简易风扇调速系统设计与试验修改过汇总

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1、摘要风扇是人们日常生活中常见的夏季祛暑工具， 但是目前绝大多数的风扇均采用 原始的机械模式。在此，为了使风扇的转速更加精确。风扇是电机拖动的产物，对于小功率直流风扇来说其实质就是直流电机。直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使 直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让 位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控 制系统，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件亦 经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型

2、功率器件MOSFET和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动 机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。关键词：自动控制技术微机应用技术电动机控制AbstractFan the com mon summer Qushu of tools in peoples daily life, but the vast majority of fans are using the origi nal mecha ni cal model. Here, in order to make the rotati onal sp eed of the

3、fan is more accurate.Fan motor drag, and its esse nee is the DC motor for small power DC fan.DC speed con trol system of developme nt tha nks to the achieveme nts of microelectr onic tech no logy, power electr oni cs, sen sor tech no logy, perma nent magn etic materials te chno logy, automatic con t

4、rol tech no logy and computer applicati on tech no logy of the late st developme nts. It is these tech no logical adva nces en able DC speed con trol system hav e see n dramatic cha nges. Con trol part of the motor is con trolled by an an alog gradually l et in microc on troller-based microprocessor

5、 con trol, the formatio n of mixed digital and a n alog con trol system and a pure digital con trol system, rapid developme nt and positive directi on of all-digital con trol. Power devices used by the motor drive sect ion has also u n derg one several replaceme nt. Switch faster, easier to con trol

6、 full-c on trolled power devi ces MOSFET and IGBT become main stream. Power devices con trol con diti ons cha nge and the use of microelectr onics tech no logy also en ables a new type of motor con trol met hod can be realized. DC speed con trol, pulse width modulati on con trol method to obta in a

7、wide range of applicati ons.Key word: Automatic control technology Microcomputer Application TechnologyMotor control目录第一章系统整体方案设计与比较1.1.1实验目的1.1.2实验内容1.1.3实验原理与方法 1.1.4实验步骤1.1.5实验记录与结论3.第二章原理图的绘制及仿真软件训练52.1实验目的5.2.2实验内容5.2.3实验原理与方法 5.2.4实验步骤Z.2.5实验记录与结论8.第三章系统软件设计及硬件设计 113.1实验目的113.2实验内容113.3实验原理与方法

8、113.4实验记录与结论1.5第四章 电路仿真及修改 194.1实验目的194.2实验内容194.3实验原理与方法1.94.4实验记录及结果20第五章PCB图的绘制及制版215.1实验目的215.2实验内容215.3实验原理、方法与步骤 215.4实验记录及结果24第六章系统的安装调试与故障排除 256.1实验目的256.2实验内容256.3实验原理、方法与步骤 256.4实验记录及结果26致谢29参考文献 31第一章系统整体方案设计与比较1.1实验目的1、了解几种风扇电子调速系统设计可行性方案。2、比较这几种方案的优劣，指出可能存在的问题或难以实现的理由。3、选择一种方案完成实验，并说明选择

9、理由。1.2实验内容提出几种具体的总体设计方案，说明每种方案的总体设计思想，指出各方案 的电路原理与方法，并对每种方案的可行性进行分析，如果难以实现的，说明各 方案存在的问题及难以实现的原因。对各种方案进行比较，指出各种方案的优劣， 选出一种方案完成以下部分的实验。1.3实验原理与方法本次所设计的风扇电子调速系统，目的就是实时精确控制风扇的转速。风扇 是电机拖动的产物，对于小功率直流风扇来说其实质就是直流电机。直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁 材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步 使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控

10、制部分已经由模拟控制逐渐 让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字 控制系统，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件 亦经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET 和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动 机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。1.4实验步骤1. 方案设计（一）方案一：PWM波调速采用由达林顿管组成的H型PWM&路（图1 1）。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子 的饱和

11、截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控 制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWMW速技术。我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在 采用单片机产生PWM永冲的软件实现上比较方便。且对于直流电机，采用软件延 时所产生的定时误差在允许范围。其结构图如图1 1所示:图1-1电机调速系统框图（二）方案二：晶闸管调速采用闸流管或汞弧整流器的离子拖动系统是最早应用静止式变流装置供电的 直流电动机调速系统。1957年，晶闸管（俗称“可控硅”）问世，到了 60年代， 已生产出成套的晶闸管整流装置，并应用于直流电动机调速系统，即晶闸

