10家用電扇控制實(shí)驗(yàn)與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
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·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 2 家用電扇控制實(shí)驗(yàn)與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 一、 課程設(shè)計(jì)的目的 課程設(shè)計(jì)是本科教學(xué)全過程中的重要環(huán)節(jié)。《微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與綜合實(shí)驗(yàn)(實(shí)踐 )》課程設(shè)計(jì)主要培養(yǎng)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生,運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)際問題能力,進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程語言綜合編程能力、程序調(diào)試技能和微機(jī)系統(tǒng)接口綜合應(yīng)用及電路設(shè)計(jì)能力。 1、學(xué)習(xí)在 統(tǒng)中擴(kuò)展簡單的 I/ O 接口的方法。 2、熟練掌握和運(yùn)用匯編 語言 和 255各口的輸入輸出,并正確帶動(dòng)數(shù)碼管及步進(jìn)電機(jī);能熟練運(yùn)用匯編和 C 語言實(shí)現(xiàn) 8255 的 輸入輸出以及小鍵盤的輸入 功能 ,并利用軟件來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中對(duì)延遲的要求 。 3、熟練掌握 在唐都實(shí)驗(yàn)箱上對(duì)各硬件芯片的接線,并在 實(shí)現(xiàn)對(duì)匯編程序和 二、 設(shè)計(jì)的題目名稱及要求 設(shè)計(jì)題目:小家用電扇控制實(shí)驗(yàn)與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 基本設(shè)計(jì)要求: 1. 編程語言為匯編語言、 2. 控制硬件電路基于 80 3. 驅(qū)動(dòng)電路(主回路)僅需設(shè)計(jì); 4. 控制器功能包括:按鈕三個(gè),分別為風(fēng)速、類型和停止, 示燈六個(gè),指示風(fēng)速強(qiáng)、中、弱,類型為睡眠、自然和正常。 指標(biāo)如下: 1) 電扇處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí),所有指示燈不亮,只有按下“風(fēng)速”鍵時(shí),才會(huì)響應(yīng),進(jìn)入起始工作狀態(tài);電扇在任何狀態(tài),只要按停止鍵,則進(jìn)入停轉(zhuǎn)狀態(tài)。 2) 處于工作狀態(tài)時(shí),有: 初始狀態(tài)為:風(fēng)速 -“弱”,類型 -“正?!? 按“風(fēng)速”鍵,其狀態(tài)由“弱” ?“中” ?“強(qiáng)” ?“弱” ?? 往復(fù)循環(huán)改變,每按一下按鍵改變一次; 按“類型”鍵,其狀態(tài)由“正?!??“睡眠” ?“自然” ?“正?!? ?? 往復(fù)·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 3 循環(huán)改變; 3) 風(fēng)速的弱、中、強(qiáng)對(duì)應(yīng)于電扇的轉(zhuǎn)動(dòng)由慢到快。 4) 類型的不同選擇,分別為:正常 電扇連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn);自然 電扇模擬自然 風(fēng),即轉(zhuǎn) 4s,停 8s;睡眠 電扇慢轉(zhuǎn),產(chǎn)生輕柔的微風(fēng),運(yùn)轉(zhuǎn) 8s,停轉(zhuǎn) 8s; 5) 按照風(fēng)速與類型的設(shè)置輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 附加功能擴(kuò)展 : 1. 根據(jù) 控制性能要求, 同時(shí) 實(shí)現(xiàn) 了對(duì)直流 電機(jī) 的 啟動(dòng)、 轉(zhuǎn)速及模式的調(diào)節(jié)選擇和停止功能選擇 ,并可以明顯觀測(cè)到電機(jī)風(fēng)扇的變化。 2. 實(shí)現(xiàn)了 在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示 直流風(fēng)扇 當(dāng)前 的 工作狀態(tài)。編程語言為匯編語言和 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 有 唐都 四、設(shè)計(jì)的思想和實(shí)施方案 本次 課程設(shè)計(jì) 的目的是 小家用電扇控制實(shí)驗(yàn)與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì), 為了 使課程設(shè)計(jì)的結(jié)果能夠具有直接的可觀測(cè)性。我們選擇了實(shí)驗(yàn)箱上的直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電路的控制電機(jī)。 首先我得通過查閱相關(guān)資料對(duì) 直流 電機(jī)有個(gè)初步的了解和認(rèn)識(shí) , 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 : 這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩,這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針方向,企圖使電樞逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩(例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩),電樞就能按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來。 