基于單片機溫度檢測與紅外遙控控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、魯東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計基于單片機溫度監(jiān)測與紅外線遙控控制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要：本文介紹了以STC12C5A60S2單片機為核心CPU的溫度監(jiān)測與紅外線遙控控制系統(tǒng)。對系統(tǒng)功能闡述后，畫出系統(tǒng)總體的原理圖設(shè)計，以此為基準(zhǔn)完成系統(tǒng)各模塊部分的硬件設(shè)計，并且對系統(tǒng)的軟件設(shè)計附有詳細的流程圖說明和源程序注釋。通過對系統(tǒng)的相關(guān)調(diào)試，最終實現(xiàn)了系統(tǒng)所要求的功能。憑借該系統(tǒng)實現(xiàn)的功能相對穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)運行結(jié)果的精確性，使其具備了很好的開發(fā)潛力和發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2單片機；溫度檢測與控制；紅外遙控Design of digital thermometer based on single chip

2、 microcomputerAbstract: Introduced to STC12C5A60S2 microcontroller CPU temperature monitoring with infrared remote control systems. After the system functions described, draw schematics overall system design, hardware design as a benchmark to complete each module part of the system, and the system s

3、oftware design with detailed instructions and source code flowchart comment. Through the system related to debugging, and ultimately achieve the required functionality of the system. With this system functions to achieve the results relative stability and accuracy of data, it has a very good develop

4、ment potential and development prospects.Key words: STC12C5A60S2 microcontroller; Temperature measurement and control; Infrared remote control 1 引言溫度，我們再熟悉不過的一個名詞，越來越受到人們的青睞，而在其相關(guān)領(lǐng)域的研究也日益影響著現(xiàn)代生活的節(jié)奏和改變著現(xiàn)代生活的質(zhì)量。特別是近些年來，不論是人們的生活環(huán)境還是各種工作環(huán)境都對溫度有了進一步的要求，對溫度控制的精度要求也越來越精確，所有這些都為以單片機為溫度控制系統(tǒng)中心樞紐環(huán)節(jié)產(chǎn)生奠定了重要基礎(chǔ)。單片

5、機，作為現(xiàn)在溫度控系統(tǒng)制的核心部件，開始被電子愛好者和電子科技公司廣泛應(yīng)用和推廣。由于單片機作為高新技術(shù)方面研究的一個特殊電子產(chǎn)品，它的各種優(yōu)良的特性，比如，小巧靈活的設(shè)計，操作起來簡單，可靠性相對穩(wěn)定等等，都是其得到了電子相關(guān)領(lǐng)域的充分開發(fā)重要原因，并以此為載體開始進行各方面研究領(lǐng)域的拓展。針對本文的設(shè)計研究和實現(xiàn)過程，就是將單片機作為為其中心控制系統(tǒng)的CPU，進而展開了一系列的操作，如溫度檢測和控制。以STC12C5A60S2單片機為控制系統(tǒng)，通過遙控設(shè)定溫度限度，將實際溫度利用溫度傳感器采集得到，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，送到單片機進行行下一步的讀寫操作，比方說，液晶顯示、報警處理等等。由于這個

6、設(shè)計操作以及編程相對來說難度不大，但其活性方面比較好以及實現(xiàn)的功能相對可靠，從而使這方面的的研究在溫度控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。2 系統(tǒng)方案要求及總體設(shè)計溫度控制系統(tǒng)的不斷向前發(fā)展，對的溫度控制方面的要求也變的更加苛刻，其中在智能化研究和小型化的制造方面是最集中也最顯著的體現(xiàn)。STC12C5A60S2作為新一代單片機，它普通51單片機的基礎(chǔ)上進行了加強，使其在運算速度、功率損耗和抗干擾方面都得到了極大改善。首先，它在運算速度方面的提高，極大地縮短了運行時間，工作效率也就相對得到提升。其次，功率損耗的降低，不僅節(jié)約了資源，也延長了元器件的使用壽命。最后，超強干擾，保證了實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免了不必

7、要的誤差和錯誤。在溫度采集方面，溫度采集信息的準(zhǔn)確度直接影響著研究結(jié)果的可靠性。本設(shè)計利用DS18B20溫度傳感器進行溫度采集，可直接輸出溫度的數(shù)字信號，便于單片機進行處理，縮短了采集信息進行轉(zhuǎn)化所需要的時間。DS18B20傳感器具有靈活的控制方式、操作起來比較簡單和測溫范圍比較廣，最重要的是其在監(jiān)測數(shù)據(jù)方面的精確度，是它在各個領(lǐng)域得到普遍使用的一個重要原因。2.1設(shè)計系統(tǒng)的功能要求作為溫度控制系統(tǒng)的控制中樞，單片機控制著整個系統(tǒng)的各個模塊功能的實現(xiàn)與否，所以單片機的讀/寫操作占據(jù)重要地位。首先通過編碼好的紅外遙控對溫度進行設(shè)定，是溫度保持在一定的范圍，然后將采集到模擬信號經(jīng)DS18B20傳感