12、管可控 整流器供电的直流调速系统（V-M系统）。假设VT是晶闸管可控整流器，通过调节 触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压 Ud，从而 实现平滑调速。晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在 技术性能上也显示出较大的优越性；晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率 的放大器。在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级， 这将大大提高系统的动态性能。因此，在 60年代到70年代，晶闸管可控整流器 供电的直流调速系统（V-M系统）代替旋转变流机组直流电动机调速系统（

13、G-M系 统），得到了广泛的应用。但是由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给 系统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电压、过电流和过高的du dt与didt都十分 敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。另外，由谐波与无功功率引起 电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”，因此必须添置无功补偿和谐波滤波装置。1.5实验记录与结论通过对本次课题的调查和分析，总结出了两种方案。然后再对这两种方案的 优缺点进行比较，最后确定采用第二种作为本次设计的方案。在第一套方案中，电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的 PW调速技术。我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动

14、机在运转时比 较稳定；并且在采用单片机产生 PWM永冲的软件实现上比较方便。且对于直流电 机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。在第一套方案中，采用晶闸管调速，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性 上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性；晶闸管可控整流器 的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发 电机那样需要较大功率的放大器。在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而 晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。但是由于晶闸管的单向 导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电压、过 电流和过高的du.dt与di；dt

15、都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器 件。另外，由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造 成“电力公害”，因此必须添置无功补偿和谐波滤波装置。兼于方案二调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大和课题的设 计要求，因此本设计采用方案二。第二章原理图的绘制及仿真软件训练2.1实验目的1、熟练掌握proteus软件的使用并能用来解决实际问题。2、熟练掌握protel软件的使用，并能根据电路原理图绘制 PCB图。3、熟练掌握system view软件的使用方法。2.2实验内容查找相关资料，了解并介绍 Proteus、protel、system view三种软件的作用

16、， 熟练掌握各软件使用方法，并用一种软件做仿真训练，绘制仿真训练的电路图， 记录仿真结果并得出相应的结论。2.3实验原理与方法本次实验主要用到了 Protel软件、Proteus软件和SystemsView软件。（一 ）PROTEI软件介绍：PROTE是PORTE公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的 CAD软件 中，它当之无愧地排在众多 EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早 就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了 课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人 才时在其条件栏上常会写着要求会使用 PROTEJL早期的

17、PROTEI主要作为印制板自 动布线工具使用，运行在 DO酥境，对硬件的要求很低，在无硬盘 286机的1M内 存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印 制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M它工作在 WINDOWS95 环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电 路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有 Client/Server （客

18、户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件 格式，如ORCAJDPSPICE EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度 PCB的 100%布通率。在国内PROTEK件较易买到，有关PROTEK件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上访问它的站点： http:/WWW.PROTEL.COM 2005年年底，Protel软件的原厂商Altium公司推出 了 Protel 系列的最新高端版本 Altium Designer 6.0。Altium Designer 6.0，它是

19、完 全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的 板级设计解决方案。Altium Designer是业界首例将设计流程、集成化 PCB设计、 可编程器件（如FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起 的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设 计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。（二）Proteus软件介绍：Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具 有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的 仿真单片机及外围器件的工具。虽然

20、目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好 者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus 是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围 电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是 目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设 计平台，其处理器模型支持 80C51、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 AVR、ARM、 8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其 他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Ke

21、il和MPLAB等多种编译器。（三）SystemView软件介绍：SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真 分析的可视化软件工具。System View是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真 的动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真， 直到一般的系统数学模型建立等各个领域，System View在友好而且功能齐全的窗 口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。System View是美国ELANIX 公司推出的，基于 Windows环境下运行的用于 系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块 （Token）描述程

22、序。利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，因此， 它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只 需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真 分析结果。2.4实验步骤（一）使用Protel绘制原理图的步骤：1、设计图纸大小。首先要构思好零件图，设计好图纸大小。图纸大小是根据 电路图的规模和复杂程度而定的，设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。2、设置Protel 99 se/Schematic设计环境。包括设

23、置格点大小和类型，光标类 型等等，大多数参数也可以使用系统默认值。3、旋转零件。用户根据电路图的需要，将零件从零件库里取出放置到图纸上， 并对放置零件的序号、零件封装进行定义和设定等工作。4、原理图布线。利用Protel 99 se/Schematic提供的各种工具，将图纸上的元 件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。5、调整线路。将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改，使得原理图更 加美观。6、报表输出。通过Protel 99 se/Schematic提供的各种报表工具生成各种报表， 其中最重要的报表是网络表，通过网络表为后续的电路板设计作准备。7、文件保存及打印输出

