【正文】 …………………………………31謝辭……………………………………………………………………………………32參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………33附錄1 原理圖……………………………………………………………………34附錄2 PCB圖………………………………………………………………………35基于單片機(jī)的智能搖頭控制系統(tǒng)風(fēng)扇設(shè)計(jì)摘要：現(xiàn)在市場上的許多風(fēng)扇都有搖頭功能，但是搖頭的角度是90度固定不變的，而有時(shí)候人們希望風(fēng)扇搖頭的角度可以調(diào)節(jié)，搖頭的速度可以調(diào)節(jié)，這時(shí)候原來固定搖頭角度的風(fēng)扇就不能滿足人們的需要。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)針對這個(gè)問題，提出了設(shè)計(jì)一個(gè)可以調(diào)節(jié)電風(fēng)扇搖頭角度，并且可以調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的搖頭速度的智能搖頭風(fēng)扇。本課題設(shè)計(jì)的思路是:先用AD芯片采集電位器的模擬量，通過AD芯片把模擬量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字量，即設(shè)定的風(fēng)扇搖頭角度,并在液晶上顯示出來。本設(shè)計(jì)還使用了E2 PROM對預(yù)設(shè)角度值，搖頭速度的斷電保存。電扇是人們最常用的家電之一，雖然科技在日益發(fā)展，但是電扇的發(fā)展速度卻顯得十分的緩慢。其實(shí)搖頭對于風(fēng)扇是十分重要的，單人扇風(fēng)扇和多人扇風(fēng)扇的角度需要改變，這樣能更好的利用資源。在輸入方面，本系統(tǒng)使用了一個(gè)8位的AD芯片，用于采集旋阻上面的電壓變換值。在步進(jìn)電機(jī)的控制方面，本系統(tǒng)使用了東芝公司的TA8435步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片，他是一款大功率驅(qū)動芯片，目前主要應(yīng)用在雕刻機(jī)上面，因此能夠足以提供步進(jìn)電機(jī)所需要的功率。 本章小結(jié)本章主要介紹了智能搖頭風(fēng)扇的工作原理以及搖頭風(fēng)扇的基本結(jié)構(gòu)，并且對所使用的元器件也進(jìn)了一些簡單的說明。1602液晶能顯示兩行共16個(gè)字符，用于顯示輸入角度以及頻率的數(shù)值。1x4鍵盤用于切換各種運(yùn)行狀態(tài)。2．2 單片機(jī)的選型 STC89C52RC單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC89C52RC是MCS51系列單片機(jī)的加強(qiáng)版，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。數(shù)據(jù)存儲器(RAM)8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。全雙工串行口：8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。時(shí)鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。INTEL的MCS51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：如圖24圖24 引腳功能圖Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。8051的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖25。 圖25 復(fù)位電路圖Pin30:ALE/當(dāng)訪問外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲器，ALE會跳過一個(gè)脈沖。Pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。在編程時(shí)，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓。使用12MHZ的晶振，外加2個(gè)30P的陶瓷電容協(xié)振。分辨率8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間100μs，輸入電壓范圍為0～5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為 5V。ADC0804芯片外引腳圖如圖27所示。 A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出端，該輸出端具有三態(tài)特性，能與微機(jī)總線相接。 CLKR：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器外接電阻端，與CLKIN端配合可由芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，其頻率為1/。WR：寫信號輸入，接受微機(jī)系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動輸入端，低電平有效，當(dāng)CS、WR同時(shí)為低電平時(shí)，啟動轉(zhuǎn)換。 INTR：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號，低電平有效。該信號常作為向微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的中斷請求信號。如CS、RD同時(shí)來低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開，數(shù)字信號送出，而在RD高電平到來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài)。滿刻度調(diào)整時(shí)，先給輸入端加入電壓 ，使?jié)M刻度所對應(yīng)的電壓值是，其中是輸入電壓的最大值，是輸入電壓的最小值。 （3）參考電壓的調(diào)節(jié) 在使用A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，為保證其轉(zhuǎn)換精度，要求輸入電壓滿量程使用。