畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說明書.doc

摘 要在很多實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)中，常常使用非電信號（如光信號、超聲波信號等）來傳送控制信息和數(shù)據(jù)信息，以實(shí)現(xiàn)控制功能，其中紅外通信是目前使用最廣泛的一種通信控制手段。由于紅外線通信具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)機(jī)以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線通信技術(shù)。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線通信技術(shù)不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。而單片機(jī)是目前設(shè)計(jì)應(yīng)用中用得比較廣泛的器件，它可以通過軟件編程來達(dá)到不同的效果，實(shí)現(xiàn)各種各樣不同的功能，具有靈活性強(qiáng)、可靠性高，可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。本文所要介紹的內(nèi)容就是如何利用單片機(jī)，結(jié)合紅外線器件設(shè)計(jì)構(gòu)造出一套簡易的紅外線通信系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在中短距離內(nèi)的紅外無線通信的功能。與一般通用的紅外遙控器不同的是它不是利用專用的編解碼芯片來實(shí)現(xiàn)發(fā)收端的編解碼,而是應(yīng)用C51 單片機(jī),通過單片機(jī)的編、解碼程序來實(shí)現(xiàn)紅外信號的發(fā)收,從而實(shí)現(xiàn)紅外遙控通信功能。由89C51單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和紅外通信系統(tǒng)組成，結(jié)合了紅外發(fā)射管，LT1838紅外接收模塊，NE555定時器，以及LED發(fā)光二極管和4位七段數(shù)碼管等器件，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的發(fā)射、接收以及數(shù)據(jù)顯示功能。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；紅外通信；紅外發(fā)射；紅外接收AbstractIn many practical SCM system, often using non-electrical signals (such as optical signals, ultrasonic signals, etc.) to transmit control information and data information in order to achieve control functions, including infrared communication is the most widely used means of a communication control.Because the infrared ray communication has the characteristics of the physical volume small, the power consumes low, the function is strong, the cost low, and so on. As a result, after color television, video recorder, equipping in the other small scaled electric appliances such as tape recorder, stereo set equipments, the air condition machine and toy etc. are also adopt the infrared ray communication technique in succession. In the industry equipments , in the environment of the high pressure, radiation, poisonous air, dust and so on, adoption infrared ray communication technique not only complete credibility and can insulate the electricity interference availably.And the microcontroller is the device that uses extensively in the designs application currently ,it can attain the different result by the software compile ,carrying out different kinds of functions, have advantages of good dexterity, high credibility ,can expand good and so on.This text wants to introduce a way how to fabricate a simple system of infrared ray communication use of the microcontroller, combining a