【正文】 然后再延時一定時間；當?shù)碗娖窖訒r時間到時，再對 I/O 電平取反，使其變成高電平，如此循環(huán)即可得到 PWM 信號。 （ 2）利用定時器。但是此方法編程相對復雜。在 STC12 系列單片機中自身帶有PWM 控制器，但本系統(tǒng)所應用到的 AT89C52 單片機無此功能。 對于方案二，相對于其他用硬件或是軟件相結合的方法實現(xiàn)對電機進行調速而言，采用 PWM 用純軟件的方法來實現(xiàn)調速過程，具有更大 的靈活性，并大大降低了成本，能夠充分發(fā)揮單片機的功能，對于簡單速度控制系統(tǒng)的實 現(xiàn)提供了一種有效的途徑。 第三章 各單元模塊的硬件設計 6 第三章 各單元模塊的硬件設計 系統(tǒng)主要器件包括 DS18B20 溫度傳感器、 AT89C52 單片機、五位 LED 共陰數(shù)碼管、風扇直流電機，達林頓反向驅動器 ULN2803。 系統(tǒng)器件簡介 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器簡介 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，是采用美國 DALLAS 半導體公司生產(chǎn)的DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片 封裝而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微型處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉化成串行數(shù)字信號供處理器處理。 DS18B20 的主要特征：測量的結果直接以數(shù)字信號的形式輸出，以“一線總線”方式串行傳給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；溫度測量范圍在 55℃ ～ +125℃之間，在 10℃ ～ +85℃時精確度為177。 DS18B20 內(nèi)部結構主要有四部分： 64 位 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 達林頓反向驅動器 ULN2803 簡介 本系統(tǒng)要用單片機控制風扇直流電機，需要加驅動電路，為直流電機提供足夠大的驅動電流。 ULN2803 在使用時接口簡單，操作方便，可為電機提供較大的驅瓊州學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 7 動電流，它實際上是一個集成芯片，單塊芯片可同時驅動 8 個電機。 UNL2803 由 8 個 NPN 達林頓晶體管組裝而成，共 18 個引腳，引腳 1～ 8 分別是 8 路驅動器的輸入端，輸入信號可直接是 TTL 或是 CMOS 信號；引腳 11～ 18 分別是 8 路驅動器的輸出端；引腳 9 為接地線，引腳 10 為電源輸入。本系統(tǒng)選用的電機為 12V 直流無刷電機，可用 ULN2803來驅動。 AT89C52 有 40 個引腳，各引腳介紹如下： VCC： +5V 電源線； GND：接地線。這 8 條引腳共有兩種不同的功能，分別適用于兩種不同的情況。第二種情況是單片機帶片外存儲器，其各個引腳在 CPU 訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲 器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。它也可作為通用的 I/O 口使用，與 P0 口一樣用于傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)，所不同的是它片內(nèi)含上拉電阻而 P0 口沒有，故 P0口在做該用途時需外接上拉電阻而 P1 口則不需要。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部含有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，它可以作為通用I/O 口使用，傳送用戶的輸入 /輸出數(shù)據(jù)，同時可與 P0 口的第二功能配合，用于輸出片外存儲器的高 8 位地 址，共同選中片外存儲單元，但此時不能傳送存儲器第三章 各單元模塊的硬件設計 8 的讀寫數(shù)據(jù)。 P3 口： P3 口引腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，當 P3 口寫入 1 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，它也可以作為普通的 I/O 口使用，傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)， P3 口也作為一些特殊功能端口使用，如圖 31 所示。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器 周期的高電平狀態(tài)。在不瓊州學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 9 訪問片外存儲器時，單片機自動在 ALE/PROG 線上輸出頻率為 1/6 晶振頻率的脈沖 序列。