單片機(jī)紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)(最終版)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 基于單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要基于市場(chǎng)的需求，結(jié)合紅外遙控的設(shè)計(jì)簡單、方便、成本低廉等特點(diǎn)，采用了51單片機(jī)作為遙控發(fā)射、接收的主芯片，hs0038作為一體化紅外接收管，對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行接收、解調(diào)、放大、檢波、整形等。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的紅外遙控控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括紅外發(fā)射和紅外接收兩大部分，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的基本功能：多級(jí)調(diào)速功能。另外本設(shè)計(jì)可以增加按鍵的個(gè)數(shù)，可用于擴(kuò)展控制其他的功能。關(guān)鍵字 紅外遙控 信號(hào)調(diào)制 編碼the design

2、 of the infared remote contorl based on 51-mcuiiabstract the design was based on household products, considering that infrared remote control is simple, easy to operate, low-cost, i use a special launching and receiving chip which depends on remote control, the signal demodulation, amplification, fi

3、ltering, shaping, etc. on the basis of this chip a system of intelligent infrared remote-control was designed for the fan. the system consists of the part and the receiving part. this system is designed to achieve basic function of fans: two kinds of speed. and the function of two kinds of wind whic

4、h are the natural wind and the normal wind. key words infrared remote control signal modulation encodingi目 錄中文摘要i英文摘要ii1 緒 論11.1課題設(shè)計(jì)目的及意義11.2 紅外技術(shù)的發(fā)展史21.3 紅外技術(shù)的應(yīng)用22 課題的方案設(shè)計(jì)42.1 紅外遙控的原理42.2 紅外編碼42.3 紅外遙控的設(shè)計(jì)思路52.4 總體設(shè)計(jì)框圖53 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73.1 系統(tǒng)方框圖73.2 系統(tǒng)功能需求83.3 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)83.4 紅外發(fā)射電路153.5 紅外接收電路163.6 控制電

5、路173.7 電源電路設(shè)計(jì)203.8 顯示部分的設(shè)計(jì)213.9 按鍵設(shè)計(jì)234 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)264.1遙控碼的發(fā)射264.2 紅外接收294.3 調(diào)速單元314.3.1 調(diào)速原理314.3.2 調(diào)速方法324.4 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試34總 結(jié)35致 謝36參考文獻(xiàn)37附 錄38基于單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 緒 論1.1課題設(shè)計(jì)目的及意義隨著科技的發(fā)展，人們的生活節(jié)奏也越來越快，隨之人們對(duì)方便、快捷的要求也隨之不斷增高！遙控器的出現(xiàn)，在一定程度上滿足了人們這個(gè)要求！遙控器是由發(fā)明家robert adler在五十年代發(fā)明的。而紅外遙控是20世紀(jì)70年代才開始發(fā)展起來的一種遠(yuǎn)程控制技術(shù)，其原理是

6、利用紅外線來傳遞控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的遠(yuǎn)距離控制。具體來講，就是由發(fā)射器發(fā)出紅外線指令信號(hào)，利用接收器接收下來并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的各種功能的遠(yuǎn)程控制。 紅外遙控具有獨(dú)立性、物理特性與可見光相似性、無穿透障礙物的能力及較強(qiáng)的隱蔽性等特點(diǎn)。隨著紅外遙控技術(shù)的開發(fā)和迅速發(fā)展，很多領(lǐng)域都應(yīng)用了紅外遙控的技術(shù)，特別是電器領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。從單純的在電器面板上通過按鈕控制，到短距離(10m以內(nèi))的遙控控制，雖然改變不大，但其帶來的便利無疑是巨大的。隨著紅外遙控技術(shù)的成熟，使得遙控器變得設(shè)計(jì)簡單、價(jià)格低廉。 作為含有電機(jī)的一種老牌電器，電風(fēng)扇具有價(jià)格便宜、擺放方便、體積輕巧等特點(diǎn)。

7、雖然現(xiàn)在空調(diào)在城市中已經(jīng)相當(dāng)普遍，并有替代電風(fēng)扇的趨勢(shì)，但由于大部分家庭消費(fèi)水平的限制，電風(fēng)扇作為一個(gè)成熟的家電行業(yè)的一員，尤其在中小城市，以及鄉(xiāng)村將來一段時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)占有市場(chǎng)的大部分份額。目前紅外遙控器已在各種電器上得到了廣泛的應(yīng)用，但一般設(shè)備系統(tǒng)均采用專用的遙控編碼及解碼集成電路，具有制作電路簡單等特點(diǎn)，但由于這些芯片價(jià)格昂貴，功能鍵數(shù)和功能受到限制，且相互之間采用的遙控編碼方式相互不兼容，只適用于專用的產(chǎn)品，應(yīng)用范圍受到限制，采用單片機(jī)進(jìn)行的遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有硬件接口簡單方便，編程靈活多樣，操作碼個(gè)數(shù)可以隨意設(shè)定等優(yōu)點(diǎn)。 市場(chǎng)的需求促使了電風(fēng)扇的發(fā)展。隨著“智能化”的興起，電風(fēng)扇的功能也

