【文章內(nèi)容簡介】 不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序 存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1： 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 智能溫控風(fēng)扇 11 XTAL2： 來自反向振蕩器的輸出。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、晶振、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運行狀態(tài)。電源、晶振等電路是使單片機(jī)能運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進(jìn)行存儲器擴(kuò)展、 A/D 擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。 AT89C51 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機(jī)，因此，這種芯 片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用 AT89C51 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機(jī)接上晶振電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖 33 所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。 圖 33 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖 1. 時鐘 電路 在 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的 XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體 (簡稱晶振 )，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。 圖中電容 C1 和 C2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振 ， 電容選30pF，晶振頻率選擇 12MHz。 由石英晶體構(gòu) 成的振蕩器產(chǎn)生的脈沖頻率很穩(wěn)定且速率很高，且電路簡單。單片機(jī)時鐘 電路的設(shè)計原理圖如圖 34 所示 時 鐘 電路 復(fù)位電路 AT89C51 I/0 口 智能溫控風(fēng)扇 12 圖 34 AT89C51 內(nèi)部時鐘電路 2. 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵以重新啟動。單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。 AT89C51 芯片的第 9 腳 RESET 是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號時高電平有效，有效時間應(yīng)持續(xù) 2 個機(jī)器周期以上，若使用頻率為 12MHz 的晶振， 則復(fù)位信號持續(xù)時間超過 2181。s 才能完成復(fù)位操作。 圖 35 為上電自動復(fù)位電路，只要 VCC 上升時間不超過 1ms，通過在 VCC和 RESET 引腳之間加一個 10181。F 的電容，上電瞬間，電容充電電流最大，電容相當(dāng)于短路， RESET 端為高電平，自動復(fù)位；電容兩端的電壓達(dá)到電源電壓時，電容充電電流為零，電容相當(dāng)于開路， RESET 端為低電平，程序正常運行。 C110U FV C CR110k 圖 35 AT89C51復(fù)位電路 智能溫控風(fēng)扇 13 溫度采集電路 溫度處理方法 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體器件公司推出的單總線數(shù) 字化智能集成溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 ms 和 750 ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源，因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進(jìn)，給用戶 帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 工作原理 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器采集現(xiàn)場溫度，將測量到的數(shù)據(jù)送入 AT89C51 單片機(jī)的 口，經(jīng)過單片機(jī)處理后顯示當(dāng)前溫度值，并與設(shè)定溫度值的上下限值作比較，若高于設(shè)定上限值或低于設(shè)定下限值則控制風(fēng)速進(jìn)行調(diào)整。 智能溫控風(fēng)扇 14 圖 36 DS18B20 溫度采電路 其他電路 數(shù)碼管 驅(qū)動 顯示電路 本電路的顯示驅(qū)動模塊是由 74HC573 芯片來完成的， 74HC573 包含八路 D 型透明鎖存器，每個鎖存器具有獨立的 D 型輸入，以及適用于面 向總線的應(yīng)用的三態(tài)輸出。所有鎖存器共用一個鎖存使能（ LE）端和一個輸出使能（ OE）端。 本電路的顯示模塊主要由一個 4 位一體的 7 段 LED 數(shù)碼管構(gòu)成，用于顯示測量到的溫度及當(dāng)前的檔位。 每一位數(shù)碼管的 a,b,c,d,e,f,g 和 dp 端都各自連接在一起，用于接收單片機(jī)的 P0 口產(chǎn)生的顯示段碼。 S1， S2， S3， S4 引腳端為其位選端，用于接收單片機(jī)的 P2 口產(chǎn)生的位選碼。本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描方式。 