基于51單片機的智能臺燈設計

精品精品精品--精品精品精品摘要LED臺燈作為LED綠色照明光源產(chǎn)品，作為國家綠色照明推廣使用的產(chǎn)品。隨著時代發(fā)展，節(jié)能環(huán)保、健康與人們的日常生活變得密不可分，科技的進步，也使家電更加智能化和人性化。臺燈作為家電中基礎的，也是必不可少的，所以，提出PWM調光燈設計。

該設計是以STC89C51RC單片機為控制核心的集多種功能于一體的智能LED臺燈。該臺燈實現(xiàn)了光亮度具有手動、自動兩種調節(jié)方式；具有呼吸模式功能，還具有紅外遙控功能。硬件設計部分分為單片機控制模塊、按鍵模塊、照明模塊、光敏模塊、LED指示模塊、遙控模塊等多個部分。單片機主控制芯片選用STC89C51RC，LED指示模塊選用三種不同顏色的小LED來指示不同的工作模式，通過按鍵模塊來調整工作模式和LED的亮度，照明模塊選用12草帽型白光LED，光敏模塊選用ADC0809芯片實現(xiàn)對光敏信號的采集，并利用PWM調光技術對LED進行光度的自動調節(jié)?？梢酝ㄟ^紅外遙控遠距離無線遙控，通過單片機C語言編程進行軟件設計，綜合實現(xiàn)了全部控制功能。關鍵詞LED臺燈光度PWM調光自動調節(jié)

AbstractLEDlamp

asLED

greenlighting

products,

asthe

country

topromotetheuseof

green

lighting

products.

Withthedevelopmentofthetimes,energysavingandenvironmentalprotection,

healthandthepeopledailylife

areinseparable,

theprogressofscienceandtechnology,alsomakeshomeappliances

moreintelligentandhumanized.

Thelamp

as

homeappliances

based,

so

isalsoessential,,

putforwardPWM

dimmingthelights

design.The

designisbasedonSTC89C51RC

SCMas

control

core

andmultifunctions

inoneofthe

intelligent

LEDlamp.

The

tablelamprealizesthe

brightness

withmanual,

automatictwo

typesofregulation;respiratory

modefunction,

butalsohas

thefunctionofinfraredremotecontrol.

Thedesignofthehardware

part

consistsof

MCUcontrolmodule,

keyboardmodule,

lightingmodule,

photosensitive

module,LED

module,

remotecontrol

module

instruction.

TheMCUmaincontrol

chip

STC89C51RC,

LED

indicatingmodule

withthreekindsofdifferentcolorsofsmall

LED

toindicatedifferent

workingmodes,brightness

throughthekey

moduletoadjustthe

working

modeandtheLED

lighting

module,

using12

strawhattype

whiteLED,photosensitive

moduleusesADC0809

chipimplementationof

a

signalacquisition,

automaticregulation

and

luminosity

of

LEDusing

PWMdimming

technology.

Throughthe

infraredremotecontrol,

wirelessremotecontrol,

softwaredesignof

the

MCUC

languageprogramming,integrated

controlfunctionsarerealizedby.KeywordLEDlamp

dimming

automaticallyadjust

luminosityofPWM目錄第1章緒論 51.1

課題研究背景 51.2

系統(tǒng)方案的提出 51.2.1

LED優(yōu)勢 51.2.2

方案簡述 6第2章

系統(tǒng)方案的選擇 72.1

控制芯片的選擇方案 72.1.1

STC89C51RC 72.1.2

AVR單片機 72.1.3

FPGA 82.1.4

主控制芯片的確定 82.2

照明模塊的選擇 82.2.1

三極管驅動 82.2.2

PWM芯片控制 92.2.3

照明方案的確定 102.3

遙控模塊的選擇 102.3.1

超再生無線模塊 102.3.2

紅外遙控 112.3.3

遙控方案的確定 11第3章硬件設計 123.1單片機STC89C51芯片簡介 123.2LED驅動電路 163.3按鍵控制電路 183.4LED指示電路 193.5自動控制電路 193.5.1光敏電路 203.5.2ADC0809模數(shù)轉換 203.6遙控電路 21第4章軟件設計 234.1KeilC51 234.2Protel99SE 234.3程序流程圖 25第5章調試 265.1硬件調試 265.2軟件調試 26第6章總結 27參考文獻 28附錄一：protel99se原理圖 29附錄二：源程序 30