8、越來越多，越來越貼進(jìn)人們的生活。因此，對(duì)于電風(fēng)扇的開發(fā)和設(shè)計(jì)依然有著較大的實(shí)用價(jià)值。在現(xiàn)有市場(chǎng)上多功能遙控電風(fēng)扇的基礎(chǔ)上，人們提出了一種新型的智能電風(fēng)扇，相對(duì)于以往的電風(fēng)扇，智能電風(fēng)扇添加了很多人性化的設(shè)計(jì)，如安全保護(hù)，傾倒保護(hù)，智能照明等功能，使電風(fēng)扇更加人性化，相信其豐富的功能，人性化的設(shè)計(jì)將會(huì)大大提高電風(fēng)扇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 本設(shè)計(jì)就是以電風(fēng)扇的電機(jī)為對(duì)象，通過紅外遙控實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的調(diào)速功能，相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械控制，體現(xiàn)出了更加方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。 1.2 紅外技術(shù)的發(fā)展史紅外技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)是紅外探測(cè)器的發(fā)展。1800年，fw赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射時(shí)使用的是水銀溫度計(jì)，這是最原始的熱敏型紅外探測(cè)器。 1

9、830年以后，相繼研制出溫差電偶的熱敏探測(cè)器、測(cè)輻射熱計(jì)等。在1940年以前，研制成的紅外探測(cè)器主要是熱敏型探測(cè)器。 19世紀(jì)，科學(xué)家們使用熱敏型紅外探測(cè)器，認(rèn)識(shí)了紅外輻射的特性及其規(guī)律，證明了紅外線與可見光具有相同的物理性質(zhì)，遵守相同的規(guī)律。它們都是電磁波之一，具有波動(dòng)性，其傳播速度都是光速、波長是它們的特征參數(shù)并可以測(cè)量。 20世紀(jì)初開始，測(cè)量了大量的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)的吸收、發(fā)射和反射光譜，證明了紅外技術(shù)在物質(zhì)分析中的價(jià)值。 30年代，首次出現(xiàn)紅外光譜代，以后，它發(fā)展成在物質(zhì)分析中不可缺少的儀器。 40年代初，光電型紅外探測(cè)器問世，以硫化鉛紅外探測(cè)器為代表的這類探測(cè)器，其性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)牢

10、靠。 50年代，半導(dǎo)體物理學(xué)的迅速發(fā)展，使光電型紅外探測(cè)器得到新的推動(dòng)。 到60年初期，對(duì)于13、35和813微米三個(gè)重要的大氣窗口都有了性能優(yōu)良的紅外探測(cè)器。在同一時(shí)期內(nèi)，固體物理、光學(xué)、電子學(xué)、精密機(jī)械和微型致冷器等方面的發(fā)展，使紅外技術(shù)在軍、民兩用方面都得到了廣泛的應(yīng)用。 60年代中葉起，紅外探測(cè)器和系統(tǒng)的發(fā)展體現(xiàn)了紅外技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向。在紅外技術(shù)的發(fā)展中，需要特別指出的是：60年代激光的出現(xiàn)極大地影響了紅外技術(shù)的發(fā)展，很多重要的激光器件都在紅外波段，其相干性便于移用電子技術(shù)中的外差接收技術(shù)，使雷達(dá)和通信都可以在紅外波段實(shí)現(xiàn)，并可獲得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，紅外技術(shù)僅

11、僅能探測(cè)非相干紅外輻射，外差接收技術(shù)用于紅外探測(cè)，使探測(cè)性能比功率探測(cè)高好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，由于這類應(yīng)用的需要，促使出現(xiàn)新的探測(cè)器件和新的輻射傳輸方式，推動(dòng)紅外技術(shù)向更先進(jìn)的方向發(fā)展。1.3 紅外技術(shù)的應(yīng)用紅外技術(shù)在安防領(lǐng)域、消防領(lǐng)域 、電力領(lǐng)域 、企業(yè)制程控制領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、遙感領(lǐng)域、工業(yè)控制、航空航天、家電領(lǐng)域等應(yīng)用廣泛。紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實(shí)現(xiàn)等顯著優(yōu)點(diǎn)，被諸多電子設(shè)備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。由于紅外通信具有隱蔽性，保密性強(qiáng)，故國外軍事通信機(jī)構(gòu)歷來重視這一技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這一技術(shù)

12、在軍事隱蔽通信，特別是軍事機(jī)密機(jī)構(gòu)、邊海防的端對(duì)端通信中將發(fā)揮出重要的作用。2 課題的方案設(shè)計(jì)2.1紅外遙控的原理紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射雕紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，再送后置放大器。 發(fā)射機(jī)一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)射電路等幾部分組成。當(dāng)按下指令鍵或推動(dòng)操作桿時(shí)，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號(hào)，指令編碼信號(hào)對(duì)載體進(jìn)行調(diào)制，再由驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定指令編碼信號(hào)。接收電路一般由接收電路、放大電路、調(diào)制電路、指令譯碼電路、

13、驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行電路(機(jī)構(gòu))等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調(diào)制的編碼指令信號(hào)接收下來，并進(jìn)行放大后送解調(diào)電路，解調(diào)電路將已調(diào)制的指令編碼信號(hào)解調(diào)出來，即還原為編碼信號(hào)。指令譯碼器將編碼指令信號(hào)進(jìn)行譯碼，最后由驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路實(shí)現(xiàn)各種指令的操作控制。2.2 紅外編碼本設(shè)計(jì)采用碼分制。采用脈沖個(gè)數(shù)編碼，不同的脈沖個(gè)數(shù)代表不同的被控對(duì)象，最小為2個(gè)脈沖。為了使接收可靠，第一位碼寬為3ms，其余為1ms，遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔大于10ms，碼分制編碼編程簡單，在按鍵較少的情況下優(yōu)勢(shì)明顯。如圖1所示。電器0的遙控輸出碼電器1的遙控輸出碼圖 1 碼分制編碼波形圖2.3 紅外遙控的設(shè)計(jì)思路 紅外遙控是