（4）接地 模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中要特別注意到地線的正確連接，否則干擾很嚴(yán)重，以至影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。在線路設(shè)計(jì)中，必須將所有的器件的模擬地和數(shù)字地分別連接，然后將模擬地與數(shù)字地僅在一點(diǎn)上相連。R8用于第六管腳的限流。 E2PROM芯片的選型 AT24C02簡介AT24C02是由ATMEL公司提供的，I2C總線串行E2PROM，其容量為1KB，～，生產(chǎn) 工藝是CMOS工藝，其引腳如圖210所示。將這3個(gè)引腳配置成不同的編碼值，在同一串行總線上最多可擴(kuò)充8片同一容量或不同容量的24系列串行E2PROM芯片。SCL：串行移位時(shí)鐘控制端。TEST：硬件寫保護(hù)控制引腳。GND：接地VCC：接+5V電壓 I2C總線工作原理I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。 AT24C02的芯片地址如下圖，1010為固定，A0，A1，A2正好與芯片的1，2，3引角對應(yīng)，為當(dāng)前電路中的地址選擇線，三根線可選擇8個(gè)芯片同時(shí)連接在電路中，當(dāng)要與哪個(gè)芯片通信時(shí)傳送相應(yīng)的地址即可與該芯片建立連接。圖210 AT24C02的芯片地址（0xa0為寫，0xa1為讀） E2PROM原理圖圖213 E2PROM原理圖圖213 為E2PROM原理圖，R1與R2為上拉電阻。（16列2行） 管腳功能1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VDD接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度）。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。 字符集1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。 指令集1602通過D0～D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。光標(biāo)加1)，N=0(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減1 amp。 數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(027H，4067H)。 控制器時(shí)序說明（1）讀操作時(shí)序圖214 讀操作時(shí)序圖（2）寫操作時(shí)序圖215 寫操作時(shí)序圖（3）時(shí)序參數(shù)表23 時(shí)序參數(shù)表時(shí)序參數(shù)符號極限值單位測試條件最小值典型值最大值E信號周期tc400－－ns引腳EE脈沖寬度tpw150－－nsE上升沿/下降沿時(shí)間tR,tF－－25ns地址建立時(shí)間tSP130－－ns引腳E、RS、R/W地址保持時(shí)間tHD110－－ns數(shù)據(jù)建立時(shí)間(讀操作)tD－－100ns引腳DB0~DB7數(shù)據(jù)保持時(shí)間(讀操作)tHD220－－ns數(shù)據(jù)建立時(shí)間(寫操作)tSP240－－ns數(shù)據(jù)保持時(shí)間(謝操作)tHD210－－ns 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片的選型 TA8435簡介 TA8435是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動專用芯片,該芯片具有以下特點(diǎn)：圖216 TA8435內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖主要特點(diǎn) TA8435是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動專用芯片，它可以驅(qū)動二相步進(jìn)電機(jī)，且電路簡單，工作可靠。 從圖216中可以看出,TA8435主要由1個(gè)解碼器,2個(gè)橋式驅(qū)動電路、2個(gè)輸出電流控制電路、2個(gè)最大電流限制電路、1個(gè)斬波器等功能模塊組成。各引腳功能如下： 腳1（SGND）：信號地； 腳2（RESET）：復(fù)位端，低電平有效，當(dāng)該端有效時(shí)，電路復(fù)位到起始狀態(tài)，此時(shí)在任何激勵(lì)方式下，輸出各相都置于它們的原點(diǎn)； 引腳3（ENABLE）：使能端，低電平有效；當(dāng)該端為高電平時(shí)電路處于維持狀態(tài)，此時(shí)各相輸出被強(qiáng)制關(guān)閉； 引腳4（OSC）：該腳外接電容的典型值可決定芯片內(nèi)部驅(qū)動級的斬波頻率（15KHZ～80KHZ），計(jì)算公式為：FOSC＝1/COSC　 式中，COSC的單位為μF　 FOSC的單位為KHZ。 TA8435細(xì)分工作原理 在圖218中,第一個(gè)CK時(shí)鐘周期時(shí),解碼器打開橋式驅(qū)動電路,電流從VMA流經(jīng)電機(jī)的線圈后經(jīng)RNFA后與地構(gòu)成回路,由于線圈電感的作用,電流是逐漸增大的,所以RNFB上的電壓也隨之上升。在第2個(gè)時(shí)鐘周期開始時(shí),輸出電流控制電路輸出電壓Ua達(dá)到第2階段,比較器正向電壓也相應(yīng)為第2階段的電壓,因此,流經(jīng)步進(jìn)電機(jī)線圈的電流從第1階段也升至第二階段2,電流波形如圖IA第2部分,第3時(shí)鐘周期,第4時(shí)鐘周期TA8435的工作原理與第2是一樣的,只有又升高比較器正向電壓而已,輸出電流波形如圖IA中第4部分。在CK一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi),流經(jīng)線圈A和線圈B的電流共同作用下,步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)細(xì)分步。 步進(jìn)電機(jī)簡介步進(jìn)電動機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動機(jī),它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?即給一個(gè)脈沖,步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)一個(gè)角度,因此非常合適單片機(jī)控制,在非超載的情況下,電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置