8、器內(nèi)部的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送到單片機處理，并與先前的設(shè)定的溫度進行比較，最后根據(jù)比較結(jié)果，由單片機發(fā)出下一步的命令（報警、電機工作等等）。對于采集到的溫度，若小于設(shè)定最低溫度色指示燈亮，蜂鳴器報警；若大于設(shè)定溫度上限啟動電機（相當(dāng)于風(fēng)扇）進行降溫，直到恢復(fù)到溫度上限以下停止工作，指示燈亮；蜂鳴器報警若溫度正常，指示燈亮，不再進行其他操作。在檢測溫度的過程中，隨時可以設(shè)定溫度的上限值。2.2 設(shè)計系統(tǒng)的總體設(shè)計對于本設(shè)計，大致可以分為硬件與軟件兩部分內(nèi)容的研究。對于硬件部分，主要包括幾個重要模塊設(shè)計。一，單片機最小系統(tǒng)，了解單片機可以正常工作的最小模塊，以此為基礎(chǔ)進行下一步的各項研究。

9、二，溫度檢測，對采集的溫度模擬信號在內(nèi)部實現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換，以便交予單片機處理。三，紅外遙控器，利用遙控器對溫度進行限度設(shè)定，保證溫度在正常的范圍。四，LCD顯示，實時顯示當(dāng)前的溫度和設(shè)定的溫度限度。五，直流電機，將直流電機看成是降溫的載體，驚醒降溫操作。六，溫度報警，超出溫度限定后，蜂鳴器進行報警，在提醒工作人員的同時，啟動相關(guān)操作。軟件方面的設(shè)計，主要是對各個模塊的功能進行C語言編程，以及最后的模塊程序的整合和調(diào)試等等。根據(jù)軟硬件方面的設(shè)計，大致的畫出溫度控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。STC12C5A60S2DS18B20溫度采集LCD1602顯示模塊蜂鳴器報警直流電機模塊二極管點亮紅外遙控溫

10、度設(shè)定 圖1 溫度監(jiān)測與紅外控制系統(tǒng)框圖3 硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1硬件總體原理圖設(shè)計由設(shè)計系統(tǒng)的功能要求，進行原理圖的設(shè)計。主要是利用Altium Designer軟件畫出溫度檢測與紅外遙控控制的原理，如圖2所示。在此原理圖中，以STC12C5A60S2作為溫控統(tǒng)的主控芯片，采用DS18B20傳感器、LCD1602、紅外遙控、直流電機和蜂鳴器來構(gòu)成系統(tǒng)的輔助功能模塊，將各模塊整合后完成最后的原理圖設(shè)計。在原理圖的設(shè)計時，應(yīng)特別注意以下三個：1.連線時，注意元件熱點引腳連接好會出現(xiàn)加重加粗顏色的點，盡量不要直接讓兩個元件引腳直接相連。2.要重新對所有的元件進行標(biāo)識，這樣操作起來方便，也便于管理。3.

11、對整個原理圖各部件布局的處理，盡可能將各模塊放在制定畫好的區(qū)域，便于進行相關(guān)功能的查詢。圖2 溫度檢測與紅外控制系統(tǒng)原理圖3.2 單片機系統(tǒng)設(shè)計3.2.1 STC12C5A60S2單片機簡介 時鐘周期為1T的STC12C5A600S2是由宏晶科技生產(chǎn)的新一代單片機，它具有處理速度相對較高（速度比普通的51單片機提高了7-12倍），功能損耗比較低和抗干擾性特別強的特點。它的內(nèi)部有專用復(fù)位電路，PWM調(diào)制，A/D轉(zhuǎn)換等功能，對于電機有強干擾設(shè)置。 STC12C5A60S2單片機的主要幾項使用信息如下：1).工作電壓比較寬限，在3.3V到5.5V之間都可以正常工作。2).頻率適用范圍也比寬限，大約在

12、0到36Hz之間。3).隨機存儲器RAM可以集成1280B。 4).該芯片總共的通用端口數(shù)目是44個，根據(jù)按下RST鍵后可以設(shè)置不同的狀態(tài)模式，分為四種。 5).關(guān)于時鐘源，即可以使用外部精度比較高的晶體/時鐘，也可以使用其內(nèi)部有電阻和電容組合的振蕩器，用戶使用時鐘源是可以根據(jù)自己設(shè)計的要求進行自由選擇，但要注意使用內(nèi)部振蕩器的相關(guān)電壓和溫度要求。 6).內(nèi)部自帶四個16位的定時器，其中兩個定時/計數(shù)器與51系列的完全兼容，有定時器T0、定時器T1和獨立的波特率發(fā)生器。 7).I/O端口P3.4可以作為T0的溢出輸出時鐘口， P3.5可以作為T1的溢出輸出時鐘口. 8).有兩路PWM(及PCA