因此,電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng),由于換向器配合電刷對(duì)電流的換向作用,直流電流交替地由導(dǎo)體 入,使線 圈邊只要處于 N 極下,其中通過電流的方向總是由電刷 A 流入的方向,而在 S 極下時(shí),總是從電刷 B 流出的方向。這就保證了每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向,從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩,使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。 ·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 4 考慮到所控制的電扇共有九種狀態(tài),其中風(fēng)速分別為低速、中速和高速;類型分別為正常、自然和睡眠。故設(shè)想通過 數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量,然后通過 出占空比不同的矩形波來控制和調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速大小。再考慮到,硬件延時(shí)會(huì)增加芯片和成本,使系統(tǒng)過于復(fù)雜,故采用軟件延時(shí)的 方法。通過 出電壓為 0,再軟件延時(shí) 4s 或 8s 來改變類型,實(shí)現(xiàn)三種類型的改變。 為了增強(qiáng)風(fēng)扇的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力,我采用實(shí)驗(yàn)箱上鍵盤單元上的三個(gè)鍵來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。 1#鍵實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和風(fēng)速的調(diào)節(jié)功能, 2#鍵實(shí)現(xiàn)類型的調(diào)節(jié)功能, 3#鍵實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的停止功能。鍵盤信號(hào)的輸入通過 8255的 個(gè)端口來實(shí)現(xiàn)。 為了顯示風(fēng)扇的實(shí)時(shí)狀態(tài),我用 6 個(gè) 顯示,分別代表低速、中速、高速、正常、自然和睡眠。通過 8255的 中有兩個(gè)口恒輸出 0,即沒有使用)來控制。 由于 8255的 考慮到利用一個(gè)七段數(shù)碼顯示管來顯示風(fēng)扇的類型,當(dāng)類型為正常、自然和睡眠時(shí)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)輸出為 1、 2 和 3。通過 B 口輸出控制信號(hào)。同時(shí),在電腦的屏幕上,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)狀態(tài)顯示的畫面,通過程序來實(shí)現(xiàn)。 五、 系統(tǒng)各單元的實(shí)現(xiàn)及介紹 1. 可編程外圍接口芯片 8255 圖 1 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和管腳圖 ·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 5 圖 2 8255控制字格式 8255 內(nèi)部包含 3 個(gè) 8 位的輸入輸出端口 A、 B 和 C,端口 A 和端口 B 都可以用作一個(gè) 8位的輸入口或 8位的輸出口,端口 為一個(gè) 8位的輸入口或8 位的輸出口,又可以作為兩個(gè) 4 位的輸入輸出口( C 口上半部分和 C 口下半部分)使用,還可以配合 口工作,分別用來產(chǎn)生 口的輸出控制信號(hào)和輸入 口的端口狀態(tài)信號(hào)。 針對(duì)電扇控制的特點(diǎn) , 設(shè)置 8255的工作方式如下 : 8255的 0作方式為 0,輸出; B 口接數(shù)碼管的 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G 和使數(shù)碼管顯示 電扇的類型,工作方式 0,輸出; C 口低四位接鍵盤及數(shù)碼管顯示單元的 作方式 0,輸入,用來接受鍵盤的輸入信號(hào) 。 8255的 位 在本系統(tǒng)中 沒有用到。 綜上分析:初始化控制字為 10000001B。 2. D/家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 6 圖 3 D/此次用 D/要是為了實(shí)現(xiàn)通過 現(xiàn)對(duì)電扇的控制。故 系統(tǒng)總線的 接電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的 A 端。 3. 圖 4 本次設(shè)計(jì)中,只用到 2別表示三個(gè)風(fēng)速和三個(gè)狀態(tài)。在接線時(shí),我們將 8255 的 0相應(yīng)的位輸出為 1時(shí),對(duì)應(yīng)的 0 時(shí),則滅。 4. 鍵盤及數(shù)碼管顯示單元 ·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 7 圖 5 鍵盤及數(shù)碼管電路 本次設(shè)計(jì),我們用到了第一個(gè)數(shù)碼管來顯示電扇轉(zhuǎn)動(dòng)的類型, 0#、 4#和 8#鍵來控制風(fēng)扇的狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,將 地, 255的 口,用來輸入信號(hào)。 