前言LED照明又稱固態(tài)照明，作為繼白熾燈、熒光燈后的第三代照明技術，具有節(jié)能、環(huán)保、安全可靠的特點，固態(tài)光源是被業(yè)界看好的未來十年替換傳統(tǒng)照明器具極具潛力的新型光源，代表照明技術的未來。發(fā)展新固態(tài)照明，不僅是照明領域的革命，而且符合當前政府提出的“建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會”的要求。LED臺燈就是以LED(LightEmittingDiode)即發(fā)光二極管為光源的臺燈，LED是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED臺燈是典型的綠色照明光源產(chǎn)品，作為國家綠色照明推廣使用的產(chǎn)品，具有廣闊的應用前景。隨著時代發(fā)展，節(jié)能、環(huán)保、健康等一系列話題被人們日益關注，照明是人們生活必不可少的一部分，我國年用電量5185.9萬兆瓦，其中照明占到總用電量的12%，并且以每年3.44%的速度持續(xù)增長，如何更好地節(jié)約能源？作為照明，照明燈具的損耗，剩余材料丟棄，勢必會造成環(huán)境的污染，如何才能使照明更加環(huán)保？據(jù)統(tǒng)計，我國39.3%的人有不同程度視力問題，由于不正確的用眼方式造成近視人數(shù)占到總人數(shù)的30%左右，因此用眼健康越來越被人重視。如何才能使照明更加健康，保護視力？

本文介紹了以STC89C51為控制核心，通過光敏電阻感應光度，并利用PWM調光技術對LED進行光度的自動調節(jié)。同時設置手動控制。該LED臺燈電路簡單，很大程度上節(jié)省電能，延長LED燈壽命，適宜閱讀。

第1章緒論1.1

課題研究背景臺燈已是千家萬戶的必需生活電器，經(jīng)常由于忘記關燈而造成巨大的能源浪費。在我國,照明耗電占年發(fā)電總量的12%

(超過100億千瓦每小時)

,

現(xiàn)在的臺燈絕大部分是采用普通的白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈和螺旋節(jié)能燈

,并且控制方式多采用手動開關,不能連續(xù)調節(jié)，更不能自動調節(jié)。當夜晚來臨時，人們又摸黑去開燈，非常不方便，與現(xiàn)在家電的智能化，人性化，低碳設計理念相違背。

LED被認為是21世紀的照明光源。LED發(fā)光器件是冷光源，光效高，工作電壓低，而且能耗低，可控制好、無輻射，同樣亮度下，LED能耗為白熾燈的10％，熒光燈的50％。LED壽命可達10萬小時，是熒光燈的10倍，白熾燈的100倍。隨著能源緊缺、電價越來越高、環(huán)保要求及LED的光效的提高,用LED替代現(xiàn)在臺燈普遍使用的白熾燈或熒光燈，環(huán)保無污染。另外，LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段,其發(fā)光效率可達80～90%，并且傳統(tǒng)的臺燈中的光源體使用的是交流電，所以每秒鐘會產(chǎn)生100－120次的頻閃。LED燈是把交流電直接轉換為直流電，不會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，保護眼睛，可以獲得“柔和”的燈光環(huán)境。

另外一個情況是現(xiàn)在中國約30%的人有不同程度的視力問題，其中近視是主要問題，近年來，我國的近視率已上升為全球第二，僅次于日本，但近視的總人數(shù)確是全球第一。引起近視的主要原因是用眼不健康，如看書的光線不在正常范圍時，學習時的坐姿不正確等。