infrared device, so that it can achieve the function how to communicate for the infrared ray in a short distance. Different from the general Infrared remote controller, it is not use the special coding and decoding chip to realize the codes and the decodes in the part of the sends and receives, but uses the C51 Microcontroller, through the programs of codes and decodes of the Microcontroller, so that realizes infrared signal sending and receiving, thus realizes the communication function of infrared remote control. This communications system passes through some necessary expansions, definitely may realize general and each kind of special-purpose infrared remote control function.89C51 microcontroller by a data acquisition system and infrared communication system components, combined with the infrared emission control, PC3388 infrared receiver module, NE555 timer, and LED light-emitting diode and 4-segment digital pipes and other devices, to achieve the systems transmitter and receiver, and Data display.Key words: Microcontroller; Infrared Communication; Infrared Transmit; Infrared Receive引言紅外數(shù)據(jù)通信，顧名思義，就是通過紅外線傳輸數(shù)據(jù)，它是一種使用紅外線作為傳播介質(zhì)的數(shù)據(jù)傳輸方式。在電腦技術(shù)發(fā)展早期，數(shù)據(jù)都是通過線纜傳輸?shù)模€纜傳輸連線麻煩，需要特制接口，頗為不便。于是后來就有了紅外、藍(lán)牙、802.11等無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。紅外線是波長在750nm1mm之間的電磁波，是人眼看不到的光線。紅外數(shù)據(jù)傳輸一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長在0.75m25m。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能獲得最佳的通信效果，限定所有紅外波長在850nm900nm。紅外線的特點(diǎn)是不干擾其他電器設(shè)備工作，也不會影響周邊環(huán)境。紅外通信是目前比較常用的一種無線數(shù)據(jù)傳輸手段，其具有無污染、信息傳輸穩(wěn)定、信號安全性高以及安裝使用方便等優(yōu)點(diǎn)，并且可以在很多場合應(yīng)用，如家電產(chǎn)品、工業(yè)控制、娛樂設(shè)施等領(lǐng)域。紅外通信有著成本低廉、連接方便、簡單易用和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，因此在小型的移動設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。其可用于許多需要短距離及非接觸式傳輸數(shù)據(jù)的場合，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)及從機(jī)雙方非接觸式的數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)紅外通信系統(tǒng)的關(guān)鍵在于紅外接口電路的設(shè)計(jì)以及驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)。常用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通5mm發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。一般有透明、黑色和深藍(lán)色等三種。判斷紅外發(fā)光二極管的好壞與判斷普通二極管一樣的方法。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約100mW。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率需用專用儀器測定，而業(yè)余條件下，只能憑經(jīng)驗(yàn)用拉距法進(jìn)行粗略判定。接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作而獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。然而現(xiàn)在不論是業(yè)余制作或正式的產(chǎn)品，大都采用成品的一體化接收頭。