24、。最后的步骤是文件保存及打印输出。（二）使用Proteus仿真的步骤1、添加元件；添加本次仿真所需要的元件到元件列表。2、放置元件；将添加进来的元件，放置到原理图编辑区中。3、电路图布线；将各个元件连接起来。4、系统仿真；导入程序文件，进行仿真，观察结果。（三）SystemView软件的使用：1、安装SystemView，对该软件有一个感性认识运行svu_32.exe启动安装程序，根据SystemView安装软件说明，在安装开始 界面上选择“ In stall SystemView”选项，按照提示选择“ NEXT ”就可以完成安装。 安装完后选择Professional项，输入注册码将其激活。

25、至此 SystemView软件在电 脑上安装完毕。2、了解 SystemView 设计窗口启动SystemView后就会出现系统设计窗口。它包括标题栏、菜单栏、工具条、 滚动条、提示栏、图符库和设计窗工作区。其中设计窗口工作区是用于设置、连 接各种图符以创建系统，进行系统仿真等操作；提示栏用于显示系统仿真的状态 信息、功能快捷键的功能信息提示和图符的参数显示；滚动条用于移动观察当前 的工作区域。当鼠标器位于功能图符上时，贝U该图符的具体参数就会自动弹出显 示。3、了解 SystemView 图符库SystemView图符库在系统设计窗口左侧，它提供了 9个基本的图符库和6个扩展 的图符库。使用

26、这些图符时只需用鼠标器拖动放入设计工作区即可，也可直接在 该图符图标上双击鼠标器。在设计工作区内双击图符，则可以定义该图符的具体 功能和参数。4、了解 SystemView分析窗口分析窗口是用户观察SystemView数据输出的基本工具。有多种选项可以增强 显示的灵活性和用途。这些功能可以通过单击分析窗工具条上的快捷按钮或通过 下拉菜单来激活。提示信息区显示分析窗口的状态信息、坐标信息和分析的进度 指示；活动图形窗显示输出的各种图形，如波形图、功率谱、眼图等。2.5实验记录与结论使用Proteus设计的数码管显示实例截图：PO OMX)PQ 3i 旳菇心PO AWtPO 7 wp?PS 1AX

27、I图2-1 protel软件中单片机数码管显示仿真图P2.W& P2/W0 F2坤和 P2 3W11 P2.4t2 PJ P20H P2.7A1*.17spS半口SystemView系统设计截图：Hit Edrt FhmrBfflncM VIbw NDUPads Conracticns C-ampbar S/sbam TakGra Took Hap序口冒E甸X比舀空匡电口臼蹬HS8a5nm7Un IO=：z H-ra MmOfwnuaififfitr* TeJjj11|$F14m sin Exanrl-bJ Idcn c-mft ax 9. EnikhLi rg tw 0. I iif.图2-

28、2 SystemView 系统设计窗口在使用proteus软件之前，我上网搜索了一些详细的有关Proteus的原理与使用的方法，进一步完善了在学校学到的有关Proteus的知识。但是在用proteus软件进行仿真训练时，遇到了许多问题，主要还是对proteus软件不够熟练，在选择元件并整体布局时，常发生细节错误，致使元件布局不美观，连线常发生错误， 这是以后在学习和工作当中要注意的地方。还有，对系统进行编程也是我的弱项， 对相关语句不了解，不知道其功能或者在许多细节方面不仔细，使得编译错误， 因此，细心、耐心是学好使用该软件的前提，也是以后学习工作当中所要具备的。第三章系统软件设计及硬件设计3

29、.1实验目的1、掌握系统软件及硬件电路设计思路和单元模块设计的方法。2、熟练掌握proteus软件的使用，并在该软件中画出系统的电路图。3、掌握在proteus软件环境下对系统进行编程，了解一些基本的编程思想。3.2实验内容设计该风扇电子调速系统硬件电路，分模块设计，电路模块包括驱动电路模 块，单片机控制模块和电源模块，使用protel软件制作原理图中需要的元件，并画 出原理图。用Keil软件，设计出系统软件的 C语言程序代码。使用模块化编程的方法， 程序模块分为定时模块，PWM信号产生模块，各个模块之间连接紧密。最后编译 通过生成.HEX文件。3.3实验原理与方法系统硬件电路模块设计1、驱动

