【正文】 AM，它兼容標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令系統(tǒng)，單片價(jià)格也不貴，適合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電偶等，溫度信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)并放大，由集成運(yùn)放組成的比較電路判決控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，當(dāng)高于或低于某值時(shí)將風(fēng)扇切換到相應(yīng)檔位。以軟件編程的方法進(jìn)行溫度判斷，并在端口輸出控制信號(hào)。 對(duì)于方案二，以單片機(jī)作為控制器，通過編寫程序不但能將傳感器感測(cè)到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且用戶能通過鍵盤接口，自由設(shè)置上下限動(dòng)作溫度值，滿足全方位的需求。故本系統(tǒng)采用方案二。 方案二：采用液晶顯示屏 LCD 顯示溫度 對(duì)于方案一，該方 案成本低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低，顯示驅(qū)動(dòng)程序的編寫也相對(duì)簡(jiǎn)單，這種顯示方式得到廣泛應(yīng)用。 對(duì)于方案二，液晶體顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，不但能顯示數(shù)字還能顯示字符甚至圖形的優(yōu)點(diǎn)，這是 LED 數(shù)碼管無法比擬的。 調(diào)速方式的 選擇 方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832 來控制，由單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度值輸出相應(yīng)數(shù)字量到 DAC0832 中，再由 DAC0832 產(chǎn)生相應(yīng)模擬信號(hào)控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而通過無級(jí)調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。 PWM是英文 Pulse Width Modulation 的縮寫，它是按一定的規(guī)律改變脈沖序列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)節(jié)方式，在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，最常用的是矩形波 PWM 信號(hào)，在控制時(shí)需要調(diào)節(jié) PWM 波得占空比。在控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，占空比越大，轉(zhuǎn)速就越快，若全為高電平，占空比為 100%時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到最大。當(dāng)高電平延時(shí)時(shí)間到時(shí)，對(duì) I/O 口電平取反，使其變成低電平，然后再延時(shí)一定時(shí)間；當(dāng)?shù)碗娖窖訒r(shí)時(shí)間到時(shí)，再對(duì)該 I/O 口電平取反，如此循環(huán)即可得到 PWM 信號(hào)。 (2) 利用定時(shí)器。應(yīng) 用此方法時(shí)編程相對(duì)復(fù)雜。在 STC12 系列單片機(jī)中自身帶有 PWM 控制器，但本系統(tǒng)所用到得 AT89 系列單片機(jī)無此功能。 對(duì)于方案二，相對(duì)于其他用硬件或者軟硬件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速而言，采用 PWM 用純軟件的方法來實(shí)現(xiàn)調(diào)速過程，具有更大的靈活性，并可大大降低成本，能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的功能，對(duì)于簡(jiǎn)單速度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一種有 效的途徑。 控制執(zhí)行部件的選擇 方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 AD0832 控制，由單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前溫度值送出相應(yīng)數(shù)字量到 AD0832，由 AD0832 產(chǎn)生模擬信號(hào)控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而配合無級(jí)調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)溫控時(shí)的自動(dòng)無級(jí)風(fēng)力調(diào)節(jié)。 對(duì)于方案一，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)在風(fēng)扇處于溫控狀態(tài)時(shí)也能無級(jí)調(diào)速，但是 D/A轉(zhuǎn)換芯片價(jià)格較高，與 其溫控狀態(tài)下無級(jí)調(diào)速功能相比性價(jià)比不高。 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 9 3 主要原件的介紹 系統(tǒng)主要器件包括 DS18B20 溫度傳感器、 AT89C52 單片機(jī)、四位 LED 共陰數(shù)碼管、風(fēng)扇步進(jìn)電機(jī)。 溫度傳感器 溫度傳感器的種類和選擇 目前市場(chǎng)上常用的溫度傳感器有 pt100，溫敏電阻， DS18B20 等等。 DS18B20 的工作原理及其單片機(jī)的接口電路 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 31 所示，主要由 4 部分組成： 64 位 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 10 圖 31 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 32 DS18B20 外形及管腳 由于 DS18B20 只有一根數(shù)據(jù)線。