單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》課程設(shè)計(jì)（報(bào)告）題目：電風(fēng)扇模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本文主要設(shè)計(jì)了電風(fēng)扇的模擬控制系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)的硬件平臺是嵌入型系統(tǒng)，主要由按鍵電路，顯示電路，報(bào)警電路，電機(jī)四個(gè)部分組成。軟件采用KeiluVision4軟件和Proteus軟件設(shè)計(jì)，基于AT89C51芯片實(shí)現(xiàn)了用數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示電風(fēng)扇的工作狀態(tài)，最高位顯示風(fēng)類：“睡眠風(fēng)”顯示“一”、“自然風(fēng)”顯示“二”、“常風(fēng)”顯示“三”。后一位顯示各種風(fēng)類的大小1表示一檔、2表示二檔、3表示三檔、4表示四檔。風(fēng)隨著檔數(shù)增加而增大。另設(shè)啟動(dòng)和停止開關(guān)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)啟動(dòng)停止。設(shè)計(jì)過熱檢測與保護(hù)電路，若風(fēng)扇電機(jī)過熱，則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)并且蜂鳴器開始報(bào)警，電機(jī)冷卻后或者重新啟動(dòng)電機(jī)又恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。最終完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。關(guān)鍵詞：電風(fēng)扇；AT89C51單片機(jī)；Proteus軟件目錄TOC\o"1-3"\h\u21883第1章概述 第1章概述1.1課題背景電風(fēng)扇一度被認(rèn)為是空調(diào)產(chǎn)品沖擊下的淘汰品，其實(shí)并不完全如此，家用電風(fēng)扇并沒有隨著空調(diào)的普及而淡出市場，近些年反而出現(xiàn)了市場銷售復(fù)蘇的態(tài)勢。其主要原因;意識風(fēng)扇和空調(diào)的降溫效果不同--空調(diào)有強(qiáng)大的制冷功能，可以快速有效的降低環(huán)境溫度，但電風(fēng)扇的風(fēng)更混和，更加適合老人兒童和體制較弱的人使用:而是電風(fēng)扇有價(jià)格優(yōu)勢，價(jià)格低廉而且相對省電，安裝和使用都非常簡單。1.2課題現(xiàn)狀許多邊緣、交叉學(xué)科的發(fā)展促進(jìn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是對機(jī)電一體化、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及光電通信技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域的意義更是非同一般。本文設(shè)計(jì)的電風(fēng)扇正是以上交叉學(xué)科的有機(jī)結(jié)合體。它的獨(dú)特之處在于巧妙的采用了紅外遙控技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)，把智能控制技術(shù)用于家用電器的控制中,單片機(jī)AT89C51對電風(fēng)扇實(shí)施智能控制。本次設(shè)計(jì)用到了微電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、光電子技術(shù)新技術(shù)的成群崛起，將促進(jìn)不同原理、不同性能、不同結(jié)構(gòu)和用途的電子產(chǎn)品。作為一種老式家電，電風(fēng)扇具有價(jià)格便宜、擺放方便、體積輕巧等特點(diǎn)。由于大部分家庭消費(fèi)水平的限制，電風(fēng)扇作為一個(gè)成熟的家電行業(yè)的一員，尤其在中小城市，以及鄉(xiāng)村將來一段時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)占有市場的大部分份額。面臨龐大的市場需要的同時(shí)，也要提高電風(fēng)扇的市場競爭力。使之在技術(shù)含量上有所提高，應(yīng)使風(fēng)扇不僅功能多樣，操作簡便，而且更加安全可靠。現(xiàn)在電風(fēng)扇的現(xiàn)狀:大部分只有手動(dòng)調(diào)速，再加上一個(gè)定時(shí)器，功能單一。存在的隱患或不足：比如說人們常常離開后忘記關(guān)閉電風(fēng)扇，浪費(fèi)電且不說還容易引發(fā)火災(zāi)，長時(shí)間工作還容易損壞電器。再比如說前半夜溫度高電風(fēng)扇調(diào)的風(fēng)速較高，但到了后半夜氣溫下降，風(fēng)速不會(huì)隨著氣溫變化，容易著涼。為此，在現(xiàn)有市場多功能電風(fēng)扇的基礎(chǔ)上，我們提出了一種新型的智能電風(fēng)扇。該風(fēng)扇功能更多，添加了很多人性化的設(shè)計(jì)，如安全保護(hù)，報(bào)警提示等，使電風(fēng)扇更加人性化?？蓪?shí)現(xiàn):多級調(diào)速功能，即提供更多的風(fēng)力級別和風(fēng)型，提高用戶的舒適度;定時(shí)工作功能，即該定時(shí)功能可以讓用戶自己定制風(fēng)扇工作時(shí)間的長短，以提供更人性化的服務(wù)。之所以會(huì)產(chǎn)生這些隱患的根本原因是：缺乏對環(huán)境的檢測。本次設(shè)計(jì)就是圍繞這兩點(diǎn)對現(xiàn)有電風(fēng)扇進(jìn)行改進(jìn)。第2章總體設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)要求3個(gè)獨(dú)立按鍵分別控制“自然風(fēng)”、“睡眠風(fēng)”、“常風(fēng)”，三者的區(qū)別是直流電機(jī)的停歇時(shí)間不同，并在數(shù)顯管上顯示出區(qū)別；每種類型風(fēng)可以根據(jù)按下獨(dú)立按鍵次數(shù)分為四個(gè)檔的風(fēng)力調(diào)節(jié)；風(fēng)扇過熱保護(hù)，繼電器實(shí)現(xiàn)；其他創(chuàng)新內(nèi)容（報(bào)警，遠(yuǎn)程控制等）本次設(shè)計(jì)創(chuàng)新內(nèi)容是報(bào)警；2.2方案論證由AT89C51單片機(jī)作為此次課程設(shè)計(jì)的芯片。ATMEL的AT89C51是一種高效\t"/item/AT89C51/_blank"微控制器，AT89C051是它的一種精簡版本。AT89C51\t"/item/AT89C51/_blank"單片機(jī)為很多\t"/item/AT89C51/_blank"嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k

