家用風扇控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

家用風扇控制器的設(shè)計與實現(xiàn)
一、實驗目的
?１．實現(xiàn)對步進電機的控制來模擬風扇控制器。
?２．掌握微機硬件和軟件的綜合設(shè)計方法。

二、實驗內(nèi)容與要求
設(shè)計并制作一個家用風扇控制器。
?1．用六個發(fā)光二極管，指示風速強、中、弱，類型為睡眠、自然和正常。
2．處于主菜單狀態(tài)時，有下列選項：
(1) 直接默認狀態(tài)運行，默認狀態(tài)為：風速-“弱”，類型-“正?！?。
(2) 進入風速子菜單界面，修改風速。
(3) 進入類型子菜單界面，修改風的類型。
4. 風速的弱、中、強對應于電扇的轉(zhuǎn)動由慢到快。
5. 類型的不同選擇，分別為：
(1) 正常?電扇連續(xù)運轉(zhuǎn)；
(2) 自然?電扇模擬自然風，即轉(zhuǎn)4s，停8s；
(3) 睡眠?電扇慢轉(zhuǎn)，產(chǎn)生輕柔的微風，運轉(zhuǎn) 8s，停轉(zhuǎn)8s；
6. 按照風速與類型的設(shè)置輸出相應的控制信號。

三、實驗報告要求
?１．設(shè)計目的和內(nèi)容
?２．總體設(shè)計
?３．硬件設(shè)計：原理圖（接線圖）及簡要說明
?４．軟件設(shè)計框圖及程序清單
５．設(shè)計結(jié)果和體會（包括遇到的問題及解決的方法）

四、總體設(shè)計
?1．8253定時/計數(shù)器通道0定時控制步進速度，通道2和3定時電機的轉(zhuǎn)停時間，8255的PA0控制步進電機的轉(zhuǎn)停。
?2．8255 的C口輸出控制脈沖，經(jīng)74452電路驅(qū)動電路。B口輸出控制LED顯示風扇當前的狀態(tài)。

五、硬件設(shè)計
?由于本設(shè)計主要是用步進電機的控制來模擬家用風扇控制器，所以電路是在步進電機控制系統(tǒng)的電路作了一些修改。除利用了PC機本身資源外（如中斷資源），還利用了平臺上的8253計數(shù)/定時器、8255并行接口單元，LED指示燈電路等，再加上電機的驅(qū)動電路，便構(gòu)成以風扇電機控制電路。硬件原理圖如圖1：
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????????????????????????????? 圖1 硬件原理圖

六、軟件設(shè)計
本設(shè)計通過軟件編程使8253通道0輸出定時信號申請中斷，CPU發(fā)出命令由8255的下C口輸出脈寬信號來控制步進電機的走步。8253的定時時間決定了電機轉(zhuǎn)動的快慢。電機的轉(zhuǎn)動和停止則是通過8255的PA0端子輸出高低電平來繼續(xù)或暫停8253通道0的計數(shù)從而控制中斷申請來實現(xiàn)的。用8253的通道1和2一起來定時控制電機轉(zhuǎn)動和停止時間的長短。
1．設(shè)計思路
控制系統(tǒng)分四個功能模塊，分別是風速設(shè)置、類型設(shè)置、默認狀態(tài)運行、退出系統(tǒng)，在前四個功能塊中都設(shè)置了ESC鍵來取消或暫停執(zhí)行當前操作。程序中同時提供三個操作界面，一個主菜單和兩個子菜單界面，進行可視控制。
（1）風速設(shè)置
風速即為電機轉(zhuǎn)速設(shè)置，風速分為強、中、弱三種，對應不同的電機轉(zhuǎn)速。根據(jù)賦給計數(shù)器的計數(shù)初值，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。
這里采用的是8253的0號計數(shù)器和方波產(chǎn)生方式，輸入時鐘為f=46875hz，設(shè)計數(shù)初值為n，要求轉(zhuǎn)速為0.25轉(zhuǎn)/秒，對四相步進電機而言即為5步/秒，則有：
f / n = 5
n=f/5=46875/5=9375
反過來，當計數(shù)器初值確定時，決定了電機的轉(zhuǎn)速，如計數(shù)初值為625時，有電機轉(zhuǎn)速為1步每秒（本設(shè)計中的慢風速）；當計數(shù)初值為125時，電機轉(zhuǎn)速為375步每秒（本設(shè)計中的快快速）。具體設(shè)置初值及風速見表1。
表1
風速?步速?轉(zhuǎn)速?計數(shù)初值
慢?75?3.75?625
中?125?6.25?375
快?375?18.75?125

（2）風的類型設(shè)置
風的類型有：正常、自然、睡眠三種。
風的類型的不同選擇，用FLAG0來記錄狀態(tài)：
a)?正常? 電扇連續(xù)運轉(zhuǎn)。FLAG0=2
b)?自然? 電扇模擬自然風，即轉(zhuǎn)4s，停8s。FLAG0=0
c)?睡眠? 電扇慢轉(zhuǎn)，產(chǎn)生輕柔的微風，運轉(zhuǎn) 8s，停轉(zhuǎn)8s。FLAG0=1
電機的運轉(zhuǎn)是通過讓8255的A0口輸出高電平到8253的GATE0使其0號計數(shù)器繼續(xù)工作，并開放中斷進入循環(huán)等待中斷狀態(tài)。A0口為低電平使8253的0號計數(shù)器暫停計數(shù)，則無法產(chǎn)生中斷信號，電機停止轉(zhuǎn)動。
電扇的運轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)的時間是由8253的通道1和通道2兩個計數(shù)器一起來定時的。通道1的輸入時鐘為f=46875hz，設(shè)計數(shù)初值為46875，則會產(chǎn)生1s的定時。通道1的OUT1作為通道2的輸入脈沖，輸入的計數(shù)初值為N，則定時的時間為N秒。我們需要的是定時4s和8s，定時中斷到修改8255的A0口的輸出的電平和下次計數(shù)的初值就可以實現(xiàn)風的不同類型。風的類型為正常時，不用啟用計數(shù)器2產(chǎn)生中斷，讓計數(shù)器0一直運行。睡眠時，通道2的計數(shù)初值一直為8，不用修改。如果是自然就得修改了。
（3）中斷子程序1
在由8253定時器通道0產(chǎn)生的中斷子程序1中，將值為11001100B的NUM內(nèi)存單元循環(huán)左移或右移一位，通過8255的下C口輸出低四位，控制步進電機的相序變化，從而使電機連續(xù)轉(zhuǎn)動。
（4）中斷子程序2
8253定時器通道2產(chǎn)生的中斷子程序2中，修改輸入到8255的A0口的電平值，控制電機的轉(zhuǎn)停，令NUM1=0,每次求反，輸出到8255的A口。根據(jù)當前選擇的風的類型FLAG0以及當前所處的狀態(tài)，修改通道2的計數(shù)初值。
（5）菜單界面設(shè)置
利用DOS下的BIOS功能調(diào)用，設(shè)計出彩色的形象而又易于操作的界面，詳細設(shè)計特點請參考課本上相關(guān)介紹。
使用類型10H中斷，可以實現(xiàn)對屏幕的完整的控制。常用的彩色文本功能的參數(shù)設(shè)置見表2。