掃描方式是把所有數(shù)碼管的 8 個比劃段 a~g 和 dp 同名端連在一起，而每一個數(shù)碼管的公共極 COM 各自獨立地受 I/O 線控制。 CPU 從字段 輸出口送出字型碼時，所有數(shù)碼管接收到相同的字型碼，但究竟是哪個數(shù)碼管亮，則取決于 COM 端。 COM端與單片機(jī)的 I/O 接口相連接，由單片機(jī)輸出位位選碼到 I/O 接口，控制何時哪一位數(shù)碼管被點亮。在輪流點亮數(shù)碼管的位掃描過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間智能溫控風(fēng)扇 15 極為短暫。但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，給人的印象就是一組穩(wěn)定顯示的數(shù)碼。動態(tài)方式的優(yōu)點是十分明顯的，即耗電省，在動態(tài)掃描過程中，任何時刻只有一個數(shù)碼管是處于工作狀態(tài)的。具體原理圖如圖 41 所示 OC1C111D22D33D44D55D66D77D88D91Q192Q183Q174Q165Q156Q147Q138Q12U274H C 573ABCDEFGe1d2dp3c4g5S46b7S38S29f10a11S112U34 L E DA F BE D C GP24P25P26P27101020V C C 圖 37 數(shù)碼管顯示電路 風(fēng)扇驅(qū)動電路 風(fēng)扇的驅(qū)動采用的是兩個三極 管，三級管將信號放大，然后傳輸?shù)斤L(fēng)扇。下圖是該模塊電路： M風(fēng)扇V C CQ28550Q18050R21kR310kR41k 圖 38 風(fēng)扇驅(qū)動模塊 按鍵模塊 本設(shè)計選用獨立式鍵盤接法，實現(xiàn)方法是利用單片機(jī) I/O 口讀取口的電平高智能溫控風(fēng)扇 16 低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個 I/O 口，程序開始時將此 I/O 口置于高電平，平時無鍵按下時 I/O 口保持高電平。當(dāng)有鍵按下時，此 I/O 口與地短路迫使 I/O 口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使 I/O 口仍然保持高電平。在軟件中通過軟件延時來消除按鍵的機(jī)械抖動。 1 23 4K11 23 4K21 23 4K3K1 K2 K3 圖 39 按鍵模塊電路圖 智能溫控風(fēng)扇 17 第四章 系 統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序流程圖 要實現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前溫度實時的控制風(fēng)扇的狀態(tài)，需要在程序中不時的判斷當(dāng)前溫度值是否超過設(shè)定的動作溫度值范圍。由于單片機(jī)的工作頻率高達(dá) 12MHz，在執(zhí)行程序時不斷將當(dāng)前溫度和設(shè)定動作溫度進(jìn)行比較判斷，當(dāng)超過設(shè)定溫度值范圍時及時的轉(zhuǎn)去執(zhí)行超溫處理和欠溫處理子程序，控制風(fēng)扇實時的切換到關(guān)閉、弱風(fēng)、大風(fēng)三個狀態(tài)。 顯示驅(qū)動程序以查七段碼取得各數(shù)碼管應(yīng)顯數(shù)字，逐位掃描顯示。主程序流程圖如圖 41 所示。 開始 程序初始化 調(diào)用 DS18B20 初始化函數(shù) 調(diào)用 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù) 調(diào)用溫度讀取函數(shù) 調(diào)用按鍵 掃描函數(shù) 調(diào)用數(shù)碼管 顯示函數(shù) 調(diào)用溫度 處理函數(shù) 調(diào)用風(fēng)扇 控制函數(shù) 結(jié)束 智能溫控風(fēng)扇 18 圖 41 主程序流程圖 子程序流程圖 先對 DS18B20 初始化，再進(jìn)行 ROM 操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。 DS18B20 每一步操作都要遵循嚴(yán)格的工作時序和通信協(xié)議。如主機(jī)控制 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對 DS18B20 進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條 ROM 指令，最后發(fā)送 RAM 指令，這樣才能對 DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。 發(fā) D S 1 8 B 2 0 復(fù) 位 命 令發(fā) 跳 過 R O M 命 令發(fā) 讀 取 溫 度 命 令讀 取 操 作 ， C R C 校 驗9 字 節(jié) 完 ？C R C 校 驗 正 確 ？移 入 溫 度 暫 存 器結(jié) 束NYYN 圖 42 DS18B20程序流程圖 智能溫控風(fēng)扇 19 數(shù)碼管顯示子程 序流程圖 程序?qū)崿F(xiàn)的功能是將從 DS18B20 讀取的二進(jìn)制溫度值轉(zhuǎn)換為七段碼在 LED上顯示出來。顯示方式采用的是動態(tài)掃描的方式，先給位選信號，再給段選信號，然后延時一下。具體流程圖如圖 43 圖 43 數(shù)碼管顯示電路流程圖 按鍵子程序流程圖 硬件設(shè)計上為通過 3 個按鍵，由按鍵掃描子程序 KEYSCAN 子程序提供軟件支持。按下一次設(shè)置鍵 K1，進(jìn)入溫度上限設(shè)置，此時按下 “加 ”鍵 K2，加一，按下 “減 ”鍵 K3，減 1。再按一次設(shè)置鍵 K2，進(jìn)入溫度下限設(shè)置狀 態(tài)，此時按下 “加 ”鍵 K2，加一，按下 “減 ”鍵 K3，減 1。下限動作溫度值 TL 和上限動作溫度值的設(shè)置范圍為 10100 攝氏度，滿足一般使用要求。再按一次設(shè)置鍵 K3 退出上下限溫度設(shè)置狀態(tài)。 