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。所以，有了一體化接收頭，人們不再制作接收放大電路，這樣紅外接收電路不僅簡單而且可靠性大大提高。紅外傳輸?shù)木嚯x在幾厘米到幾十米之間，發(fā)射角度通常在015，發(fā)射強(qiáng)度與接收靈敏度因不同器件，不同應(yīng)用設(shè)計(jì)而強(qiáng)弱不一?？紤]到紅外光反射的原因，在全雙工方式下發(fā)送的信號也可能會被本身接收，因此紅外通信需要采用異步半雙工方式，既通信的某一方發(fā)送和接收是交替進(jìn)行的。1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本課題研究的是通過紅外光的傳播來實(shí)現(xiàn)雙端通信，即紅外通信系統(tǒng)。電路板分為兩塊，分別都可以實(shí)現(xiàn)紅外的發(fā)射和接收，所以通信方式采用異步半雙工通信。該系統(tǒng)中有發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊、按鍵模塊等。本系統(tǒng)能正確收發(fā)數(shù)據(jù)信息，當(dāng)一邊有鍵按下時，另一邊以數(shù)字的形式在數(shù)碼管上顯示出相應(yīng)的數(shù)字信息，雙方交換工作，效果如此。如果在通信過程中因外界干擾造成通信錯誤，數(shù)碼管以顯示“F”來提示錯誤。重新發(fā)送數(shù)據(jù)信息，恢復(fù)正常通信。1.1 任務(wù)要求（1）選擇合適的紅外器件，并完成單片機(jī)和器件之間的接口電路（2）單片機(jī)和紅外器件的通信及其控制（3）劃分系統(tǒng)的功能模塊（4）各個功能模塊之間設(shè)計(jì)好接口電路（5）構(gòu)建整個紅外數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)并調(diào)試（6）實(shí)現(xiàn)半雙工通信并調(diào)試1.2 總體設(shè)計(jì)圖1-1列出了紅外通信系統(tǒng)的構(gòu)成，它主要由3個部分組成：通信信道、紅外發(fā)射模塊、紅外接收模塊。紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為載體，來進(jìn)行通信。發(fā)送端采用脈時調(diào)制（PPM）方式，將二進(jìn)制數(shù)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并利用該脈沖序列驅(qū)動紅外線發(fā)射管以光脈沖的形式向外發(fā)射紅外光；而接收端將接收到的光脈沖信號轉(zhuǎn)換成電信號，在進(jìn)行放大、濾波、解調(diào)處理后還原成二進(jìn)制電信號，通過數(shù)碼管顯示出來。在紅外線通信系統(tǒng)中，由于紅外發(fā)射器的發(fā)射功率較小，而且信號采用紅外線進(jìn)行傳輸，易受外界環(huán)境的影響，這些因素導(dǎo)致了紅外接收器的信號很弱，并且電平變化范圍較大。因此，低噪聲的前置放大器設(shè)計(jì)和自適應(yīng)的碼元判決電路是必須的。但是使用一體化的紅外接收器就不用這些麻煩的處理，器件內(nèi)部可以完成相應(yīng)的功能，方便使用。串口脈寬調(diào)制/解調(diào)器接收電路發(fā)射電路接收電路發(fā)射電路脈寬調(diào)制/解調(diào)器串口圖1-1系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖2 方案論證2.1 單片機(jī)選用方案2.1.1 單片機(jī)型號的選擇方案1：采用目前比較通用的51系列單片機(jī)。此單片機(jī)的運(yùn)算能力強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度高，市場上比較多見，價格便宜且技術(shù)比較成熟容易實(shí)現(xiàn)功能。方案2：采用凌陽16位單片機(jī)SPCE061A作為控制核心。與51單片機(jī)相比，SPCE061A具有更加豐富的資源，有32個可編程的I/O口，14個中斷源。但考慮到本設(shè)計(jì)沒有用到這么多的資源，且價格偏貴，市場比較少見，技術(shù)不穩(wěn)定。在校期間一直學(xué)習(xí)與接觸的都只有51單片機(jī)，所以對此單片機(jī)系統(tǒng)有較深刻的了解。在遇到困難時，可以與同學(xué)共同討論解決，也可以尋找老師幫助。相較于凌陽單片機(jī)，更有把握運(yùn)用51單片機(jī)來完成本課題的研究。故本設(shè)計(jì)采用方案1實(shí)現(xiàn)。2.1.2 38KHz載波實(shí)現(xiàn)方案方案1：軟件產(chǎn)生載波用程序編程實(shí)現(xiàn)載波的產(chǎn)生。借助單片機(jī)的內(nèi)部定時器來產(chǎn)生一定周期的方波也是可以實(shí)現(xiàn)的，但是這樣一來就占用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，可能會影響后面的源代碼編寫。方案2：硬件產(chǎn)生載波采用NE555構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生38KHz的方波，作為紅外的載波信號，實(shí)現(xiàn)電路如圖2-1所示。為了使載波頻率更為接近38KHz，在電路中加了一個精調(diào)電位器，可以通過改變電位器的大小，實(shí)現(xiàn)輸出波的頻率。在電源端也加上了濾波電容，盡可能的排除電源中的干擾，進(jìn)一步確保產(chǎn)生波準(zhǔn)確。圖2-1 NE555構(gòu)成的38KHz振蕩電路圖本系統(tǒng)采用的是方案2的設(shè)計(jì)，用硬件電路產(chǎn)生載波，即便在原理上多些研究也要避免程序編譯的不熟悉和繁雜。