14、單工的紅外通信方式，整個(gè)通信中，需要一個(gè)發(fā)射端和一個(gè)接收端。發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。紅外接收端普遍采用價(jià)格便宜，性能可靠的一體化紅外接收管接收紅外信號(hào)，它同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、放大、檢波、整形，得到相應(yīng)的信號(hào)，再送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)控制相關(guān)的被控對(duì)象。 圖2 遙控器原理框圖 2.4 總體設(shè)計(jì)框圖整體設(shè)計(jì)思路為：根據(jù)掃描到不同的按鍵調(diào)用不同的程序，從p0.7口輸出控制脈沖與38khz的載波（周期是26.3us）進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)npn三極管對(duì)信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管將信號(hào)發(fā)送出去。紅外數(shù)據(jù)接收則采用hs0038一體化紅外接收管，內(nèi)部集成

15、紅外接收頭、數(shù)據(jù)采集、解碼等功能，經(jīng)過p3.2口將信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)通過p0.4口輸出信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速的控制。系統(tǒng)總體框圖如圖3所示。按鍵stc89c51單片機(jī)紅外發(fā)射電路紅外接收電路stc89c51單片機(jī)控制電路圖3 設(shè)計(jì)框圖3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)方框圖（1）發(fā)射端電路：單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、紅外發(fā)射電路以及按鍵電路、穩(wěn)壓電路等組成。其設(shè)計(jì)原理框圖如下：按 鍵顯 示stc89c51穩(wěn)壓電路紅外發(fā)射管圖 4 手持段遙控器方框圖（2）接收端電路：單片機(jī)系統(tǒng)、紅外接收電路、穩(wěn)壓電路、控制單元等組成。其設(shè)計(jì)原理框圖如下：stc89c51控制單元紅外接收管220v交流電源+5v電源

16、圖 5 紅外接收端方框圖3.2 系統(tǒng)功能需求本遙控系統(tǒng)要求用單片機(jī)作為控制芯片制作一個(gè)遙控器，另一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)能被遙控操作。本系統(tǒng)要求遙控器具有多級(jí)調(diào)速的功能。用 stc89c51單片機(jī)來作主芯片控制，采用hs0038作為紅外一體化接收管，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，具有紅外遙控的功能特點(diǎn)。3.3 51系列單片機(jī)的功能特點(diǎn)（1）主要特性與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部ram32可編程i/o線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電

17、路 (2)主要組成部分微處理器(cpu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)程序存儲(chǔ)器(rom/eprom)，8031沒有此部件4個(gè)8位并行i/o口(p0口、p1口、p2口、p3口)1個(gè)串行口2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)特殊功能寄存器(sfr)微處理器：51單片機(jī)中有1個(gè)8位的cpu，與通用的cpu基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能不僅可以處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：片內(nèi)為128b，片外最多可擴(kuò)張到64kb。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。片內(nèi)的128b的ram，以高速ram的形式集成在單片機(jī)內(nèi)

18、，可以加快單片機(jī)的運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的ram還可以降低功耗。程序存儲(chǔ)器：用來存儲(chǔ)程序，8031無此部件；8051為4kbrom；8751則為4kbeprom。如果片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外只讀存儲(chǔ)器，片外最多可擴(kuò)展至64kb。中斷系統(tǒng)：具有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有4種工作方式。在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時(shí)，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行計(jì)數(shù)，因而需要在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器部件。串行口：1個(gè)全雙工的串行口，具有4種工作方式?？捎脕磉M(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行i/o口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)

19、且應(yīng)用更廣。特殊功能寄存器：特殊功能寄存器共有21個(gè)，用于cpu對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是片內(nèi)各功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)特殊功能的ram區(qū)。 stc89c51的引腳功能，圖6所示: 圖 6 at89s51的引腳功能圖（3）管腳說明 vcc（40引腳）：接+5v電源。 vss（20引腳）：接地。 p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向三態(tài)i/o口，每個(gè)管腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳寫“1”時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在flash編程時(shí)，p0口作為原碼輸入口，當(dāng)flash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼

20、，此時(shí)p0口外部電位必須被拉高。 p1口：p1口是一個(gè)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4ttl門電流。p1口管腳寫入“1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，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(shí)，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個(gè)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(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時(shí)，p2口的管腳電位被外部拉低，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(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，

21、p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)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。作為輸入時(shí)，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流，也是由于上拉的緣故。p3口也可作為stc89c51的一些特殊功能口，如下所示：p3.0 rxd(串行輸入口)p3.1 txd(串行輸出口)p3.2 (外部中斷0)p3.3 (外部中斷1)p3.4 t0(記時(shí)器