30、电路模块，如下图：101112B141516CL.i? OUT? OUT 6 OUT 5 OUT 4 OUTS OUT 2 OUT1右54%11N 7 6 5- 4 3 2 1 IOININININININD;| | | | | ULN2003A | | | | | | | | | |图3-1电机驱动电路ULN2003A功能介绍ULN2003是高耐压、大电流、内部由七个硅 NPN达林顿管组成的驱动芯片 经常在以下电路中使用，作为显示驱动、继电器驱动、照明灯驱动、电磁阀驱动、直流电机、步进电机驱动等电路中。ULN2003的每一对达林顿都串联一个 2.7K的 基极电阻,在5V的工作电压下它能与TT

31、L和CMOS电路直接相连，可以直接处 理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电 流并行运行。ULN2003A在各种控制电路中常用它作为驱动继电器的芯片，其芯 片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC电流200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。输出电流大，故可 以直接驱动继电器或固体继电器（SSR）等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。 ULN2003可以驱动7个继电器,具有高电压输出特性，并带有共阴极的续流二极管 使器件可用于开

32、关型感性负载。每对达林顿管的额定集电极电流是500mA，达林顿对管还可并联使用以达到更高的输出电流能力。ULN2003A中每对达林顿管的基极都串联有一个2.7k Q的电阻，可直接与TTL或5V CMOS器件连接。ULN2003A的输出结构是集电极开路的，所以要在输出端接一个上拉电阻，在输入低电平的 时候输出才是高电平。在驱动负载的时候，电流是由电源通过负载灌入ULN2003A 的。2、控制模块，如下图：图3-2单片机控制部分PWM控制信号由80C52单片机产生，8051单片机由CPU和8个部件组成， 它们都通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控

33、制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本组 成如下图所示：图3-3单片机内部框图3、时钟、复位模块，如下图：图3-4电源、复位部分电路单片机的时钟是由12MHZ的晶振提供，复位电路用来实现上电自动复位的功 能，电路如图所示。系统软件部分的设计该电风扇电子调速器电路由电源电路、可控振荡器和控制执行电路组成，如 图所示。电源电路由降压电容器 Cl、整流二极管VDI、VD2、滤波电容器C2、电源指 示发光二极管VL和稳压二极管VS组成。可控振荡器由时基集成电路IC、电阻器RI、R2、电容器C3、电位器RP和二 极管VD3、VD4组成。控制执行电路由风扇电动机 M、晶闸管VT、电阻器R3和IC第

34、3脚内电路组 成。交流220V电压经CI降压、VDI和VD2整流、VL和VS稳压及C2滤波后， 为IC提供约8V的直流电压。可控振荡器振荡工作后，从IC的3脚输出周期为105、占空比连续可调的振荡 脉冲信号，利用此脉冲信号去控制晶闸管VT的导通状态。调节RP的阻值，即可改变脉冲信号的占空比（调节范围为1%-99%）控制风扇 电动机M转速的高低，产生模拟自然风（周期为10s的阵风）。改变C3的电容量，可以改变振荡器的振荡周朔，从而改变模拟自然风的周期。 元器件选择：R1-R3选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器。RP选用合成膜电位器或有机实心电位器。C1选用耐压值为450V的涤纶电容器或CBB电

35、容器；C2和C3均选用耐压值为 16V的铝电解电容器。VDI和VD2均选用IN4007型硅整流二极管;VD3和VD4均选用1N4148型硅开 关二极管。VS选用1/2W、6.2V的硅稳压二极管。VL选用 5mm勺绿色发光二极管。VT选用MACg4A4（IA、400V）型双向晶闸管。IC选用NE555或CD7555型时基集成电路。总的概括，一般风扇调速器的工作原理有三种种方法：1. 用微电路板控制电压高低，改变速度，例如：部分空调室内机；2. 改变电阻来控制电压，改变速度，例如：部分空调柜机；3. 切换线路，通过电机上的几组线圈来改变速度，例如：普通电风扇3.4实验记录与结论硬件原理图如下:ve

36、conJ1VCCJ兀丁 2：OUT5TLRESETSOC32PiCLT PM.TPI5FISPl?IXTL 1XTORD WRCLAMPCOMMONOUT?TM1 7O UT 61N&OUT 5:EN3OUT JIN 4CUTSIN 3OUT：西气OUT1ENiU2V1N2W3A1477丄30?ai】pSURXDTXDALEPPSEN35三图3-7电路原理图程序源代码如下：#in elude un sig ned char timerl; int time;sbit PWM=P1A2;void systemni()TMOD = 0x10;TH1 = 0xfe;TL1 = 0x33;TR1 =

