。P1口可驱动4

6、个LS型TTL负载。P1.5/MOSI、P1.6/MISO和P1.7/SCK可用于对片内Flash存储器串行编程和校验，它们分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。P2 口：8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。当80C51外扩存储器及I/O口时，P2口作为高8位地址总线用，输出高8位地址。P2口也可作为普通的I/O口使用。当作为通用I/O输入时，应先向端口输出锁存器写1。可驱动4个LS型TTL负载。P3 口：8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。可作为通用的I/O口使用。作为通用I/O输入，应先向端口输出锁存器写入1。可驱动4个LS型TTL负载。P3口还可提供第二功能，功能表如表4-1所

7、示： 表-1 P3口第二功能定义引脚第二功能说明P3.0RXD串行数据输入口P3.1TXD串行数据输出口P3.2INT0外部中断0输入P3.3INT1外部中断1输入P3.4T0定时器0外部计数输入P3.5T1定时器1外部计数输入P3.6WR外部数据存储器写选通输出P3.7RD外部数据存储器读选通输出（2）ULN200A芯片认识ULN2003A芯片是一个7路反相器，即第1到7引脚输入端为低电平时，对应输出端第16到10引脚输出为高电平，反之亦然。8引脚接地，第9引脚COM提供工作电压，如proteus中图（3），实物图中引脚编号是逆时针（8号在左下，9号在右下）。图-3 ULN200A芯片引脚分

8、布本设计中引脚1、2、3、4分别与AT89s51芯片的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口相连接，规定正转为逆时针方向的转动引脚16、15、14、13连接到A、B、C、D上所示，电动机中 间引脚直接与5V电压相接，目的是驱动电动机，使其正常工作（3）七段码显示管认识七段码是大家比较熟悉，实质上就是一些二极管组合，这里用的是共阳极的七段码。课本上还有接法及码值表。本设计由P0口控制显示，用共阳极的。从P0.0-P0.7连接a-f引脚，com接电源。LED是发光二极管的英文缩写，LED显示器是由发光二极管构成的，它在单片还机中的应用非常普遍。通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成，其排列状

9、如图所示。此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管以d表示，用于小数点表示。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。LED显示中的发光二极管共有两种连接方法:共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不亮。共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地。这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不亮。十六进制码值表如下：表-2 数码管编码表十六进制数h g f e d c b a显示代码0 0 0 1 1 1 1 1 10x3f

10、 1 0 0 0 0 0 1 1 00x06 2 0 1 0 1 1 0 1 10x5b 3 0 1 0 0 1 1 1 10x4f 4 0 1 1 0 0 1 1 00x66 5 0 1 1 0 1 1 0 10x6d 6 0 1 1 1 1 1 0 10x7d 7 0 0 0 0 0 1 1 10x07 8 0 1 1 1 1 1 1 10x7f 9 0 1 1 0 1 1 1 10x6f . 1 0 0 0 0 0 0 00x80 图-4 七段显示数码管（4）本实验使用步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设

11、定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的 目的。进电机工作原理步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一，例如在机械装置中可以用丝杠把角度变为直线位移，也可以用步进电机带螺旋电位器，调节电压或电流，从而实现对执行机构的控制。步进电机可以直接接收数字信号，不必进行数模转换，用起来非常方便。步进电机还具有快速启停、精确步进和定位等特点，因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。步进电机实际上是一个数字/角度转换器，三相步进电机的结构原理如图所示。

12、从图中可 以看出，电机的定子上有六个等分磁极，A、A、B、B、C、C ，相邻的两个磁极之间夹角为60，相对的两个磁极组成一相（A-A，B-B，C-C），当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿，电机 的转子上有40个矩形小齿均匀地分布的圆周上，相邻两个齿之间夹角为9。 当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子形成磁路，如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子将转动一定的角度，使转子和定子的齿相互对齐。由此可见，错齿是促使步进电机旋转的原因。图-5 步进电机结构图步进电机以三相六拍（三相双拍）方式工作，若按AA

13、BBBCCCAA次序通电为正转，则当按AACCCBBBAA次序通电为反转。三相三拍（三相单拍）有两种ABCA，ABBCCAAB正转，反转则反序。 注意：步进电机转数受相数、起转频率、载荷影响等只能在一定范围内。四、原理电路图设计1、显示部分电路 用七段显示数码管共阳接法显示电机的转速从0-9，当停止时显示P。图-6 显示电路 2、转动部分电路 电机通过ULN2003A芯片驱动转动。图-7 转动电路 3、按键控制电路 按键1停止、按键2反转、按键3正传、按键4加速、按键5减速。图-8 按键控制 4、晶振复位电路 晶振为6Mz,R1为200，R2为20K图-9 晶振复位电路 5、完整电路图-10

