智能電腦散熱系統(tǒng)設計(正文)

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1、第 o 頁 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 目錄 1 前言 . 1 2、 總體方案設計 . 2 2.1 設計內容 . 2 2.2 方案比較 . 2 2.3 方案論證 . 3 2.4 方案選擇 . 3 3、 單元模塊電路簡介與設計 . 4 3.1 本系統(tǒng)部分器件介紹 . 4 3.1.1 DS18B20 溫度傳感器簡介 . 4 3.1.2 STC89C52RO 單片機簡介. 4 3.1.3 ULN2003 芯片簡介 . 5 3.2 單元模塊電路設計 . 6 3.2.1 電源電路 . 6 3.2.2 單片機主芯片電路 . 7 3.2.3 時鐘電路 . 7 3.2.4 復位電路 . 8 3

2、.2.5 顯示電路 . 8 3.2.6 溫度檢測電路 . 9 3.2.7 按鍵控制電路 . 9 3.2.8 報警及電機電路 . 9 3.3 模塊連接總電路 . 10 4、 軟件設計 . 11 4.1 程序設計原理及所用工具 . 11 4.2 主程序設計 . 11 4.3 主要模塊主程序設計 . 12 5、 系統(tǒng)調試 . 15 6、 系統(tǒng)功能、指標參數(shù) . 18 7、 結論 . 19 &總結與體會 . 20 第 o 頁 9、參考文獻 . 21 附錄 1: ISIS 仿真圖、PCB 板圖、實物圖 附錄 2:程序源代碼第 1 頁 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 / 、八 1 前言

3、 現(xiàn)代生活，電腦已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分。無論筆記本電腦還是臺式 電腦，人們在選擇的時候都會考慮到它的散熱性能， 一個好的散熱系統(tǒng)能夠保證電腦的 高速正常運行，給 CPU 足夠的空間進行高負載的活動，才能享受計算機技術給我們生 活帶來的無窮魅力，可見一個好的散熱系統(tǒng)，對電腦而言是多么的重要。但是，計算機 部件中大量使用的是集成電路，而眾所周知，高溫是集成電路的大敵。高溫不但會導致 系統(tǒng)運行不穩(wěn)，使用壽命縮短，甚至有可能使某些部件燒毀。導致高溫的熱量不是來自 計算機外，而是計算機內部，或者說是集成電路內部。散熱器的作用就是將這些熱量吸 收，然后發(fā)散到機箱內或者機箱外，保證計算機部件的溫

4、度正常。多數(shù)散熱器通過和發(fā) 熱部件表面接觸，吸收熱量，再通過各種方法將熱量傳遞到遠處， 比如機箱內的空氣中， 然后機箱將這些熱空氣傳到機箱外，完成計算機的散熱。 說到計算機的散熱器，我們最常接觸的就是 CPU 的散熱器。散熱器通常分為主動 散熱和被動散熱兩種；前者以風冷散熱器較為常見，而后者多為散熱片。細分散熱方式， 又可分為風冷，液冷，半導體制冷，壓縮機制冷等等。其中，液冷 半導體制冷及壓縮 機制冷要么技術不成熟，要求高，能耗大；要么體積受限，價格昂貴。 風冷散熱器作為區(qū)別于水冷散熱器的一個主流產(chǎn)品類別，不斷的引領著整個 IT 散 熱市場的前進和創(chuàng)新因此，風冷是最常見，性價比最高的散熱方式，

5、我們設計的 智能 電腦散熱系統(tǒng)”就是利用溫度傳感器實現(xiàn)對外界溫度的感知，再利用單片機編程控制風 扇的轉速，從而實現(xiàn)溫度的自動調節(jié)，以達到散熱目的。正是因為融合了溫度傳感器技 術和單片機技術，使得本作品兼智能化和自動化于一體。而溫控調速技術的優(yōu)點在于其 能有效地提高散熱器的的工作效率，節(jié)約能源，性價比高，適用范圍廣泛。且本設計比 較人性化，由于不同的電腦的散熱能力不同，對于散熱能力很差的電腦而言，只憑借溫 控可能無法實現(xiàn)正常降溫，就需要人為控制來調節(jié)適合電腦的散熱，因此我們增加了手 控模式。 本設計中增加了實時溫度顯示，讓我們隨時看著 CPU 的具體溫度，從而消除憂慮， 并且，在這基礎之上， 還

6、增加了高溫報警功能， 避免你的電腦因為溫度過高燒毀一些部 件甚至是 CPU。因此，我們的設計更加人性化，更加舒適。第 2 頁 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 2 總體方案設計 2.1 設計內容 根據(jù)對環(huán)境溫度的測量控制小風扇的轉速，并用數(shù)碼管顯示當前溫度數(shù)值，溫度升 高風扇轉速提高，溫度降低風扇轉速下降。同時配備按鍵實現(xiàn)控制風扇的啟、停，溫控 模式、手控模式、手控檔位加，手控檔位減，另外還要實現(xiàn)溫度過高自動報警，以及按 鍵按下時發(fā)聲，提醒操作成功。 2.2 方案比較 方案一：選用熱敏電阻作為感測溫度的核心元件，通過運算放大器放大由于溫度變 化引起熱敏電阻電阻的變化、進而導至的輸出電