13、可編程計數(shù)器陣列。 9).內(nèi)部有8路且為10位精度的A/D轉(zhuǎn)換。 關(guān)于STC12C5A60S2引腳圖（圖3）及功能如下：.圖3 單片機引腳圖RST：復(fù)位按鍵。XTAL1：XTAL1用作內(nèi)部時鐘工作電路的輸入與反向振蕩放大器的輸入。XTAL2：XTAL2用作反向振蕩器的輸出。 P0口：P0口是一個三態(tài)雙向口，可作為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用端口，也可作為通用的I/O端口;當(dāng)選擇的控制信號為高電平時，對于P0口被用來作地址/數(shù)據(jù)的分時復(fù)用總線時，可以分成兩種情況：一是地址或數(shù)據(jù)的輸出在P0口進行完成輸出，二是數(shù)據(jù)從P0口進行完成輸入;一般情況下，當(dāng)為低電平的控制信號時,P0 口可作為通用I/O接口來使用；

14、對于P0口的每一位端口，它的輸出級的負載能力有限，只能具有具有8個LSTTL，且輸出電流不大于800uA3。P1口：P1口是準(zhǔn)雙向口，它只能作為通用I/O接口使用;P1的結(jié)構(gòu)與P0口不同，他的輸出只有一個場效應(yīng)管V1與內(nèi)部上拉電阻組成;對于P1口的輸入輸出原理特性，與P0口作為I/O接口使用時基本上是一樣的，當(dāng)其輸出是，可以提供電流負載，它不必像P0口那樣需要接上拉電阻；P1口的輸出級具有4個LSTTL負載能力3。P2口：當(dāng)P2口作為準(zhǔn)雙向口時，它基本上算是有兩種工作用途：所謂通用的I/O接口使用或者作為高8位地址線來使用;當(dāng)它與P1口進行比較時，它的特別之處是：在P2口輸出的驅(qū)動電路上比P1

15、口多了一個模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX和反相器。當(dāng)控制信號為高電平，P2口作高八位地址總線使用，訪問偏外存儲器的高8位地址A8-A15由P2口輸出;當(dāng)控制信號為低電平，P2口作準(zhǔn)雙向通用I/O接口；P2口的輸出級具有4個LSTTL負載能力3。P3口：對于P3口來說，它具有8個管腳，而且這8個管腳都是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流;對于P3口的空座狀態(tài)而言，當(dāng)它寫入的是高電平，就會被被內(nèi)部的上拉成為高電平，并可以用作輸入口;而其作為輸入口使用的時侯，由于外部的下拉使其成為低電平，P3口會輸出電流(ILL)，同時也是由于上拉電阻的緣故，一些特殊功能口也是由P3口來提供，其具體的功能

16、作用如表1所示3。表1 P3口的第二功能表口線代替的第二功能P3.0RXD-串口輸入P3.1TXD-串口輸出P3.2INT0-外中斷0P3.3INT1-外中斷1P3.4T0-記時器0外部輸入P3.5T1-記時器1外部輸入P3.6 WR-外存器寫選通P3.7RD-外存器讀選通ALE / PROG ：地址鎖存信號的輸出端。PSEN：這是一個選通信號引腳，被用來作為對外部程序存儲器的選擇。當(dāng)外部程序存儲器獲取地址的時候，在每一個機器周期內(nèi)它會使使PSEN端口兩次有效。但是，在對于內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器進行訪問時， PSEN信號將不會再出現(xiàn)這兩次的有效信號。3.2.2 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)，或者稱為最

17、小應(yīng)用系統(tǒng)，一般是指采用最少的元器件來組成的，同時可以正常工作的系統(tǒng)。一般來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)包括單片機、晶振電路和復(fù)位電路。因而當(dāng)擁在實際的系統(tǒng)中時，可以將STC12C5A60S2首先想到，并用它作為最小應(yīng)用系統(tǒng)的主控芯片時，復(fù)位電路和時鐘電路完全可以使它正常工作。根據(jù)最小應(yīng)用系統(tǒng)的定義，可以初步設(shè)計出最小系統(tǒng)的原理圖，如圖4所示。要特別注意，在設(shè)計單片機系統(tǒng)電路時，晶振電路時必不可少的環(huán)節(jié)。因為，在單片機系統(tǒng)中，所有的工作都是在一個時鐘下同步工作的，時鐘的快慢決定了系統(tǒng)的工作效率，而系統(tǒng)時鐘是有晶振電路來提供的，可以說晶振電路是單片機系統(tǒng)的核心。在單片機系統(tǒng)電路中，復(fù)位電路是單片機系統(tǒng)正常

