10家用電扇控制實驗與驅(qū)動電路設(shè)計

·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 2 家用電扇控制實驗與驅(qū)動電路設(shè)計 一、 課程設(shè)計的目的 課程設(shè)計是本科教學(xué)全過程中的重要環(huán)節(jié)。微機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與綜合實驗(實踐 )課程設(shè)計主要培養(yǎng)自動化專業(yè)學(xué)生，運用所學(xué)知識解決計算機應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實際問題能力，進一步提高學(xué)生運用計算機編程語言綜合編程能力、程序調(diào)試技能和微機系統(tǒng)接口綜合應(yīng)用及電路設(shè)計能力。 1、學(xué)習(xí)在 統(tǒng)中擴展簡單的 I O 接口的方法。 2、熟練掌握和運用匯編 語言 和 255各口的輸入輸出，并正確帶動數(shù)碼管及步進電機；能熟練運用匯編和 C 語言實現(xiàn) 8255 的 輸入輸出以及小鍵盤的輸入 功能 ，并利用軟件來實現(xiàn)設(shè)計中對延遲的要求 。 3、熟練掌握 在唐都實驗箱上對各硬件芯片的接線，并在 實現(xiàn)對匯編程序和 二、 設(shè)計的題目名稱及要求 設(shè)計題目：小家用電扇控制實驗與驅(qū)動電路設(shè)計 基本設(shè)計要求： 1. 編程語言為匯編語言、 2. 控制硬件電路基于 80 3. 驅(qū)動電路（主回路）僅需設(shè)計； 4. 控制器功能包括：按鈕三個，分別為風(fēng)速、類型和停止， 示燈六個，指示風(fēng)速強、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，所有指示燈不亮，只有按下“風(fēng)速”鍵時，才會響應(yīng)，進入起始工作狀態(tài)；電扇在任何狀態(tài)，只要按停止鍵，則進入停轉(zhuǎn)狀態(tài)。 2) 處于工作狀態(tài)時，有： 初始狀態(tài)為：風(fēng)速 -“弱”，類型 -“正常” 按“風(fēng)速”鍵，其狀態(tài)由“弱” “中” “強” “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)動電路設(shè)計 報告 · 3 循環(huán)改變； 3) 風(fēng)速的弱、中、強對應(yīng)于電扇的轉(zhuǎn)動由慢到快。 4) 類型的不同選擇，分別為：正常 電扇連續(xù)運轉(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。 附加功能擴展 ： 1. 根據(jù) 控制性能要求， 同時 實現(xiàn) 了對直流 電機 的 啟動、 轉(zhuǎn)速及模式的調(diào)節(jié)選擇和停止功能選擇 ，并可以明顯觀測到電機風(fēng)扇的變化。 2. 實現(xiàn)了 在數(shù)碼管上實時顯示 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、實驗設(shè)備 有 唐都 四、設(shè)計的思想和實施方案 本次 課程設(shè)計 的目的是 小家用電扇控制實驗與驅(qū)動電路設(shè)計， 為了 使課程設(shè)計的結(jié)果能夠具有直接的可觀測性。我們選擇了實驗箱上的直流電機作為驅(qū)動電路的控制電機。 首先我得通過查閱相關(guān)資料對 直流 電機有個初步的了解和認(rèn)識 ， 直流電動機的工作原理 ： 這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。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），電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。 因此，電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，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，總是從電刷 B 流出的方向。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動機能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機的工作原理。 ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 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，硬件延時會增加芯片和成本，使系統(tǒng)過于復(fù)雜，故采用軟件延時的 方法。通過 出電壓為 0，再軟件延時 4s 或 8s 來改變類型，實現(xiàn)三種類型的改變。 為了增強風(fēng)扇的實時響應(yīng)能力，我采用實驗箱上鍵盤單元上的三個鍵來實現(xiàn)實時控制。 1#鍵實現(xiàn)啟動和風(fēng)速的調(diào)節(jié)功能， 2#鍵實現(xiàn)類型的調(diào)節(jié)功能， 3#鍵實現(xiàn)風(fēng)扇的停止功能。鍵盤信號的輸入通過 8255的 個端口來實現(xiàn)。 