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。 EA /VPP：允許訪問片外存儲器 /編程電源線，當 EA 保持低電平時，則在此期間允許使用片外程序存儲器，不管是否有內(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）。 LED 數(shù)碼管簡介 本系統(tǒng)選用五個 LED 數(shù)碼管來進行溫度顯示。 LED 數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽極兩種結構，如圖 32（ a）和圖 32（ b）所示。通過單片機引腳輸出高低電平，可使數(shù)碼管顯示相應的數(shù)字或字母，這種使數(shù)碼管顯示字形的數(shù)據(jù)稱字形碼，又稱段選碼 。這里 07H 即為數(shù)字 7 的段選碼。 電路設計 開關復位與晶振電路 在單片機應用系統(tǒng)中，出單片機本身需要復位以外，外部擴展 I/O 接口電路也需要復位，因此需要一個包括上電和按鈕復位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復位電路。笨設計中開關復位與晶振電路如圖 33 所示，當按下按鍵開關S1 時，系統(tǒng)復位一次。 瓊州學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 11 圖 33 系統(tǒng)復位與晶振電路 獨立 按鍵 連接電路 按鍵 包括兩個獨立按鍵 S2 和 S3，一端與單片機的 和 口連接，另一端接地，當按下任一鍵時， P1 口讀取低電平有效。其中按鍵 S2 為加按鍵，每按一次，系統(tǒng)對最初設定值加一，按鍵 S3 為減按鍵，每按下一次，系統(tǒng)對初定值進行減一計算。 第三章 各單元模塊的硬件設計 12 圖 34 獨立按鍵連接電路 數(shù)碼管顯示電路 本設計制作中選 用 5 位共陰極數(shù)碼管作為顯示模塊，它和單片機硬件的接口如圖 35 所示。 5 位數(shù)碼管的段選 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 線分別與單片機的 ～ 口連接，其中 P0 口需要接一 10K 的上拉電阻，以使單片機的 P0口能夠輸出高低電平。 瓊州學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 13 圖 35 數(shù)碼管顯示電路 溫度采集電路 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器通過其內(nèi)部計數(shù)時鐘周期的作用，實現(xiàn)了特有的溫度測量功能。如果計數(shù)器計數(shù)到 0 時，高溫度系數(shù)振蕩周期還未結束，則表示測量的溫度值高于 55℃，被預置在 55℃的溫度寄存器中的值就加 1℃，然后這個過程不斷反復，知道高溫系數(shù)振蕩 周期結束為止。由于溫度振蕩器的拋物線特性的影響，其內(nèi)用的斜率累加器進行補償。只須將 DS18B20 信號線與單片機 1 位 I/O 線相連，且單片機的 1 位 I/O 線可掛多個 DS18B20，就可第三章 各單元模塊的硬件設計 14 實現(xiàn)單點或多點溫度檢測。 圖 36 溫度采集電路 風扇電機驅動與調速電路 本設計中由單片機的 I/O 口輸出 PWM 脈沖，通過一個達林頓反向驅動器ULN2803 驅動 12V 的直流無刷電機以及實現(xiàn)風扇電機轉速的調節(jié)。當環(huán)境溫度升高時，直流電機的轉速會相應按照設定的等級有所提高；當環(huán)境溫度下降時，電機的轉速會相應的下降；當環(huán)境溫度低于設置溫度時，電機停止轉動，而 環(huán)境溫度又高于預設溫度時，電機重新啟動。 瓊州學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 15 圖 37 風扇電機驅動與調速電路 系統(tǒng)選用的風扇電機為 12 直流無刷電機，達林頓反向驅動器 ULN2803 輸入TTL 信號為 5V 或 CMOS 信號為 6～ 15V 時，輸出的最大電壓為 50V，最大電流為500mA，工作溫度范圍為 0～ 70℃。 電路總圖 電路總圖主要包括 系統(tǒng)復位與晶振電路、獨立按鍵連接電路、數(shù)碼管顯示電路、溫度采集電路 、 風 扇電機驅動與調速電路等，如圖 38 所示。 DS18B20 初始化函數(shù)完成對 DS18B20 的初 始化； DS18B20 溫度轉換函數(shù)完成對環(huán)境溫度的實時采集；溫度讀取函數(shù)完成主機對溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取及數(shù)據(jù)換算， 按鍵 掃描函數(shù)則根據(jù)需要完成初值的加減設定；溫度處理函數(shù)對采集到的溫度進行分析處理，為電機轉速的變化提供條件；風扇電機控制函數(shù)則根據(jù)溫度的數(shù)值完成對電機轉速及啟停的控制。 