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正文內(nèi)容

智能散熱器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-04-09 17:07 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案分析 目前, STC 單片機(jī)的開發(fā)主要用到兩種語言: C語 言和匯編語言。而與匯編語言相比, C 語言具有以下兩個(gè)特點(diǎn): (1) 具有結(jié)構(gòu)化控制語句 結(jié)構(gòu)化控制語句的顯著特征是將程序的代碼和數(shù)據(jù)的功能,即程序交流各部分除必要的相互獨(dú)立。這樣的方法可以使程序結(jié)構(gòu)清晰明了,易于使用,維護(hù)和調(diào)試。 (2) 適用的范圍大簡、潔和可移植性好 與其他高級語言 C語言和不依賴于具體的 CUP,源程序具有很好的可移植性。代碼簡單易懂,易于工程?,F(xiàn)在主流的 CPU 和普通單片機(jī)開發(fā)的 C編譯器。軟件設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境的是 KEIL 編譯器生成的代碼效率高,因此,選擇使用 C 語言開發(fā)本系統(tǒng)的軟件。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 5 3 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇與其性能分析 單片機(jī)概述 Intel 公司推出的 8位單片機(jī): 1976 年推出的 MCS48 系列: 8039, 8048 等。 1980 年推出了 MCS51 系列: 8031, 8051, 8751, 8052 等。其中 8054 成為重要的品種,應(yīng)用和普及得非常廣泛。 Atmel、 Maxim、 Philips、 Siemens、 ADI、 DALLAS、 ANALOG 等半導(dǎo)體公司,也能生產(chǎn)出與 8054 相兼容的低功耗、高性能的產(chǎn)品。 ATMEL公司的 89C54系 列產(chǎn)品是近年來在我國非常流行的單片機(jī)。 單 片機(jī)是采用 STC89C54 芯片,該芯片是一個(gè)低功耗,高性能 CMOS8 位微控制器采用 STC 公司生產(chǎn)的,具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。采用經(jīng)典的MCS51 內(nèi)核 STC89C54,但做了很多的改進(jìn)使得與傳統(tǒng)的 51單片機(jī)芯片不具備的功能。在單個(gè)芯片上,擁有 8 位 CPU 與在系統(tǒng)可編程 Flash,靈活性高的 STC89C54提供解決方案,為許多嵌入式控制應(yīng)用,效率高。 具有如表 功能: 表 容 MCS51指令系統(tǒng) 8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間 32個(gè)雙向 I/O口 ~ 三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 內(nèi)帶 4K字節(jié) EEPROM存儲(chǔ)空間 可直接使用串口下載 5個(gè)中斷源 壽命 1000寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間 10年 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 本設(shè)計(jì)中只是讓單片機(jī)能夠工作并未設(shè)計(jì)復(fù)位電路,只有晶振電路,為保證晶振起振將對地并聯(lián)兩個(gè)電容都為 30pF。 單片機(jī) STC89C54 的介紹 MCS51系列單片機(jī)的代表性產(chǎn)品為 STC89C54, STC89C54 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓,高性能 CMOS8 位單片機(jī)。 STC89C54 具有軟硬件相結(jié)合,體積小,可以 很容易嵌入進(jìn)各種應(yīng)用系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)。因此,以單片機(jī)為核心的嵌入式控制系統(tǒng)在下述的各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用,其中片內(nèi)含有 64KB 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,單片機(jī)就是一片半導(dǎo)體硅片上集成了中央處理器單元,存儲(chǔ)器( ROM、 RAM)、并行 I/O 口、串行 I/O 口、 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘電路及系統(tǒng)總線的微型單片機(jī)??商峁┰S多高性價(jià)比的應(yīng)用場合,可靈活上午應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 STC89C54 單片機(jī)基本組成包括有 : ? 一個(gè) 8位的微處理器; ? 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 有 128B, 21 個(gè)特殊功能寄存器 SFR; ? 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 Flash ROM 有 4KB;可尋址片內(nèi)外統(tǒng)一編址的 64KB 的ROM, ? 可尋址片外 64KB 的 RAM; ? 4個(gè) 8位并行 I/O接口( P0— P3); ? 一個(gè)全雙工通用異步串行接口 UART; ? 兩個(gè) 16位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器; ? 五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng); ? 具有位操作功能的布爾處理機(jī)及位尋址功能; ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。 STC89C54 的管腳圖如下 所示 圖 STC89C54管腳圖 各引腳功能簡單介紹如下: (1)電源引腳 : Vcc( 40 腳):電源 端,接 +5V電源。 