37、1;IE = 0x8A;/*Function: delay_us();Description:延时 单位：微秒/*void delay_us( un sig ned int x)un sig ned int i=0;for(i=0;ix;i+);mai n() time=50;systemn i();while(1)P2|=0xff;if(P2=0xfe&time0)delay_us(1200);if(P2=0xfd)time-=1;if(timer1100)timer1=0;if(timer1time)PWM=0;elsePWM=1;七*t1 (0.5ms)中断中断中做 PWM输出1000/

38、(0.02ms*250)=200Hz*/1的中断号void Tlzd(void) interrupt 3/3 为定时器TH1 = 0xfe; /11.0592TL1 = 0x33;timer1+;第四章电路仿真及修改4.1实验目的1、掌握软件仿真的原理及方法、过程，观察其仿真效果。2、使用Proteus软件中调试工具，检查修改电路，验证电路的正确性。4.2实验内容利用Proteus软件绘出系统仿真图，检查电路错误，同时导入程序编译生产的.HEX文件，运行并观察仿真现象，记录仿真结果，并且使用Proteus中自带的调试工具，修改设计过程中的错误，观察电路输出的波形，验证电路的正确行，确 定系统运

39、行的精度及误差。4.3实验原理与方法1、按照要求在proteus软件中绘制系统电路图。该步骤主要包括在元件库取 出各元件摆在相应的位置，按要求对各元件连线，使电路图整体布局美观。2、在伟福软件环境下编写程序。该步骤主要包括程序写完后的调试、修改再 调试直到所编写的程序没有错误，能够运行。3、在proteus软件中对系统电路图加载所编写的程序，调试程序。用Proteus软件画出仿真图，如下图：迅亠鑒士亠XTALtXTAL3fiHT岀生右&plFIplplplpli:円亠土亠亠P2 2TA1CP2 3/A11F*2 4XA12P2P2 SMU4 P2 7/A15P3OWD pa irrxD P3.

40、2flNTD ra.3rthrnP3 4TTD RISHIP3 awRP3 7/RD二工-iPIKPIM 沖上11亠殆14工二17图4-1系统仿真图4.4实验记录及结果在Proteus软件加载好程序后，点击仿真控制面板中的全速运行，观察仿真结 果，如下图：U1COMLIL42CO貂 心PQ.CMADD pg 1/API KI.2/AD2XTAL2R0.3W3P0.5肢D5 R0 5/AD6RsrrPO.MWP2.QJABP2 1WP.2/A1DPSENPS.AHALEPZSP2.6/AfldR2.7/AIBP1.(VT2P3.CM曲DFl 1/I2EXP3 impP12pi：?示hitP13P

41、3.3flNT1PI 4-P3+.rmPISP35TT1Pl 6Pl 7P3.6/WRP3诵石22J cTEXT?1减速加速图4-2仿真运行图此时电机的转速是102 r/min,点击仿真图中的加速按钮，让电机速度增加。此 时观察电机的转速电机的速度为153 r/min，如下图。然后再点击仿真图中的减速按钮，此时观察电机的转速，为53r/min,如下图打开数字示波器的窗口，观察 P1.2 口的PWM信号。输出信号如下图：第五章PCB图的绘制及制版5.1实验目的1、掌握proteus软件中ARES的画PCB图的使用方法。2、掌握电路图到PCB图转换的方法原理，熟悉相关操作。3、 掌握各元件的封装方

42、法、过程，完成系统电路 PCB的绘画与制版5.2实验内容使用Protel软件绘制出PCB电路板中所需要的元件封装，绘制好原理图，并 生产网络表，分析PCB板电气性能，确定PCB板的层数、大小，焊盘大小和导线 的宽度，使其符合设计要求，最后布线生成PCB板，并且指出制版过程中的工艺要求。5.3实验原理、方法与步骤利用Protel绘制PCB版的基本流程，制作工艺包含在步骤内。1、电路版设计的先期工作（1）利用原理图设计工具绘制原理图，并且生成对应的网络表。但如电路版比较 简单，已经有了网络表等情况下也可以不进行原理图的设计，人工生成网络表。（2）手工更改网络表，将一些原理图和PCB封装库中引脚名称