14、完整原理图电路五、软件设计图-11 程序流程图1、编写程序（1）旋转程序其实挺简单的就是让接电机驱动的P2.0P2.3只有一个不同电平在这四相来回安循环即可，也可双相。例如：for(i=0,P2=0x01;i4;i+) delay(12); P2=P21; （2）延时程序 直接用循环即可 void delay(m) int i,j; for(i=0;im;i+) for(j=0;j1000;j+); （3）加减速程序步进电机实现速度的精确控制，我设定十个速度，通过加减延时来实现。其中最小速度还可用来控制角度，我见一个同学专门编一这样程序才想到的。（4）制动 把P2置为0ff或00即可实现。（5

15、）速度显示 用码值表建立一数组即可。2、完整程序#include#define uint unsigned intvoid stop();void fun();fast(int n);slow(int n);void delay(uint m);sbit k1=P10;sbit k2=P11;sbit k3=P12;sbit k4=P13;sbit k5=P14;uint seg=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;uint spb=240,100,60,50,30,20,10,5,3,1;int n=0,m;void main(

16、) /主程序 while(1) P0=segn; stop(); fun(); void stop() /紧急制动子程序 if(k1=0) delay(10); if(k1=0) while(!k1) P2=0xff;P0=0x8c; P0=segn; void fun() /正反转子程序 int i; if(!k2) delay(10); while(!k2) stop(); if(!k4) n=fast( n); if(!k5) n=slow(n); for(i=0,P2=0x01;i4;i+) delay(spbn); P2=P21; if(!k3) delay(10); while(!

17、k3) stop(); if(!k4) n=fast(n); if(!k5) n=slow(n); for(i=0,P2=0xf7;i1; if(!k4) n=fast( n); if(!k5) n=slow(n); fast(n) /加速子程序 delay(10); while(!k4&n0) n-; P0=segn; delay(150); return(n);void delay(m) /延时子程序 int i,j; for(i=0;im;i+) for(j=0;j500;j+);六、仿真调试验证图-12 仿真图1、初始时没开关按下数码管显示0，第二、三按钮为正反转按钮，按下其一就能实现

18、正反旋转。每次换方向都需松开另一方向开关，否则以先按下为准旋转。2、加减速控制按下加减速开关，数码管会显示速度编号。当松开加减速按钮数码管显示就是当前速度值。3、紧急制动 无论是否有按钮按下，按下紧急制动按钮电机会停止，七段码显示“P”。 通过Proteus模拟达到效果所以就开始焊接电路板。七、实物图图-13 仿真实物图八、PCB板图图-14 PCB板图九、课程心得总结本次设计是对所学知识的一次综合性运用，学会了独立设计的过程和查找资料的方法。其中包括对模拟电子技术基础、数字电子技术基础、单片机、计算机语言等知识的运用,从而完成了本次的设计。在设计的过程中发现了自身的不足，并且我认为只有具备了

19、专业基础知识，才能成功的设计出一份合格的事物。这次设计收获颇多，体会也很深刻，并且对我们所学的东西也产生了浓厚的兴趣。在设计过程中，也加深了对一些软件的认识和运用，采用Proteus仿真软件进行绘制电路原理图，以及运用Keil C51编程软件对系统进行编程实现功能。当然最重要的是学到了关于基本电子设计的一些基本方法，同时也加深了对一些常用的电子元件的理解及其基本用法。 我的电风扇步进电机能实现十种不同的速度，当然通过编程能实现更多，达到速度精确，数码管显示的只是速度编号。最慢的速度，通过按钮点动控制实现角度控制。普通电机只能实现一种速度，若变速需要复杂变速机构且效率低。本次课程设计，虽然老师分

20、成硬件、软件编程，但我是从画图到编程再到连接实物电路全部自己做的。基本对本次设计刚到满意，虽然硬件做的不是很好。通过本次课程设计真正体验到利用单片机设计功能电路制作过程，同时了解了步进电机基本原理，基本要求，确实学到不少知识。我从与老师同学交流中知道自己有哪些不足有待提高，也感觉到执着追求知识之精神。做本次课程设计我已尽力，虽然功能实现的不是太完美，也基本达到我想要的效果，也确实有了很大的提高。十、 参考文献1 张齐等编著.单片机原理与嵌入式系统设计 电子工业出版社，2011年8月 2 杨渝清主编. 控制电机（第二版） 机械工业出版社 ，2004年1月3 刘坤赵红波张宪栋编.51单片机C语言应用开发技术大全 （第二版）,2012年3月4 楼然苗 李光飞编.单片机课程设计指导（第二版） ，2005年4月