解決以上問題迫在眉睫。1.2

系統(tǒng)方案的提出

通過采用LED照明，提高電能利用率，利用傳感器檢測，微處理器控制，實現(xiàn)自動調光、視力保護、安全合理多項功能的智能臺燈。1.2.1

LED優(yōu)勢

相較于普通照明，LED照明有以下主要優(yōu)點：

（1）較長的使用壽命。白熾燈的發(fā)光機理是：通電時，電能流過發(fā)光鎢絲，產(chǎn)生熱能，使鎢絲加熱發(fā)光。因此，當經(jīng)過相當長時間加熱，鎢絲就會發(fā)生老化甚至燒斷，那么，白熾燈的壽命也就告終了。發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光機理是由它的特殊結構決定的，它是由PN結晶片、兩個電極和光學系統(tǒng)構成，當在電極兩端加上正向偏置電壓時，空穴和電子分別被注入到P區(qū)和N區(qū)，非平衡少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復合，多余的能量以輻射光子的形式轉化為光能，二極管是依賴于載流子的不斷移動發(fā)光的，所以不存在老化或燒斷，它的發(fā)光壽命可長達5~10萬小時。

（2）發(fā)光效率高。實驗測定，當LED通電發(fā)光時，可以把10%左右的電能轉成光能，而普通白熾燈的轉化效率僅有7%~8%，所以，當需要達到同等的照明效果時，LED燈比普通白熾燈更節(jié)能。

（3）發(fā)光響應速度快。LED燈的響應時間為10-7~10-9S，具有很好的高頻特性，能顯示脈沖信號，而白熾燈響應時間在ms級，高頻特性差；

（4）發(fā)光有較強的方向性，適用于定向照明。

（5）易控制。LED驅動可采用模擬調光、PWM脈寬調制、TRICA雙向晶閘管調光方式、帶總線接口LED驅動器、適配微控制（單片機或其他微處理器）等多種方式進行調光。

（6）綠色環(huán)保。普通節(jié)能燈（如熒光燈）工作原理是加熱電阻絲，所以容易產(chǎn)生汞或其他重金屬污染。

（7）使用靈活。因為LED的體積較小，所以可根據(jù)應用需求對LED燈進行靈活組合，其顏色也可進行靈活搭配。

（8）尺寸較小，防震動及抗沖性能好。

因此，我們提出新型LED智能多功能臺燈方案。1.2.2

方案簡述

針對上述節(jié)能、環(huán)保、健康等問題研究，基于C51單片機和PWM調光的LED臺燈以STC89C51作為主控芯片，設置了手動控制、自動控制和呼吸模式。在手動控制時，分為十個檔，輸出不同的PWM占空比對LED的電流進行控制，從而實現(xiàn)了對光度的手動調節(jié)。在自動控制時，通過ADC0809模擬-數(shù)字轉換芯片不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應光度，將電壓和預設的閾值進行對比，調整PWM的占空比對LED的電流進行控制，從而實現(xiàn)了對光度的自動調節(jié)?？傮w框圖如下（圖1.1）:圖1.1

第2章

系統(tǒng)方案的選擇2.1

控制芯片的選擇方案

選擇嵌入式微處理器主要考慮因素有以下幾個方面：

應用領域：一個產(chǎn)品的功能、性能一旦定制下來，其所在的應用領域也隨之確定。應用領域的確定將縮小選型的范圍。

自帶資源：芯片自帶資源越接近產(chǎn)品的需求，產(chǎn)品開發(fā)相對就越簡單?？蓴U展資源，要求芯片可擴展存儲器。

低功耗：低功耗的產(chǎn)品即節(jié)能又節(jié)財，甚至可以減少環(huán)境污染，還能增加可靠性，它有如此多的優(yōu)點，因此低功耗也成了芯片選型時的一個重要指標。

芯片的可延續(xù)性及技術的可繼承性，芯片的價格和供貨也是必須考慮的因素，所以選型時盡量選擇有量產(chǎn)的芯片，選擇市面上使用較廣的芯片，將會有比較多的共享資源，給開發(fā)帶來許多方便。