硬件電路雖然簡單但是要確定具體數(shù)值就必須準(zhǔn)確的計(jì)算相應(yīng)電子器件的數(shù)值，盡可能的接近理論值。還有就是實(shí)際環(huán)境中存在很多不可預(yù)料到的干擾，所以更需要細(xì)心鉆研載波原理。2.2 紅外通信系統(tǒng)的基本原理2.2.1 紅外通信發(fā)射系統(tǒng)的基本原理單片機(jī)本身并不具備紅外通信接口，可以利用單片機(jī)的串行接口與外圍的紅外發(fā)射電路和接收電路，組成應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的紅外串行通信接口。紅外發(fā)射電路包括脈沖振蕩器、紅外發(fā)射管和濾波電容等部分組成。其中脈沖振蕩器由NE555定時器、電容和電阻組成，用以產(chǎn)生38KHz的脈沖序列作為載波信號；發(fā)射部分的主要元器件為紅外發(fā)光二極管。紅外發(fā)射電路的工作原理為：由單片機(jī)的串行口輸出端輸出的串行數(shù)據(jù)去調(diào)制脈沖振蕩器NE555發(fā)出的載波信號，然后用載波信號驅(qū)動紅外發(fā)射管以脈沖的形式向外發(fā)送。其中，為了保證紅外接收模塊能夠接收的準(zhǔn)確性，要求發(fā)送端載波信號的頻率應(yīng)該盡可能接近38KHz，因此在設(shè)計(jì)脈沖振蕩器時，要選用精密元件并保證電源電壓穩(wěn)定。2.2.2 紅外通信接收系統(tǒng)的基本原理紅外接收電路主要元器件是一種集紅外線接收、放大、整形于一體化的紅外接收器，在實(shí)際應(yīng)用中用來接收950nm的紅外光束。紅外接收電路的工作原理為：首先紅外光敏元件將接收到的載波頻率為38KHz的脈沖調(diào)制紅外信號轉(zhuǎn)化為電信號，再轉(zhuǎn)化成數(shù)字基帶信號，并通過RXD 端口接收數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)在解碼，通過連接在一起的數(shù)碼管把傳送的數(shù)據(jù)信息顯示出來，當(dāng)顯示信息與發(fā)送信息一致，則發(fā)送，接收成功。2.3 單片機(jī)及其外圍電路2.3.1 顯示器接口電路對于數(shù)字顯示電路，通常采用液晶顯示或者數(shù)碼管顯示。液晶顯示對單片機(jī)的接口要求較高，占用資源多。51單片機(jī)本身無專門的液晶驅(qū)動接口。而數(shù)碼管作為一種主動顯示器件，具有高亮度、快速響應(yīng)、穩(wěn)定性好、溫度特性佳、價格便宜、方便購買等優(yōu)點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)的顯示接口電路采用四位共陽數(shù)碼管作為顯示器。數(shù)碼管顯示器的顯示方法有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。顯示器位數(shù)較少時，采用靜態(tài)顯示的方法較為合適。當(dāng)位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，一般采用動態(tài)顯示方法。動態(tài)顯示時一位一位輪流地點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位的點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描。通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)的并連在一起，由8位的I/O口控制；各位的公共陽極位選線由另外的I/O口線控制相連。動態(tài)方式顯示時，各個數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即是在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另外一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，以此類推，這樣就可以讓各位數(shù)碼管顯示將要顯示的數(shù)據(jù)信息，雖然這些數(shù)據(jù)信息是在不同時刻顯示的，但是由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示的時間間隔足夠短就可以給人同時顯示的假象。顯示器接口電路如圖2-2所示。LED數(shù)碼管的4個位選管腳分別接三極管NPN，對電流進(jìn)行放大后更好的驅(qū)動數(shù)碼管，段選管腳直接與單片機(jī)相連。其中P0.0P0.7為段碼驅(qū)動端，P1.0P1.3為位碼驅(qū)動端，缺省時顯示0。圖2-2 顯示器接口電路圖2.3.2 鍵盤接口電路鍵盤采用獨(dú)立式鍵盤直接與AT89S52的P2.0P2.7和P3.6、P3.7口相接。接口線路如圖2-3所示。S3S12分別賦予不同的鍵值，用于發(fā)送和修改LED數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)。圖2-3 鍵盤接口電路圖2.3.3 復(fù)位電路復(fù)位電路如圖2-4所示，采用手動復(fù)位的方式。上電復(fù)位電路在接通電源時，因電容C5 的充電作用在RST 端產(chǎn)生一個尖的正脈沖，只要脈沖高電平超出2個機(jī)器周期持續(xù)時間，就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。手動復(fù)位用按鍵S1 完成。圖2-4 復(fù)位電路圖2.3.4 系統(tǒng)時鐘電路單片機(jī)的時鐘信號由兩種電路產(chǎn)生：內(nèi)振蕩電路和外振蕩電路。在任一時刻，只需要一種振蕩電路便能使單片機(jī)正常工作。