為了顯示風(fēng)扇的實時狀態(tài)，我用 6 個 顯示，分別代表低速、中速、高速、正常、自然和睡眠。通過 8255的 中有兩個口恒輸出 0，即沒有使用）來控制。 由于 8255的 考慮到利用一個七段數(shù)碼顯示管來顯示風(fēng)扇的類型，當(dāng)類型為正常、自然和睡眠時數(shù)碼管對應(yīng)輸出為 1、 2 和 3。通過 B 口輸出控制信號。同時，在電腦的屏幕上，我們設(shè)計了一個狀態(tài)顯示的畫面，通過程序來實現(xiàn)。 五、 系統(tǒng)各單元的實現(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)動電路設(shè)計 報告 · 5 圖 2 8255控制字格式 8255 內(nèi)部包含 3 個 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 8位的輸入口或 8位的輸出口，端口 為一個 8位的輸入口或8 位的輸出口，又可以作為兩個 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 口的輸出控制信號和輸入 口的端口狀態(tài)信號。 針對電扇控制的特點 ， 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 。 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)動電路設(shè)計 報告 · 6 圖 3 D/此次用 D/要是為了實現(xiàn)通過 現(xiàn)對電扇的控制。故 系統(tǒng)總線的 接電機驅(qū)動電路的 A 端。 3. 圖 4 本次設(shè)計中，只用到 2別表示三個風(fēng)速和三個狀態(tài)。在接線時，我們將 8255 的 0相應(yīng)的位輸出為 1時，對應(yīng)的 0 時，則滅。 4. 鍵盤及數(shù)碼管顯示單元 ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 7 圖 5 鍵盤及數(shù)碼管電路 本次設(shè)計，我們用到了第一個數(shù)碼管來顯示電扇轉(zhuǎn)動的類型， 0#、 4#和 8#鍵來控制風(fēng)扇的狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計要求，將 地， 255的 口，用來輸入信號。 255的 制數(shù)碼管的顯示。 5. 驅(qū)動電路及直流電機單元 圖 6 驅(qū)動電路及直流電機 本次設(shè)計中，將驅(qū)動芯片的 +12V 與直流電機1端相連， A端與 2相連，其余 懸空。 ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 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 電機及其驅(qū)動電路 。 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 。 8255的 位 在本系統(tǒng)中沒有用到。 D/要是為了實現(xiàn)通過 現(xiàn)對電扇的控制。故 系統(tǒng)總線的 接電機驅(qū)動電路的 本次設(shè)計中，只用到 別表示三個風(fēng)速和三個狀態(tài)。在接線時，我們將 8255的 0相應(yīng)的位輸出為 1時，對應(yīng)的 0時，則滅 我們用到了第一個數(shù)碼管來顯示電扇轉(zhuǎn)動的·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 9 類型， 0#、 4#和 8#鍵來控 制風(fēng)扇的狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計要求，將 255的 口，用來輸入信號。 次接 8255的 制數(shù)碼管的顯示。本次設(shè)計中，將驅(qū)動芯片的 +12V 與直流電機 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驗箱總線系統(tǒng)的相應(yīng)接口連接。 本設(shè)計通過軟件編程 使 8255的 再通過 出命令由 8255 的 A 口 和 B 口 輸出信號來 分別 控制 及數(shù)碼管來顯示電扇的狀態(tài) 。 再通過對 出矩形波的占 空比的控制來調(diào)節(jié)風(fēng)速，而停轉(zhuǎn)時間則由軟件延時來實現(xiàn)。 控制系統(tǒng)分四個功能模塊，分別是風(fēng)速設(shè)置、類型設(shè)置、默認(rèn)狀態(tài)運行、退出系統(tǒng) 。 提供 了三個按鍵來進行控制，并在屏幕上實時顯示狀態(tài)。 （ 1）風(fēng)速設(shè)置 風(fēng)速即為電機轉(zhuǎn)速設(shè)置，風(fēng)速分為強、中、弱三種，對應(yīng)不同的電機 轉(zhuǎn) 速。根據(jù)給 出的占空比來調(diào)節(jié) ，我們可以計算出步進電機各相脈寬信號的頻率和電機轉(zhuǎn)速，也可以反過來根據(jù)對電機轉(zhuǎn)速要求，計算并調(diào)整計算初值。 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)，運轉(zhuǎn) 8s，停轉(zhuǎn) 8s。 