山东科技大学学士学位论文 各个单元模块的硬件设计
图3.1 AT89C52单片机
P3.0：RXD（串行数据接收口） P3.1：TXD（串行数据发送口） P3.2：INT0（外部中断0输入） P3.3：INT1（外部中断1输入） P3.4：T0（记数器0计数输入） P3.5：T1（记时器1外部输入） P3.6：WR（外部RAM写选通信号） P3.7：RD（外部RAM读选通信号）
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平状态。
ALE/PROG：地址锁存允许/编程线，当访问片外存储器时，在P0.7~P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/PROG线上输出一个高电位脉冲，其下降沿用于把这个片外存储器低8位地址锁存
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到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7~P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器读写数据。不访问片外存储器时，单片机自动在ALE/PROG线上输出频率为1/6晶振频率的脉冲序列。
PSEN：外部程序存储器ROM的选通信号。在由外部程序存储器存取
期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。
EA/VPP：允许访问片外存储器/编程电源线，当EA保持低电平时，则
在此期间允许使用片外程序存储器，不管是否有内部程序存储器。当EA端保持高电平时，则允许使用片内程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内OSC的定时反馈回路。
3.1.3 DS18B20单线数字温度传感器简介
DS18B20数字温度传感器，是采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域[6]。
DS18B20的主要特征：测量的结果直接以数字信号的形式输出，以“单线总线”方式串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；温度测量范围在-55℃ — +125℃之间，在-10℃ — +85℃时精度为±0.5℃；可检测温度分辨率为9-12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；它单线接口的独特性，使它与微处理器连接时仅需一条端口线即可实现与微处理器的双向通信；支持多点组网功能，即多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网
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多点测温的功能；工作电压范围宽，其范围在3.0—5.5V。
DS18B20内部结构主要有四部分：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。其管脚有三个，其中DQ为数字信号端，GND为电源地，VDD为电源输入端。温度传感器如图3.2所示。
图3.2 温度传感器DS18B20
3.1.4 直流电动机简介
根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以下公式： n?UR内?T Cc?CrCC?其中：U—电压；R内—励磁绕组本身的电阻；Φ—磁通(WB)；Cc—电势常数；Cr—转矩常量。
由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于
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励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。电机工作原理如图3.3所示。
图3.3 直流电机的工作原理图
电枢控制是在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上，以控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串联一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低、平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制方法。如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)调压等等。调压调速法具有平滑度高，能耗少，精度高等优点。在工业生产中广泛使用其中脉宽调制(PWM)应用更为广泛。
脉宽调制原理 PWM脉冲宽度调制技术就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）的技术。下式是占空比计算公式：
D?t1 T 15
式中t1表示一个周期内开关管导通的时间，T表示一个周期的时间。
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占空比D表示了在一个周期里，开关管导通的时间与周期的比值，变化范围为0≤D≤100%。由上式可知，当电源电压不变的情况下，电枢的端电压的平均值为Dmax=V*D，因此改变占空比D就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。在PWM调速时，占空比是一个重要参数[7]。以下是三种可改变占空比的方法：
? 定宽调频法：保持高电平时间不变，改变低电平时间，从而改变周
期（或频率）。
? 调宽调频法：保持低电平时间不变，改变高电平时间，从而改变周
期（或频率）。
? 定频调宽法：保持周期（或频率）不变，同时改变高、低电平持续
时间。
前2种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此应用较少。目前，直流电动机的控制中，主要使用第3种方法。
定频调宽法是利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。 3.1.4 达林顿反向驱动器ULN2803简介
本系统要用单片机控制风扇直流电机，需要加驱动电路，为直流电机提供足够大的驱动电流。在本系统驱动电路中，选用达林顿反向驱动器ULN2803来驱动风扇直流电机。ULN2803在使用时接口简单，操作方便，可为电机提供较大的驱动电流，它实际上是一个集成芯片，单块芯片可同时驱动8个电机。每个电机由单片机的一个I/O口控制，单片机I/O口输出的为5V的TTL信号。
ULN2803由8个NPN达林顿晶体管组装而成，共18个引脚，引脚1～8
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