18、運行且保持穩(wěn)定性的最主要內(nèi)部因素之一。所以單片機在正常工作前，必須進行復(fù)位操作。進行復(fù)位操作時，可以清楚的知道它開始時候的原始狀態(tài)，對啟動系統(tǒng)是非常的有用。圖4 單片機最小系統(tǒng)原理關(guān)于設(shè)計單片機的復(fù)位電路的大致過程是這樣的：通常采用一個一定寬度的外部復(fù)位脈沖添加給外部因引腳RST，進而實現(xiàn)復(fù)位操作。對于上電復(fù)位電路來說，他充分的利用了一個充電效應(yīng)，使RC電路來進行工作。當(dāng)給單片機上電的時候，通過對復(fù)位電路加一個相對短暫的高電平信號來使RST進行工作，并且對于這個高電平信號來說，他將會伴隨著電容的變化而變化，比如隨其充電而逐漸降低，對于高電平持續(xù)的時間的控制和控制RC電路的充放電時間來。對于單片

19、機工作的時鐘形式，當(dāng)對其加的是其內(nèi)部時鐘模式的時，對引腳XTAL1和引腳XTLA2利用晶體振蕩器來連接，兩個電容采用并接的方式使其同時接地即可。外部時鐘模式是指采用了一個外部的振蕩器來使其產(chǎn)生時鐘信號來工作。注意當(dāng)直接給單片機使用時，由于單片機是不同的，所以要用不同的外部時鐘信號接入。3.3 溫度采集系統(tǒng)3.3.1 溫度傳感器DS18B20簡介DS18B20是屬于DALLAS公司名下的溫度傳感器芯片。它是一個采用一條數(shù)據(jù)總線來實現(xiàn)信息交流的數(shù)字化溫度傳感器，并且具有3個引腳TO-92小體積封裝形式。由于DS18B20溫度的測量范圍大約在-55到+125之間，轉(zhuǎn)換精度為9-12之間任一個的可編程

20、A/D轉(zhuǎn)換，測量溫度的最小分辨率可以達到0.0625。對于被測溫度采用16位補碼方式進行串行輸出，它的工作電源有遠端引入和寄生電源方式產(chǎn)生兩種形式。當(dāng)用到多個DS18B20溫度傳感器時，可以通過并聯(lián)到3根或2根線上，而且CPU通常僅僅采用一根端口的數(shù)據(jù)線來實現(xiàn)與多個DS18B20的通信，這是其芯片所帶來的獨特好處，并且其占用微處理器的端口相對較少。憑借DS18B20的這些特性，它越來越被廣泛的用在了各種領(lǐng)域，例如民用領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域等等，通過它來實現(xiàn)溫度測量，對于測控系統(tǒng)、控制儀器和比較龐大的設(shè)備都比較常用。3.3.2 溫度傳感器DS18B20主要特性DS18B20主要的相關(guān)特性如下：

21、1. DS18B20的工作范圍比較廣泛，大約在3.0V到5.5V之間就可以正常工作，對于其供電方式，一般采用的是寄生電容的供電方式，在此供電方式下，用一根數(shù)據(jù)線與一個電容連接就可以實現(xiàn)。2. DS18B20采用的是是類似與“半雙工”的工作方式，用一根數(shù)據(jù)線即可完成與單片機的數(shù)據(jù)通信。3. DS18B20采集溫度的范圍廣且精度比較高。他可以對-55到+125范圍內(nèi)的溫度進行測量，而在-10+80的測量精度為上下浮動5，相對來說，適用的范圍比較廣泛。4. 采用編程的方式可以實現(xiàn)9到12位的分辨率，與其相對應(yīng)的的分辨溫度是0.5到0.0625，誤差很小，所以可以利用編程實現(xiàn)他的高精度測量。5. 由于

22、分辨率對溫度轉(zhuǎn)換時間的影響，當(dāng)采用高位的分辨率時所用的時間比較長。但其所需要時間也是比較短的，例如，當(dāng)采用分辨率12位的時候，可以在750ms內(nèi)完成模擬溫度信號與數(shù)字溫度信號的轉(zhuǎn)換；若采用低位分辨率，所需時間更少。6. 對于常見的電源正負極接反的情況，不會造成傳感器的損壞，只是不能正常工作，所以相對來說也比較安全耐用。3.3.3 溫度傳感器DS18B20引腳與結(jié)構(gòu) 對于DS18B20引腳封裝圖，如圖5所示，可以采用的封裝形式兩種不同形式，其詳細說明如下所述：圖5 DS18B20實物圖和引腳 VDD：VDD為其電源對外引腳。若采用上述的計生供電方式，將VDD與GND直接連接即可。 GND：GND

23、為其與電源的接地引腳。 DQ：DQ為其與單片機等處理器進行信息交流的數(shù)據(jù)輸入與輸出引腳。 NC：這個引腳沒有使用。對于DS18B20內(nèi)部主要的組成元件，大致可以分為四個部分：采用光刻的64位ROM64,傳感器，可以進行溫度報警的溫度報警觸發(fā)器（具有非易失性）和自身配置的寄存器元件。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。圖6 DS18B20結(jié)構(gòu)圖（內(nèi)部）3.3.4 DS18B20與單片機接口設(shè)計DS18B20與單片機的連接，通常采用的供電模式是靠獨立供電來進行工作，它們的連接原理圖如圖7所示。在原理圖中，DS18B20與單片機連接是通過一根總線相連接，其中DQ引腳接單片機的P3.0端口，VCC接正極，GND接