圖 41 主程序圖 開始 程序初始化 調用 DS18B20 初始化函數(shù) 調用 DS18B20 溫度轉換函數(shù) 調用溫度讀取函數(shù) 調用 按鍵 掃描函數(shù) 調用數(shù)碼管顯示函數(shù) 調用溫度處理函數(shù) 調用風扇電機控制函數(shù) 結束 第四章 軟件設計 18 主要程序代碼 按鍵掃描程序 void keyscan(void) { if(key1==0) { dmsec(5)。 if(sheding==100) sheding=20。 } else if(key2==0) { dmsec(5)。 if(sheding==0) sheding=20。 } } 溫度處理程序 void deal(uint tmp) //溫 度處理 瓊州學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 19 { if(tmp=sheding) { gaonum=0。 } else if((tmpsheding)amp。(tmp=(sheding+5))) { gaonum=1。 } else if((tmpsheding+5)amp。(tmp=(sheding+10))) { gaonum=2。 } else if((tmpsheding+10)amp。(tmp=(sheding+15))) { gaonum=3。 } else { gaonum=4。 } } 第四章 軟件設計 20 用 Keil C51 編寫程序 Keil C51 是美國 Keil Software 公司開發(fā)的 51 系列兼容單片機 C 語言的軟件開發(fā)系統(tǒng)，與單片機匯編語言相比， C 語言不僅語句簡單靈活，而且編寫的函數(shù)模塊可移植性強，因而易學易用，效率高。 Keil C51 軟件不僅提 供了豐富的庫函數(shù)，而且它強大的集成開發(fā)調試工具為程序編輯調試帶來便利，在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Keil C51 的使用界面如圖 32 所示。 Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，它不僅和其他 EDA 工具一樣有原理 布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能，而且更重要的功能是，它的電路仿真是互動的，可以根據(jù)仿真實時觀察到現(xiàn)象驗證設計的正確性及準確性并及時改變程序代碼、原理圖連接以及元件屬性等。 Proteus 有 4 個功能模塊：智能原理圖設計、完善的電路仿真功能、獨特的單片機協(xié)同仿真功能以及實用的 PCB 設計平臺。軟件的使用主界面如圖 43 所示。在原理圖繪制連接好后再把編譯好的程序加載到 AT89C52 單片機中。 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設置為 攝氏度，用 按鍵 S2 調節(jié)預設的溫度為 23 攝氏度。 圖 44 仿真效果圖一 瓊州學院本科畢業(yè)論文 (設計 ) 23 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設置為 攝氏度，用 按鍵 S2 調節(jié)預設的溫度為 23 攝氏度。 圖 45 仿真效果圖二 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設置為 攝氏度，用 按鍵 S2 調節(jié)預設的溫度為 23 攝氏度。 第四章 軟件設計 24 圖 46 仿真效果圖三 在上一步仿真的基礎上（溫度傳感器 DS18B20 溫度設置為 攝氏度，系統(tǒng)預設的溫度為 23 攝氏度），用 按鍵 S2 調節(jié)系統(tǒng)預設溫度至 31 攝氏度，此時可知預設溫度大于溫度傳感器檢測到的溫度，觀察到直流風扇電機的轉速逐漸變慢，最后轉速變?yōu)?0，符合系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，如圖 47 所示。當環(huán)境溫度低于系統(tǒng)預設的溫度時，風扇自動停止運轉，實現(xiàn)了系統(tǒng)所設計的功能。 第五章 系統(tǒng)調試 26 第五章 系統(tǒng)調試 軟件調試 按鍵顯示部分的調試 起初根據(jù)設計編寫的系統(tǒng)程序：程序的按鍵接口采用 P1 口，數(shù)碼管現(xiàn)實采用 P0 控制 LED 的段碼， P2 口控制 LED 的位碼，從而實現(xiàn) 按鍵 功能以及數(shù)碼管的顯示。 經(jīng)過查找分析，發(fā)現(xiàn) 按鍵 掃描程序沒有按鍵消抖部分，按鍵在按下與松手時，都會有一定 程序的抖動，從而可能使單片機做出錯誤的判斷，導致按鍵條件預設溫度時失靈，甚至根本不工作。 數(shù)碼管不能正確的顯示，主要是因為所有數(shù)碼管的段碼都由 P0 口傳送，而數(shù)碼管顯示又采用了動態(tài)掃描的方式，但在程序中卻沒有設置顯示段碼的暫存器，導致當 P0 口傳送段碼時發(fā)生混亂，不能正確識別段碼。 在 按鍵 加入了消抖程序，數(shù)碼管顯示程序中加入了段碼的存儲空間后，數(shù)碼管能夠正常的顯示，按鍵也能正常的工作，達到了較好的效果。軟件設計采用了 口為數(shù)字溫度輸入口，但是需要對輸入的數(shù)字信號進行處理后才能