22、0外部輸入)p3.5 t1(記時(shí)器1外部輸入)p3.6 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)p3.7 (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 rst/vpd（9引腳）：rst（reset）是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)市中振蕩周期）的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。在單片機(jī)正常工作時(shí)，此引腳應(yīng)為小于0.5v低電平。vpd為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入端。當(dāng)主電源vcc發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將+5v電源自動(dòng)接入rst端，為內(nèi)部ram提供內(nèi)部電源，以保證片內(nèi)ram的信息不丟失，從而使單片機(jī)在復(fù)位后

23、能繼續(xù)正常運(yùn)行。（30引腳）：ale引腳輸出為地址鎖存允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，ale引腳不斷輸出正脈沖信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ale輸出信號(hào)的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器的鎖存信號(hào)。即使不訪問外部鎖存器，ale端任有正脈沖信號(hào)輸出，此頻率為時(shí)鐘正當(dāng)頻率fosc的1/6。如果想初步判斷單片機(jī)芯片的好壞，可用示波器查看ale端是否有正脈沖信號(hào)的輸出。如果有正脈沖信號(hào)輸出，則單片機(jī)基本上是好的。每當(dāng)mcs-51訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在一個(gè)機(jī)器周期中ale只出現(xiàn)一次，即丟失1個(gè)ale脈沖。ale端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)ls型ttl負(fù)載。prog為本引腳的第二功能，在對(duì)片內(nèi)編程寫

24、入時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端。 （29引腳）：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。在單片機(jī)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引腳接外部程序存儲(chǔ)器的oe(輸出允許)端。psen端可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)ls型ttl負(fù)載。如果檢查一個(gè)mcs-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)上電后，cpu能否正常到外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼，可以用示波器檢查psen端有無脈沖輸入。 （31引腳）：功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng)引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在pc（程序計(jì)數(shù)器）值超過0fffh(對(duì)于8051、8751)時(shí)，即超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地 4kb地址范圍時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)

25、的程序。當(dāng)引腳為低電平時(shí)，單片機(jī)只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不論有無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于8031來說，因其無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以該引腳必須接地，這樣只能選擇外部程序存儲(chǔ)器。vpp為本引腳的第二功能。對(duì)于eprom型號(hào)的單片機(jī)8751片內(nèi)的eprom固化編程時(shí)，用于施加較高的編程電壓(例如+21v或+12v)。對(duì)于89c51，則加在vpp引腳的編程為+12v或+5v。 xtal1(19引腳)：接外部晶體的一個(gè)引腳。該引腳內(nèi)部是一個(gè)反向放大器的輸入端。這個(gè)反向放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳接地。 xtal2(18引腳)：接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反向放大器的輸出端

26、。如采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。 圖7 stc89c51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(4)stc89c51的基本操作 如圖8所示，在c2和c3之間接一只石英振蕩晶體構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，電路中的電容c2和c3典型值通常選擇為30pf左右。電容的大小會(huì)影響振蕩頻率器的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率的范圍通常是1.2mhz到12mhz之間。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠的近些，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器的穩(wěn)定性、可靠的工作

27、。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性好的電容。stc89c51復(fù)位引腳rst/vpd通過片內(nèi)一個(gè)施密特觸發(fā)器(抑制噪聲作用)與片內(nèi)復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出在每一個(gè)機(jī)器周期由復(fù)位電路采樣一次。當(dāng)振蕩電路工作，并且在rst引腳上加一個(gè)至少保持2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就能使stc89c51完成一次復(fù)位。復(fù)位不影響ram的內(nèi)容。復(fù)位后，pc指向0000h單元，使單片機(jī)從起始地址0000h單元開始重新執(zhí)行程序。所以，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。mcs-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳rst通過一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每一

28、個(gè)機(jī)器周期的s5p2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需的信號(hào)。單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種復(fù)位方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電源接通時(shí)只要vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位又分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位兩種方式。其中電平復(fù)位是通過rst端經(jīng)電阻和電源vcc接通而實(shí)現(xiàn)的；當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6mhz時(shí)，c1取22uf,r s取0.2k歐姆，rk1歐姆。脈沖復(fù)位則是利用rc微分電路產(chǎn)生的脈沖來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路參數(shù)的選擇應(yīng)能保證復(fù)位高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期。關(guān)于復(fù)位還有一個(gè)就是“看門狗”技

29、術(shù)，它就是使用一個(gè)計(jì)數(shù)器不斷的進(jìn)行計(jì)數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行。若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過已知的循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，這是計(jì)數(shù)器溢出，然后強(qiáng)迫系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，在復(fù)位如后0000h處安排一段出錯(cuò)處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)入正軌。在單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，有可能發(fā)生電源掉電的意外情況，一些重要的數(shù)據(jù)可能丟失。這時(shí)要求系統(tǒng)應(yīng)首先檢測(cè)到電源的變化，然后通過切換電路把備用電池接入系統(tǒng)，以保護(hù)ram中的數(shù)據(jù)不丟失。目前看門狗電路已經(jīng)集成到一些處理器監(jiān)控芯片中，集成化程度較高，功能齊全，具有廣闊的應(yīng)用前景。在單片機(jī)系統(tǒng)中使用微處理器監(jiān)控芯片，可以大大提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。圖 8 stc89c51基本操作

