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摘 要

数字芯片工作时温度会上升，当芯片温度过高时会影响其工作性能，因此一般需要外接风扇使之冷却。本文深入研究了如何利用在STM32芯片内部集成的温度传感器，测量芯片内部温度，并根据芯片温度来驱动风扇加速或减速，达到调节芯片温度的作用。本课题设计了以STM32为控制器、以L298N为风扇驱动模块、LCD上显示芯片温度的系统硬件电路。软件上以温度传感器采集的电压值经过转化计算后得出芯片温度，对该温度进行PID运算，以运算得出的偏差值控制PWM脉冲的实时占空比。将该脉冲通过L298N驱动模块，输出一个不同大小的电压，加在直流风扇两端，从而改变风扇当前的转速。

在软硬件综合验证上，本文以野火STM32开发板作为硬件开发平台，在Keil uVision4软件开发平台上进行编程及结果仿真，实现对直流风扇的动态控制，并在液晶屏上显示出芯片实时温度。

关键词：STM32 PID PWM 温度 Keil4

The Test and Control of chip Temperature Based on STM32

Abstract

The temperature will rise when the digital chip is working. When the temperature is too high the work performance will be affect. So it always need external fan to cooling. This paper studies how to use the STM32’s compositive temperature sensor to measure temperature and to drive fan to speed up or reduction according to it to achieve the function of regulating the temperature. This study uses the PWM signal to drive a fan,and adjust its dutyfactor to change the output voltage to control the fan’s speed. This technology is based on the modulating to a series of width of digital pulse,and control the fan through the chip’s driving. While the dutyfactor of the PWM siginal is controlled by digital PID arithmetic. Controler change the PWM’s dutyfactor after the PID to realize the purpose of the real time controlling. Use the Keil uVision4 to programme and emulate to be in progress based on wild fire STM32,and then let the temperature display on LCD.

Key Words: STM32; PID; PWM; temperature; Keil4

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景和依据 1

1.2 工业控制理论的发展 2

1.3 本文工作及论文结构 2

第二章 整体设计方案 4

第三章 系统硬件电路设计 6

3.1 系统整体硬件电路设计 6

3.2 STM32最小系统 6

3.2.1 电源模块 7

3.2.2 STM32F103VET6 7

3.2.3 ADC及温度传感器 8

3.2.5 JTAG接口及REST按键 9

3.3 LCD显示模块 9

3.4 L298N驱动电路 10

3.5 直流风扇调速方法 11

第四章 系统软件设计 14

4.1 系统总体软件设计 14

4.2 温度采集及显示 15

4.2.1 ADC初始化 15

4.2.2 温度转化计算 15

4.2.3 LCD温度显示 16

4.3 PWM脉冲产生及电机驱动 18

4.3.1 STM32通用定时器及其工作模式设定 18

4.3.2 固定占空比输出原理 19

4.4 PID算法及其对系统的控制 20

4.4.1 PID算法概述 20

4.4.2 PID实现对温度的计算 22

4.4.3 PWM信号的产生 23

第五章 系统测试及分析 26

第六章 总结与展望 28

6.1 论文总结 28

6.2 研究展望 28

参考文献 30

致谢 31

第一章 绪论

1.1 选题背景和依据

在当今这个科技化社会里，智能控制渗透进了生活和生产的方方面面，在许多领域都不在局限于人为的控制。由于具有强大的外设功能和较高的性价比，STM32系列产品在大量的电子市场和各类通信、控制领域得到了广泛的应用。但发展到现在的程度，电子产品仍存在一个最大的缺陷。众所周知，芯片运行速度越快就会越热，虽然新一代的数字芯片使用了纳米级尺寸的工艺以求其发热量的降低；但是晶体管数量的增加的速度太快，远远超过了电源电压的下降速度，因此芯片运行时的功率损耗依然很高，导致芯片温度随着芯片工作时间的增加而迅速上升。所以一个成熟的智能控制系统往往需要配备一套完善的温度控制管理系统。而冷却风扇作为该控制管理系统的重要组成部分，承担着不可或缺的作用。不幸的是，如果风扇长时间处于高速运转的状态，往往会产生较大的噪声。

图1-1 野火STM32

为了得到一个两全的结果，通过检测芯片温度并地反馈调节风扇转速：采用闭环控制系统，并运用数字增量式PID算法实现对风扇的精确控制，在温度较低时可保证风扇在一个最低的转动速度。但是如果环境温度过高，通风效果不良的情况下，为防止芯片损坏，又要提高风扇速度。所以芯片温度监测与控制技术具有其特殊的价值。

1.2 工业控制理论的发展

工业控制技术在漫长的发展过程中经历了古典、现代以及智能控制三个阶段。在最近的几十年里，工业控制技术特别是PID控制技术迅猛发展,在国内市场，一大批自动化控制设备制造商正在悄然成长，它们除了要满足国内市场对这些设备的庞大需求以外，还要将这些设备打入国际参与国际竞争。在现实应用方面，这种智能化控制技术已经渗透到生产生活的方方面面，如医疗、铁道运输、汽车制造、航天航空等各个方面。在西方国家，尤其是在运动控制及过程控制领域，各种PID控制技术的应用更是广泛和深入。随着科技的进步和社会的发展，人们对于日常生活的舒适性追求将会越来越高，而PID算法及其控制技术作为一项极具发展前景的新技术，正大踏步地在各行各业中飞速前进。

在PID控制技术诞生之后的几十年里，它逐渐成为了工业控制领域的主要技术之一。因为相比于其它技术，PID技术有着简单地结构、良好的稳定性以及快速的调整方法；而工业控制理论的其它几个技术在无法完全掌握被控对象的结构和参数，或得不出精确的数学模型的情况下都难以实现功能，这时PID控制技术就体现出了它方便快捷的优点。这就是说PID控制技术的适用范围包括我们无法完全了解的一个系统，或者我们无法通过有效的测量过程来获得完整参数的系统。

1.3 本文工作及论文结构

本文要求学习使用Keil uVision4进行开发，编写温度测量模块、LCD显示模块、PWM脉冲模块代码，并系统理解PID算法原理，编写算法代码，利用该算法精确控制PWM脉冲，经过直流电机驱动模块驱动使风扇转动。

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