7、壓變化的微弱電壓變化信號，再用 AD 轉換芯片 ADC0809 將模擬信號轉化為數(shù)字信號輸入 STC89C52RC 單片機處理。采用液 晶顯示屏 LCD 顯示溫度，電機采用數(shù)模轉換芯片 AD0832 控制，由單片機根據(jù)當前溫度 值送出相應數(shù)字量到 AD0832 由 AD0832 產(chǎn)生模擬信號產(chǎn)生 PWM 波,控制直流電機轉速。 如圖 2.1 LED 顯示 7S- 圖 2.1 系統(tǒng)總體框圖 方案二：采用數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 乍為感測溫度的核心元件，直接輸出 數(shù)字溫度信號輸入 STC89C52RC 單片機處理，采用四位共陽數(shù)碼管顯示溫度，采用動 態(tài)掃描顯示方式，并且采用對單片機編程

8、輸出 PWM 調制波形經(jīng) ULN2003 驅動后直接控制 電機轉速。如圖 2.2 熱 八、 、 敏 器 件 I - 89C52 單片機 0 控制電機 報警裝置 按 鍵 控 制 V 第 3 頁 圖 22 系統(tǒng)總體框圖 2.3 方案論證 方案一：此方案能夠實現(xiàn)設計的功能，采用熱敏電阻有價格便宜、元件易購的優(yōu)點， 但熱敏電阻對溫度的細微變化不敏感，在信號采集、放大、轉換過程中還會產(chǎn)生失真和 誤差，并且由于熱敏電阻的 R-T 關系的非線性，其本身電阻對溫度的變化存在較大誤差， 雖然可以通過一定電路予以糾正，但不僅將使電路復雜穩(wěn)定性降低，而且在人體所處溫 度環(huán)境溫度變化中難以檢測到小的溫度變化。但是液晶

9、顯示模塊價格昂貴，驅動程序復 雜。雖然用 DA 轉化芯片產(chǎn)生PWMS 制波能夠實現(xiàn)，但是 D/A 轉換芯片價格較高，與其 溫控狀態(tài)下單片機直接編程相比性價比不高。 方案二：本方案也能正常實現(xiàn)設計的功能，并且由于數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 的高度集成化，大大降低了外接放大轉換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，并且由于 其感測溫度的原理與上述方案的原理有著本質的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值 在器件內部轉換成數(shù)字量直接輸出，簡化了系統(tǒng)程序設計，又由于該傳感器采用先進的 單總線技術，與單片機的接口變的非常簡潔，抗干擾能力強。 LED 數(shù)碼管顯示，成本低 廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看

10、見，功耗極低，顯示驅動程序的編寫也相對簡單， 這種顯示方式得到廣泛應用。 2.4 方案選擇 通過上面兩種方案的論證比較，中和性價比和復雜度，我們選擇第二種方案第 4 頁 3.單兀模塊電路簡介與設計 3.1 本系統(tǒng)部分器件介紹 3.1.1 DS18B20 溫度傳感器簡介 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器是 Dallas 半導體公司開發(fā)的世界上第一片支持“一 線總線”接口的溫度傳感器。它具有 3 引腳 TO 92 小體積封裝形式。溫度測量范圍為 -55 C +125C，可編程為 9 位 12 位 A/D 轉換精度，測溫分辨率可達 0.0625 C。 被測溫度用符號擴展的 16 位數(shù)字量方式串行輸

11、出。工作電壓支持 3V5.5V 的電壓范 圍，既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。DS18B20 還支持“一線總線”接口, 多個 DS18B2 可以并聯(lián)到 3 根或2 根線上，CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通 信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。它還有存儲用戶定義報 警溫度等功能。 其管腳排列如圖 3.1 所示，DQ 為數(shù)字信號端，GND 為電源地，VDD 為電源輸入端。 圖 3.1 DS18B20 外形及管腳 3.1.2 STC89C52RC 單片機簡介 STC89C52R （是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器 （FPERO） 256

12、B 片內 RAM 的低電壓， 高性能 CMOS 啦微處理器。 該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術 制造，與工業(yè)標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍 存儲器組合在單個芯片中，STC 的 STC89C52R（是 一種高效微控制器，為很多嵌入式控 制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 .J-I - -VI II -曲： TC 2 | J I I 第 5 頁 STC89C52F 單片機管腳如圖 3.2 所示： P id - J - vcc F 1 1 r ? ” PQ D IAOQI P 1 2

13、 ” 4 審 H i Fl 1 fl IF 2 AD 3 3 F 1 4 5 ” 二 PO 3 H!AD3) 9 Hi j R t F ” :5 P 1 T Kat : 3-Z r吒劇口事】 韶* P V Ci O p F 乂 w T P3 1 1V 1 0 口 ALEr PROG I HTO li 3 Z ； Pt 29 ； iIHT1 串事 E 1 f 訃 1 P3 I 42 0 1 1 WW* r 3 匚| ft :1 4 15V PJ F r ” T 3 1 I X1AL1 PJ 工 1A1 l 事常H 1 孫 PJ 1 C N- & 30 Li pa a 圖 3.2 STC8