255的 制數(shù)碼管的顯示。 5. 驅(qū)動(dòng)電路及直流電機(jī)單元 圖 6 驅(qū)動(dòng)電路及直流電機(jī) 本次設(shè)計(jì)中,將驅(qū)動(dòng)芯片的 +12V 與直流電機(jī)1端相連, A'端與 2相連,其余 懸空。 ·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 8 六 、硬件電路原理圖 及分析 圖 7 電扇控制硬件原理圖 上圖為用 件繪制的硬件電路圖 :該圖涉及到系統(tǒng)總線、可編程外圍接口芯片 8255、鍵盤及數(shù)碼管顯示單元和 直流 電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路 。 1. 硬件接線及分析 設(shè)置 8255 的工作方式如下 : 8255 的 A 口接 示單元的 作方式為 0,輸出; 、 B、 C、 D、 E、 F、 P,以使數(shù)碼管顯示 電扇的類型,工作方式 0,輸出; 顯示單元的 作方式 0,輸入,用來接受鍵盤的輸入信號(hào) 。 8255的 位 在本系統(tǒng)中沒有用到。 D/要是為了實(shí)現(xiàn)通過 現(xiàn)對(duì)電扇的控制。故 系統(tǒng)總線的 接電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的 本次設(shè)計(jì)中,只用到 別表示三個(gè)風(fēng)速和三個(gè)狀態(tài)。在接線時(shí),我們將 8255的 0相應(yīng)的位輸出為 1時(shí),對(duì)應(yīng)的 0時(shí),則滅 我們用到了第一個(gè)數(shù)碼管來顯示電扇轉(zhuǎn)動(dòng)的·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 9 類型, 0#、 4#和 8#鍵來控 制風(fēng)扇的狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,將 255的 口,用來輸入信號(hào)。 次接 8255的 制數(shù)碼管的顯示。本次設(shè)計(jì)中,將驅(qū)動(dòng)芯片的 +12V 與直流電機(jī) 1端相連, A'端與 2相連,其余懸空。其他讀寫及總線端口與實(shí)驗(yàn)箱總線系統(tǒng)的相應(yīng)接口連接。 本設(shè)計(jì)通過軟件編程 使 8255的 再通過 出命令由 8255 的 A 口 和 B 口 輸出信號(hào)來 分別 控制 及數(shù)碼管來顯示電扇的狀態(tài) 。 再通過對(duì) 出矩形波的占 空比的控制來調(diào)節(jié)風(fēng)速,而停轉(zhuǎn)時(shí)間則由軟件延時(shí)來實(shí)現(xiàn)。 控制系統(tǒng)分四個(gè)功能模塊,分別是風(fēng)速設(shè)置、類型設(shè)置、默認(rèn)狀態(tài)運(yùn)行、退出系統(tǒng) 。 提供 了三個(gè)按鍵來進(jìn)行控制,并在屏幕上實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)。 ( 1)風(fēng)速設(shè)置 風(fēng)速即為電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置,風(fēng)速分為強(qiáng)、中、弱三種,對(duì)應(yīng)不同的電機(jī) 轉(zhuǎn) 速。根據(jù)給 出的占空比來調(diào)節(jié) ,我們可以計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)各相脈寬信號(hào)的頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速,也可以反過來根據(jù)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速要求,計(jì)算并調(diào)整計(jì)算初值。 具體設(shè)置 占空比 見表 1。 表 1 風(fēng)速 輸出 00H(延遲常數(shù)) 輸出 0遲常數(shù)) 占空比 慢 200 100 1/3 中 100 100 1/2 快 50 100 2/3 ( 2) 風(fēng)的類型設(shè)置 風(fēng)的類型有:正常、自然、睡眠三種。 風(fēng)的類型的不同選擇,用 a) 正常 電扇連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 b) 自然 電扇模擬自然風(fēng),即轉(zhuǎn) 4s,停 8s。 c) 睡眠 電扇慢轉(zhuǎn),產(chǎn)生輕柔的微風(fēng),運(yùn)轉(zhuǎn) 8s,停轉(zhuǎn) 8s。 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是 出為 0時(shí),電機(jī)停轉(zhuǎn)。本次設(shè)計(jì)通過軟件延時(shí)來控制電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)間,從而改變電扇運(yùn)行的類型 。 ·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 10 七 、典型程序模塊 及分析 ) 首先,檢測(cè)小鍵盤的 1#鍵是否有輸入,若無輸入就循環(huán)檢測(cè)小鍵盤。當(dāng)有小鍵盤的 1#鍵有輸入時(shí),就賦給 和 ,并進(jìn)入 風(fēng)速和類型子程序)。 本次程序設(shè)計(jì)的控制風(fēng)扇的功能,主要在風(fēng)速和類型子程序 )中實(shí)現(xiàn)。 ) 此子函數(shù)主要 任務(wù):當(dāng)程序在風(fēng)速和類型子程序 )運(yùn)行時(shí),實(shí)時(shí)的對(duì)小鍵盤進(jìn)行檢測(cè),從而修改兩個(gè)標(biāo)志位, 再返回風(fēng)速和類型子程序 )的相應(yīng)循環(huán)體運(yùn)行。 