30、電路3.4 紅外發(fā)射電路本遙控發(fā)射器采用碼分制遙控方式，碼分制紅外遙控就是指令信號(hào)產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼（不同的脈沖數(shù)目及組合）代表不同的控制指令。單片機(jī)遙控發(fā)射器主要由單片機(jī)、按鍵、紅外發(fā)射電路三部分組成。單片機(jī)部分主要完成遙控發(fā)射器發(fā)射過程的控制、按鍵掃描的管理和顯示。單片機(jī)選用stc89c51，其中p0.7用于輸出方波信號(hào)控制紅外發(fā)射電路的工作，遙控器信息嗎由stc89c51單片機(jī)的定時(shí)器1中斷產(chǎn)生38khz紅外方波信號(hào)，由p0.7口輸出，經(jīng)過三極管進(jìn)行放大，由紅外發(fā)射管發(fā)送，改變滑動(dòng)變阻的阻值大小可以改變紅外發(fā)射的距離。在確定選擇stc89c51作為本設(shè)計(jì)發(fā)射電路核心芯片和點(diǎn)觸式開關(guān)

31、作為控制鍵后，加上一個(gè)簡單紅外發(fā)射電路和12m晶體震蕩器便可實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實(shí)際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時(shí)，它發(fā)出的便是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通的發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。 遙控發(fā)射通過鍵盤，每按下一個(gè)鍵，即產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號(hào)調(diào)制在38khz的載波上，激勵(lì)紅外光二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過空間的傳送到受控機(jī)的遙控接收器。p1口作為按鍵部分，p0.7口作為紅外發(fā)射部分。電路圖如圖9所示。圖9 紅外發(fā)射電路

32、3.5 紅外接收電路在接收過程中，信號(hào)經(jīng)過hs0038紅外一體化紅外接收管，此信號(hào)經(jīng)過解調(diào)、放大、檢波、整形在送到單片機(jī)中，從而完成相應(yīng)的遙控功能。接收電路圖見圖10。通常，紅外遙控器將遙控信號(hào)(二進(jìn)制脈沖碼)調(diào)制在38khz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號(hào)發(fā)射出去。將上述的遙控編碼脈沖對(duì)頻率為38khz(周期為26s)的載波信號(hào)進(jìn)行脈幅調(diào)制(pam )，再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號(hào)發(fā)射出去。根據(jù)遙控信號(hào)編碼和發(fā)射過程，遙控信號(hào)的識(shí)別即解碼過程是去除38khz載波信號(hào)后識(shí)別出二進(jìn)制脈沖碼中的0和1。由mcs51 系列單片機(jī)stc89c51、一體化紅外接收頭、還

33、原調(diào)制與紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)電路組成。一體化紅外接收管hs0038的解調(diào)可以理解為：接收到紅外脈沖串時(shí)，輸出低電平，否則輸出高電平，顯然輸出的信號(hào)極性與發(fā)送信號(hào)的相反。所以解碼時(shí)要將接收到的信號(hào)經(jīng)過反向才能和發(fā)送信號(hào)編碼一致。當(dāng)接收端接收到表示傳輸開始的同步幀后，接收單片機(jī)進(jìn)入解碼過程，解碼采用軟件抽樣判決。紅外遙控器接收部分由主程序、信號(hào)解碼子程序和執(zhí)行控制子程序，主程序負(fù)責(zé)初始化，檢查有無紅外信號(hào)?？刂瞥绦騽t隨各設(shè)備的不同而不同。hs0038可以直接對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的信號(hào)直接給微處理器進(jìn)行解碼和存儲(chǔ)。接收部分主要元件是紅外接收管，它是一種光敏二極管（實(shí)際上是三極管，基極為感光部分）

34、。在實(shí)際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時(shí)是反向運(yùn)用，這樣才能獲得較高的靈敏度。圖 10 紅外接收電路3.6 控制電路 在電子電路系統(tǒng)中，不可避免地存在各種各樣的干擾信號(hào)，若電路的抗干擾能力差將導(dǎo)致測(cè)量、控制準(zhǔn)確性的降低，甚至產(chǎn)生誤動(dòng)作，從而帶來破壞性的后果。在控制部分采用了隔離驅(qū)動(dòng)電路，用光電器件作為隔離元件，利用光耦來隔離強(qiáng)電，以防止強(qiáng)電影響單片機(jī)的工作。光電隔離的目的是割斷兩個(gè)電路的電氣聯(lián)系，使之相互獨(dú)立，從而也就割斷了噪聲從一個(gè)電路進(jìn)入另一個(gè)電路的通路。光電隔離是通過光電耦合器實(shí)現(xiàn)的。光耦又稱光電隔離器或光電耦合器，它是以光為媒介來傳輸

35、電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器與受光器封裝在管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接收后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“光電光”的轉(zhuǎn)換。光電耦合器是把一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光敏三極管封裝在一個(gè)外殼里的器件。外殼有金屬的或塑料的兩種。發(fā)光二極管和光敏三極管之間用透明絕緣體填充，并使發(fā)光管與光敏管對(duì)準(zhǔn)，以提高其靈敏度，光電耦合器的電路符號(hào)如圖11所示。對(duì)于數(shù)字量，當(dāng)輸入為低電平“0”時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“0”。圖11 光電耦合器原理圖輸入信號(hào)使用權(quán)發(fā)光二極管發(fā)光，其光線又使光敏三極管產(chǎn)生電信號(hào)輸出，從而既完成了