使用內(nèi)振蕩電路提供時鐘脈沖，需要在XTAL1和XTAL2之間外接石英晶體振蕩器，這時的內(nèi)部振蕩電路僅相當(dāng)于一個高增益放大器，和晶振接在一起形成一個正反饋的自激振蕩，再經(jīng)整形和分頻形成單片機(jī)內(nèi)各邏輯部件所需要的時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩電路所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，使用電路中使用比較多，如圖2-5所示。圖中電容C11、C12起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為533pF。本系統(tǒng)中采用大小是22pF 的電容和11.0592MHz 的晶振。圖2-5 內(nèi)振蕩電路圖3 紅外通信系統(tǒng)中的主要器件3.1 AT89S52單片機(jī)芯片簡介AT89S52 如圖3-1所示，是一種帶8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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，ATMEL 的AT89S52 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。圖3-1 AT89S52管腳圖3.1.1 C51單片機(jī)的主要特性（1）兼容MCS-51 系列產(chǎn)品；（2）8KB的在系統(tǒng)可編程Flash ROM，可以達(dá)到1000 次擦寫周期；（3）4.0V5.5V 的工作電壓；（4）全靜態(tài)操作：033MHz；（5）三態(tài)存儲器鎖定；（6）256*8b 內(nèi)部RAM；（7）32個可編程I/O口；（8）三個可編程定時、計(jì)數(shù)器；（9）8 個中斷源；（10）全雙工串行口；（11）可節(jié)省電能的省電及掉電模式；（12）掉電模式可由中斷喚醒；（13）看門狗定時器；（14）雙數(shù)據(jù)指針；（15）具有掉電標(biāo)志。3.1.2 C51單片機(jī)的管腳說明 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8 個TTL 門電流。當(dāng)P0 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FLASH 編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時，P0 輸出原碼，此時P0 外部必須被拉高。P1 口：P1 口是一個內(nèi)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4 個TTL 門電流。P1 口管腳寫入1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗(yàn)時，P1 口作為第八位地址接收。P2 口：P2 口為一個內(nèi)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(dāng)P2 口被寫“1 ”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。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(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2 口輸出地址的高八位，在給出地址“1 ”時，它是利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢。當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH 編程和校驗(yàn)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(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4 個TTL 門電流。當(dāng)P3 口寫入“1 ”后，它們被內(nèi)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AT89C52 的一些特殊功能口，介紹如下：口管腳 備選功能P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 /INT0 （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷1）P3.4 T0 （計(jì)時器0 外部輸入）P3.5 T1 （計(jì)時器1 外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE 脈沖。如想禁止ALE 的輸出可在SFR8EH 地址上置0。此時，ALE 只有在執(zhí)行MOVX，MOVC 指令對ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE 禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為RESET ；當(dāng)/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2 NE555時基電路芯片簡介NE555 時基電路封形式有兩種，一是DIP 雙列直插8 腳封裝，另一種是SOP-8 小型（SMD ）封裝形式。NE555 屬于CMOS 工藝制造，圖3-2所示是NE555 的外形圖。NE555 是屬于555 系列的計(jì)時IC 的其中的一種型號，555 系列IC 的管腳功能及運(yùn)用是相容的。