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家用风扇控制器的设计与实现
自我清欢
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家用风扇控制器的设计与实现
一、实验目的
１．实现对步进电机的控制来模拟风扇控制器。
２．掌握微机硬件和软件的综合设计方法。
二、实验内容与要求
设计并制作一个家用风扇控制器。
1．用六个发光二极管，指示风速强、中、弱，类型为睡眠、自然和正常。
2．处于主菜单状态时，有下列选项：
(1) 直接默认状态运行，默认状态为：风速-“弱”，类型-“正常”。
(2) 进入风速子菜单界面，修改风速。
(3) 进入类型子菜单界面，修改风的类型。
4. 风速的弱、中、强对应于电扇的转动由慢到快。
5. 类型的不同选择，分别为：
(1) 正常 电扇连续运转；
(2) 自然 电扇模拟自然风，即转4s，停8s；
(3) 睡眠 电扇慢转，产生轻柔的微风，运转 8s，停转8s；
6. 按照风速与类型的设置输出相应的控制信号。
三、实验报告要求
１．设计目的和内容
２．总体设计
３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明
４．软件设计框图及程序清单
５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法）
四、总体设计
1．8253定时/计数器通道0定时控制步进速度，通道2和3定时电机的转停时间，8255的PA0控制步进电机的转停。
2．8255 的C口输出控制脉冲，经74452电路驱动电路。B口输出控制LED显示风扇当前的状态。
五、硬件设计
由于本设计主要是用步进电机的控制来模拟家用风扇控制器，所以电路是在步进电机控制系统的电路作了一些修改。除利用了PC机本身资源外（如中断资源），还利用了平台上的8253计数/定时器、8255并行接口单元，LED指示灯电路等，再加上电机的驱动电路，便构成以风扇电机控制电路。硬件原理图如图1：
图1 硬件原理图
六、软件设计
本设计通过软件编程使8253通道0输出定时信号申请中断，CPU发出命令由8255的下C口输出脉宽信号来控制步进电机的走步。8253的定时时间决定了电机转动的快慢。电机的转动和停止则是通过8255的PA0端子输出高低电平来继续或暂停8253通道0的计数从而控制中断申请来实现的。用8253的通道1和2一起来定时控制电机转动和停止时间的长短。
1．设计思路
控制系统分四个功能模块，分别是风速设置、类型设置、默认状态运行、退出系统，在前四个功能块中都设置了ESC键来取消或暂停执行当前操作。程序中同时提供三个操作界面，一个主菜单和两个子菜单界面，进行可视控制。
（1）风速设置
风速即为电机转速设置，风速分为强、中、弱三种，对应不同的电机转速。根据赋给计数器的计数初值，我们可以计算出步进电机各相脉宽信号的频率和电机转速，也可以反过来根据对电机转速要求，计算并调整计算初值。
这里采用的是8253的0号计数器和方波产生方式，输入时钟为f=46875hz，设计数初值为n，要求转速为0.25转/秒，对四相步进电机而言即为5步/秒，则有：
f / n = 5
n=f/5=46875/5=9375
反过来，当计数器初值确定时，决定了电机的转速，如计数初值为625时，有电机转速为1步每秒（本设计中的慢风速）；当计数初值为125时，电机转速为375步每秒（本设计中的快快速）。具体设置初值及风速见表1。
表1
风速 步速 转速 计数初值
慢 75 3.75 625
中 125 6.25 375
快 375 18.75 125
（2）风的类型设置
风的类型有：正常、自然、睡眠三种。
风的类型的不同选择，用FLAG0来记录状态：
a) 正常 电扇连续运转。FLAG0=2
b) 自然 电扇模拟自然风，即转4s，停8s。FLAG0=0
c) 睡眠 电扇慢转，产生轻柔的微风，运转 8s，停转8s。FLAG0=1
电机的运转是通过让8255的A0口输出高电平到8253的GATE0使其0号计数器继续工作，并开放中断进入循环等待中断状态。A0口为低电平使8253的0号计数器暂停计数，则无法产生中断信号，电机停止转动。
电扇的运转和停转的时间是由8253的通道1和通道2两个计数器一起来定时的。通道1的输入时钟为f=46875hz，设计数初值为46875，则会产生1s的定时。通道1的OUT1作为通道2的输入脉冲，输入的计数初值为N，则定时的时间为N秒。我们需要的是定时4s和8s，定时中断到修改8255的A0口的输出的电平和下次计数的初值就可以实现风的不同类型。风的类型为正常时，不用启用计数器2产生中断，让计数器0一直运行。睡眠时，通道2的计数初值一直为8，不用修改。如果是自然就得修改了。
（3）中断子程序1
在由8253定时器通道0产生的中断子程序1中，将值为11001100B的NUM内存单元循环左移或右移一位，通过8255的下C口输出低四位，控制步进电机的相序变化，从而使电机连续转动。
（4）中断子程序2
8253定时器通道2产生的中断子程序2中，修改输入到8255的A0口的电平值，控制电机的转停，令NUM1=0,每次求反，输出到8255的A口。根据当前选择的风的类型FLAG0以及当前所处的状态，修改通道2的计数初值。
（5）菜单界面设置
利用DOS下的BIOS功能调用，设计出彩色的形象而又易于操作的界面，详细设计特点请参考课本上相关介绍。
使用类型10H中断，可以实现对屏幕的完整的控制。常用的彩色文本功能的参数设置见表2。
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txws2011
2011-09-25
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