\t"/item/AT89C51/_blank"字節(jié)Flash

\t"/item/AT89C51/_blank"閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(00H-7FH為片內(nèi)RAM，80H-FFH為特殊功能寄存器SFR)，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工\t"/item/AT89C51/_blank"串行通信口，片內(nèi)振蕩器及\t"/item/AT89C51/_blank"時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及\t"/item/AT89C51/_blank"中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。如圖2.1和2.2為AT89C51單片機(jī)實(shí)物圖和引腳圖。圖2.1AT89C51單片機(jī)實(shí)物圖圖2.2AT89C51單片機(jī)引腳圖對于單片機(jī)中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，根據(jù)要求，我們可以選用具有4KB片內(nèi)E2PROM的AT89C51

單片機(jī)作為中央處理器。作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，AT89C51內(nèi)部已包含了定時(shí)器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等硬件，其硬件能符合整個(gè)控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲(chǔ)器芯片和定時(shí)器件，方便地構(gòu)成-一個(gè)最小系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高。是比較合適的方案。中央處理部分是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，采用單片機(jī)AT89C51,它的內(nèi)部已包含定時(shí)器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等硬件，性能符合整個(gè)控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其它芯片。其它還包括電機(jī)調(diào)速部分、鍵盤輸入和顯示部分。AT89C5單片機(jī)完全可以勝任控制器的角色，且AT89C51單片機(jī)價(jià)格較低容易獲得，故本次設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)為核心控制器。2.3系統(tǒng)組成與工作原理本次設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，從而設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)工作原理是利用單片機(jī)控制技術(shù)，調(diào)速技術(shù)，報(bào)警技術(shù)，把智能技術(shù)應(yīng)用于家電的控制中，將風(fēng)扇智能化初始為零，風(fēng)扇不加電，數(shù)碼管顯示為零，開始按下控制按鈕時(shí)電路按系統(tǒng)控制模式運(yùn)行，系統(tǒng)采用數(shù)碼管顯示，顯示直觀，準(zhǔn)確。第3章硬件設(shè)計(jì)3.1嵌入式系統(tǒng)介紹AT89C51是一個(gè)低功耗，高性能CMOs8位單片機(jī)。片內(nèi)含4kBytesISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序儲(chǔ)存器，器件采用

ATMEL

公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)

MCS

-51指令系統(tǒng)及89C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和

ISP

Flash

存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案．AT89C51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k

Bytes

Flash

片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。128

bytes

的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)外部雙向輸入／輸出(I/

O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89C51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，

