1、信 息 工 程 學 院 課 程 設 計 報 告設計題目: 電風扇模擬控制系統 名 稱: 電子信息專業基礎課程設計 班 級: 電子1101班 姓 名: 王強 劉繪明 學 號: 2011013526 2011013512 設計時間: 2013.12.23 至 2014.01.05 指導教師: 徐明鵑 評 語: 評閱成績: 評閱教師: 目 錄1、 課程設計的性質和目的.32、 課程設計的要求.33、 主要儀器設備及軟件.31、Keil軟件簡介.32、Proteus繪圖軟件簡介.34、 課程設計題目及要求.35、 課題分析及設計思路.41、設計主要內容.42、 AT89C51單片機簡介.43、 ULN

2、2003簡介.54、 直流電機簡介.65、 數碼管簡介.66、 硬件設計框圖.77、 硬件設計電路圖.78、 單片機控制直流電機流程圖.89、 軟件仿真.86、 程序主要代碼與分析.97、 實驗結果截圖.128、 心得體會.13一、課程設計的性質和目的通過課程設計，進行硬件設計和程序設計的方法和技能訓練，鞏固在課堂上學到的有關軟件程序設計和硬件電路設計的基本知識和基本方法，通過具體課題的訓練，進一步熟悉匯編語言的結構和使用方法，掌握軟硬結合的控制程序設計，達到能獨立閱讀、查閱資料、編制和調試完善特定功能的目的。2、 課程設計的要求 1、遵循硬件設計模塊化。2、要求程序設計結構化。3、程序簡明易

3、懂，多運用輸入輸出提示，有出錯信息及必要的注釋。4、要求程序結構合理，語句使用得當。5、適當追求編程技巧和程序運行效率。三、主要儀器設備及軟件 PC機、Keil軟件、Proteus繪圖軟件及仿真等。 1、Keil軟件簡介 Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（uVision）將這些部分組合在一起。 Keil C51生成的目標代碼效率非常之

4、高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優學易用。用過匯編語言后再使用C來開發，體會更加深刻。2、 Proteus繪圖軟件簡介 Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430

5、等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。四、課程設計題目及要求 課程設計題目是電風扇模擬控制系統，設計要求是：1、設計3個按鍵分別控制“自然風”“常風”，“睡眠風”（用直流電機的不同轉速進行模擬）； 2、在數碼管上顯示按鍵的區別；3、設計風扇的過熱保護，即風扇運行一段時間后，暫停5s。五、課題分析及設計思路1、 設計主要內容本設計以AT89C51單片機為核心，從而建立一個控制系統，實現通過3個按鍵控制直流電機的不同轉速，以達到模擬風扇的“自然風”、“常風”和“睡眠風”三種狀態，并在數碼管上

6、顯示三個數字表示三種狀態，同時設計風扇過熱保護，運行一段時間后，暫停5S。 2、AT89C51單片機簡介AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機,片內含4kBytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及89C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89C51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案.AT89C51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flas

7、h片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩器。 此外，AT89C51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷系統可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。AT89C51單片機的基本結構和外部引腳如下圖所示 。 圖2.13、 ULN2003簡介

8、 在自動化密集的的場合會有很多被控元件如繼電器，微型電機，風機，電磁閥，空調，水處理等元件及設備，這些設備通常由CPU所集中控制，由于控制系統不能直接驅動被控元件，這需要由功率電路來擴展輸出電流以滿足被控元件的電流，電壓。ULN2XXXX高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產品就屬于這類可控大功率器件，由于這類器件功能強、應用范圍語廣。因此，許多公司都生產高壓大電流達林頓晶體管陣列產品，從而形成了各種系列產品。N2003是什么- 原理：ULN2003也是一個7路反向器電路，即當輸入端為高電平時ULN2003輸出端為低電平，當輸入端為低電平時ULN2003輸出端為高電平，繼電器得電吸合。如下圖所示 圖

9、3.1 ULN2003A在各種控制電路中常用它作為驅動繼電器的芯片，其芯片內部做了一個消線圈反電動勢的二極管。ULN2003的輸出端允許通過IC 電流200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。輸出電流大，故可以直接驅動繼電器或固體繼電器(SSR)等外接控制器件，也可直接驅動低壓燈泡。本實驗中，ULN2003A用于驅動直流電機。 4、直流電機簡介直流馬達指能將直流電能和機械能相互轉換的電機。應用：電動自行車，電腦風扇、抽水機、吹風機、甩干機和壓縮機、跑步機、電動車、汽車方向盤驅動、電梯、DVD的驅動、大型軋鋼設備、大型精密機床、礦井卷揚機、市內電車、電纜設備、測速電機等

10、。直流馬達可分為機殼、定子和轉子組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐（電樞）。 5、數碼管顯示 數碼管內部由七個條形發光二極管和一個小圓點發光二極管組成，根據各管的亮暗組合成字符。常見數碼管有10根管腳。管腳排列如下圖所示。其中COM為公共端，根據內部發光二極管的接線形式可分為共陰極和共陽極兩種。使用時，共陰極數碼管公共端接地，共陽極數碼管公共端接電源。每段發光二極管需510mA的驅動電流才能正常發光，一般需加限流電阻控制電流的大小。 LED數碼管的ag七個發光二極管。