24、負極，單片機通過P3.0端口讀取所測量的溫度。圖7 溫度傳感器與單片機連接原理圖3.4 LCD1602顯示系統(tǒng)3.4.1 LCD簡介通常我們經(jīng)常提到的液晶顯示器，就是說的LCD顯示器。對于它的工作原理是采用液晶顯示，對信號進行處理后，可將光線的傳輸方向改變，從而實現(xiàn)信息的液晶顯示?？傮w來說，大致可分為三種類型的液晶顯示器，各個類型的顯示器可以根據(jù)場合需要用于不同工作環(huán)境。體積相對較小、重量相對較輕、功耗又特別的低、可以顯示的內(nèi)容特別的豐富等等很多的實用特點，使LCD顯示器在眾多的系統(tǒng)設(shè)計中受到青睞，從而使其得到了在電子領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。3.4.2 LCD結(jié)構(gòu)介紹 針對本設(shè)計，采用的是字符型液晶顯

25、示器模塊LCD1602。LCD1602可以用來對字母、數(shù)字、符號等各種信息的專門顯示，它屬于點陣式液晶顯示類型。它顯示的字符的模式是利用兩行16個字5*8的點陣圖形來完成。LCD1602的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要分為三部分：一是LCD的控制器，二是LCD的驅(qū)動器，三是LCD的顯示裝備，其內(nèi)部大致結(jié)構(gòu)框圖如圖8所示。 圖8 LCD1602的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對LCD1602內(nèi)部的各個組成部分分析：首先它采用HD44780作為其控制器，然后采用HD4410作為其驅(qū)動器，最后采用的是將集控制器、驅(qū)動器于一體的HD44780，作為其字符顯示控制驅(qū)動所特有的集成電路。擴展顯示字符位用HD44100來實現(xiàn)。其中字符型液晶顯示控

26、制器采用的電路中最具代表的的為HD44780。LCD1602是平常使用較為普遍的液晶顯示模塊之一，它的主要特點如下所述： 1602顯示的字符塊是利用若干個5*8的點陣模塊來實現(xiàn)，一個點陣塊為一個 字符位，而且字符與行距見得寬度為一個點的大小。 LCD1602采用的主控芯片一般為HD44780，或者利用其他類型兼容芯片來 作為主控芯片。 他的內(nèi)存中帶有192種字符。 隨機存儲器RAM中自定義的字符有64個，可以根據(jù)需要將其定義為5*8或 者4*11的字符。 1602自帶有標(biāo)準(zhǔn)的接口，與單片機連接起來特別方便。 它采用電源的供電方式為+5V供電。3.4.3 LCD1602與單片機的接口設(shè)計如圖9是

27、LCD1602與STC12C5A60S2單片機的接口原理圖。在原理圖中LCD1602的數(shù)據(jù)線與單片機的P1.0P1.7口相連，RS與單片機的P2.0項鏈，R/W與單片機的P2.1相連，E端與單片機的P2.2相連。圖9 單片機同LCD1602的連接原理圖3.5 紅外線遙控系統(tǒng)3.5.1 紅外線遙控簡介目前，各種遙控通信手段層出不窮，而在眾多的遙控手段中，一種最廣泛使用的遙控通信手段就是紅外線遙控。相對于其他遙控手段，紅外遙控具有體積不大、功能損耗較低、成本不高同時功能強大的特點。正是由于紅外遙控通信的這種特點，在家用錄像機和彩電之后，開始被更廣泛應(yīng)用在更多的家電設(shè)備和工業(yè)設(shè)備之中，例如：空調(diào)、錄

28、音機、音響等各種家庭電器中，都采用了紅外遙控。而在工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備之中，由于工作條件比較惡劣，采用紅外遙控可以再高壓、粉塵、輻射等條件下隔離電氣干擾安全可靠的正常工作。我們平常使用的紅外遙控主要有發(fā)射和接收兩大部分組成，并采用了專用的集成電路芯片對電路進行控制，關(guān)于其發(fā)射接收框圖入土10所示。其中發(fā)射部分主要包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED 紅外發(fā)送器；接收部分主要包括包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。圖10 紅外線遙控系統(tǒng)框圖3.5.2 紅外線遙控原理介紹紅外遙控的整個控制過程為：首先對發(fā)射器的鍵盤矩陣通過發(fā)射芯片進行一定的編碼調(diào)制，當(dāng)有鍵碼按下時，紅外線二極管就會發(fā)出不同信號的紅外線光，由