43、不一致的器件引脚 名称改成和PCB封装库中的一致，特别是二、三极管等。2、画出自己定义的非标准器件的封装库3、设置PCB设计环境和绘制印刷电路的版框含中间的镂空等（1）进入PCB系统后的第一步就是设置 PCB设计环境，包括设置格点大小 和类型，光标类型，版层参数，布线参数等等。大多数参数都可以用系统默认值。（2）规划电路版，主要是确定电路版的边框，包括电路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上适当大小的焊盘。对于3mm的螺丝可用6.58mm的外径和3.23.5mm内径的焊盘对于标准板可从其它板或 PCB izard 中调入。4、打开所有要用到的PCB库文件后，调入网络表文件和修改零件封装

44、，只 有将网络表装入后，才能进行电路版的布线。5、布置零件封装的位置，也称零件布局Protel可以进行自动布局，也可以进行手动布局。如果进行自动布局，运行 Tools下面的Auto Place,用这个命令，你需要有足够的耐心。布线的关键是布 局，多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键不放， 拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。Protel在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。使用自动选择方式可 以很快地收集相似封装的元件，然后旋转、展开和整理成组，就可以移动到板上 所需位置上了。当简易的布局完成后，使用自动对齐方式整齐地展开或

45、缩紧一组 封装相似的元件。6根据情况再作适当调整然后将全部器件锁定假如板上空间允许则可在板上放上一些类似于实验板的布线区。对于大板子， 应在中间多加固定螺丝孔。板上有重的器件或较大的接插件等受力器件边上也应 加固定螺丝孔，有需要的话可在适当位置放上一些测试用焊盘，最好在原理图中 就加上。将过小的焊盘过孔改大，将所有固定螺丝孔焊盘的网络定义到地或保护 地等。放好后用VIEW3D功能察看一下实际效果，存盘。7、布线规则设置布线规则是设置布线的各个规范（象使用层面、各组线宽、过孔间距、布线的 拓朴结构等部分规则，可通过 Design-Rules的Menu处从其它板导出后，再导入 这块板）选Desig

46、n-Rules 般需要重新设置以下几点：（1）安全间距（Routi ng 标签的 Cleara nee Con strain）它规定了板上不同网络的走线焊盘过孔等之间必须保持的距离。一般板子可设为0.254mm较空的板子可设为0.3mm较密的贴片板子可设为 0.2-0.22mm,极少 数印板加工厂家的生产能力在0.1-0.15mm，假如能征得他们同意你就能设成此值。 0.1mm以下是绝对禁止的。（2）走线层面和方向（Routing标签的Routing Layers）此处可设置使用的走线层和每层的主要走线方向。请注意贴片的单面板只用顶层，直插型的单面板只 用底层，但是多层板的电源层不是在这里设置

47、的（可以在Desig n-Layer StackManager中，点顶层或底层后，用Add Plane添加，用鼠标左键双击后设置，点中 本层后用Delete删除）（3）过孔形状（Routing标签的Routing Via Style）它规定了手工和自动布线 时自动产生的过孔的内、外径，均分为最小、最大和首选值，其中首选值是最重 要的，下同。（4）走线线宽（Routing标签的Width Constraint）它规定了手工和自动布线 时走线的宽度。整个板范围的首选项一般取 0.2-0.6mm，另添加一些网络或网络组（Net Class）的线宽设置，如地线、+5伏电源线、交流电源输入线、功率输出线

48、 和电源组等。网络组可以事先在 Desig n-Netlist Ma nager中定义好，地线一般可选 1mm宽度，各种电源线一般可选0.5-1mm宽度，印板上线宽和电流的关系大约是 每毫米线宽允许通过1安培的电流，当线径首选值太大使得SMD焊盘在自动布线 无法走通时，它会在进入到SMD焊盘处自动缩小成最小宽度和焊盘的宽度之间的 一段走线，其中Board为对整个板的线宽约束，它的优先级最低，即布线时首先 满足网络和网络组等的线宽约束条件。7、自动布线和手工调整（1）点击菜单命令Auto Route/Setup对自动布线功能进行设置选中除了 Add Testpoints以外的所有项，特别是选中其