CPU

暫停工作，而

RAM

定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存

RAM

的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有

PDIP

、

TQFP

和

PLCC

等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。AT89C51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和外部引腳如圖3.1所示。圖3.1AT89C51單片機(jī)3.2主要單元電路設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，由按鍵電路，顯示電路，報(bào)警電路組成。圖3.2系統(tǒng)硬件電路3.2.1按鍵模塊圖3.3按鍵電路設(shè)計(jì)通過按鍵系統(tǒng)可以控制電機(jī)風(fēng)類選擇和電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢，按下按鍵可以控制電路啟動(dòng)與停止，同時(shí)可以復(fù)位程序。3.2.2顯示模塊圖3.4顯示電路設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示電路，顯示風(fēng)的類別，包括自然風(fēng)一，睡眠風(fēng)二，常風(fēng)三，以及各種風(fēng)類的檔位（1,2,3,4）。3.2.3報(bào)警電路圖3.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過久或溫度過高時(shí)蜂鳴器報(bào)警，提醒人們電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過久或電機(jī)溫度過高，防止造成電機(jī)損壞或者系統(tǒng)故障。第4章軟件設(shè)計(jì)4.1軟件總體設(shè)計(jì)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能有：按鍵響應(yīng)，對電機(jī)的控制，過熱保護(hù)程序，對數(shù)據(jù)的處理和傳送顯示的數(shù)據(jù)。主程序包含初始化，調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序和調(diào)用顯示程序，其流程圖如下：圖4.1主程序流程圖4.2各功能模塊的軟件設(shè)計(jì)4.2.1A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)在主程序中，ADC0809的轉(zhuǎn)換程序也是無限循環(huán)的，它主要是檢測電機(jī)是否過熱本系統(tǒng)中，運(yùn)用定時(shí)器T1作為

CLOCK

的脈沖信號，由于它的工作方式為2，且初始值216，足以滿足ADCO809所轉(zhuǎn)換一次所需要的時(shí)間。圖4.2A/D轉(zhuǎn)換測量子程序流程圖4.2.2定時(shí)器中斷程序定時(shí)器

TO

是用來對定時(shí)時(shí)間進(jìn)行控制的，結(jié)合數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，首先給

TO

設(shè)置工作方式和初始值，由于它不可重裝，所以在主程序中必須再次定義它的初始值。如圖所示為其流程圖。圖4.3定時(shí)器中斷流程圖第5章系統(tǒng)調(diào)試5.1軟件系統(tǒng)仿真把程序在KEIL4中調(diào)試，成功無誤后生成HEX文件。5.1.1按鍵接口設(shè)計(jì)sbitKey1=P2^6;sbitKey2=P2^7;sbitKey3=P3^5; sbitKey4=P3^6;sbitKey5=P3^7;sbitBEEP=P1^7;//蜂鳴器引腳 sbitMOTO_SWITCH=P1^0;//繼電器開關(guān)sbitMOTO_EN=P1^2;//電機(jī)速度控制引腳sbitseg1=P2^0; sbitseg2=P2^1; bitstart_flag=0;//開始標(biāo)志ucharPWM_num=0;//PWM控制腳ucharFan_mode=0;//電機(jī)的模式ucharFan_speed=0;//電機(jī)的速度uintRunTime1=0;//工作時(shí)間uintRunTime2=0; 5.1.2定時(shí)器設(shè)計(jì)voidTime0_init(){TMOD=0x02;//使用模式2,8位定時(shí)器TH0=155;//定時(shí)器裝入初始值100usTL0=155;EA=1;//總中斷ET0=1;//定時(shí)器0初始化TR0=1;}5.2硬件調(diào)試本次設(shè)計(jì)采用Proteus軟件進(jìn)行仿真,

Proteus軟件是英國Labcenter

electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus

是世界.上著名的EDA工具，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì),真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)[8]。Proteus

ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows

界面，其中包含標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇窗口、圖形編輯窗口[9]。如圖5.1為Proteus軟件主頁面圖5.1ISIS軟件主頁面圖一般創(chuàng)建一個(gè)Proteus應(yīng)用程序需要按照下面的步驟：打開ISIS軟件；按照仿真要求畫出原理圖；找到并上傳需要仿真的文件；開始仿真；如圖5.2為此課程設(shè)計(jì)仿真主頁面。圖5.2仿真主頁面圖按照以上要求進(jìn)行仿真：點(diǎn)擊上面的開關(guān)，此時(shí)為模式一“睡眠風(fēng)”，這時(shí)電動(dòng)機(jī)不間斷供電，此時(shí)風(fēng)扇扇葉一直旋轉(zhuǎn)。如圖5.3為模式一仿真頁面。圖5.3模式一點(diǎn)擊中間開關(guān)，此時(shí)為模式二“自然風(fēng)”。這時(shí)電機(jī)間斷供電，間斷時(shí)間為1s。如圖5.4為模式二仿真頁面。圖5.4模式二點(diǎn)擊下面開關(guān)，此時(shí)為模式三“常風(fēng)”。這時(shí)電動(dòng)機(jī)間斷供電，間隔時(shí)間為2s。如圖5.5為模式三仿真頁面。圖5.5模式三總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)主要介紹了用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的模擬電風(fēng)扇的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)以AT89C51為核心，介紹了該電路的硬件構(gòu)成和軟件工作過程，主要采用中斷控制系統(tǒng)，結(jié)合所學(xué)的單片機(jī)的知識，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。設(shè)計(jì)中很好的使軟、硬件相結(jié)合，硬件主要包含繼電器保護(hù)電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、LED顯示電路、調(diào)速電路、蜂鳴器報(bào)警電路，差值調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)扇的實(shí)時(shí)調(diào)速和過熱保護(hù)以及故障報(bào)警。獨(dú)立按鍵部分也能正常使用，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。此次課程設(shè)計(jì)也有很多不足，時(shí)間原因程序設(shè)計(jì)的略顯簡單，如果加上紅外遙控，根據(jù)我的目標(biāo)前進(jìn)溫度自動(dòng)換擋以及驅(qū)蚊功能，那么本次課程設(shè)計(jì)將變得更加完美。通過本次課程的設(shè)計(jì)，不但加深我對在課程上所學(xué)到的單片機(jī)理論知識的認(rèn)識和理解，重新讓自己認(rèn)識到了這門學(xué)科的在應(yīng)用方面的廣闊前景，并且通過知識與應(yīng)用于實(shí)踐的結(jié)合更加豐富了自己的知識。擴(kuò)展了知識面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識，而且對其他專業(yè)的知識也有所了解，而且較系統(tǒng)的掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程，因而自身的綜合素質(zhì)有了全面的提高，經(jīng)過這次一個(gè)較完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制作過程，對于認(rèn)識到自己在知識方面存在的不足，明確今后的學(xué)習(xí)方向是非常有益的，為將來的的就業(yè)提前打了下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)過程中，得到了指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)與幫助，還有其他同學(xué)的大力支持和協(xié)助，在此一并表示衷心的感謝。參考文獻(xiàn)[1]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,

2018:31-37.[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].高等教育出版社，2017:486

-508.[3]陳朝大.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2018:14-15.[4]劉同法,陳忠平,彭繼衛(wèi),畦仁.單片機(jī)外圍接口電路與工程實(shí)踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,

2019:598-564.[5]胡全.

51單片機(jī)的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)[M].信息技術(shù)出版社,2019:25-26.[6]王港元.電工電子實(shí)踐指導(dǎo)([M].南昌:江西科學(xué)技術(shù)出版社,2018:292-293.[7]李明.

c語言程序設(shè)計(jì)教程[M].北京:上海交通大學(xué)出版社,2019:37-65.[8]馬忠梅,籍順心等.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,

2020:224-225.[9]陳小忠單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)用子程序[M].北京:人民郵電出版社,

2017:206-207.[10]孫號.Proteus軟件在設(shè)計(jì)電子電路中的應(yīng)用[M]

.儀表技術(shù)，2018:74-75.附錄程序清單voidmain(void){ucharkey_num=0;Time0_init(); while(1){key_num=KEY_Scan(); switch(key_num){case1: if(start_flag==0) { start_flag=1; Fan_mode=0; Fan_speed=1; MOTO_SWITCH=0; }break;case2: start_flag=0; Fan_speed=0; MOTO_SWITCH=1;break;case3: if(Fan_mode==1) { if(++Fan_speed>4)Fan_speed=1; }Fan_mode=1;break;case4: if(Fan_mode==0) { if(++Fan_speed>4)Fan_speed=1; }Fan_mode=0; break; cas