555 是一個用途很廣泛并且普遍的計(jì)時IC，只需要少數(shù)的電阻和電容，便可以產(chǎn)生數(shù)位電路說需要的各種不同頻率的脈沖信號。3.2.1NE555芯片的主要特性（1）只需要簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍廣泛，可由幾微秒到幾小時之久；（2）它的操作電源電壓范圍極大，可與TTL 、COMS 等邏輯電路配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位和輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合；（3）其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負(fù)載；（4）它的計(jì)時準(zhǔn)確度高、溫度穩(wěn)定性好、價格便宜；（5）靜態(tài)電流最大值VCC = 5V,RL = 6mA;VCC =15V,RL = =15mA 。3.2.2NE555芯片的管腳說明（1）Pin 1 (接地)：地線，通常被連接到電路共同接地。（2）Pin 2 （觸發(fā)點(diǎn)）：這個管腳是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC。（3）Pin 3 （輸出）：當(dāng)時間周期開始555的輸出輸出管腳，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到0伏左右的低電位。在高電位是的最大輸出電流約為200mA 。（4）Pin 4 （重置）：一個低邏輯電平送至這個管腳時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或者忽略不用。（5）Pin 5 （控制）：這個管腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。（6）Pin 6 （重置鎖定）：重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC 以上時啟動這個動作。（7）Pin 7 （放電）：這個管腳和主要的輸出管腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON 時為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF 時為HIGH，對地為高阻抗。（8）Pin 8 （VCC）: 這是555個計(jì)時器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。圖3-3所示，是它的內(nèi)部功能原理圖，圖3-4所示，是它的部分內(nèi)部等效電路。NE555 的內(nèi)部中心電路是由三極管Q15 和Q17 加正反饋組成的RS 觸發(fā)器。輸入控制端有直接復(fù)位Reset 端，通過比較器A1，復(fù)位控制端的TH 、比較器A2 置位控制的T 。輸出端為F ，另外還有集電極開路的放電管DIS。圖3-2 NE555外形圖 圖3-3 NE555內(nèi)部功能框圖圖3-4 NE555部分內(nèi)部等效電路圖利用NE555 可以組成相當(dāng)多的應(yīng)用電路，甚至多達(dá)數(shù)百種應(yīng)用電路，在各類書刊均有介紹，例如家用電器控制裝置、門鈴、報(bào)警器、信號發(fā)生器、電路檢測儀器、元器件測量儀、定時器、壓頻轉(zhuǎn)換電路、電源應(yīng)用電路、自動控制裝置及其它應(yīng)用電路都有著廣泛的應(yīng)用，這是因?yàn)镹E555 巧妙地將模擬電路和數(shù)字電路結(jié)合在一起的緣故。下面圖3-5所示， 給出的就是一些555 的應(yīng)用電路。 圖3-5 一些常用NE555應(yīng)用電路圖3.3 紅外發(fā)射二極管紅外發(fā)射二極管是紅外通信系統(tǒng)中用來發(fā)射信號的一個非常重要的元件，常用的紅外發(fā)光二極管其外形和發(fā)光二極管LED 相似，發(fā)出紅外光（近紅外線約0.93m ）。管壓降約1.4V ，工作電流一般小于20mA。為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常串有限流電阻。紅外發(fā)射器大多是使用Ga、As等材料制成的紅外發(fā)射二極管，它能夠通過的LED電流越大，發(fā)射角度越小，產(chǎn)生的發(fā)射強(qiáng)度就越大，發(fā)射強(qiáng)度越大，紅外傳輸距離就越遠(yuǎn)，傳輸距離正比于發(fā)射強(qiáng)度的平方根。紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管和接收管并列一起，平時接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外線才工作。本課題設(shè)計(jì)中采用的紅外線發(fā)射與接收的方式采取直射工作方式。在接收管和發(fā)射管的兩端盡量排除遮蔽物，以免造成通信信道的阻礙，發(fā)生數(shù)據(jù)傳送錯誤。3.4 紅外接收器紅外接收器是紅外發(fā)光二極管的受控裝置，其里面有相應(yīng)的紅外光電轉(zhuǎn)換電路。這里采用的接收器是一種紅外專用接收集成電路LT1838，用它來完成紅外信號的光電轉(zhuǎn)換及接收。LT1838 是塑封一體化紅外線接收器，它是一種集紅外線接收、放大、整形于一體的集成電路，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL 電平信號兼容的所有工作，沒有紅外信號時為高電平，收到紅外信號時為低電平，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。