14、9C52RC 單片機管腳 各管腳功能： VCC 供電電壓。 GND 接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1 口 的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以 被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行 校驗時，P0 俞出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸 出 4TTL門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下

15、拉 為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口 作為第八位地接 收。 P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因 此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2 口 當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八 位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀 寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2

16、口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地 址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電 流。當 P3 口寫入“ 1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外 部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口。 3.1.3 ULN2003 芯片簡介 ULN2003 是大電流驅動陣列，多用于單片機、智能儀表、PLC 數(shù)字量輸出卡等控制 第 5頁西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 圖 3.4 電源電路圖 第 6 頁 電路中?？芍苯域?/p>

17、動繼電器等負載。 輸入 5VTTL 電平，輸出可達 500mA/50V ULN2003 是高耐壓、大電流達林頓陳列 ，由七個硅 NPN 達林頓管組成。 該電路的特點如下： ULN2003的每一對達林頓都串聯(lián)一個 2.7K 的基極電阻,在 5V 的工作電壓下它能與 TTL 和 CMO 電路 直接相連,可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。 ULN2003 是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、 溫度范圍寬、帶負載能力強等特點，適應于各類要求高速大功率驅動的系統(tǒng)其管腳圖如 圖 3.3 J V. IL； 1.1 圖 3.3 ULN2003 芯片引腳圖 3.2 單

18、元模塊電路設計 3.2.1 電源電路 電源電路主要是為系統(tǒng)提供電源，在本設計中，為了使電路簡單，我們直接用 USB 接口提供 5V 直流電源為電路供電。下圖中的第 2 個圖是電源指示燈電路，指示是否給 系統(tǒng)加電，第 3 個圖是濾波電路，第 4 個圖是為其余芯片供電電路。電路如圖 3.4 : 1 電源模塊電路西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 ifF HL； J I i9 mi 7 匚亡 匚 LJ 匚 I I J J 4 4 S S匚 315 out r H 1U + l.1 Jll 卜 .TC 第 7 頁 322 單片機主芯片電路 芯片 STC89C52RC 是帶 2K 字節(jié)快閃存儲器

19、的 8 位單片機。P0-P3 口都是并行 I/O 口, 都可用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出。其中 P1 的 P1.4,P1.5 P1.6, P1.7 口用于 LED 顯示的位選 控制；P1.2 高溫報警；P1.3 用于控制直流電機的轉速。P2 口用于 LED 數(shù)碼管的段選信號 輸出，P3.4 用于 DS18B20 溫度檢測值的輸入，而 P0.0-P0.4 用于按鍵的輸入檢測，同時 P0 口加上拉電阻。電路如圖 3.5。 IC1 STC12C5A6OS2 單片機主芯片電略 圖 3.5 單片機芯片 STC89C52 的電路圖 3.2.3 時鐘電路 單片機的晶振電路，即時鐘電路。單片機的工作流程，就是在系統(tǒng)時

20、鐘的作用下， 一條一條地執(zhí)行存儲器中的程序。單片機的時鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容， 以及單片機內部的時鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng) 功耗也會相應增加，穩(wěn)定性也會下降。單片機系統(tǒng)常用的晶振頻率有 6MHz 11. 0592MHz 12MHz 本系統(tǒng)采用 11. 0592MHz 晶振，電容選 30pF,電路如圖 3.6 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 C1L AIM71 3*4 .1 PAA-I 1 訃12 Weil WeLZ Wd? RST RXD r-.i: iff: L r Tfl. TV1 T1 訂 PtJO 円11 T5T W PW W

21、T P2 0 P2 1 F2_2 P7 5 F2.4 P2.5 P26 M.7 P?1 P22 P?4 F2? 酣滬vcc Ik AXX4 5 A F4 - PM ADOJ CLCK2 PL1ADCI Pl Pl Pl 5 ADC5 MOSI Pie ADC4MISO PWgChECLK P3.CRXD P3 I TXD P3.2 INTO JINTT PJ JTaCLKO P3 5 TL CLKJ Pl 6 WR 円.7目 LkYl cil pOpF 圖 3.6 晶振電路圖 圖 3.8 顯示模塊電路圖 第 8 頁 324 復位電路 系統(tǒng)剛上電時，單片機內部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準備時

22、間，也就是復 位時間。一個穩(wěn)定的單片機系統(tǒng)必須設計復位電路。當程序跑飛或死機時，也需要進行 系統(tǒng)復位。復位電路有很多種，有上電復位，手動復位等，電路如圖 3.7 : 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 第 9 頁 復位電路復位電路 圖 3.7 復位電路圖 3.2.5 顯示電路 LED 采用共陽極數(shù)碼管，利用單片機的 I/O 口驅動 LED 數(shù)碼管的亮滅。設計中為了 簡化電路，直接用 P1.5-P1.7 四位來作為數(shù)碼管的片選信號，P2 口來作為其段碼控制 LED 數(shù)值顯示。其電路如圖 3.8： 圖 3.8 顯示模塊電路圖 第 10 頁 掀科暮模塊 第 11 頁 326 溫度檢測電路 設