第一位送位選給低 第一位送形 延時 10ms顯示 第二位送位選給低 第三位送位選給低 第四位送位選給低 第二位送形 第三位送形 第四位送形 延時 10ms顯示 延時 10ms顯示 延時 10ms顯示 結(jié)束 智能溫控風(fēng)扇 20 圖 44按鍵程序流程圖 判斷設(shè)置鍵 是否按下 設(shè)置按鍵按下 延時去抖 判斷當(dāng)前設(shè)置模式 設(shè)置上限 設(shè)置下限 退出設(shè)置 判斷加、減鍵 是否按下 修改設(shè)置的閥值 結(jié)束 N Y Y N 智能溫控風(fēng)扇 21 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)功能 硬件調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試中為驗證 DS18B20 是否能在系統(tǒng)板上工作，將手心靠攏或者捏住芯片，即可發(fā)現(xiàn) LED 顯示的前兩位溫度也迅速升高，驗證了 DS18B20 能在系統(tǒng)板上工作。在本系統(tǒng)中風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)兩級 調(diào)速。通過溫度傳感器檢測的溫度與系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度值的比較，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速變換。當(dāng)外界溫度低于設(shè)置溫度時，電機(jī)不轉(zhuǎn)動或自動停止轉(zhuǎn)動；當(dāng)外界溫度高于設(shè)置溫度時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高或是自動開始轉(zhuǎn)動。 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)檢測環(huán)境溫度的變化，然后根據(jù)環(huán)境溫度和設(shè)置的閥值來控制風(fēng)扇直流電機(jī)輸入占空比的變化，從而產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)動速度，亦可根據(jù)鍵盤調(diào)節(jié)不同的設(shè)置溫度，再由環(huán)境溫度與設(shè)置溫度的差值來控制電機(jī)。當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)置溫度時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動；當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)置溫度時，單片機(jī)對應(yīng)輸出口輸出不同占空比的 PWM 信號，控制電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)還能動態(tài)的顯示當(dāng)前溫度和當(dāng)前的檔位，并能通過鍵盤調(diào)節(jié)當(dāng)前的設(shè)置溫度。 系統(tǒng)功能分析 系統(tǒng)總體上由四部分來組成，即 按 鍵電路、數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路、溫度檢測電路、風(fēng)扇驅(qū)動電路。首先考慮 的是溫度檢測電路，該部分是整個系統(tǒng)的首要部分，首先要檢測到環(huán)境溫度，才能用單片機(jī)來判斷溫度的高低，然后通過單片機(jī)控制直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速；其次是電機(jī)驅(qū)動電路，該部分需要使用外圍電路將單片機(jī)輸出的 PWM 信號轉(zhuǎn)化為平均電壓輸出，根據(jù)不同的 PWM 波形得到不同的平均電壓，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電路的設(shè)計中 采用了兩個三極管組成復(fù)合管驅(qū)動，實現(xiàn)較好的控制效果；再次是數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路，該部分的功能實現(xiàn)對環(huán)境溫度和檔位的顯示，其中 DS18B20 采集環(huán)境溫度，按鍵實現(xiàn)不同設(shè)置溫度的調(diào)整，實現(xiàn)了對環(huán)境溫度和檔位的及時連續(xù)顯示。 智能溫控風(fēng)扇 22 總結(jié) 本次 畢業(yè)設(shè)計的課題為智能溫控風(fēng)扇，本次課題是專業(yè)知識與實際很好的一次結(jié)合，為了更好的完成這次畢業(yè)設(shè)計，我們查閱了大量的關(guān)于溫度控制 類書籍、學(xué)術(shù)論文等相關(guān)資料。我們 從 一開始的無從下手到后來的慢慢理解 ，通過 這中間的經(jīng)歷的確讓 我們學(xué)習(xí)到了很多。 本次設(shè)計的系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，以溫度傳感 器 DS18B20 檢測環(huán)境溫度，實現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)不同的風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速， LED 數(shù)碼管能連續(xù)穩(wěn)定的顯示環(huán)境溫度和檔位，并能通過三個獨立按鍵調(diào)節(jié)不同的設(shè)置溫度，從而改變環(huán)境溫度與設(shè)置溫度的差值，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。實現(xiàn)了基于單片機(jī)的溫控風(fēng)扇的設(shè)計。 本系統(tǒng)設(shè)計可推廣到各種電動機(jī)的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。在生產(chǎn)生活中，本系統(tǒng)可用于簡單的日常風(fēng)扇的智