智能温控风扇的设计
（9）具有两种节能模式：闲置模式和掉电模式
值得注意的是，P0、P1、P2、P3口作为普通I/O口使用时都是准双向口结构，其输入操作和输出操作本质不同，输入操作是读引脚状态，输出是对锁存器的写入操作。当内部总线给口锁存器置0或1时，锁存器中的0、1状态立即反映到引脚上。但在输入操作时，如果锁存器状态为0引脚被钳位0状态，导致无法读出引脚的高电平输入。因此，准双向口作为输入口时，应先使锁存器置1（称之为置输入方式）。然后，再读引脚，例如：要将P1口的状态读入到累加器A中，应执行以下两条指令：
MOV P1，#0FFH ；P1口置入方式 MOV A， P1 ；读P1口引脚状态到A
另外，I/O口的端口自动识别功能，保证了无论是P1口（低8位地址）P2口（高8位地址）的总线复用，还是P3口的功能复用，内部资源自动选择而不需要用指令进行状态选择。
近年来，随着计算机技术的发展，单片机的功能越来越强大。由于单片机的寿命长、速度快、低功耗、低噪声、可靠性高的特点及16位、32位单片机的出现，在工业领域仍具有很大的发展潜力。 AT89C52引脚图如图3-5所示。
123456781312151431191891716P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR8051P27P26P25P24P23P22P21P20ALE/PPSENP00P01P02P03P04P05P06P07TXDRXD3938373635343332111028272625242322213029 图3-5 AT89C52引脚图
3.3 直流电机
16
智能温控风扇的设计
直流电动机的结构原理图如图3-6所示。
图3-6 无刷直流电动机的机构原理图
它主要有电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其它启动装置。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），在实际应用中多为三相，三相绕组又可分为星形连接和三角形连接。转子由永久磁钢按一定极对数（2P=2,4....）组成。图中的电动机本体为三相俩极。三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件连接，在图 中A相、B相、C相绕组分别与功率开关V1、V2、V3相接。位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接。
当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁场的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁场位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。
因此，所谓直流电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、永磁式同步电动机以及位置传感器三者组成的“电动机系统”。其原理框图,如图3-7所示。
17
智能温控风扇的设计
直流电源 开关电路 电动机 位置传感器
图3-7 直流电动机原理框图
电动机转子的永久磁钢与永久有刷直流电动机中所使用的永久磁钢的作用相似，均是在电动机的气隙中建立足够的磁场，其不同之处在于无刷直流电动机中永久磁钢装在转子上，而直流有刷电动机的磁钢装在定子上。
无刷直流电动机电子开关线路是用来控制电动机定子上各相绕组通电的顺序和时间，主要有功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元两个部分组成。功率逻辑开关单元是控制电路的核心，其功能是将电源的功率以及一定逻辑关系分配给无刷直流电动机定子上各相绕组，以便使电动机产生持续不断的转矩。而相绕组导通的顺序和时间主要取决于来自位置传感器的信号。但位置传感器产生的信号一般不能直接用来控制功率逻辑开关单元，往往要经过一定逻辑处理后才能去控制逻辑开关单元。综上所述，组成无刷直流电动机各主要部件的框图，如图3-8所示。
主定子 直流电动机位置传感器 光电码盘 图3-8 直流电动机的组成框图
电子开关电路 霍尔元件 位置信号处理 电动机本体 主转子 功率逻辑开关 18
智能温控风扇的设计
4 硬件设计
4.1 开关复位电路
在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展I/O接口电路也需要复位，因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。单片机上的XTAL1和XTAL2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。本设计中开关复位与晶振电路如图4-1所示，当按下按键开关S1时，系统复位一次。其中电容C1、C2为20pF，C3为10uF，电阻R2、R3为10k。
图4-1 系统复位电路
4.2 数码管显示电路
本设计制作中选用4位共阴极数码管作为显示模块，它和单片机硬件的接口如图4-2所示。其中前2位数码管DS1、DS2用于显示温度传感器实时检测采集到的温度，可精确到0.1摄氏度，显示范围为0~99.9摄氏度；后2位数码管DS3、DS4用于显示系统设置的初值温度，只能显示整数的温度值，显示范围为0~99摄氏度。4位数码管的段选a、b、c、d、e、f、g、dp线分别与单片机的P0.0~P0.7口连接，其中P0口
19
智能温控风扇的设计
需接一10K的上拉电阻，以使单片机的P0口能够输出高低电平。5位数码管的位选W1~W5分别与单片机的P2.0~P2.4口相连接，只要P2.0~P2.4中任一位中输出低电平，则选中与该位相连的数码管。
图4-2 数码管显示电路
4.3 温度采集电路
DS18B20数字温度传感器通过其内部计数时钟周期来的作用，实现了特有的温度测量功能。低温系数振荡器输出的时钟信号通过由高温度系数振荡器产生的门周期而被计数，计数器预先置有与-55℃相对应的一个基权值。如果计数器计数到0时，高温度系数振荡周期还未结束，则表示测量的温度值高于-55℃，被预置在-55℃的温度寄存器中的值就增加1℃，然后这个过程不断重复，直到高温度系数振荡周期结束为止。此时温度寄存器中的值即为被测温度值，这个值以16位二进制形式存放在存储器中，通过主机发送存储器读命令可读出此温度值，读取时低位在前，高位在后，依
20