23、計中利用 DS18B20 作為溫度檢測，并且它能自動將溫度信號轉換成數(shù)字信號輸入 給單片機的 P3.4 口，檢測靈敏，速度較快。模塊電路如圖 3.9： vet - HZZI- R6 = 18BZ0 吩吩 溫度傳感器模塊溫度傳感器模塊 圖 3.9 溫度檢測電路 327 按鍵控制電路 設計中利用五個按鍵控制，系統(tǒng)的啟、停，模式選擇，以及手控模式下的風扇轉速 增減（默認為溫控模式），分別通過單片機 I/O 口的 P0.0-P0.4 輸入，并且 P0 口加上拉 電阻。電路如圖 3.10 : Wei PTO11 ADC1 上拉電阻 GND 圖 3.10 按鍵控制電路 3.2.8 報警及電機電路 西華大學

24、電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 KPI VCC 圖 3.8 顯示模塊電路圖 第 12 頁 高溫報警和按鍵發(fā)聲采用同一電路， 通過單片機的 P1.2 輸出信號經(jīng) ULN2003 后控制 此部分，而電機的控制則由單片機 P1.3 輸出調制后的波形經(jīng) ULN2003 后驅動電機。電 路如圖 3.11圖 3.12 模塊連接總電路 第 13 頁 圖 3.11 報警及電機電路 3.3 模塊聯(lián)接總電路 根據(jù)以上各個部分的介紹，最后聯(lián)接成整體，實現(xiàn)從 DS18B20 中采集溫度，將溫度 值一數(shù)字信號送入單片機中經(jīng)過處理后控制顯示以及風扇轉速，隨著溫度的變化，顯示 和電機的轉速也會發(fā)生變化， 并且進入手控模

25、式后， 通過按鍵也可以人為控制轉速， 其 聯(lián)接總圖如 3.12 : THE 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 m uamhMh 一“ - L . W FTL？：J 生別機棋Mt 電源舉塊電r-l-te 圖 3.12 模塊連接總電路 第 14 頁 XI 沁 *= 33 Tim wF 第 15 頁 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 4.軟件設計 圖 4.1 程序設計流程圖 本設計采用 51 單片機 C 語言進行編程，采用模塊化思想，即將其分為很多個模塊， 有DS18B20 莫塊，顯示模塊，PWM 調制模塊，高溫報警模塊，按鍵控制模塊，編程所用 的軟件是 Keil 4，下載程序用

26、到了 STC_ISP_V488 軟件，程序調試時仿真用到 Proteus 7.7。 4.2 主程序設計 主程序中主要完成將各模塊程序聯(lián)接起來，并且不斷循環(huán)進行，達到連續(xù)工作，并 且會進行狀態(tài)查詢，當開啟后才能執(zhí)行程序，否則不斷待機查詢，最后進行是否關閉查 詢，若沒有關閉，正常執(zhí)行，若關閉則進入待機查詢開啟鍵狀態(tài)。流程框圖見圖 4.1 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 第 16 頁 4.3 主要模塊子程序設計 4.3.1 DS18B20 復位與檢測子程序 本子程序中首先進行 DS18B20 的復位并查詢是否準備好，然后寫入控制，讀出溫 度： void DS18b20_reset(voi

27、d)/復位 bit flag=1; while (flag) while (flag) DQ = 1; delay(1); DQ = 0; delay(50); / 550us DQ = 1; delay(6); / 66us flag = DQ; delay(45); 延時 500us flag = DQ; DQ=1; 從 DS18B20 中讀取溫度的程序如下: int read_temp(void) u8 temp_data2; /讀出溫度暫放 int temp; DS18b20_reset(); / 復位第 17 頁 write_byte(OxCC); / 發(fā) Skip ROM 命令 w

28、rite_byte(OxBE); / 發(fā)讀命令 temp_dataO=read_byte(); 溫度低 8 位 temp_data1=read_byte(); 溫度高 8 位 temp = temp_data1; temp = 4; 精度 0.0625 所以除以 16 return temp; 4.3.2 顯示子程序 將溫度讀出轉換后的溫度數(shù)據(jù)分別存在 70H-73H 中，在本子程序中將其讀出從 輸出控制數(shù)碼管顯示。 代碼如下 if(get_flag) TH0 = 0 xfc; / 裝入初值 1MS TL0 = 0 x17; start_temp_se nsor(); delay(5); te

29、mperature = (i nt)read_temp(); str0 = tab1temperature%10; str1 = tabtemperature/10%10; get_flag=0; 4.3.4 按鍵掃描子程序 本子程序是進行控制模式選擇按鍵查詢，并且進入手控模式時的檔位調節(jié)查詢，并且伴 有按鍵發(fā)聲，按鍵掃描子程序代碼： 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 P0 口 第 18 頁 void key() if(!P1O)開電機 while(!P10); M_OPEN = 1; if(!P11)關電機 while(!P11); M_