Vss( 20 腳):接地端,接 +5V電源地端。 (2)時(shí)鐘振蕩器外接晶體引腳: XTAL1 和 XTAL2 STC89C54 內(nèi)部有一個(gè)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。 XTAL1( 19腳):片內(nèi)振蕩電路反相放大器輸入 。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 7 XTAL2( 18腳):片內(nèi)振蕩電路反相放大器輸出。 (3) 控制信號引腳: RST、 ALE、 PSEN、 EA RST (9 腳 ):復(fù)位信號輸入端,高電平有效。保持兩個(gè)機(jī)器周期高電平時(shí) ,完成復(fù)位操作。 ALE/PROG (30 腳 ): 地址鎖存 石通過 使能脈沖編程輸出 /輸入, 石英 晶振頻率的連續(xù)輸出 1 / 6 脈沖信號。當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器:可作為低 8 位地址鎖存 P0控制信號。 對 89C54 片內(nèi) ROM 編程寫入時(shí):作為編程脈沖輸入端。 PSEN (29 腳 ): 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。是由外部程序存儲(chǔ)器取址期間,每個(gè)機(jī)器周期 PSEN是兩次有效。但是在訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的 PSEN 信號是不會(huì)出現(xiàn); EA/ PPV (31 腳 ):外部程序存儲(chǔ)器的地址使能輸 入 /編程電壓輸入端。 平常接 “1” 時(shí), CPU 訪問片內(nèi) 4KB 的 ROM,當(dāng)訪問地址超過 4KB時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外 ROM 中的程序。 當(dāng)接 “0” 時(shí), CPU 只訪問片外 ROM。 第 2 功能 Vpp 對 8751 編程時(shí),編程電壓輸入端。 (4)輸入 /輸出端口引腳 P0、 P P P3 4 個(gè) 8 位的并行輸入 /輸出端口,共 32 個(gè)引腳。作為通用輸入 /輸出端口,P0、 P2 和 P3 端口又各自有第 2 功能。 ① 通用輸入 /輸出端口 準(zhǔn)雙向口 : 作輸入時(shí)要先對鎖存器寫 “1” 。 P0 端口( — ,第 39— 32 腳): 漏極開路的準(zhǔn)雙向口 ,輸出能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) 74LS 類型的負(fù)載。 P1 端口( — ,第 1— 8 腳): 內(nèi)部帶上拉電阻的準(zhǔn)雙向口 ,輸出能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) 74LS 負(fù)載。 P2 端口( — ,第 21— 28 腳): 內(nèi)部帶上拉電阻的準(zhǔn)雙向口 ,輸出能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) 74LS 負(fù)載。 P3 端口( — ,第 10— 17 腳): 內(nèi)部帶上拉電阻的準(zhǔn)雙向口 ,輸出能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) 74LS 負(fù)載。 ② P0、 P P3 端口的第二功能 P0 端口:是 8 位并行端口具有雙功能, P0 端 口 I/O 作為一種通用的,在外接上拉電阻,因此 P0端口不存在高阻抗(懸?。顟B(tài),所以它是一個(gè)準(zhǔn)雙向口。P0 口提供低 8 位讀取地址 (A0A7)和 8 位數(shù)據(jù)讀取 (D0D7)總線。然而就需要一個(gè) 8 位鎖存器 ,利用 ALE(地址鎖存允許 )來鎖存 P0口低 8位的地址信號。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 8 P2 端口:在 CPU 訪問外部存儲(chǔ)器或者 I/O 接口時(shí), P2口提供的高 8位地址(A8A15)的總線信號。 P3 端口:在 CPU 訪問外部存儲(chǔ)器或 I/O 接口時(shí), P3 口提供讀、寫控制總線信號。還提供串行通信、外部中斷、計(jì)數(shù)器的外部計(jì)數(shù)輸入信號等。如表 所示。 表 P3口的第二功能 口 線 信 號 功 能 RXD 串行口數(shù)據(jù)輸入(接收數(shù)據(jù)) TXD 串行口數(shù)據(jù)輸出(發(fā)送數(shù)據(jù)) INT0 外部中斷 0輸入 INT1 外部中斷 1輸入 T0 定時(shí)器 0的外部輸入(計(jì)數(shù)輸入) T1 定時(shí)器 1的外部輸入(計(jì)數(shù)輸入) WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通控制輸出 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通輸出控制 開關(guān)電源散熱器設(shè)計(jì)方法 單片開關(guān)電源集成電路的功率損耗主要由內(nèi)部功 率開關(guān)管( MOSFET)產(chǎn)生的。因?yàn)殚_關(guān)電源的功率開關(guān)管( MOSFET)工作在高頻開關(guān)狀態(tài),功耗 DP 在開關(guān)周期中是不斷的變化的,很難準(zhǔn)確計(jì)算出 DP 值。開關(guān)電源的功耗主要分為量部分:傳輸損耗和開關(guān)損耗。傳輸損耗是由 MOSFET 的通態(tài)電阻 )(ONDSR 而引起的,通態(tài)電阻越小傳輸就越低。開關(guān)損耗是 MOSFET 的漏極電容 DC 造成 的,通常傳輸損耗遠(yuǎn)大于開關(guān)損耗,開關(guān)損耗即可忽略不計(jì)。在大功率電源中,開關(guān)管發(fā)熱程度很大,該設(shè)計(jì)是讓傳感器靠近開關(guān)附近,通過測試開關(guān)管環(huán)境的溫度,進(jìn)而去控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,加速環(huán)境空氣的流通,通過物理方法進(jìn)行降溫。需要指出的是在對點(diǎn)片開關(guān)電源集成電路進(jìn)行熱參數(shù)計(jì)算,只需要考慮元件件本身的損耗。 