基于单片机的电脑机箱风扇温控系统毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于单片机的电脑机箱风扇温控系统毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

：看门狗输出 RESET：复位信号输出 基本参数： 工作电压范围： ~ 电源电流： 150~350V 复位闵值： ~ 复位脉冲宽度： 140~280(mm) 输出电压： 看门狗超时周期： 上拉电流： 100.~600V MR 脉冲宽度： 150（ mm） MR 输入闵值： ~ PFO 输出电压： ~ 存储温度范围： 65176。 C ~160176。 C 工作温度范围： 40176。 C ~ 85176。 C 焊接温度范： +300176。 C 时钟频率电路设计 单片机必须在时钟的驱动下才能工作。 在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。 时钟电路原理图如图 5 所示。 图 5 晶振电路 一般选用石英晶体振荡器。 此电路在加电大约延迟 10ms 后振荡器起振，在 XTAL2 引脚产生幅度为 3V 左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。 电路中两个电容 C1， C2 的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。 C1， C2的典型值为 30PF。 单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期 ,其大小是时钟信号频率 fosc 的倒数。 图中时钟频率为 12MHz，即 fosc=12MHz，则时钟周期为 1/12μ s。 复位电路设计 计算机在启动运行时都需要复位，复位使中央处理器 CPU 和系统中的其他 器件都处于一种初处理器 CPU 和系统中的其他器件都处于一种初始状态，并从这个初始状态开始工作。 对于 MCS51 单片机，在 RST 复位引脚端接一个电容至 +5V 和一个电阻至地端，就能实现上电自动复位，如图 6所示。 图 6 复位电路 单片机上电复位电路原理： 电容在上接高电平，电阻在下接地，中间为RET（单片机的复位引脚）。 这种复位电路为高电平复位。 其工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是 RET 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电， RET 端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平 ，单片机开始正常工作。 本系统复位电路上采用了按键复位和上电复位。 上电复位：上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路， RET 端为高电平，自动复位；电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路， RET 端为低电平，程序正常运行。 手动复位：首先经过上电复位，当按下按键时， RET 直接与 VCC 相连，为高电平形成复位，同时电解电容被短路放电；按键松开时， VCC 对电容充电，充电电流在电阻上， RET 依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路， RET 为低电平，正常工作。 表 2 MCS51系列单片机复位后内部各单元的初始状态 寄存器 初始状态值 寄存器 初始状态值 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TH0 00H PSW 00H TL0 00H SP 07H TH1 00H DPTR 0000H TL1 00H P P P P4 0FFH SCON 00H IP xxx00000B PCON 0xxx0000B IE 0xx00000B SBUF 不定 1602 显示电路设计 LCD1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。 每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形 （用自定义CGRAM，显示效果也不好）。 1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16个字符液晶模块（显示字符和数字）。 目前市面上字符液晶绝大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因 此基于 HD44780 写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 外观图如图 7所示。 图 7 LCD1602 外观图 管脚功能： 1602 采用标准的 16 脚接口，其中： 第 1 脚： VSS 为电源地 第 2 脚： VDD 接 5V 电源正极 第 3脚： V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度）。 第 4脚： RS为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0时选 择指令寄存器。 第 5 脚： RW 为读写信号线，高电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。 第 6 脚： E(或 EN)端为使能 (enable)端。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据端。 第 15～ 16脚：空脚或背灯电源。 15脚背光正极， 16脚背光负极。 1602LCD 特性： +5V 电压，对比度可调 内含复位电路 提供各种控制命令 ,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。 根据 1602 引脚功能设计如下电路图。 单片机 P0口做数据 口， P2 口高三位做控制口。 其中 15 脚连接单片机控制的三极管，可用来控制背光开与关。 如图 8 所示。 