30、OPEN = 0; if(!P12)電機加速 while(!P12); if(PWM_VALUE0) PWM_V ALUE-; if(!P15) 溫控 while(!P15); T_CONTRL = 1; if(!P16)不溫控 while(!P16); T_CONTRL = 0; 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 第 19 頁 5 系統(tǒng)調試 5.1 硬件調試 在完成電路圖的仿真之后，進入了實物設計，實物設計主要是對自己所設計的電 路圖進去焊接，用到自己電路圖上的所用器件，如果實在沒有的，可以用功能相似的器 件來代替。在完成第一部分的焊接后， 要對一些部件進行電壓的測量， 第一部分的

31、焊接 主要焊接電阻， 電源，USB 接 口，發(fā)光二極管等，焊接完成后，我們接上 USB 接 口，發(fā) 現(xiàn)電路板上的 USB 接口處的發(fā)光二極管不亮，開始并不明確問題所在，之后我們使用萬 用表對 USP 接口，穩(wěn)壓二極管，電源進行電壓的測量，最后我們發(fā)現(xiàn)時總控制開關安反， 最后我們只好將按鍵取下重新安裝，然后再加電測量測量出來的電壓值均在 +5.00V 左 右，并且發(fā)光二極管發(fā)亮，說明之后焊接的電路正確，之前存在問題。 之后我們斷開電源再將電路素所需要的芯片的連接板和電容等器件焊接到電路 板上，焊接時必須注意芯片和電容的正負極，例如電容的正負極判斷為“長正短負” ， 就是電容所接的長的那根導線接正

32、極，短的那根接負極。在焊接完成之后，我們再次接 通電源和 USP 接 口的電源，按下開關電源，USB 接 口處的發(fā)光二極管再次發(fā)亮，此時再 次用萬用表對電路板的電源，穩(wěn)壓二極管， USB 接口及其各個芯片和單片機進行電壓的 測量，測量出來的全部都在+5.00 V，說明電路正確，此時我們將所用的芯片包括單片機 接上電路板，然后開啟電源，將程序載入單片機運行整個電路，我們發(fā)現(xiàn) LED 數(shù)碼管顯 示存在問題，主要是第二位位選可能存在問題，并且顯示較暗，后來我們總結發(fā)現(xiàn)是 LED 直接由單片機接出負載，而單片機的接負載能力很差，所以很暗，并且 LED 存在問題， 最后在老師的指導下，根據(jù)原理圖，靈活做

33、一些變動，添加了電阻、三極管驅動，另外， 更換了 LED 顯示屏，使其顯示非常正常和明亮。 由于老師給的外部電路是萬用板，所以我們必須自己焊接電路，并且要自己連接導 線，焊接完成后，將程序下載到單片機中運行，發(fā)現(xiàn)電機不能正常轉動，而且報警器不 斷報警，最后我們檢測發(fā)現(xiàn)，ULN2003 的公共端我們沒有接地，因此我們將其接地后在 進行調試，發(fā)現(xiàn)一切都正常。總結本次自己動手焊接和調試電路發(fā)現(xiàn)自己在動手能力方 面還有很多不足，但是能夠自己在老師的指導下找出問題解決問題，自己覺得這是一個 很大的進步。 5.2 軟件調試 軟件調試是一個漫長的過程，一個小的疏忽就可能造成軟硬件結合時出現(xiàn)錯誤。我 們在本次

34、調試中主要出現(xiàn)了一個錯誤，就是中斷程序處理不當，導致整個系統(tǒng)癱瘓，經(jīng) 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 第 20 頁 過仔細整理后，才找出問題： 最初的程序段： mai n() un sig ned char TempH,TempL; TMOD=0 x01;定時器設置 THO=Oxef; TL0=0 xf0; IE=0 x82; TR0=1; P2=0 x00; coun t=0; while(1) str2=tab(temp%1000)/100; /十位溫度 str3=tab1(temp%100)/10; /個位溫度,帶小數(shù)點 str4=tabtemp%10; 小數(shù) if(flag

35、_get=1) /定時讀取當前溫度 temp=ReadTemperature(); flag_get=0; 改進后的程序段： mai n (void) /TMOD=0 x11; /T0 方式 1 計數(shù) T1 方式 1 計數(shù) TMOD |= 0 x01; TH0 = 0 xfc; 裝入初值 1MS第 21 頁 P2 = 0 x00; LED = 1; PWM = 0; DS18B20nit(); while(1) key(); if(get_flag) TH0 = 0 xfc; / 裝入初值 1MS TL0 = 0 x17; start_temp_se nsor(); delay(5); tem

36、perature = (in t)read_temp(); str0 = tab1temperature%10; str1 = tabtemperature/10%10; get_flag=0; 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 TR0 = 1; ET0 = 1; EA = 1; /啟動 to 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 TLO = 0 x17; 第 22 頁 6 系統(tǒng)功能、指標參數(shù) 6.1 系統(tǒng)功能 該系統(tǒng)是針對電腦散熱而設計，能夠及時監(jiān)測機箱內的實時溫度，并自動將溫度值 轉換成數(shù)字信號送入單片機，然后在 LED 顯示頻上準確無誤的顯示；通過對送入溫度 進行分析，判

37、斷溫度有無達到最大溫度，如果達到就進行報警，給人們警示。當我們選 擇溫控模式時，就將送入的溫度值參與 PWM 調制，當溫度不斷增大時，風扇轉速不斷 增加，反知，隨著溫度減小，風扇轉速也減小；當進入手控模式時，我們可以任意增大 減小風扇的轉速，同時當我們對按鍵進行操作時，報警模塊 LED 點亮提醒操作成功， 從而設計顯得人性化，舒適化。 6.2 指標參數(shù) 在主電路板中需要測量出的參數(shù)：電源電壓，各個芯片的電壓以及單片機的電壓， 以下為各電壓的值： 1. 電源電壓的測量值為 5.00V 3. 芯片的電壓值：ULN2003 勺電壓測量值為 5.02V，MAX232 勺電壓測量值為 5.00V， 4.