2.1.1

STC89C51RC

STC89C51RC為40引腳雙列直插式芯片，增強型8051單片機，工作電壓3.3V~5.5V，片內集成4K字節(jié)ROM和256字節(jié)RAM，具有EEPROM功能，兩個定時/計數(shù)器，具有看門狗功能，工作頻率范圍為0~40MHz，實際工作頻率可達48MHz，有32個通用I/O口，可采用在系統(tǒng)編程（In

system

programming，簡稱ISP）或在應用編程（In

application

programming，簡稱IAP），無需專用編程器和仿真器，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。具有價格低廉、兼容性強、超強抗干擾能力、超低功耗等優(yōu)點。

2.1.2

AVR單片機

AVR單片機硬件結構采取8位機與16位機的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32個寄存器文件)和單體高速輸入/輸出的方案(即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應控制邏輯)。提高了指令執(zhí)行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強了功能；同時又減少了對外設管理的開銷，相對簡化了硬件結構，降低了成本。故AVR單片機在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡，是高性價比的單片機。

AVR單片機內嵌高質量的Flash程序存儲器，擦寫方便，支持ISP和IAP，便于產(chǎn)品的調試、開發(fā)、生產(chǎn)、更新。內嵌有長壽命EEPROM，可長期保存關鍵數(shù)據(jù)，避免斷電丟失。片內大容量的RAM不僅能滿足一般場合的使用，同時也更有效的支持使用高級語言開發(fā)系統(tǒng)程序，并可像MCS-51單片機那樣擴展外部

RAM。AVR單片機的I/O線全部帶可設置的上拉電阻、可單獨設定為輸入/輸出、可設定（初始）高阻輸入、驅動能力強（可省去功率驅動器件）等特性，使的得I/O口資源靈活、功能強大、可充分利用。

AVR單片機片內具備多種獨立的時鐘分頻器。

AVR單片機有自動上電復位電路、獨立的看門狗電路、低電壓檢測電路BOD，多個復位源(自動上電復位、外部復位、看門狗復位、BOD復位)，可設置的啟動后延時運行程序，增強了嵌入式系統(tǒng)的可靠性。

AVR單片機具有多種省電休眠模式，且可寬電壓運行（5-1.8V），抗干擾能力強，可降低一般8位機中的軟件抗干擾設計工作量和硬件的使用量。

AVR單片機技術體現(xiàn)了單片機集多種器件(包括FLASH程序存儲器、看門狗、EEPROM、同/異步串行口、TWI、SPI、A/D模數(shù)轉換器、定時器/計數(shù)器等)和多種功能(增強可靠性的復位系統(tǒng)、降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門類全的中斷系統(tǒng)、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時器/計數(shù)器、具替換功能的I/O端口)于一身，充分體現(xiàn)了單片機技術的從“片自為戰(zhàn)”向“片上系統(tǒng)SOC”過渡的發(fā)展方向。

2.1.3

FPGA

FPGA（Field－Programmable

Gate

Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。是專門作為（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

系統(tǒng)設計師可以根據(jù)需要通過可編輯的連接把FPGA內部的邏輯塊連接起來，就好像一個電路試驗板被放在了一個芯片里。一個出廠后的成品FPGA的邏輯塊和連接可以按照設計者而改變，所以FPGA可以完成所需要的邏輯功能。

FPGA一般來說比ASIC（專用集成芯片）的速度要慢，無法完成復雜的設計，但是功耗較低。但是他們也有很多的優(yōu)點比如可以快速成品，可以被修改來改正程序中的錯誤和更便宜的造價。廠商也可能會提供便宜的但是編輯能力差的FPGA。因為這些芯片有比較差的可編輯能力，所以這些設計的開發(fā)是在普通的FPGA上完成的，然后將設計轉移到一個類似于ASIC的芯片上。另外一種方法是用CPLD（復雜可編程邏輯器件備）。2.1.4