29、于單片機不能識別光信號，必須將其轉(zhuǎn)化成電信號，然后將電信號傳經(jīng)過解調(diào)和解碼后，將生成的二進制碼送給單片機，最后通過單片機對二進制信號的處理，執(zhí)行遙控器鍵碼要實現(xiàn)的功能操作。當(dāng)發(fā)射器有遙控碼按下時，根據(jù)遙控碼的不同，紅外線二極管發(fā)出不同信號的紅外線光，這些紅外線光就是遙控碼的表現(xiàn)形式。遙控碼是采用脈寬調(diào)制（所謂脈寬調(diào)制就是在頻率不變的條件下，改變信號中高低電平所占的時間比）的串行碼，根據(jù)時間信號將其轉(zhuǎn)化成為單片機可以識別的二進制代碼。關(guān)于二進制數(shù)“0”、“1”的生成方式主要是根據(jù)時間周期中的高低電平持續(xù)時間的占用比來實現(xiàn)，其大致的實現(xiàn)方式可以以用直觀的波形圖來表示14，其波形圖11。 bit”0

30、” bit“1” 0.565ms 0.565ms 1.125ms m 2.25ms圖11 遙控碼的“0”和“1” 發(fā)射器可以產(chǎn)生二進制代碼，這些代碼是由 “0”和“1”組成，并組成了32位的碼制，形成了可以被識別的信號，然后經(jīng)過固定的載頻開始進行二進制的調(diào)制，這樣對于發(fā)射的效率的提高有很大促進作用，而且可以對于電源的功耗進行降低；其中關(guān)于遙控信號進行編碼的波形圖如圖12所示14。圖12 遙控信號編碼波形圖遙控編碼的前16位是識別碼，是為了區(qū)分不同設(shè)備而設(shè)置的專門識別信號，以防出現(xiàn)遙控碼的亂碼情況。后十六位是數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼，代表的是鍵碼所要實現(xiàn)功能的部分信息14。通過遙控器的按鍵，可以周期性的

31、發(fā)出一系列同種32位組成的二進制碼，其中“0”與“1”個數(shù)的不同，所代表的信息和持續(xù)的時間也不同。如圖13是發(fā)射波的波形圖14。圖13 遙控連發(fā)信號波形 一般情況下，一次按鍵的時間都會超過36ms，這種情況下使發(fā)射器內(nèi)部的芯片在振蕩器的作用下激活，進行編碼脈沖的發(fā)射。編碼脈沖包括一個引導(dǎo)、一個結(jié)果碼、高8位地址碼、 低8位地址碼、8位數(shù)據(jù)碼和這8位數(shù)據(jù)的反碼。如果按鍵按下未松開接下來發(fā)射的代碼（又叫連發(fā)碼）僅有起始碼和結(jié)束碼組成，如圖13所示14。圖13 引導(dǎo)碼（左）和連發(fā)碼（右） 接收電路一般是使用一種具有接受和放大紅外線功能紅外線接收器它不用再接其他的電路元件就可以完成從紅外線接收到輸出與

32、TTL電平信號兼容的所有工作。 接收器的引腳圖如圖14所示，僅有3個對外的引腳：OUT引腳直接接單片機的I/O口、GND引腳接系統(tǒng)的地線和Vcc引腳接系統(tǒng)的電源正極。    圖14接收器引腳紅外線接收器與單片機連接的引腳圖與數(shù)字化溫度傳感器DS18B20基本一致這里不再單獨畫出了。3.6 蜂鳴器 在單片機系統(tǒng)中，最常用的一種提示和報警系統(tǒng)就是蜂鳴器，主要是因為采用蜂鳴器進行提示和報警的設(shè)計相對來說比較簡單，而且對其功能要求比較低。在使用蜂鳴器報警時，通常使用壓電式蜂鳴器，它與單片機的接口一般使用三極管來對蜂鳴器接口驅(qū)動，如圖15所示。它的工作情況為：當(dāng)P1.0輸出為高電平“

33、1”，驅(qū)動器的輸出為低電平，蜂鳴器鳴叫；當(dāng)P1.0輸出為低電平“1”，驅(qū)動器的輸出為高電平，蜂鳴器停止。圖15 使用三極管驅(qū)動的蜂鳴器接口3.7 直流電機系統(tǒng)3.7.1 直流電機簡介根據(jù)直流電機的定義，直流電機是利用直流電能來進行各種機械性的工作。相對于其他電機，具有啟動快和制動效果好的特點，非常適合在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，因而它在電力拖動領(lǐng)域中的調(diào)速和快速改變轉(zhuǎn)向方面得到了特別多的應(yīng)用。只要在直流電機的兩個控制端之間加上有點壓差的電壓就會轉(zhuǎn)動，改變加在兩端的電壓就可以改變轉(zhuǎn)動方向，而在負載變化不大的時候，加在直流電機兩端的電壓大小與其速度近似成正比。單片機控制直流電機的基本方法是脈沖寬度調(diào)制，主