38、 單片機的電壓值為 4.98V 5. 電機運行時其兩端的電壓是 5.00V 所以對于電源為 5V 電路來說，以上參數(shù)都是正確的。 其余的參數(shù)如下： 1. 電路板中單片機的晶振電路中晶振元件 12MHZ 2. 高溫報警電路中的限流電阻的大小為 100 3. 顯示模塊中的電阻大小為 4.7K 并且在系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下，各個模塊的電壓，電阻等參數(shù)均正常。 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 7 結論 本設計通過硬件焊接，軟件編程以及重要的軟硬件調試之后，實現(xiàn)了最初預想的各 項功能，雖不說一帆風順，但完成了要求。并且除了要求的溫度讀取、顯示、控制電機 等基本功能外，第 23 頁 我們還增加了手

39、控模式，高溫報警，按鍵發(fā)聲提醒等功能，使設計更加 人性化。 智能化的電腦散熱系統(tǒng)不僅能夠用于電腦的散熱， 其實也可以用于普通風扇的設計 之中，本設計可以說是多方面的考慮。而增加手控模式的好處在于，不同電腦的性能和 CPU產(chǎn)熱量也不太一樣，而本設計對溫度控制電機的靈敏度相當高，對于溫度過高的電 腦或者溫度變化很快的電腦而言，比較適宜。對于一些電腦散熱不是很多，溫度變化比 較穩(wěn)定的電腦，可以采用手控設定檔位，減小能耗，使散熱系統(tǒng)壽命更長。對于很多用 按鍵控制的系統(tǒng)沒有添加按鍵提醒部件，雖說可以減小能耗，但是對于操作不是很明確， 當你按下時，如果變化不大的情況下，你不能確定操作是否成功；倘若有了提醒

40、裝置， 每次操作成功都有提醒，既能給人們帶來方便，也能方便檢修。 設計雖然成功了，但是并沒有正在用于電腦內部散熱，若條件允許便能真正檢測出 系統(tǒng)設計的有效性和安全性。本系統(tǒng)的設計集中的對我們數(shù)模電電路知識，C 語言學習, 以及實際動手能力進行了綜合性的考察，由于我們對一些器件的了解程度不是很高，所 以，對于我們的設計還有很多改進的地方，比如：直流電機可以改成效率更高，能耗更 低的電機等。第 24 頁 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 8 總結與體會 通過本次課程設計對很多學科有了深入的學習和理解，對電路也有了新的體會，在 設計過程中，主要做了兩方面的設計：一就是軟件的設計。二是硬件電

41、路的設計。在軟 件設計中本系統(tǒng)的軟件部分主要是利用 C 語言來設計的，更加深入的鞏固了我們的 C 語 言知識，增加了我們的編程能力和經(jīng)驗。 簡單儀器原理與設計的課程是通信工程專業(yè)學生所要掌握的， 是實踐教學不可缺少 的重要環(huán)節(jié)。通過課程設計，不僅能提高學生學習智能儀器的興趣，加深對智能儀器的 理解，開闊視野，也能為畢業(yè)設計打下良好的基礎。學生基本上經(jīng)歷了單片機應用系統(tǒng) 開發(fā)的全過程，擴大了學生實踐的內容，從而取得了較好的教學實踐效果。任何收獲都 要付出巨大的努力，我們思考，閱讀，動手，這讓我們受益匪淺，其樂無窮。 經(jīng)過一個星期的努力，我們終于成功的完成了本次課程設計。再設計過程中我們又 很多收

42、獲當然也遇到很多困難。譬如說不能把書本上的知識與實踐相結合。還有當我們 第一次把硬件電路做出來以后就在調試時發(fā)現(xiàn) LED 工作不正常，原來是我們沒有按照管 腳的正確順序連接電路來驅動 LED 顯示，在這個過程中培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問題，思考問題， 解決問題的能力，也增加了我們實際動手實踐的能力。 在這次設計的軟件部分是使用 C 語言，考慮到剛剛學過，并且想通過本次設計加深 對 C語言的理解和熟悉，增強編程能力。C 語言執(zhí)行效率較高，代碼精簡；它的可讀性 較好，容易理解。通過設計也能大大加深對軟硬件的結合掌握和學習。 本次設計增強了我們查閱資料的方法和技巧，更是大大的提高了我們自學的能力， 同時也增強