主控制芯片的確定

STC89C51RC可以滿足系統(tǒng)開發(fā)需要，而且使用普遍，開發(fā)編程環(huán)境容易實現(xiàn)，與其他系統(tǒng)兼容性強，開發(fā)成本低，較AVR和FPGA具有明顯的價格優(yōu)勢，超強抗干擾能力、超低功耗、價格低廉等優(yōu)點，最終選擇作為系統(tǒng)控制芯片。2.2

照明模塊的選擇

LED功率的大小，首先要選擇具有足夠的輸出功率的芯片，能夠驅動所要求的LED功率。輸入電壓的高低

，輸入電壓的穩(wěn)定度

，LED的連接通?？梢允谴?lián)或是并聯(lián)，串聯(lián)的數(shù)目越多，所需的驅動芯片數(shù)目就越少。

LED驅動器通用要求，選擇LED驅動方式

，LED驅動器標準，進一步提高能效、

增加功能及功率密度。產(chǎn)品壽命周期及可靠性問題，考慮更好的散熱功率管發(fā)熱功率管的功耗分成兩部分，開關損耗和導通損耗。工作頻率降頻，電感或者變壓器的選擇，LED電流大小。

2.2.1

三極管驅動

三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當基極電壓UB有一個微小的變化時，基極電流IB也會隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會有一個很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC

的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β（β=ΔIC/ΔIB,

Δ表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。

三極管在放大信號時，首先要進入導通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點，也叫建立偏置，否則會放大失真。

選擇合適放大倍數(shù)三極管，通過放大電流驅動LED，三級管放大有成本低，易實現(xiàn)，易控制等優(yōu)點。

2.2.2

PWM芯片控制

LED的調光控制，傳統(tǒng)上LED的調光是利用一個DC信號或濾液PWM對LED中的正向電流進行調節(jié)來完成的。減小LED電流將起到調節(jié)LED光輸出強度的作用，然而，正向電流的變化也會改變LED的彩色，因為LED的色度會隨著電流的變化而變化。許多應用（例如汽車和LCD

背光照明）都不能允許LED發(fā)生任何的色彩漂移。在這些應用中，由于周圍環(huán)境中存在不同的光線變化，而且人眼對于光強的微小變化都很敏感，因此寬范圍調光是必需的。通過施加一個PWM信號來控制LED亮度的做法允許不改變彩色的情況下完成LED的調光。

PWM是脈沖寬度調制信號，注意其中的“寬度”，就是脈沖的高電平的時間。PWM信號調節(jié)LED亮度時，信號頻率是不變的，改變的是脈沖的高電平的時間，即LED的導通時間。這種信號調節(jié)亮度相當于調節(jié)LED的平均電流，所以電流會變化。

采用LM3410X串聯(lián)驅動LED燈，具體電路圖如圖2.1所示。

圖2.1LM3410X串聯(lián)驅動電路LM3410恒流LED驅動器是單片頻率，PWM升壓型DC

/

DC轉換器，5引腳或6引腳封裝。它可以驅動典型2.5A峰值電流與內部160MΩ

NMOS切換。開關頻率在內部設置為525kHz或1.60MHz，允許使用極小的表面貼裝電感器和片式電容器。即使操作頻率高，高達88％的效率很容易實現(xiàn)的。外部關閉包括在內，具有超低待機電流為80nA。LM3410采用電流模式控制和內部補償功能，提供高性曼斯在廣泛的操作條件。額外功能包括調光，脈沖的脈沖電流限制，熱關斷。2.2.3

照明方案的確定

考慮照明需要，需要驅動電壓5V,驅動電流3A，需要驅動16個大草帽白光LED，因為三極管驅動具有成本低，易控制，易實現(xiàn)等優(yōu)點，而LM3410X成本高且不易尋找，最終選用大功率三極管SS8550驅動照明模塊。2.3