36、信號(hào)的傳遞又實(shí)現(xiàn)了電氣上的隔離。光電耦合的響應(yīng)時(shí)間一般不超過幾個(gè)微秒。由于光電耦合器是電流型輸出，不受輸出端工作電壓的影響。因此可以用于不同電平的轉(zhuǎn)換。光電耦合器也常用于較遠(yuǎn)距離的信號(hào)隔離傳送。一方面光電耦合器可以起到隔離兩個(gè)系統(tǒng)地線的作用，使兩個(gè)系統(tǒng)的電源相互獨(dú)立，消除地電位所產(chǎn)生的影響。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式。由于電流環(huán)路是低阻抗電路，它對(duì)噪音的敏感度低，因此提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力。光電耦合器的輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，且輸出端對(duì)輸入端也無反饋，因而具有隔離和抗干擾兩方面的獨(dú)特性能。通常使用光電耦合器是為實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)主要功能：電

37、平轉(zhuǎn)換：ttl電路與電源電路之間不需另加匹配電路就可以傳輸信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換。隔離：這時(shí)由于信號(hào)電路與接收電路之間被隔離，因此即使兩個(gè)電路的接地電位不同，也不會(huì)形成干擾。光電耦合器中光敏三極管的基極有引出和不引出兩種形式?；鶚O引出通常是經(jīng)一個(gè)電阻接地。光電耦合器之所以在傳輸信號(hào)的同時(shí)能有效地抑制尖脈沖和各種雜訊干擾，使通道上的信號(hào)利用率大為提高，主要有以下原因： p3z838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào) 光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105106。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大

38、，但饋送到光電耦合器輸入端的雜訊電壓會(huì)很小，只能形成很微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使二極體發(fā)光，從而被抑制掉了。 p3z838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)p3z838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾雜訊都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生。 p3z838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知

39、識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)p3z838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號(hào)線短接時(shí)，也不會(huì)損壞儀表。因?yàn)楣怦詈掀骷妮斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓。 p3z838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)p3z838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用網(wǎng)站-基本知識(shí)-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號(hào)光電耦合器的回應(yīng)速度極快，其回應(yīng)延遲時(shí)間只有10s左右，適于對(duì)回應(yīng)速度要求

40、很高的場(chǎng)合。光電耦合器的主要特點(diǎn)：能夠有效抑制接地回路的噪聲，消除地干擾，使信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)與主控制端在電氣上完全隔離，避免了主控制系統(tǒng)受到意外損壞?？梢栽诓煌娢缓筒煌杩怪g傳輸電信號(hào)，并且信號(hào)有放大和整形等功能，使得實(shí)際電路設(shè)計(jì)大為簡單。開關(guān)速度快，高速光電耦合器的響應(yīng)速度達(dá)到ns數(shù)量級(jí)，極大的擴(kuò)展了光電耦合器在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用。體積小，器件多采用雙列直插封裝，具有單通道、雙通道以及多達(dá)八通道等多種結(jié)構(gòu)，使用十分方便?？商娲儔浩鞲綦x，不回因觸電跳動(dòng)而產(chǎn)生劍鋒噪聲，且抗震和抗沖擊能力強(qiáng)。高線性型光電耦合器除了用于電源監(jiān)控等，還被用于醫(yī)用設(shè)備，能有效地保護(hù)病人的生命安全。通過接地電阻可以控制耦

41、合的響應(yīng)速度和靈敏度?？偟膩碚f，電阻越小，響應(yīng)速度越高。其控制電路如圖12所示。圖12 控制電路3.7 電源電路設(shè)計(jì)典型電源穩(wěn)壓應(yīng)用電路如圖13所示。圖中c6用于頻率補(bǔ)償，防止自激振蕩和抑制高頻干擾；c5采用電解電容，以減少電源引入的低頻干擾對(duì)輸出電壓的影響；lm78系列三端穩(wěn)壓ic來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。lm7805起到穩(wěn)定電壓的作用，提供+5v電壓。電源穩(wěn)壓電路主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。電源穩(wěn)壓電路原理圖如圖13所示。 圖13 電源穩(wěn)壓電路3.8 顯示部分的設(shè)計(jì)led，發(fā)光

42、二極管，它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。led的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是p型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是n型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個(gè)周期的量子阱。 led燈得主要特點(diǎn)： 體積?。簂ed基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。 耗電量低：led耗電非常低,led流星燈，一般來說led的工作電壓是2-3.6v。工作電流是0.02-0.03a。這就是說：它消耗的電不超過0.1w。 使用壽命長：在恰當(dāng)?shù)碾?/p>

43、流和電壓下，led的使用壽命可達(dá)10萬小時(shí)。 環(huán)保：led是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會(huì)造成污染，同時(shí)led也可以回收再利用。 堅(jiān)固耐用：led是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固,燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分，這些特點(diǎn)使得led可以說是不易損壞的。響應(yīng)速度快：這是半導(dǎo)體器件共有的特點(diǎn)。 可視距離遠(yuǎn)：led的單點(diǎn)直徑可達(dá)52mm，可視距離500米以上。 規(guī)格品種多：led顯示屏有室內(nèi)的、戶外的，有單色的、雙色的、全彩色的。 數(shù)字化程度高：全數(shù)字化，可實(shí)現(xiàn)高分辨率圖形方式。 亮度高：可用于戶外，如交通燈、防霧燈等。并且亮度可以根據(jù)晴天和陰天或上午、下午的不同亮度需求自動(dòng)靈活調(diào)