43、了我們的動手能力。 通過本次課程設計，我們在對這門技術上有了更深刻的認識，也從實踐中去感受到 了技術給我們設計帶來的改變與進步。我們不僅基本掌握了軟件的使用，還對電子設計 的思路有了更多的認識。 在這一個星期的課程設計過程中，我們三個人一起查資料、一起討論、一起交流， 最終我們決定了設計方案并成功完成設計，這些都培養(yǎng)了我們的團結合作精神，這次設 計讓我們受益匪淺。 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 第 25 頁 9 參考文獻 1 譚浩強 C 語言程序設計（第三版）J.北京：清華大學出版社，2005 2 張毅剛、彭喜元單片機原理及應用M.北京：高等教育出版社，2003 3 張海兵、李敏

44、.PROTEL 電路設計實例與分析J.北京：人民郵電出版社， 2005 4 李春葆、金晶.C 語言程序設計輔導M.北京：清華大學出版社,2007 楊將新、李華軍單片機程序設計及應用（第三版） M.北京：電子工業(yè)出版社，2006 魯捷、焦振宇.PROTEL 2004 電路設計M.北京：清華大學出版社， 2006 7 康光華陳大欽 電子技術基礎模擬部分（第四版） M.高等教育出版社.1987 8 謝自美 主編電子線路設計實驗.測試（第二版）M.華中理工大學出版社， 2005 9 王為青，邱文勛 51 單片機開發(fā)案例精選J.人民郵電出版社，2001 , （5） : 45-47 10 邊海龍，孫永奎單

45、片機開發(fā)與典型工程項目實例詳解 J.電子工業(yè)出版社，2008 11 康光華、鄒壽彬電子技術基礎數(shù)字部分（第五版） M.北京：高等教育出版社，2006 12 謝維成，劉勇微機原理與接口技術M.華中科技大學出版社，2009 13 張毅剛單片機原理及應用M.高等教育出版社，2003第 26 頁 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 附錄 1: ISIS 仿真圖、PCB 板圖、實物圖 I I Tbl Vrt cr Qr qr pr or ? * / * : * * 3 ? + r r F * r r 附圖 1、ISIS 仿真圖 在單片機最小系統(tǒng)的搭建上采用了 12MHZ 的晶振作為晶振電路核心，

46、復位選用按 鍵復位方式，溫度檢測模塊使用 P3.4 來接收數(shù)據(jù)，按鍵模塊選用 P1 口來控制，數(shù)碼管 選用P0 口發(fā)送段碼，用 P2 口發(fā)送位碼，P3.0 口用于報警電路，實際上還有大把的 IO 口資源可以使用，還可以實現(xiàn)更多的功能。仿真的時候最大的問題是 ULN2003 模塊的 搭建以及使用，由于之前沒有對它理解透徹，導致出了許多問題，但是最后在細心查資 料之后終于將它調試成功。 1? MALI 旳加U PD1AC1 旳 酗 出 FnjAL.l PIUMI4 心諦茵 fO5ftE6 M.E 巨 P2.UCS F22AD P23ftfl I2U12 P2SA0 IKAH *劉利錚 ra.i/r

47、a F33i MMHT pi.rn FI佇 P7J&JW 132. k;亡 kE RFl; RI；inQ irn liH jm kW 訓 IIU trUl J IMH IUJ J1 :TEC .XTA12 P1M2 11 !30一 13 -LT ULKira，忑 15 4 3期丄上工g g!c!c丈兀C5C8C1CC5C8C1C 第 27 頁 附圖 2、實物圖 在實物調試上面按鍵模塊，電機模塊算是比較順利的，但是在數(shù)碼管顯示溫度模塊 上面一直有問題，調試了很久都沒有進展，在上網(wǎng)查了許多資料后才知道原因是中斷干 擾了數(shù)碼管掃描，還有一個問題是數(shù)碼管的管腳排列， ABCDEFGH DP 必

48、須對應管腳 第 28 頁 11、7、4、2、1、10、5、3 來依次連接 P0.0 P0.7 。第 29 頁 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 附圖 3、PCB 圖 此 PCB 圖是用 AD09 畫的，AD09 相對于 PROTEL 來說，庫更多，且更容易與電腦兼 容，操作簡便。把原理圖連接好之后，剩下的就是布線了，總的來說還是比較順利的， 并不麻煩。茅 BQ 白島Big 00X00 QOOQOQOOOOO0QOO0OQ 第 30 頁 附錄 2:程序源代碼 #in elude #in elude #in elude vintrin s.h typedef un sig ned int

49、 u16; typedef un sig ned char u8; un sig ned char code tab= 0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8, 0 x80,0 x90;/ 數(shù)碼管段碼表共陽 un sig ned char code tab1= 0 x40,0 x79,0 x24,0 x30,0 x19,0 x12,0 x02,0 x78, 0 x00,0 x10; #defi ne no ps(); _no p_(); _n op_(); _nop_(); _ nop_();/ 定義空指令 #defi ne PWM_MA

50、X 20 #defi ne TEMP_MIN : 20 #defi ne TEMP_MAX 80 u16 str2; int temperature; /溫度值 u8 PWM_VALUE=0; /PWM 值 bit M_OPEN=0; / 默認電機關 bit T_CONTRL=1; / 默認溫控 bit get_flag=1; / 溫度采集 sbit DQ =P1A7; / 溫度 DS18B20 sbit LED=P3A0; / 報警 sbit PWM=P3A7; /PWM 輸出 sbit P10=P1A0; / 開 sbit P1 仁 P1; / 關 sbit P12=P1A2; / 加速

