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智能電風(fēng)扇的設(shè)計

2012-04-29 00:44涂玉琴
電腦知識與技術(shù) 2012年33期
關(guān)鍵詞:直流電機單片機

涂玉琴

摘要:該文設(shè)計的主要內(nèi)容是通過軟件編程實現(xiàn)電風(fēng)扇的變速、定時、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志位實現(xiàn)。硬件部分主要是通過8051單片機的P1口驅(qū)動外部直流電機工作,設(shè)計中采用了8055作為開關(guān)管來控制直流電機的工作與否來達到設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞:單片機;智能電風(fēng)扇;PWM控制;直流電機

中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2012)33-8014-02

單片微型機是一種高度集成的芯片。實際上,它是按工業(yè)標準設(shè)計的,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。隨著單片機的速度、內(nèi)存量、位數(shù)等性能的不斷提高,單片機的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍及幾乎所有的領(lǐng)域。單片機是把中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、定時器/計數(shù)器以及I/O接口電路等主要計算機部件集成在一塊集成芯片上的微型計算機,它的特點是性能高、速度快、體積小。脈沖寬度調(diào)制(PWM)是英文“PulseWidthModulation”的縮寫,簡稱為脈寬調(diào)制。它利用微處理器的數(shù)字輸出對模擬電路來進行操作控制,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)的載荷變化來對基極的偏置進行調(diào)制,從而實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或者是晶體管導(dǎo)通時間的改變,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單片機所設(shè)計的智能電風(fēng)扇具有變速、定時、睡眠等功能,主要用到的是8051單片機的定時器。在軟件編程中主要是通過標志位的設(shè)置來控制程序流程,從而達到響應(yīng)電風(fēng)扇按鍵所對應(yīng)的功能。

1設(shè)計要求

1)采用PWM波控制電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

2)電風(fēng)扇具有定時功能,并用LED顯示定時剩余時間。

3)電風(fēng)扇具有睡眠功能。

2設(shè)計方案

2.1設(shè)計原理

分析設(shè)計要求,本次設(shè)計可分為軟件部分和硬件部分,軟件部分對8051單片機進行編程,硬件部分主要是通過8051單片機控制外部直流電機工作。

1)軟件部分

軟件編程的最終目標是通過8051單片機的P1口的輸出來控制外部直流電機的工作,由于采用PWM波控制,電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可通過改變P1口輸出矩形波的占空比來實現(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)電機轉(zhuǎn)速。

另外電風(fēng)扇的定時、睡眠等功能可通過設(shè)置標志位來控制程序流程。PWM波可通過定時器來實現(xiàn),但矩形波的周期不能過大,一般采用ms級。

2)硬件部分

由于采用PWM波控制,因此可利用三極管作為開關(guān)管的特性來實現(xiàn)對直流電機的控制。

本次設(shè)計的外圍電路主要是仿真機上8051單片機的P1口控制外部直流電機,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(作開關(guān)管使用)工作在截止和飽和兩種狀態(tài),通過改變P1.1輸出PWM波的占空比以達到控制直流電機。

①電源引腳Vcc和Vss

Vcc:電源端,接+5V。

Vss:接地端。

②時鐘電路引腳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時鐘的話,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時鐘的話,它的引腳必須是外部時鐘的輸入端。

③地址鎖存允許ALE

進行系統(tǒng)擴展的時候,ALE用于控制地址鎖存器鎖存P0口輸出的低8位地址,來實現(xiàn)低位地址與數(shù)據(jù)的復(fù)用。

④外部程序存儲器讀選通信號PSEN

PSEN是外部程序存儲器的讀選通信號,低電平才是有效的。

⑤程序存儲器地址允許輸入端EA/VPP

當EA是高電平的時候,CPU執(zhí)行片內(nèi)程序的存儲器命令,但當PC中的值超過0FFFH的時候,會自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令。當EA是低電平的時候,CPU只執(zhí)行片外程序的存儲器指令。

⑥復(fù)位信號RST

該信號高電平時有效,在它輸入端保持兩臺機器周期高電平以后,就可以獨立完成復(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):此端口是漏極開路的8位準雙向口,它是外部低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線復(fù)用端口, 八個LSTTL負載驅(qū)動能力。

P1口(P1.0~P1.7):它是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準雙向I/O口,P1口的驅(qū)動能力是四個LSTTL負載。

P2口(P2.0~P2.7):它是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位準雙向I/O口,P2口的驅(qū)動能力也是四個LSTTL負載。

P3口(P3.0~P3.7):為內(nèi)部帶上拉電阻的8位準雙向I/O口,P3口除了作為一般的I/O口使用之外,每個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,通過逐步添加標志位及其對應(yīng)程序來驗證。驗證的方法主要是通過電壓表和示波器。

①電壓表法

測量P1.7的輸出電壓。當電風(fēng)扇不工作時P1.7的輸出電壓為0V;當改變電風(fēng)扇的風(fēng)速時可看到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;當定時工作時,在定時時間內(nèi)P1.7的輸出為PWM波對應(yīng)占空比所對應(yīng)的電壓值,當定時結(jié)束時P1.7的輸出為0V(定時時間可通過觀察LED);當工作睡眠狀態(tài)時,一分鐘內(nèi)P1.7的輸出PWM波對應(yīng)占空比所對應(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察通過示波器的波形變化來驗證。

2)硬件調(diào)試

硬件調(diào)試主要是驗證8051單片機的輸出控制直流電機的工作,通過驗證按鍵響應(yīng)來觀察直流電機的轉(zhuǎn)動。

3小結(jié)

該文設(shè)計了一種智能電風(fēng)扇,具有變速、定時、睡眠等功能,軟件部分通過對單片機8051進行匯編語言編程,硬件部分通過采用PWM波控制,實現(xiàn)電風(fēng)扇的變速、定時、睡眠等功能。

參考文獻:

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