44、節(jié)。 led燈發(fā)光原理：發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的pn結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。pn結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱led。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從led陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。電子和空穴之間的能量（帶隙越大，產(chǎn)生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對(duì)應(yīng)，可

45、見光的頻譜范圍內(nèi)，藍(lán)色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發(fā)出不同顏色的光。發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間太短，則光線太弱，人眼無法看清；但也不能太長，因?yàn)橐芟抻谂R界閃爍頻率，而且此時(shí)間越長，占用cpu時(shí)間也越長。另外，顯示位數(shù)增多，也將占用大量的cpu時(shí)間，因此動(dòng)態(tài)顯示的實(shí)質(zhì)是以犧牲c(diǎn)pu時(shí)間來換取器件的減少。圖14 顯示模塊 3.9 按鍵設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。 (1)編碼鍵盤本身除了按鍵之外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。只要按下編碼鍵盤的某一個(gè)鍵，它就能產(chǎn)生這個(gè)鍵的代碼，并稱為鍵碼，與此

46、同時(shí)還產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，以通知cpu接收鍵碼，編碼鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是使用比較方便，亦不需要編寫太復(fù)雜的程序。其缺點(diǎn)是使用的硬件較復(fù)雜。(2)非編碼鍵盤的按鍵是排列成行、列矩陣形式的。按鍵的作用只是簡單地實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的接通或斷開，因此必須有一套相應(yīng)的程序與之配合，才能產(chǎn)生相應(yīng)的鍵碼，非編碼鍵盤幾乎不需要附加什么硬件電路。因此為了簡潔電路，我使用非編碼鍵盤。但使用非編碼鍵盤需要通過軟件來解決按鍵的識(shí)別、防抖動(dòng)以及如何產(chǎn)生鍵碼的問題?；阪I數(shù)少的原因我采用獨(dú)立式鍵盤接口與單片機(jī)相連接，因?yàn)樗加玫膇/o口不多。圖中每個(gè)按鍵占用一個(gè)口，彼此獨(dú)立，互不影響。上拉電阻保證按鍵沒被按下時(shí)，i/o口輸入高電平。獨(dú)立式鍵

47、盤可工作在查詢方式下，通過i/o口讀入鍵狀態(tài)，當(dāng)有鍵被按下時(shí)i/o口變?yōu)榈碗娖?，而未被按下的鍵對(duì)應(yīng)為高電平，這樣通過讀電平狀態(tài)可判斷是否有鍵按下和哪個(gè)鍵被按下。圖15 按鍵原理圖按鍵的確認(rèn)： 按鍵的閉合與否，反應(yīng)在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，如果高電平表示按鍵斷開，低電平表示按鍵閉合，通過對(duì)行線輸出高低電平的檢測(cè)，便可以確認(rèn)按鍵是否閉合。為了確保cpu對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵有效，必須消除抖動(dòng)期的影響。 按鍵抖動(dòng)問題： 鍵盤一般是由一組機(jī)械按鍵按照一定的規(guī)律組合而成，通過按鍵的通、斷作用輸入開關(guān)電壓信號(hào)。按鍵由斷開到閉會(huì)及由閉合到斷開時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，按鍵的動(dòng)作不是立

48、刻完成的，在閉合及打開的瞬間有機(jī)械抖動(dòng)的發(fā)生，抖動(dòng)時(shí)間一般為510ms，表現(xiàn)在輸入電壓信號(hào)上為輸入信號(hào)是抖動(dòng)的不穩(wěn)定的電平信號(hào)，其信號(hào)波形如圖16所示。按鍵閉合穩(wěn)態(tài)時(shí)間由我的按鍵時(shí)間決定，一般為零點(diǎn)幾秒到幾秒之間。為了消除鍵抖動(dòng)的影響，保證在按鍵閉合穩(wěn)定狀態(tài)下讀取鍵值，需要對(duì)鍵進(jìn)行消抖處理。常用的消抖措施有硬件消抖和軟件消抖兩種。硬件消抖是采用硬件電路的方法對(duì)鍵盤的按下抖動(dòng)及釋放抖動(dòng)進(jìn)行消抖，經(jīng)過消抖電路使按鍵的電平信號(hào)只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。常用的消抖電路有觸發(fā)器消抖電路、濾波消抖電路兩種。硬件消抖電路見圖17。圖 16 按鍵抖動(dòng)波形 圖 17 硬件消抖電路 硬件消抖電路解決了鍵抖動(dòng)問題，但當(dāng)所需

49、按鍵比較多時(shí)，硬件消抖電路將變得復(fù)雜，成本也比較高。而這時(shí)就可以采用軟件消抖的方法。軟件消抖的基本原理是當(dāng)?shù)谝淮螜z測(cè)到有鍵按下時(shí)，根據(jù)鍵抖動(dòng)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律先采用軟件延時(shí)的方法延時(shí)一段時(shí)間(一般可取10ms20ms)，然后再確認(rèn)鍵是否仍保持閉合狀態(tài)，如仍保持閉合狀態(tài)則鍵真正被按下，此時(shí)可讀取鍵值，否則可視為干擾，對(duì)其不予理睬。采用軟件消抖方法可省去硬件消抖電路，可鍵盤的工作速度將被降低。本設(shè)計(jì)鑒于使用的按鍵數(shù)目較少，采用硬件消抖的方法。4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的軟件主要可以分為紅外發(fā)射、紅外接收和電機(jī)控制三部分，其中具體有單片機(jī)初始化程序、紅外發(fā)射編碼和紅外接收解碼程序和產(chǎn)生pwm信號(hào)等模塊。4