49、中的 Lock All Pre-Route 选项，Routing Grid可选1mil等。自动布线开始前PROTEL会给你一个推荐值可 不去理它或改为它的推荐值，此值越小板越容易100%通，但布线难度和所花时间越大。（2）点击菜单命令Auto Route/All开始自动布线，假如不能完全布通则可手 工继续完成或UNDO 一次（千万不要用撤消全部布线功能，它会删除所有的预布 线和自由焊盘、过孔）后调整一下布局或布线规则，再重新布线。完成后做一次 DRC,有错则改正。布局和布线过程中，若发现原理图有错则应及时更新原理图和网络表，手工更改网络表（同第一步），并重装网络表后再布。（3）对布线进行手工初

50、步调整需加粗的地线、电源线、功率输出线等加粗，某几根绕得太多的线重布一下，消 除部分不必要的过孔，再次用 VIEW3D功能察看实际效果。手工调整中可选 Tools-Density Map查看布线密度，红色为最密，黄色次之，绿色为较松，看完后 可按键盘上的End键刷新屏幕。红色部分一般应将走线调整得松一些，直到变成 黄色或绿色。8、.检查。DRC，EMC等检查，然后可以打印检查，网络表对比。元件清单 检查。需要注意的几点的地方：在印制板布线时，应先确定元器件在板上的位置， 然后布地线，电源线。在安排高速信号线，最好考虑低速信号线。元气件的位置 按电源电压，数字模拟，速度快慢，电流大小等分组。安全

51、的条件下，电源线应 尽量靠近地。减小差摸辐射的环面积，也有助于减小电路的交扰。当需要在电路 板上布置快速，中速，低速逻辑电路时，高速的应放在靠近边缘连接器范围内， 而低速逻辑和存储器，应放在远离连接器范围内。这样对共阻抗偶合，辐射和交 扰的减小都是有利的。最后的接地最重要的了。5.4实验记录及结果最后绘制出来的PCB电路板如下图:S遂摻遂隊摻耀鑿發蔘遂篆豫隊緞 摻鑿摻i專摻Ik遂11遐濺邈曲舉臆鑼養锻亠博1E- iog1111鑿1総111魏li 梆:+:+*+:+2:+号：”军: 黑左寓 abj s BhJ- BU.J shj s Bhu BhJ 八*:*:1 :ix:?:;s: :加押 H證

52、11越1畐朗i tils - 摻妥爰i摻i複專摻喙摻錢卷竇gl ?;:-:*;:;-:-;-:世菽覚發22:;:器食心叢总 n jhwMil 1 :;:.姜-:巾一蠱玄KX丹KKKVX:;=：；X dKHzv:.*KJ T ieBu 卜#卜./- -+-/z:u%v:亠$: 疑蠻爰 _1. 錶爰:*麥 赛 竄:V嚎 鑒#猟 i能 :竇强: -:*:-遂遨 1 證;-:兄 : 農:图5-1 PCB电路图利用Protel中的3D预览功能，预览一下 PCB成品的模样。如下图。81$W-PC (S2 S*-P82 冒 tlPDDDDDD 曰 EJ DDPDbBbBbbR1C2I IQE麗 K v-dl

53、 mM .Ji im-J Me- liVb-图5-2 PCB板的背面第六章 系统的安装调试与故障排除6.1实验目的1、掌握兀件安装调试的方法。2、掌握调试过程中故障排除及系统功能和参数测试的方法。6.2实验内容打印出印制电路板的装配图，按图纸配料，然后进行 PCB元件安装，焊接, 调试，并且用电气法则检验 PCB板的各项指标，使用万用表检查安装测试过程所 出现的故障，并排除出现的故障。利用示波器，测速仪测试出系统的功能和各种系统参数，最后评估系统是否 达到了预计的要求，写出总结。6.3实验原理、方法与步骤（一）PCB板元件的焊接过程：1 、焊前准备首先要熟悉所焊印制电路板的装配图，并按图纸配料

54、，检查元器件型号、规 格及数量是否符合图纸要求，并做好装配前元器件引线成型等准备工作。2、焊接顺序元器件装焊顺序依次为：电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大 功率管，其它元器件为先小后大。3、对元器件焊接要求：a. 电阻器焊接按图将电阻器准确装人规定位置。要求标记向上，字向一致。装完同一种规 格后再装另一种规格，尽量使电阻器的高低一致。焊完后将露在印制电路板表面 多余引脚齐根剪去。b. 电容器焊接将电容器按图装人规定位置，并注意有极性电容器其“ + ”与“-极不能接错，电容器上的标记方向要易看可见。先装玻璃釉电容器、有机介质电 容器、瓷介电容器，最后装电解电容器。C.二极管的焊接焊接发