經(jīng)過單線接口訪問DS18B20 必須遵循如下協(xié)議：初始化、 ROM 操作命令、存儲(chǔ)器操作命令和控制操作。 主機(jī)發(fā)送（ Tx） 復(fù)位脈沖（最短為 480μs 的低電平信號(hào)）?？偩€經(jīng)過 的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。然后以存在復(fù)位脈沖表示 DS18B20 已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收，然后給出正確的 ROM命令和存儲(chǔ)操作命令的數(shù)據(jù)。它有寫時(shí)間片和讀時(shí)間片兩種。有兩種類型的寫時(shí)間片：寫 1 時(shí)間片和寫 0 時(shí)間片。 讀時(shí)間片：從 DS18B20 讀數(shù)據(jù)時(shí)，使用讀 時(shí)間片。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少 1 微秒；來自DS18B20 的輸出數(shù)據(jù)在時(shí)間下降沿之后的 15 微秒內(nèi)有效。在時(shí)間片結(jié)束時(shí)， I/O引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回高電平，所有讀時(shí)間片的最短持續(xù)期為 60 微秒，包括兩個(gè)讀周期間至少 1μs 的恢復(fù)時(shí)間。所有ROM 操作命令均為 8 位長(zhǎng)。其種類如下： （ 1） AVR 單片機(jī) ： ATMEL 公司的 AVR 單片機(jī)，是增強(qiáng)型 RISC 內(nèi)載 Flash 的單片機(jī)，芯片上的 Flash 存儲(chǔ)器附在用戶的產(chǎn)品中，可隨時(shí)編程，再編程，使用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)容易，更新?lián)Q代方便 。 AVR智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 12 單片機(jī)工作電壓為 ~，可以實(shí)現(xiàn)耗電最優(yōu)化。 （ 2） Motorola 單片機(jī) ： Motorola 是世界上最大的單片機(jī)廠商。 Motorola 單片機(jī)的特點(diǎn)之一是在同樣的速度下所用的時(shí)鐘頻率較Intel 類單片機(jī)低得多，因而使得高頻噪聲 低，抗干擾能力強(qiáng)，更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。 適用于用量大，檔次低，價(jià)格敏感的產(chǎn)品。 （ 4） MDT20XX 系列單片機(jī) ： 工業(yè)級(jí) OTP 單片機(jī)， Micon 公司生產(chǎn)，與 PIC 單片機(jī)管腳完全一致，海爾集團(tuán)的電冰箱控制器， TCL 通信產(chǎn)品，長(zhǎng)安奧拓鈴木小轎車功率分配器就采用這種單片機(jī)。在技術(shù)上有其獨(dú)到之處 ： SX 系列雙時(shí)鐘設(shè)置，指令運(yùn)行速度可達(dá)50/75/100MIPS(每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令， XXX M Instruction Per Second) ；具有虛擬外設(shè)功能，柔性化 I/O 端口，所有的 I/O 端口都可單獨(dú)編程設(shè)定，公司提供各種 I/O 的庫(kù)函數(shù)，用于實(shí)現(xiàn)各種 I/O 模塊的功能，如多路 UART，多路 A/D， PWM， SPI， DTMF，F(xiàn)S， LCD 驅(qū)動(dòng)等等。通過計(jì)算機(jī) RS232C 接口，采用專用串行電纜即可對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)仿真。廣泛用于工業(yè)控制，醫(yī)療設(shè)備，家用電智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 13 器，儀器儀表，通信設(shè)備和手持式消費(fèi)類產(chǎn)品等領(lǐng)域。 （ 7） 東芝單片機(jī) ： 東芝單片機(jī)門類齊全， 4 位機(jī)在家電領(lǐng)域有很大市場(chǎng)， 8 位機(jī)主要有 870 系列 ， 90 系列，該類單片機(jī)允許使用慢模式，采用 32K 時(shí)鐘時(shí)功耗降至10UA 數(shù)量級(jí)。 （ 8） 8051 單片機(jī) ： 8051 單片機(jī)最早由 Intel 公司推出，其后，多家公司購(gòu)買了8051 的內(nèi)核，使得以 8051 為內(nèi)核的 MCU 系列單片機(jī)在世界上產(chǎn)量最大，應(yīng)用也最廣泛，有人推測(cè) 8051 可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn) MCU 芯片。 （ 9） 華邦單片機(jī) ： 華邦公司的 W77， W78 系列 8 位單片機(jī)的腳位和指令集與8051 兼容， 但每個(gè)指令周期只需要 4 個(gè)時(shí)鐘周期，速度提高了三倍，工作頻率最高可達(dá) 40MHz。 W741 系列的 4 位單片機(jī)帶液晶驅(qū)動(dòng)，在線燒錄，保密性高，低操作電壓 (~)。AT89C2 有 40 個(gè)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，分別使用于兩種不同的情況。第二種情況是單片機(jī)帶片外存儲(chǔ)器，其各引腳在 CPU 訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)先是用于傳送片外存儲(chǔ)器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對(duì)片外存儲(chǔ)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(shí)需外接上拉電阻而 P1 口則無需。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 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(shí)可與 P0 口的第二功能配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高 8 位地址，共同選中片外存儲(chǔ)單元，但此時(shí)不能傳送存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。 