50、.1遙控碼的發(fā)射（1）遙控碼的發(fā)射 當(dāng)某個(gè)操作按鍵按下時(shí)，單片機(jī)先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個(gè)數(shù)，再調(diào)制成38khz方波由紅外發(fā)光管發(fā)射出去。通常，紅外遙控是將遙控信號(hào)（二進(jìn)制脈沖碼）調(diào)制在38khz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號(hào)發(fā)射出去的。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對(duì)頻率為38khz（周期為26us）的載波信號(hào)進(jìn)行脈幅調(diào)制（pam），再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號(hào)發(fā)射出去。紅外信號(hào)發(fā)射過程:首先裝入發(fā)射脈沖個(gè)數(shù)(發(fā)射時(shí)為3ms脈沖,停發(fā)時(shí)為1ms脈沖),此時(shí)若發(fā)射脈沖個(gè)數(shù)為1則返回主程序,若不為1則發(fā)1ms脈沖,然后

51、停發(fā)1ms脈沖,這樣便結(jié)束整個(gè)發(fā)射過程.在實(shí)踐中,采用紅外線遙控方式時(shí),由于受遙控距離,角度等影響,使用效果不是很好,如采用調(diào)頻或調(diào)幅發(fā)射接收碼,可提高遙控距離,并且沒有角度影響。（2）發(fā)射端程序流程圖圖 18 遙控發(fā)射主程序流程圖 圖19 遙控發(fā)射器遙控碼發(fā)射程序流程圖4.2 紅外接收 紅外遙控接收部分的主程序和初始化程序如下:首先進(jìn)行初始化,然后檢查是否有接收標(biāo)志位,若有則調(diào)用相應(yīng)的操作程序，然后清零中斷標(biāo)志位。（1）數(shù)據(jù)幀的接收處理當(dāng)紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時(shí)，第一位碼的低電平(3ms)將啟動(dòng)中斷程序，實(shí)施接收數(shù)據(jù)幀的操作。在數(shù)據(jù)幀接收時(shí)，將對(duì)第一位（起始位）碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。若第一位

52、低電平碼的脈寬小于3ms，將作為錯(cuò)誤碼處理。當(dāng)間隔位的高電平脈寬大于2ms時(shí)，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器a中的脈沖個(gè)數(shù)，調(diào)用相應(yīng)的操作程序，執(zhí)行相應(yīng)輸出口的操作。圖20就是紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。第一位1ms10ms3ms10ms1ms圖20 紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖（2） 接收端程序流程圖圖21 遙控接收器主程序流程圖中斷過程:首先判斷低電平脈沖寬度是否大于2ms,若脈寬不到3ms,則中斷返回；若低電平脈寬大于2ms,則進(jìn)行接收并對(duì)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),然后判斷高電平脈沖寬度是否大于2ms,若高電平脈寬不到2ms,則返回上一接收計(jì)數(shù)過程再次進(jìn)行計(jì)數(shù)；若高電平脈寬大于2ms,則

53、按照統(tǒng)計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)調(diào)用相應(yīng)的操作程序.此時(shí)中斷返回.圖22 遙控接收器中斷程序流程圖4.3 調(diào)速單元4.3.1 調(diào)速原理脈寬調(diào)制技術(shù)是利用數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量，pwm控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)為：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。4.3.2 調(diào)速方法圖23為pwm降壓斬波器的原理電路及輸出電壓波形。在圖a中，假定晶體管v1先導(dǎo)通t1，秒(忽略v1的管壓降，這期間電源電壓ud全部加到電樞上)，然后關(guān)斷t2秒(這期間電樞端

54、電壓為零)。如此反復(fù)，則電樞端電壓波形如圖b中所示。電動(dòng)機(jī)電樞端電壓ua為其平均值。圖23 pwm降壓斬波器原理電路及輸出電壓波形a) 原理圖 b)輸出電壓波形 4-1式4-1中 4-2 為一個(gè)周期t中，晶體管v1導(dǎo)通時(shí)間的比率，稱為負(fù)載率或占空比。使用下面三種方法中的任何一種，都可以改變的值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的： (1)定寬調(diào)頻法：t1保持一定，使t2在0范圍內(nèi)變化； (2)調(diào)寬調(diào)頻法：t2保持一定，使t1在0范圍內(nèi)變化(3)定頻調(diào)寬法：t1+t2=t保持一定，使t，在0t范圍內(nèi)變化。 不管哪種方法，的變化范圍均為0l，因而電樞電壓平均值ua的調(diào)節(jié)范圍為0ud，均為正值，即電動(dòng)機(jī)只能在某一方向調(diào)速，稱為不可逆調(diào)速。本設(shè)計(jì)采用定頻調(diào)寬法，stc89c51產(chǎn)生可控硅的移相脈沖，移相的改變可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通角的改變。假如設(shè)t=50ms,將p0.4導(dǎo)通時(shí)間可以多級(jí)等分