電機的運轉(zhuǎn)是 出為 0時，電機停轉(zhuǎn)。本次設(shè)計通過軟件延時來控制電機停轉(zhuǎn)的時間，從而改變電扇運行的類型 。 ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 10 七 、典型程序模塊 及分析 ) 首先，檢測小鍵盤的 1#鍵是否有輸入，若無輸入就循環(huán)檢測小鍵盤。當(dāng)有小鍵盤的 1#鍵有輸入時，就賦給 和 ，并進入 風(fēng)速和類型子程序)。 本次程序設(shè)計的控制風(fēng)扇的功能，主要在風(fēng)速和類型子程序 )中實現(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 )運行時，實時的對小鍵盤進行檢測，從而修改兩個標(biāo)志位， 再返回風(fēng)速和類型子程序 )的相應(yīng)循環(huán)體運行。 程序 ) 此函數(shù)主要完成 ，當(dāng)程序在風(fēng)扇運行時，使 時的延時，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，實現(xiàn)停轉(zhuǎn) 4s 或 8了很好的具有鍵盤實時響應(yīng)的功能，我們在此延遲程序中，調(diào)用了鍵盤檢測的子程序，具有良好 的實時性。 ) 此程序是本次程序設(shè)計的重點和難點。我們用了兩個標(biāo)志 分別標(biāo)志風(fēng)扇運行的風(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個循環(huán)體。 ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 11 ) ) 針對風(fēng)扇運行的九個狀態(tài)，我們編寫了九個狀態(tài)屏幕顯示的子程序，并用清屏函數(shù)實時刷新。 八 、 典型編程技巧分析 本次設(shè)計由于采用了較少的芯片和軟件延遲方式，對程序的設(shè)計具有較高 的要求。在整個程序設(shè)計中有以下幾大亮點和編程技巧： 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 不帶鍵盤檢測的延時 子程序 )和 帶鍵盤檢測的延 時子程序 )兩個子程序。增強了風(fēng)扇的實時響應(yīng)能力和延遲時間的精確性。 用了 句，簡化了編程，使之更加具有條理性。 九 、 課程設(shè)計中遇到的問題及解決方法 這種情 況出現(xiàn)在電機的加速、減速和改變轉(zhuǎn)向中，這主要是在原有的 鍵盤檢測子 程序中有一段判斷按鍵是否彈起的程序，將此段換成一個合適的軟件延時便可以起到很好的效果（按鍵不松時可以連續(xù)的加速和減速）。 2. 程序調(diào)試應(yīng)遵循的步驟 查看各端口地址是否正確； 根據(jù)程序運行中的出現(xiàn)的現(xiàn)象分析出程序出錯的位置； 在 使程序有少到多有簡單到復(fù)雜逐一驗證其的正確性，以排除錯誤。 ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 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)換個位置，或者是在關(guān)鍵位置調(diào)用一下延時函數(shù)就可以解決了。 死機 出現(xiàn)死機的原因很難說得清楚，有的是同一個程序換臺機子運行就會死機，有的是同一臺機子同一個程序運行多次就會死機，不過總的來看死機的出現(xiàn)多少是和所編寫的程序有關(guān)，記得我以前用小鍵盤時就是很容易就死機了，不過在這次的課程設(shè)計中 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)生過死機現(xiàn)象了。 十、 實驗程序的流程圖 1、主程序流程圖 ) ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 13 2、風(fēng)速 類型子函數(shù)流程圖 ) 3、鍵盤檢測子函數(shù) ) ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 14 十一 、 程 序清單及程序注釋 1. C 語言程序 /使用芯片： 08328255 /風(fēng)扇控制 # /不帶鍵盤檢測的延時模塊 /帶鍵盤檢測的延時模塊 /*根據(jù)查看配置信息修改下列符號值 * # 0 0* # 0 # 0 # 0 # 0 /* # 0 ,; ; f; ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 15 n"); ) f= f=f&0if(f!=0f) ; ); /*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<b;a+) /，正常模式 0 0·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 16 :; b=0a=0;a<(b/0a+) /,自然模式 0 0 if(2|f!=1) if(2|f!=1) b, :; b=0a=0;a<(b/0a+) /，睡眠模式 0 ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 17 0 if(3) /小鍵盤有輸入，跳出 環(huán) ; if(f!