11、加正電壓的發光，加零電光，不同亮暗組合就能形成不同的字形，這種組合稱為字形碼。 圖5.1 6、硬件設計框圖 圖6.17、 硬件設計電路圖本電路由AT89C51和ULN2003A為核心。 圖7.1 8、單片機控制直流電機流程圖 主程序 定位 返回下一個信號 延遲輸出讀取數組初始化信號定位聲明變量與函數定 位開 始 關閉輸出判斷按鍵狀態；去抖動函數讀取數組；輸出延遲超過4次？ NO YES 圖8.1 9、軟件仿真（1）、把程序在Keil uVision3中調試，成功無錯誤后生成Hex文件。（2）、根據電路圖在proteus軟件中回去電路圖，檢查無錯誤。（3）、雙擊89C51導入生成Hex文件。（4

12、）、點擊proteus軟件左下方的開始鍵，進行仿真，觀察高低電平情況。六、程序主要代碼與分析#include /包含reg51.h的頭文件#define OUTPUT P1 /定義輸出端口P1#define SEG P0 /定義SEG位置sbit BUTTON1=P20; /聲明開關1sbit BUTTON2=P21; /聲明開關2sbit BUTTON3=P22; / 聲明開關3unsigned char steps=20; /定義20步unsigned int times1=50; /聲明開關1的延時時間（5ms）unsigned int times2=100;unsigned int t

13、imes3=150;/*1相激勵信號數組*/char code excite=0x01,0x02,0x04,0x08;char code TAB3=0xf9, 0xa4, 0xb0; /聲明數碼管的值void step_rst(void); /聲明定位函數void delay5ms(int); /聲明延遲函數void debouncer(void); /聲明去抖函數/=主程序=main() /主程序 unsigned char i; /聲明無符號變量i OUTPUT=0; /輸出step_rst(); P2=0xff; /設置輸入口while(1) /while循環開始 if (BUTTON1

14、=0) /如果開關1按下 debouncer(); /去抖 SEG=TAB0; /數碼管顯示1（正常風） for(i=0;isteps;i+) /20步 OUTPUT=excite3-i%4; delay5ms(times1); if(i=19) OUTPUT=0; /輸出為0，開始延時 delay5ms(1000); /延時5000ms else if (BUTTON2=0) /若開關2被按下 debouncer(); /去抖 SEG=TAB1; / /數碼管顯示2 for(i=0;isteps;i+) OUTPUT=excite3-i%4; /控制正轉 delay5ms(times2);

15、/延時 if(i=19) OUTPUT=0; delay5ms(1000); else if (BUTTON3=0) /若按下開關3 debouncer(); /去抖 SEG=TAB2; /數碼管顯示3 for(i=0;isteps;i+) OUTPUT=excite3-i%4; delay5ms(times3); if(i=19) OUTPUT=0; delay5ms(1000); /=延遲函數=void delay5ms(int x) /延時函數開始int i,j; /聲明整型變量i，j for(i=0;ix;i+) /計數x次，延遲約x5ms for(j=0;j600;j+); /計數約

16、600次，延遲約5ms/=去抖函數=void debouncer(void) /聲明去抖函數delay5ms(4); /延時20ms/=定位函數=void step_rst(void) /聲明定位函數char i; /聲明變量i for(i=0;i4;i+) OUTPUT=excitei; delay5ms(100); /延時500ms 7、 實驗結果截圖 （1）、按鍵1按下，數碼管顯示1，自然風。 圖7.1.1（2） 按鍵2按下，數碼管顯示2，常風。圖7.1.2（3） 、按鍵3按下，數碼管顯示3，睡眠風。圖7.1.38、 心得體會 通過本次設計，使我們學到了許多書本上無法學到的知識，也使我深

17、刻體會到單片機技術應用領域的廣泛。不僅讓我對學過的單片機知識有了很多的鞏固，同時也對單片機這一門課程產生更大的興趣。在本次設計過程中，我學會了在網絡上查找有關設計的個硬件的資源，其中包括：直流電機速度控制、AT89C51的腳圖的資料、ULN2003A引腳和驅動的原理以及數碼管的顯示原理。本系統是以單片機AT89C51芯片為核心部件，實現了電風扇系統控制功能，在軟件上是花費時間最多的，我們上網找資料，上圖書館，盡可能的了解有關于電風扇的知識。通過這次設計，使我們得到了一次用專業知識、專業技能分析和解決問題全面系統的鍛煉。使我們在單片機的基本原理、單片機應用系統開發過程，以及在常用編程設計思路技巧

18、的掌握方面都能向前邁了一大步。在設計的過程中，不斷的學習，思考和同學間的相互討論，運用科學的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機系統一般的開發流程，學會對常見問題的處理方法，積累設計系統的經驗，充分發揮教學與實踐的結合。全能提高個人系統開發的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應工作崗位上的工作打下了堅實的基礎。不但加深我對在課程上所學到的單片機理論知識的認識和理解，重新讓自己認識到了這門學科的在應用方面的廣闊前景，并且通過知識與應用于實踐的結合更加豐富了自己的知識。擴展了知識面，不但掌握了本專業的相關知識，而且對其他專業的知識也有所了解，而且較系統的掌握單片機應用系統的開發過程，因而自身的綜合素質有了全面的提高。經過這次一個較完整的產品設計和制作過程，對于認識到自己在知識方面存在的不足，明確今后的學習方向是非常有益的，為將來的的就業提前打了下堅實的基