接收器對外只有3個引腳：OUTPUT、GND、VCC與單片機(jī)接口非常方便，其實(shí)際封裝及其引腳圖見圖3-6所示。 圖3-6 一體化紅外接收頭LT18384 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)確定了上面的通信方案，接下來就可以對通信的硬件電路進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)了。紅外線通信是利用紅外線發(fā)光LED 發(fā)射波長950nm 近紅外波段的紅外線不可見光來發(fā)送信號。這里把紅外通信系統(tǒng)分為發(fā)射模塊及接收模塊兩部分，本課題設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)的發(fā)射部分包括鍵盤電路、編碼調(diào)制電路、LED 紅外發(fā)射電路；接收部分包括接收電路和顯示電路。發(fā)射端的按鍵信號經(jīng)過單片機(jī)的編碼所產(chǎn)生的調(diào)制信號和載波電路所產(chǎn)生的載波信號經(jīng)過合成，然后再通過紅外線發(fā)射電路的LED 發(fā)送出紅外線通信信號，這些信號經(jīng)過紅外線接收模塊接收端接收進(jìn)來，并對其控制信號做譯碼并作相對的動作輸出(數(shù)碼顯示)。這便是硬件電路具體實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)思想。各部分電路的設(shè)計(jì)思路和具體實(shí)現(xiàn)如下。4.1 紅外發(fā)射模塊電路的實(shí)現(xiàn)4.1.1紅外通信系統(tǒng)發(fā)射的原理框圖將指令脈沖編碼信息調(diào)制在載波振蕩器產(chǎn)生的載波上（也稱脈碼調(diào)制），然后用這脈碼調(diào)制信號去驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，以發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波，其紅外通信系統(tǒng)發(fā)射電路圖如4-1所示。紅外發(fā)射調(diào)制驅(qū)動電路AT89S(指令編碼)38KHz載波鍵盤控制圖4-1 紅外通信系統(tǒng)發(fā)射電路圖4.1.2紅外通信系統(tǒng)發(fā)射原理紅外發(fā)射器電路包括脈沖振蕩器、驅(qū)動管T6和T7、紅外發(fā)射管D1等部分。其中脈沖振蕩器由NE555 定時器、電阻(R8、R10 )和電容（C6、C7 ）組成。用以產(chǎn)生38KHz的脈沖載波信號；發(fā)射管選用的是紅外二極管，用來向外發(fā)射950nm的紅外光束。紅外發(fā)射器的工作原理為：串行數(shù)據(jù)由單片機(jī)的串行輸出端TXD 送出并驅(qū)動T6 管，數(shù)位“0 ”使T6 導(dǎo)通，通過T7管制成38KHz的載波信號，并利用紅外發(fā)射管D1 以光脈沖的形式向外發(fā)送。數(shù)位“1”使T6 管截止，紅外發(fā)射管D1 不發(fā)射紅外光。若傳送的比特率設(shè)為1200bps，則每個數(shù)位“0 ”對應(yīng)32 個載波脈沖調(diào)制信號的時序，如圖4-2所示。圖4-2 調(diào)制信號時序圖4.2 紅外接收模塊電路的實(shí)現(xiàn)紅外接收采用LT1838 紅外接收器，該接收模塊是一個三端元件，使用單電源+5V供電，具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、輸入靈敏度高、對其他波長（950nm 以外）的紅外光不敏感的特點(diǎn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖電路如圖4-3所示圖4-3 LT1838內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖紅外接收電路的原理為：首先，通過紅外光敏元器件將接收到的載波頻率為38KHz的脈沖調(diào)制紅外光信號轉(zhuǎn)化為電信號，再由前置放大器和自動增益控制電路進(jìn)行放大處理。然后，通過帶通濾波器進(jìn)行濾波，濾波后的信號由解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)。最后，由輸出級電路進(jìn)行反向放大輸出到單片機(jī)的RXD 端。電路如圖4-4所示圖4-4 紅外接收器電路圖5 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)，要求準(zhǔn)確無誤的實(shí)現(xiàn)紅外通信系統(tǒng)的控制功能，并要求系統(tǒng)具有高的可靠性、快的反應(yīng)速度、以及低的系統(tǒng)功耗。本系統(tǒng)的控制功能主要包括發(fā)射端的鍵盤按鍵輸入，按鍵信息的編碼輸出，接收端的譯碼顯示等功能。5.1 鍵盤程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)鍵盤程序流程圖如圖5-1所示。結(jié) 束進(jìn)入中斷開 始讀按鍵掃描碼判斷按鍵有閉合否調(diào)用程序標(biāo)志位置零計(jì)時變量清零 N Y圖5-1 鍵盤程序流程圖鍵盤掃描程序如下：if(sw1=0)/按鍵掃描wait_flag=0;time_cnt=0;/有按鍵按下則清除待機(jī)相關(guān)計(jì)時變量key=0;if(sw2=0)wait_flag=0;time_cnt=0;/有按鍵按下則清除待機(jī)相關(guān)計(jì)時變量key=1;for(i=0;i8;i+)if(KEY_PORT&(115)txbuf=15;if(rxbuf15)rxbuf=15;/如果接收到非碼，一律顯示Fw0=1;w1=0;w2=0;w3=0;P0=0x70;delay(5);w0=0;w1=1;w2=0;w3=0;P0=tabletxbuf;delay(5);w0=0;w1=0;w2=1;w3=0;P0=0x46;delay(5);w0=0;w1=0;w2=0;w3=1;P0=tablerxbuf;delay(5);void wait_dis(void)/等待狀態(tài)下的顯示，打開所有數(shù)碼管w0=1;w1=1;w2=1;w3=1;5.3 串口波特率發(fā)生器設(shè)置5.3.1串行口數(shù)據(jù)緩沖器SBUFSBUF 是C51 串行口的接收、發(fā)送緩沖器。