單片機(jī)晶振電路 單片機(jī)系統(tǒng)里都有 晶振 , 在本文介紹的晶振為 12MHZ,如圖 (下圖的左邊圖為內(nèi)部振蕩方式,右圖為外部振蕩方式) 在單片機(jī)系統(tǒng) 中 晶振作用 就如同人的心臟 , 沒有晶振的啟振,單片機(jī)就沒有辦法工作。名稱 叫晶體振蕩器, 它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生 STC89C54 所需的時(shí)鐘頻率,單片機(jī)晶振 所 提供的時(shí)鐘頻率越高 則 單片機(jī) ( STC89C54) 運(yùn)行速度就越快,單片 機(jī)接收到 的一切指令的執(zhí) 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 9 行都是 通過 建立在單片機(jī) 石英 晶振提供的時(shí)鐘頻率。 圖 當(dāng)石英晶振在正常的工作條件下,晶振所產(chǎn)生的頻率絕對精度可達(dá)到百萬分之五十。更先進(jìn)的以達(dá)到更高的精度。一些晶體也可以在 一定范圍之內(nèi)調(diào)整所施加的電壓的頻率,這種稱為壓控振蕩器( VCO)。晶振是一種通過共振狀態(tài)將機(jī)電能量轉(zhuǎn)換,以達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的單頻振蕩,準(zhǔn)確。 單片機(jī)晶振的作用是為 本 系統(tǒng)提供 所需要 的時(shí)鐘信號。通常一個(gè)系統(tǒng) 是可以共用一個(gè)晶振, 以此 便于各部分保持同步。 但是 通訊系統(tǒng)的基頻和射頻 中 使用不同的晶振, 就可以 通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 當(dāng)采用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí) ,片外連接的石英晶體和微調(diào)電容 C C3接在放大器中反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 C C3 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。雖然沒有十分嚴(yán)格的要求但是電容容量的大小 會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩工作的穩(wěn)定性、及溫度穩(wěn)定性,如果使用石英晶體,推薦使用 30pf177。10pf,在本設(shè)計(jì)中晶振的微調(diào)電容選擇獨(dú)石電容 22pf,根據(jù)查資料得知使用陶瓷振蕩器最好選擇 40pf177。 10pf,產(chǎn)生原始的振蕩脈沖信號。仿真如圖 所示。 圖 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 10 單片機(jī)復(fù)位電路 復(fù)位操作是所有單片機(jī)的都有初始化操作。在單片機(jī)運(yùn)行工作時(shí)都需要復(fù)位,其作用是在判斷一個(gè)確定的初始狀態(tài),使單片機(jī)和其他系統(tǒng)組件,并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位,必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn) 。 當(dāng) STC89C54 單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 有 2個(gè)高電平周期比平時(shí)多,其將執(zhí)行復(fù)位操作。 如果 復(fù)位一直 持續(xù)為高電平 , 單片機(jī)就 將 處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。 根據(jù) 在應(yīng)中用 的要求,復(fù)位操作 有 兩種基本形式 : 上電復(fù)位和 手動(dòng) 復(fù)位。 開機(jī) 上電復(fù)位: 在 上電 的 瞬間, 電解 電容充電 的 電流最大, 電解 電容相當(dāng)于短路, 復(fù)位端( RST) 端為高電平 就 自動(dòng)復(fù)位; 電解 電容兩端的電壓達(dá)到電源電壓時(shí), 電解 電容充電電流為零, 電解 電容 就 相當(dāng)于 是 開路, 復(fù)位端( RST) 端為低電平, 則 程序 就 正常運(yùn)行。 圖 Protues仿真復(fù)位圖 傳感器的選擇與 其性能分析 方案論證: 方 案一 由于本模塊是測溫電路,可以用紅外測溫,就是利用紅外測溫傳感器。通過對開關(guān)管( MOSFET)的節(jié)點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)的采集,再進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換后,就可以交給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理,然后在數(shù)碼管顯示,就可以將被測溫度顯示出來,這種設(shè)計(jì)需要用到 A/D 轉(zhuǎn)換電路,就要用到 A/D 芯片,考慮到電路交復(fù)雜,程序不是很容易寫出來,其中還涉及到紅外解碼與編碼,電路受干擾比較大。而且在對采集的信號進(jìn)行放大時(shí)容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差。 方案二 為了考慮到溫度傳感器,通過單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中, 一般采用的傳感器,它可 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 11 以使用 DS18B20 溫度傳感器,該傳感器可以直接讀取被測溫度值,轉(zhuǎn)換,電路簡單,精度高,軟件和硬件實(shí)現(xiàn)容易,然后用接口芯片的系統(tǒng),滿足設(shè)計(jì)要求。 從以上兩種方案,很容易得出結(jié)論,應(yīng)該采用方案二,電路比較簡單、易實(shí)現(xiàn)、成本低、可靠性高、程序設(shè)計(jì)也比較簡單,所以采用了方案二。 DS18B20 的主要特征: ? 全數(shù)字溫
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