P3 口： P3 口 引 腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，當(dāng) P3 口寫入 1 后，它們被內(nèi)部 上拉為高電平。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平狀態(tài) 。在不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)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(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。 EA /VPP： 允許訪問片外存儲(chǔ)器 /編程電源線， 當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間允許使用片 外程序存儲(chǔ) 器 ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP） 。 AT89C52 的性能特點(diǎn)和芯片引腳圖 AT89C52 單片機(jī)，采用雙列直插封裝（ DIP），有 40 個(gè)引 腳。其主要特征如下： （ 1） 8 位 CPU （ 2） 內(nèi)置 4K 字節(jié)可重復(fù)編程 Flash，可重復(fù)擦寫 1000 次 （ 3） 完全定態(tài)操作： 0Hz~24Hz，可輸出時(shí)鐘信號(hào) （ 4） 128B 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ 5） 32 根可編程 I/O 線 （ 6） 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 （ 7） 中斷系統(tǒng)有 6 個(gè)中斷源，可編為兩個(gè)優(yōu)先級(jí) （ 8） 一個(gè)全雙工可編程串行通道 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 16 （ 9） 具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式 值得注意的是， P0、 P P P3 口作為普通 I/O 口使用時(shí)都是準(zhǔn)雙向口結(jié)構(gòu)，其輸入操作和輸出操作本質(zhì)不同，輸入操作是讀引腳狀態(tài)，輸出是對(duì)鎖存器的寫入操作。但在輸入操作時(shí)，如果鎖存器狀態(tài)為 0 引腳被鉗位 0 狀態(tài)，導(dǎo)致無法讀出引腳的高電平輸入。然后，再讀引腳，例如：要將 P1 口的狀態(tài)讀入到累加器 A 中，應(yīng)執(zhí)行以下兩條指令： MOV P1， 0FFH ； P1 口置入方式 MOV A， P1 ； 讀 P1 口 引腳狀態(tài)到 A 另外， I/O 口的端口自動(dòng)識(shí)別功能，保證了無論是 P1 口（低 8 位地址） P2 口（高8 位地址）的總線復(fù)用，還是 P3 口的功能復(fù)用，內(nèi)部資源自動(dòng)選擇而不需要用指令進(jìn)行狀態(tài)選擇。由于單片機(jī)的壽命長(zhǎng)、速度快、低功耗、低噪聲、可靠性高的特點(diǎn)及 16 位、 32 位單片機(jī)的出現(xiàn)，在工業(yè)領(lǐng)域仍具有很大的發(fā)展?jié)摿Α? E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732T X D11R X D10P 2 728P 2 627P 2 526P 2 425P 2 324P 2 223P S E N29A L E / P30P 2 021P 2 12280 51 圖 35 AT89C52 引腳 圖 直流電機(jī) 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 17 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖 36 所示。電動(dòng)機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動(dòng)機(jī)相似，但沒有籠型繞組和其它啟動(dòng)裝置。轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對(duì)數(shù)（ 2P=2,4....）組成。三相定子繞組分別與電子開關(guān)線路中相應(yīng)的功率開關(guān)器件連接，在圖 中 A 相、 B 相、 C 相繞組分別與功率開關(guān) V V V3 相接。 當(dāng)定子繞 組的某一相通電時(shí)，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁場(chǎng)的磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)位置變換成電信號(hào)，去控制電子開關(guān)線路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。 因此，所謂直流電動(dòng)機(jī)，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為是一臺(tái)由電子開關(guān)線路、永磁式同步電動(dòng)機(jī)以及位置傳感器三者組成的“電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)”。 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 18 圖 37 直流電動(dòng)機(jī)原理框圖 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的永久磁鋼與永久有刷直流電動(dòng)機(jī)中所使用的永久磁鋼的作用相似，均是在電動(dòng)機(jī)的氣隙中建立足夠的磁場(chǎng)，其不同之處在于無刷直流電動(dòng)機(jī)中永久磁鋼裝在轉(zhuǎn)子上，而直流有刷電動(dòng)機(jī)的磁鋼裝在定子上。功率邏輯開關(guān)單元是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以及一定邏輯關(guān)系分配給無刷直流電動(dòng)機(jī)定子上各相繞組，以便使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。但位置傳感器產(chǎn)生的信號(hào)一般不能直接用來控