該緩沖器的操作控制是通過指令對SBUF 的讀寫來區(qū)別是對接收緩沖器操作還是對發(fā)送緩沖器操作。串行口對外也有兩條獨(dú)立的收發(fā)信號線RXD 和TXD。5.3.2串行口控制寄存器SCONSCON 寄存器用來控制串行口的工作方式和狀態(tài)，它可以是位尋址。在復(fù)位時所有位被清零，字節(jié)地址為98H。(1)SM0、SM1：串行通信工作方式選擇位；(2)SM2：多機(jī)通信控制位；(3)REN：串行接收允許位。REN=1 時，允許接收，REN=0 時，禁止接收；(4)RB8：接收數(shù)據(jù)位8。方式2、3中是接收端接收的第九位數(shù)據(jù)，TB8、TB9 可用作奇偶校驗(yàn)位用；(5)TB8：發(fā)送接收數(shù)據(jù)位8。方式2、3中是發(fā)送端發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)，可用位指令置0或者置1；(6)TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。發(fā)送前用指令清零，發(fā)送過程中TI維持0不變，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后被硬件電路自動置1.要想再發(fā)送，必須再用指令清零；(7)RI：接收中斷標(biāo)志位。接收前用指令清零，接收過程中RI維持0不變，接收完一幀數(shù)據(jù)后被硬件電路置1。想要再接收，必須再用指令清零。5.3.3特殊功能寄存器PCONPCON用于波特率是否需要加倍。SMOD，D7 位，波特率加倍控制位，在方式1、2、3中，0表示不加倍，1表示加倍。5.3.4中斷允許寄存器IEES為串行中斷允許控制位。ES=1，允許串行中斷，ES=0，禁止串行中斷。串行口采用工作方式3為11為異步通信方式，波特率為1200bps。由串行口控制寄存器SCON 的操作模式選擇位SM0 置1、SM1 置1設(shè)置為方式3，當(dāng)定時器/計(jì)數(shù)器T1 模式控制器TMOD 中C/T=0 和M1M0=10 時，定時器/計(jì)數(shù)器T1 設(shè)置成方式2作為波特率發(fā)生器，其波特率表示為：波特率=（T1 的溢出率）/n當(dāng)SMOD=0 時，n=32;當(dāng)SMOD=1 時，n=16,(本設(shè)計(jì)中SMOD=0 )則波特率=fosc192(256X)所以定時器/計(jì)數(shù)器T1初值為：X=256fosc(192波特率)串口初始化程序如下：void uart_init(uint baud)/串口初始化 uchar a; a=256-921600/(16*baud); /晶振12分頻（Hz） 11.0592M TH1=a-1; /設(shè)定定時器重裝值 TL1=a-1;/設(shè)定定時初值 SCON=0XC0; PCON=0X80; TMOD|=0X20; TR1=1;/啟動定時器1 REN=1;/使能接收 ES=1;/使能串口中斷5.4 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)初始化之后，在主程序之中反復(fù)調(diào)用鍵盤程序和顯示程序，同時等待串口發(fā)送中斷或者接受中斷，其主程序流程圖如圖5-3所示。關(guān)中斷發(fā)送碼頭發(fā)識別碼發(fā)送數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼結(jié)束開中斷設(shè)置定時器0和1的方式進(jìn)入子程序開始初始化及鍵值定義啟動T0中斷設(shè)置每個按鍵的發(fā)送數(shù)據(jù)圖5-3 主程序流程圖紅外通信系統(tǒng)的主程序程序見附錄三。6 系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)測試在前面幾章中，詳細(xì)討論了紅外通信系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的調(diào)試與測試是系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須的過程，是其中一個重要的組成部分。一個穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，必然是能經(jīng)受一系列嚴(yán)格的測試與考驗(yàn)的。對于單片機(jī)紅外通信，其需要調(diào)試與測試的部分，按系統(tǒng)類型可以分為系統(tǒng)硬件測試與系統(tǒng)軟件測試兩部分。這兩部分的測試其實(shí)是密不可分的。軟件測試部分可以Keil C51 環(huán)境下進(jìn)行編譯調(diào)試，硬件測試部分按照其組成又可以細(xì)分為發(fā)射模塊電路的測試與接收模塊電路的測試。為簡單起見，在實(shí)際測試過程中，其實(shí)只需要測試硬件部分電路的收發(fā)就可以達(dá)到測試的目的了。因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，硬件部分電路和軟件