遙控模塊的選擇

本設計添加遙控功能，可以更加方便使用。遙控主要有紅外式遙控，超外差式無線遙控等等都有很廣泛的應用。

2.3.1

超再生無線模塊超再生無線模塊是由編碼發(fā)射模塊和解碼接收部分組成。無線信號的編碼由SC2262集成電路完成，該電路具有8位地址信號和4位數(shù)據(jù)信號，不同的地址與數(shù)據(jù)的組合，可以編制上萬種編碼，完全可以滿足同一區(qū)域內互不影響地工作。發(fā)射芯片地址編碼輸入有“1”、“0”和“開路”三種狀態(tài)，數(shù)據(jù)輸入有“1”和“0”兩種狀態(tài)。由各地址、數(shù)據(jù)的不同接腳狀態(tài)決定，編碼從輸出端Dout輸出，通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。

Dout輸出的編碼信號是調制在38kHz載波上的，OSC1、OSC2外接的電阻決定載頻頻率，一般電阻可在430k—820k之間選擇即可。SC2262-IR是2262系列用于紅外遙控的專用芯片，它是一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編碼電路，SC2262-IR最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空，接高電平，接低電平)，任意組合可提供531441地址碼，SC2262-IR最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳，設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于遙控發(fā)射電路。編碼芯片SC2262-IR發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，當有按鍵按下時，SC2262-IR得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調制的串行數(shù)據(jù)信號。SC2262-IR的管腳圖如圖1所示，管腳說明如表1所示，性能參數(shù)如表2所示。SC2262-IR特點：CMOS工藝制造，低功耗，外部元器件少，RC振蕩電阻，工作電壓范圍寬：2.6～15v，數(shù)據(jù)最多可達6位，地址碼最多可達531441種。應用范圍：車輛防盜系統(tǒng)、家庭防盜系統(tǒng)、遙控玩具、其他電器遙控。接收電路的無線接收與解調部分采用的是現(xiàn)成的高頻接收模塊，可以簡化設計工作，而且可靠性較好,接收模塊采用的是超再生接收，具體的解調過程為：當發(fā)射器發(fā)送1時，相應的發(fā)射高頻電路工作，接收部分就會相應地收到一個315M的高頻信號，使模塊輸出為1，當發(fā)射部分發(fā)送的是0時，發(fā)射高頻部分停止工作，接收部分就輸出為0，這樣就實現(xiàn)了無線信號的傳輸。經(jīng)高頻接收且解調出來的信號是編碼集成電路SC2262編碼后的串行信號，必須經(jīng)相應的解碼電路解碼才能還原出控制信號數(shù)據(jù)。SC2272就擔任了這個解碼任務。SC2262和SC2272是一對專用的編、解碼集成電路，當接收部分SC2272的8位地址數(shù)據(jù)與發(fā)射部分的8位地址數(shù)據(jù)相同時，就會在SC2272的17腳輸出一個高電平，表示解碼成功，同時在4位數(shù)據(jù)位上輸出相應的數(shù)據(jù)信號，后續(xù)的輸出控制電路就根據(jù)解碼輸出的數(shù)據(jù)位。SC2272的暫存功能是指當發(fā)射信號消失時，SC2272的對應數(shù)據(jù)輸出位即變?yōu)榈碗娖?。而鎖存功能是指，當發(fā)射信號消失時，SC2272的數(shù)據(jù)輸出端仍保持原來的狀態(tài)，直到下次接收到新的信號輸入。為了能正確解調出調制的編碼信號，接收端需加一級前置放大級，保證輸入SC2272的信號幅度足夠大。SC2272各輸出端通過各種接口即可控制相應的負載。2.3.2