图 8 LCD1602电路 PWM 调速电路设计 脉冲宽度调制 (PWM)，是英文 “ Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导 通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM 控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。 由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为 PWM 控制技术发展的主要方向之一。 本课题利用单片机输出占空比的方波，控制三极管的导通与截至，通过不同的导通与截至的时间从而达到调风扇的目的。 根据需求采用了 NPN8050 三极管，考虑到集电极电流可能不够的问题采用了两只 8050 并联。 如图 9所示。 关于 PWM 导致风扇测速上不准的问题。 由于本系统对测到风扇转速精度要求不高。 只要求转速反映风扇是加速了还是减速了。 所以并没有另外采用测速系统。 而是采用了 3pin 电脑风扇自带的测速线加上软件修正的方法来达到系统要求。 8050 三极管参数： 类型 :开关型。 极性 :NPN。 材料 :硅。 最大集存器电流 (A): A。 直流电增益 :10 to 60。 功耗 :625 mW。 最大集存器发射电（ VCEO） :25。 频率 :150 MHz 图 9 PWM电路 本系统演示时所采用的风扇为的一个 3pin 风扇如图 10 所示，具体参数如下： 外观尺寸： 70mm 70mm 15mm 转速参考： 2800177。 10%RPM 轴承类型：双滚珠轴承 使用寿命： 60000 小时 噪音参考： 14DB177。 3DB 风量参考： 额定电压： 12V 额定电压： 接口类型：主板 3pin 口 转速监测：支持 包装类型：原包装 适用范围： CPU 风扇替换，小机箱风扇 图 10 被控风扇 其 3pin 接口，红线为 +12V 输入，黑线为地，蓝线为转速信号输出。 关于转速的信号有人做过实验是每转一圈输出 2个脉冲信号。 由于本系统 PWM的原因，测速是在其基础上进行了修正而完成的。 报警电路设计 为了报告系统故障及系统状态，本系统设计了报警电路。 如图 11所示。 通过 9012 三极管导通与 截止控制蜂鸣器的发声。 工作原理：系统初始化时单片机将 P20 口置高电平，以避免不确定状态使蜂鸣器发声。 当单片机判断系统达到报警条件时，单片机 P20口输出低电平使三极管导通，从而使蜂鸣器报警。 图 11 报警电路 看门狗电路设计 在由单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序的跑飞，而陷入死循环，程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续工作，会造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产 生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片，俗称 看门狗 (watchdog) 看门狗，又叫 watchdog timer，是一个定时器电路，一般有一个输入，叫喂狗 (kicking the dog or service the dog），一个输出到 MCU 的 RST 端， MCU正常工作的时候，每隔一段时间输出一个信号到喂狗端，给 WDT 清零，如果超过规定的时间不喂狗，（一般在程序跑飞时）， WDT 定时超过，就会给出一个复位信号到 MCU，使 MCU 复位 . 防止 MCU 死机 . 看门狗的作用就是防止程序发生死 循环，或者说程序跑飞。 本系统放弃了 AT89S52 软看门狗而是采用 MAX706 设计硬看门狗。 如图 12所示。 主要是考虑到硬件看门狗的可靠性，以及对系统的资源依赖性小。 根据 Max706 引脚功能，如果 6 脚电平 秒没有变化， Max706 将在 7 脚输出 200ms 低电平复位信号。 由于 AT89S52 是高电平复位，所以采用 9012 来转换电平。 实际操作时只要在 秒内改变 6 脚电平（喂狗）即可使 Max706 不产生复位信号。 图 12 看门狗电路 测温电路 设计 本系统温度传感器采用 DS18B20。 DS18B20 数字温度计是 DALLAS 公司生产的 1－ Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。 因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 引脚如图 13所示。 DS18B20 产品的特点 ： a) 只要求一个端口即可实现通信。 b) 在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号。 c) 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 d) 测量温度范围在－ 55。 C 到＋ 125。 C之间。 e) 数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择。 f) 内部有温度上、下限告警设置。 在 DS18B20 的设计上，数据脚用电阻进行了上拉。 因为 DS18B20 是单总线温度传感器，数据线是漏极开路，如果 DS18B20 没接电源，则需要数据线强上拉，给 DS18B20 供电；如果 DS18B20 接有电源，则需要一个上拉即可稳定的工作。 这个电阻通常比较大，还有若温度传感器开路或没接时，能起到上拉作用，使之为高电平，使后续电路保护。 如图 13 所示。 图 13 DS18B20引脚和设计图 DS18B20 有 4个主要的数据部件： 1）光刻 ROM 中的 64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20 的地址序列码。 64位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（ 28H）是产品类型标号，接着的 48 位是该 DS18B20 自身的序列号，最后 8位是前面 56 位的循环冗余校验码（ CRC=X8+X5+X4+1）。 光刻 RO。