34、要是通過改變直流電機電樞電壓的接通時間與通電周期的比值（即經(jīng)常說到的占空比）來控制電機速度。脈沖寬度調(diào)制也叫PWM調(diào)制。改變占空比的方法有三種： 定寬調(diào)頻法：在不改變高電平所維持的時間的條件下，通過改變低電平的導(dǎo)通時間，進而改變調(diào)制電壓的頻率實現(xiàn)調(diào)制。 調(diào)寬調(diào)頻法：在不改變低電平所維持的時間的條件下，通過改變高電平的導(dǎo)通時間，進而改變調(diào)制電壓的頻率實現(xiàn)調(diào)制。 定頻調(diào)寬法：這種方法是同時改變高低電平的維持時間，但是高低電平持續(xù)時間的總和保持一定，同時調(diào)制電壓頻率不變。 對于前兩種調(diào)制方法，他們都改變了調(diào)制電壓的頻率。弱調(diào)制電壓頻率與電機的頻率在一定范圍相差不大時，會造成系統(tǒng)的震蕩，從而會使系統(tǒng)不

35、能正常的工作，因此，當(dāng)我們實際運用時，一般會采用定寬調(diào)頻法。3.7.2 直流電機與單片機的接口設(shè)計本設(shè)計采用驅(qū)動芯片來驅(qū)動直流電機，其與單片機的連接原理圖如圖16所示。由于驅(qū)動直流電機需要很高的直流電流，若不采用單獨供電，會使單片機的其他系統(tǒng)癱瘓，不能正常工作，因而要對直流電機進行單獨供電。圖16 單片機與直流電機連接原理圖4 軟件系統(tǒng)設(shè)計通常，基于單片機的設(shè)計難度、最大工作量也最大的環(huán)節(jié)是軟件編程，它需要利用一個主程序?qū)⑵渌K的程序及功能有效的結(jié)合起來，通過子程序調(diào)用實現(xiàn)各種功能。而利用C語言進行編程，可以充分發(fā)揮其在單片機系統(tǒng)運用過程的優(yōu)點，無論是是其可讀性，還是其可移植性，或者是程序

36、擴展和維護，都極大的改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。4.1 系統(tǒng)整體流程圖設(shè)計本設(shè)計的軟件系統(tǒng)設(shè)計主要采用的是子程序調(diào)用，在主函數(shù)執(zhí)行的條件下，依次運行各個?？?，在運行的基礎(chǔ)上交叉實現(xiàn)系統(tǒng)要求的的各項功能。本設(shè)計軟件系統(tǒng)設(shè)計的主程序流程圖如圖17所示。主程序運行程序詳見附錄系統(tǒng)程序。圖17 主程序流程圖4.2 溫度采集模塊流程圖設(shè)計DS18B20溫度傳感器先進行溫度采集，然后將采集到的數(shù)字溫度送到單片機中，經(jīng)過單片機一系列的信號處理，將溫度的結(jié)果送到LCD液晶顯示器上顯示，溫度采集模塊的程序流程圖如圖18所示。溫度采集模塊運行程序詳見附錄系統(tǒng)程序。圖18 溫度采集程序流程圖4.3 LCD液

37、晶顯示模塊流程圖設(shè)計本設(shè)計采用LCD液晶顯示當(dāng)前的溫度信息。圖19 單片機控制LCD流程圖先對LCD進行初始化設(shè)置，然后根據(jù)單片機發(fā)送的信息在顯示屏上顯示內(nèi)容。當(dāng)實際溫度發(fā)生變化時，隨時更行顯示屏上第一行的內(nèi)容進行修正，同時可以隨時修改第二行溫度的限度值，根據(jù)設(shè)定溫度限度判斷是否進行報警處理，如圖19所示。LCD1602模塊的運行程序詳見附錄系統(tǒng)程序。5 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計近些年來，隨著單片機應(yīng)用系統(tǒng)的不斷向前發(fā)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域不斷擴大的同時，其應(yīng)用的工作環(huán)境也發(fā)生了很大變化，它開始被應(yīng)用于一些環(huán)境比較惡劣合復(fù)雜的條件下，因而，可靠性與安全性也開始成為其研究的一個重要且突出的問題。對于單片機系統(tǒng)來

38、說，若是不能長期保持長期穩(wěn)定可靠的工作，長時間的誤差會開始積累，等到一定程度會導(dǎo)致系統(tǒng)失靈，甚至是巨大的設(shè)備損失和經(jīng)濟損失。一般情況來看，對于影響單片機的應(yīng)用系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行的并且能實現(xiàn)安全運行的因素，主要有兩方面的原因，一是系統(tǒng)本身的內(nèi)部影響，二是外部工作環(huán)境（主要是元器件的選擇與應(yīng)用、電氣干擾，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計等等）的影響。所以針對影響單片機正常工作的主要因素，可以采取硬件抗干擾合軟件抗干擾來減少影響，使其采集誤差相對減少，控制狀態(tài)得到控制和程序也能夠正常運行等等。5.1 硬件抗干擾介紹在單片機系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計中，硬件抗干擾設(shè)計始終是系統(tǒng)整體抗干擾的核心和主題。因為只有在硬件抗干擾的設(shè)計成熟的基