程序 ) 此函數(shù)主要完成 ,當(dāng)程序在風(fēng)扇運(yùn)行時(shí),使 時(shí)的延時(shí),即控制矩形波的占空比。 子程序 ) 此函數(shù) 主要 完成 :當(dāng)程序在風(fēng)扇類型為自然或睡眠時(shí),實(shí)現(xiàn)停轉(zhuǎn) 4s 或 8了很好的具有鍵盤實(shí)時(shí)響應(yīng)的功能,我們?cè)诖搜舆t程序中,調(diào)用了鍵盤檢測(cè)的子程序,具有良好 的實(shí)時(shí)性。 ) 此程序是本次程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。我們用了兩個(gè)標(biāo)志 分別標(biāo)志風(fēng)扇運(yùn)行的風(fēng)速和類型。為了使程序具有良好的可讀性,我們采用了兩重 有 9個(gè)循環(huán)體。 ·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 11 )— ) 針對(duì)風(fēng)扇運(yùn)行的九個(gè)狀態(tài),我們編寫了九個(gè)狀態(tài)屏幕顯示的子程序,并用清屏函數(shù)實(shí)時(shí)刷新。 八 、 典型編程技巧分析 本次設(shè)計(jì)由于采用了較少的芯片和軟件延遲方式,對(duì)程序的設(shè)計(jì)具有較高 的要求。在整個(gè)程序設(shè)計(jì)中有以下幾大亮點(diǎn)和編程技巧: 應(yīng)用,很好的解決了風(fēng)扇類型和風(fēng)速的嵌套調(diào)用關(guān)系,使程序更加明了且思路清晰。 寫了 不帶鍵盤檢測(cè)的延時(shí) 子程序 )和 帶鍵盤檢測(cè)的延 時(shí)子程序 )兩個(gè)子程序。增強(qiáng)了風(fēng)扇的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力和延遲時(shí)間的精確性。 用了 句,簡化了編程,使之更加具有條理性。 九 、 課程設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決方法 這種情 況出現(xiàn)在電機(jī)的加速、減速和改變轉(zhuǎn)向中,這主要是在原有的 鍵盤檢測(cè)子 程序中有一段判斷按鍵是否彈起的程序,將此段換成一個(gè)合適的軟件延時(shí)便可以起到很好的效果(按鍵不松時(shí)可以連續(xù)的加速和減速)。 2. 程序調(diào)試應(yīng)遵循的步驟 ①查看各端口地址是否正確; ②根據(jù)程序運(yùn)行中的出現(xiàn)的現(xiàn)象分析出程序出錯(cuò)的位置; ③在 ④使程序有少到多有簡單到復(fù)雜逐一驗(yàn)證其的正確性,以排除錯(cuò)誤。 ·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 12 示問題 調(diào)用了數(shù)碼管顯示程序而卻看不到數(shù)碼管有示數(shù),這主要是調(diào)用數(shù)碼管顯示子函數(shù)的頻率不夠 高,可以把數(shù)碼管顯示子函數(shù)換個(gè)位置,或者是多調(diào)用幾次就可以解決了。至于數(shù)碼管好像是全亮,情況正好相反,是數(shù)碼管顯示子函數(shù)調(diào)用的頻率過高,把數(shù)碼管顯示子函數(shù)換個(gè)位置,或者是在關(guān)鍵位置調(diào)用一下延時(shí)函數(shù)就可以解決了。 死機(jī) 出現(xiàn)死機(jī)的原因很難說得清楚,有的是同一個(gè)程序換臺(tái)機(jī)子運(yùn)行就會(huì)死機(jī),有的是同一臺(tái)機(jī)子同一個(gè)程序運(yùn)行多次就會(huì)死機(jī),不過總的來看死機(jī)的出現(xiàn)多少是和所編寫的程序有關(guān),記得我以前用小鍵盤時(shí)就是很容易就死機(jī)了,不過在這次的課程設(shè)計(jì)中 我把所有的和小鍵盤有關(guān)的程序都用了子函數(shù)代替,大大簡化了主程序的結(jié)構(gòu),這樣就基本再也沒發(fā)生過死機(jī)現(xiàn)象了。 十、 實(shí)驗(yàn)程序的流程圖 1、主程序流程圖 ) ·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 13 2、風(fēng)速 — 類型子函數(shù)流程圖 ) 3、鍵盤檢測(cè)子函數(shù) ) ·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 14 十一 、 程 序清單及程序注釋 1. C 語言程序 //使用芯片: 0832\8255 //風(fēng)扇控制 ##### //不帶鍵盤檢測(cè)的延時(shí)模塊 //帶鍵盤檢測(cè)的延時(shí)模塊 //****************根據(jù)查看配置信息修改下列符號(hào)值 ******************** # 0 0******************************************************************** # 0 # 0 # 0 # 0 //******************************************************************** # 0 ,; ; {f; ·家用電扇控制與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 報(bào)告 · 15 n"); ) { f= f=f&0if(f!=0{f) {{ {;; { ); } } } } //********************風(fēng)速模式 ************************************ f,{a,b; f; f) { //*********** 則設(shè)置風(fēng)速為弱,占空比 1/3********************* : { //t"); //屏幕以及指示燈提示風(fēng)速 f==1) { { :{; b=1; a=0;a- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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