51、sbit P14=P1A4; / 減速 sbit P15=P1A5; / 溫控 sbit P16=P6; / 不溫控 void delay (un sig ned int i)/ 延時函數(shù) while(i-); void DS18b20_reset(void) 復位 bit flag=1; while (flag) while (flag) DQ = 1; delay(1); DQ = 0; delay(50); / 550us DQ = 1; delay(6); / 66us flag = DQ; delay(45); / 延時 500us flag = DQ; DQ=1; /*18B20

52、寫 1 個字節(jié)函數(shù)，向 1-WIRE 總線上寫 個字節(jié)*/ void write_byte(u8 val) u8 i; for (i=0; i= 1; / 右移一位 DQ = 1; delay(1); /*18B20 讀 1 個字節(jié)函數(shù)，從 1-WIRE 總線上讀取 一個字節(jié)*/ u8 read_byte(void) u8 i, value=0; for (i=0; i= 1; DQ = 0; no ps(); /4us DQ = 1; no ps(); /4us if (DQ) value|=0 x80; delay(6); /66us DQ=1; return(value); /*啟動溫度

53、轉換*/ void start_temp_se nsor(void) DS18b20_reset(); write_byte(0 xCC); / 發(fā) Skip ROM 命令 write_byte(0 x44); / 發(fā)轉換命令 /*讀出溫度*/ int read_temp(void) u8 temp_data2; / int temp; DS18b20_reset(); / write_byte(0 xCC); / write_byte(0 xBE); / temp_data0=read_byte(); / 溫度低 8 位 temp_data1=read_byte(); / 溫度高 8 位 t

54、emp = temp_data1; temp = 4; / 精度 0.0625, 所以除以 16 return temp; /*18B20 初始化 void DS18B20nit() DS18b20_reset(); write_byte(0 xCC);/ write_byte(0 x4E);/ write_byte(0 x7F); 為 12 位精度 write_byte(0 x7d);/ 9 位精度 write_byte(0 x1);/ 9 位精度 write_byte(0 x1F);/讀出溫度暫放 復位 發(fā) Skip ROM 命令 發(fā)讀命令 *劉 跳過 ROM 與奇存器 將配置寄存器配置

55、將配置寄存器配置為 將配置寄存器配置為 將配置寄存器配置為 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 第 32 頁 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 DS18b20_reset(); * 按鍵掃描 * */ void key() if(!P1O) 開電機 while(!P10); M_OPEN = 1; if(!P11) 關電機 while(!P11); M_OPEN = 0; if(!P12) 電機加速 while(!P12); if(PWM_VALUE0) PWM_VALUE-; if(!P15) 溫控 while(!P15); T_CONTRL = 1; if(!P16) 不

56、溫控 while(!P16); T_CONTRL = 0; /* */ mai n (void) TMOD=Ox11; /TO 式 1 計數(shù) TMOD |= 0 x01; TH0 = 0 xfc; / TL0 = 0 x17; TR0 = 1; / 主 函 數(shù) 方式 1 計數(shù) T1 方 裝入初值 1MS 啟動 t0 ET0 = 1; EA = 1; P2 = 0 x00; LED = 1; PWM = 0; DS18B20_I nit(); while(1) key(); if(get_flag) TH0 = 0 xfc; / 裝入初值 1MS TL0 = 0 x17; start_temp_

57、se nsor(); delay(5); temperature (in t)read_temp(); str0 = tab1temperature%10; str1 = tabtemperature/10%10; get_flag=0; 第 33 頁 u16 cou nt=O; / 定時次數(shù)，每次 1ms u16 cou nt1=0; u8 temp_value=O; void t0() in terrupt 1 using 2 TH0=0 xfc; / 重裝 t0 TL0=0 x17; if(cou nt=PWM_MAX) cou nt=O; else coun t+; /* 電機控制*/

58、 if(T_CONTRL) 溫控 if(temperatureTEMP_MAX) temp_value = PWM_MAX; LED = 0; else if(temperatureTEMP_MIN) temp_value (temperature-TEMP_MIN)*PWM_MAX/ (TEMP_MAX-TEMP_MIN); LED = 1; else temp_value = 0; LED = 1; if(M_OPEN)/ 電機開 if(cou nt=O) PWM = 1; if(cou nt=temp_value) PWM=0; else PWM=0; else if(M_OPEN)/ 電機開 if(cou nt=O) PWM = 1; if(cou nt=PWM_VALUE) PWM=0; else PWM=0; /* 數(shù)碼管掃描和溫度檢測*/ if(cou nt%10=0)/10ms if(cou nt1=50) cou nt 仁 0; else coun t1+; if(cou nt1=0) get_flag=1; if(cou nt1%2=0) P2=0 x80;*to 定時*中斷函數(shù)*/ 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告 第 34 頁 P0=str1; else P2=0 x40; PO=strO; 西華大學電氣信息學院智能化電子系統(tǒng)設計報告