55、光二极管时，时间要短，并应用尖嘴钳夹住引脚根部，以利于散热。 将电池盒引线上的锷鱼夹分别夹在焊好的电路两端（注意正负），观察发光二极管发光情况。旋转电位器，使发光二极管亮度适中。d. 三极管焊接注意e、b、c三引线位置插接正确；焊接时间尽可能短，焊接时用镊子 夹住引线脚，以利散热。焊接大功率三极管时，若需加装散热片，应将接触面平 整、打磨光滑后再紧固，若要求加垫绝缘薄膜时，切勿忘记加薄膜。管脚与电路 板上需连接时，要用塑料导线。e. 集成电路焊接首先按图纸要求，检查型号、引脚位置是否符合要求。焊接时先焊边沿的二 只引脚，以使其定位，然后再从左到右自上而下逐个焊接。对于电容器、二极管、 三极管露

56、在印制电路板面上多余引脚均需齐根剪去。（二）系统硬件调试过程安装好各个元件之后，接下来就是检测电路板是否有明显的裂痕，有无短路， 开路等现象，如果有必要的话，可以检查一下电源跟地线之间是否足够大。这里 我们主要借助了万用表来检测。在检测过程中，我们发现其中一个电容的引脚又 虚焊，于是我们对虚焊部位进行了加焊排除了故障。初步检测通过了之后，现在 我们就开始上电对系统的功能进行了测试。在这个系统中主要是测试电机转速的 范围。6.4实验记录及结果在此次试验中遇到了很多问题。但在老师和同学的帮助下一一解决了。通过 这次的专业综合实验，让我充分认识到了我的不足。我虽然学习过proteus的软件的使用，但

57、一旦将它应用到实际的比较专业的问题上，我所学的知识就变得完 全不够用了，为了这次实验我和我的搭档查询了大量的资料，无论是proteus的作图还是元器件的整理方面的都让我们花费了很多时间，查询到了需要的资料我 们又对它们进行了整理。整个实验过程中，我在不断的查阅资料和开动脑筋过程 中，锻炼了我的资料采集能力，也锻炼了我的分析整理能力，为以后作毕业设计 打下了基础；同样在实验过程中我遇到很多困难，而这些困难则锻炼了我的耐心 和分析解决问题的能力；通过对 proteus软件的运用，使我对proteus,芯片的运 用更加熟悉，让我能更好的运用它们。在这个实验中最令我难以忘怀的是 PCB焊接原理与过程，

58、这部分的内容我们 在以前实习过程中联系过，技术自认为相当的熟练，也很容易理解。包括焊前准备、焊接顺序（元器件装焊顺序依次为：电阻器、电容器、二极管、三极管、集 成电路、大功率管，其它元器件为先小后大）、二极管、三极管、集成电路的焊接 应注意的事项。在这个过程中遇到了很多的问题，最难的是PCB图的绘制及制版, 我在反复参考资料和询问同学之后才完成这部分任务。其次在自动布线过程中还 有元器件封装不全的问题，这也是一个比较棘手的问题，除了用可替代的元器件 替代外，那么只有自己手动该封装。致谢在完成本次的毕业设计之际，我完成了电气工程及其自动化本科阶段的学业， 系统的学习了电气工程及其自动化专业知识，

59、更深程度地了解了自动化在生活中 的重要性。通过学习，并结合具体实践，我完成了毕业设计，从而让自己对以后 工作等各方面有了进一步的认识和实践经验。在课题的研究和论文的完成过程中，我始终得到李杰导师悉心的指导和全力帮 助，他谦逊的态度、耐心的指导、知识的广博给我留下了深刻的印象。老师给予 的专业知识上的辛勤传授和治学态度都将使本人受益终身。在本文结稿之际，谨 向辛勤培养我的导师致以深深的感谢和敬意。参考文献1 郑郁正，单片机原理及应用M, 四川大学出版社，20032 孙育才，MCS-51系列单片微型计算机及其应用M，第4版，东南大学出版社，20063 刘军，单片机原理与接口技术M，华东理工大学出版社，20064 郑郁正，单片机原理及应用M， 四川大学出版社,2003. 王兆安、黄俊.电力电子技术M.第四版.北京：机械工业出版社，2000.6刘守义等.单片机技术基础M.西安电子科技大学出版社，2007.