=1) if(3|f!=1) b, if(3) ; f; /* /* 則風(fēng)速為中，占空比為 1/2* : /t"); /屏幕以及指示燈提示風(fēng)速 f=2) :; ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 18 b=1; a=0;a<b;a+) /，正常模式 0 0 :; b=0a=0;a<(b/0a+) /,自然模式 0 0 if(2|f!=2) if(2|f!=2) b, :; b=0a=0;a<(b/0a+) /，睡眠模式 0·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 19 0 if(3) /小鍵盤有輸入，跳出 環(huán) ; if(f!=2) if(3|f!=2) b, if(3) ; f; /* /* 則風(fēng)速為強，占空比為 2/3* : /t"); /屏幕以及指示燈提示風(fēng)速 f=3) :; ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 20 b=1; a=0;a<b;a+) /，正常模式 0 0 :; b=0a=0;a<(b/0a+) /,自然模式 0 0 if(2|f!=3) if(2|f!=3) b, :; b=0a=0;a<(b/0a+) /，睡眠模式 0 ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 21 0 if(3) ; if(f!=3) if(3|f!=3) b, if(3) ; if(f!=3) ; /* /*小鍵盤檢測 * ; C= C=C&0!=0 C= ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 22 C=C&0) *+;*+;(*+; /* /*不帶小鍵盤檢測的延時 * i; j; i=0;i<=i+) j=0;j<=0j+) /* /*帶小鍵盤檢測的延時 * i; j; f,f=(* * i=0;i<=i+) j=0;j<=0j+) *=f|(*= ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 23 /*屏幕顯示子函數(shù) * 0,2); *"); 0,4); * "); ; 0,6); * "); ; 0,2); *"); 0,4); * "); ; 0,6); * "); ; 0,2); *"); 0,4); * "); ; 0,6); * "); ; 0,2); ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 24 *"); 0,4); * "); ; 0,6); * "); ; 0,2); *"); 0,4); * "); ; 0,6); * "); ; 0,2); *"); 0,4); * "); ; 0,6); * "); ; 0,2); *"); 0,4); * "); ; 0,6); * "); ; ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 25 0,2); *"); 0,4); * "); ; 0,6); * "); ; 0,2); *"); 0,4); * "); ; 0,6); * "); ; 2. 匯編語言程序 （ 1）用小鍵盤輸入信號、無數(shù)碼管顯示 ;*根據(jù) 置信息修改下列符號值 * 0 ;片選 應(yīng)的端口始地址 ;* 0H*4 ;8255 的 A 口地址 1H*4 ;8255 的 B 口地址 2H*4 ;8255 的 C 口地址 3H*4 ;8255 的控制寄存器地 址 0 ;端口地址 ;堆棧段定義 256 ) 家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 26 1H 1H 0H 0H 36H,56H,67H,77H,79H,59H,71H O T!,0 ,0 ,0 ;定義字符串 0$ S: X ;顯示字符串 21H X ;定義 8255 工作方式 1H ;工作方式 0， A 口和 B 口為輸出 , L ;寫 A 口發(fā)出的起始數(shù)據(jù) 0H L ;寫 口起始數(shù)據(jù) 0H L ;寫 B 口發(fā)出的起始數(shù)據(jù) 0H L ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 27 ;按 1 鍵則進入起始工作狀態(tài) ,否則等待重新按鍵 21H 1H H H H H 1: ;返回到 21H L L 時一秒 家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 28 0H L 1: L 時一秒 ·家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 29 0H L 3: 家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 30 1: H H,02H 6H L,1 L,2 L,3 1: L,L H,0H L,3H L H H 2: L,家用電扇控制與驅(qū)動電路設(shè)計 報告 · 31 L H,0H L,3H L H H 4 H ;軟件延時子程序 1: 2: ;顯示鍵值子程序 X X X,L,0X,L,