39、礎(chǔ)上，才能進一步改進和堅強軟件抗干擾的效果，對于抗干擾軟件和他的一些重要信息都基本上都是一固件的形式存放在隨機存儲器中ROM之中，若沒有可靠地硬件設(shè)計電路，再好的抗干擾軟件也不會起到太大的作用，也就沒有了用武之地。對于單片機控制系統(tǒng)來說，信息傳送的傳輸通道稱為電路設(shè)計的過程通道，他一般包括前向通道、后向通道和單片機間的數(shù)據(jù)信息的傳輸通道。信息在傳送過程中在傳送通道中收到的干擾叫做過程通道干擾。在用到硬件抗干擾設(shè)計線路板時，一般應(yīng)遵循以下幾個抗干擾的設(shè)計原則：首先，電源線布置原則，應(yīng)根據(jù)電流大小，盡可能大的使導(dǎo)線加寬，而電源線和地線的設(shè)計應(yīng)使其與數(shù)據(jù)線的傳遞方向保持一致，在電源的輸入端要加上去耦

40、電路。其次，地線的布置原則，將電路的數(shù)字地線與模擬地線采用分開走線方式，并分別和幾個電源線進行相連。最后，去耦電容的配置和信號線的分類走線。5.2 軟件抗干擾介紹正如前面所提到的，軟件抗干擾性的好壞有硬件的抗干擾設(shè)計電路決定，軟件的抗干擾性只不過是對硬件方面的一些補充和完善。雖然，軟件的抗干擾性取決于硬件方面的設(shè)計，但也起到一定的重要作用，例如，軟件抗干擾設(shè)計起來比較靈活多變，而且可靠性好的同時，可以節(jié)省更多的硬件資源，所以，其用途也是比較廣泛。對于本設(shè)計來說，采用的紅外線遙控按鍵功能設(shè)置中利用了軟件延時，通過軟件延時來進一步確定信息的正確性，從而增強了系統(tǒng)采集信息可靠性和準(zhǔn)確性，抗干擾性也得

41、到了提高。6 系統(tǒng)調(diào)試及實現(xiàn)對于單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程，要在完成軟硬件設(shè)計后，進行功能調(diào)試，可以通過調(diào)試來去除系統(tǒng)中錯誤以及修正系統(tǒng)中不協(xié)調(diào)的因素，從而保證系統(tǒng)的功能可以完全及順利實現(xiàn)。6.1 設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境本設(shè)計的開發(fā)環(huán)境用到了Altium Dsigned軟件、Keil uVision4軟件和STC_ISP軟件。Altium Dsigned軟件是將原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、電路仿真、自動布線、信號完整分析和設(shè)計的輸出等完全融合到一起，使用起來特別方便快捷，提高了工作效率。Keil uVision4軟件可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程，并且開發(fā)人員可以利用各種文檔編輯程序

42、，將寫好的程序直接移植到Keil中運行，生成Hex文件。STC_ISP軟件主要用來將Keil中生成的Hex文件燒錄到單片機中，以便對設(shè)計系統(tǒng)功能直觀的了解。6.2 設(shè)計系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試本設(shè)計系統(tǒng)采脫機調(diào)試的方式，利用硬件系統(tǒng)的電路設(shè)計原理和實物圖檢測線路的正確性，核對一下元件的封裝、型號、規(guī)范符合系統(tǒng)的要求，重點檢查單片機系統(tǒng)的線路，防止擴展系統(tǒng)總線的短路和其他信號之間的短路。在Keil軟件建立工程并進行編譯，將編譯通過后的程序進行仿真調(diào)試，調(diào)試成功后將生成的Hex文件燒錄到單片機中即可。在系統(tǒng)的個模塊設(shè)計過程中，可以將完成的各個模塊分別進行調(diào)試，待所有的模塊都調(diào)試成功后，對各個模塊進行整合，最后將整合后的系統(tǒng)進行同意調(diào)試和仿真。7 結(jié)束語本設(shè)計利用單片機作為系統(tǒng)的核心控制芯片，數(shù)字化溫度傳感器DS18B20將采集到的數(shù)字溫度信號送到單片機進行處理，并將處理的結(jié)果通過LCD液晶顯示器顯示出來。在整個設(shè)計的過程中，無論是硬件設(shè)計還是軟件編程，對所學(xué)知識的掌握和理解，而且各個功能的實現(xiàn)不僅應(yīng)用了自己在大學(xué)所學(xué)的課程，而且還用到了專業(yè)課之外的一些知識，例如Altium Dsigned軟件和Keil uVision4軟件的學(xué)習(xí)。本設(shè)計無論是在工業(yè)領(lǐng)域還是在日常生活，都得到了廣泛的應(yīng)用，如空調(diào)、大棚養(yǎng)殖、鍋爐等等通過這次的設(shè)計，我深刻的體會到：一方面在做研究的