紅外遙控紅外線又稱紅外光波，在電磁波譜中，光波的波長范圍為0.01um~1000um。根據(jù)波長的不同可分為可見光和不可見光，波長為0.38um~0.76um的光波可為可見光，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色。光波為0.01um~0.38um的光波為紫外光(線)，波長為0.76um~1000um的光波為紅外光(線)。紅外光按波長范圍分為近紅外、中紅外、遠紅外、極紅外4類。紅外線遙控是利用近紅外光傳送遙控指令的，波長為0.76um~1.5um。用近紅外作為遙控光源，是因為目前紅外發(fā)射器件(紅外發(fā)光管)與紅外接收器件(光敏二極管、三極管及光電池)的發(fā)光與受光峰值波長一般為0.8um~0.94um，在近紅外光波段內，二者的光譜正好重合，能夠很好地匹配，可以獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。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)射的紅外光轉換為相應的電信號，再送后置放大器。發(fā)射機一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統(tǒng)、調制電路、驅動電路、發(fā)射電路等幾部分組成。當按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載波進行調制，再由驅動電路進行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調制定的指令編碼信號。接收電路一般由接收電路、放大電路、調制電路、指令譯碼電路、驅動電路、執(zhí)行電路(機構)等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調制的編碼指令信號接收下來，并進行放大后送解調電路，解調電路將已調制的指令編碼信號解調出來，即還原為編碼信號。指令譯碼器將編碼指令信號進行譯碼，最后由驅動電路來驅動執(zhí)行電路實現(xiàn)各種指令的操作控制（機構）。由于紅外線遙控不具有像無線電遙控那樣穿過障礙物去控制被控對象的能力，所以，在設計家用電器的紅外線遙控器時，不必要像無線電遙控器那樣，每套(發(fā)射器和接收器)要有不同的遙控頻率或編碼(否則，就會隔墻控制或干擾鄰居的家用電器)，所以同類產(chǎn)品的紅外線遙控器，可以有相同的遙控頻率或編碼，而不會出現(xiàn)遙控信號“串門”的情況。這對于大批量生產(chǎn)以及在家用電器上普及紅外線遙控提供了極大的方便。由于紅外線為不可見光，因此對環(huán)境影響很小，再由紅外光波動波長遠小于無線電波的波長，所以紅外線遙控不會影響其他家用電器，也不會影響臨近的無線電設備。2.3.3

遙控方案的確定

考慮到設計的成本和簡便問題，本設計采用紅外遙控方式。紅外遙控電路簡單方便，通過程序控制相應的按鍵識別，更能鍛煉編寫程序的能力。第3章硬件設計硬件設計總體框圖如下：圖3.1硬件設計總體框圖3.1單片機STC89C51芯片簡介STC89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C51為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內置4KBEEPROM，MAX810復位電路，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口。另外STC89X51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35Mhz，6T/12T可選。圖3.2STC89C51單片機引腳圖單片機是美國STC公司最新推出的一種新型51內核的單片機。片內含有Flash程序存儲器、SRAM、UART、SPI、PWM等模塊。（一）STC89C51主要功能、性能參數(shù)如下：（1）內置標準51內核，機器周期：增強型為6時鐘，普通型為12時鐘;（2）工作頻率范圍：0~40MHZ，相當于普通8051的0~80MHZ;（3）STC89C51RC對應Flash空間：4KB;（4）內部存儲器（RAM)：512B;（5）定時器\計數(shù)器：3個16位；（6）通用異步通信口（UART）1個；（7）中斷源:8個；（8）有ISP(在系統(tǒng)可編程）\IAP(在應用可編程),無需專用編程器\仿真器；（9）通用I\O口：32\36個；（10）工作電壓：3.8~5.5V；（11）外形封裝：40腳PDIP、44腳PLCC和PQFP等。（二）STC89C51單片機的引腳說明：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8TTL門電流。當P1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FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的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，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，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。P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器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）I/O口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內容讀入到內部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內部總線。上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器CPU將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。這是由硬件自動完成的，不需要我們操心，1然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀入出錯，為什么看上面的圖，如果不對端口置1端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為0Q端為0Q^為1加到場效應管柵極的信號為1，該場效應管就導通對地呈現(xiàn)低阻抗，此時即使引腳上輸入的信號為1，也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的1信號讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作，則可以使場效應管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作，所以這類I/O口被稱為準雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時都是準雙向口。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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指令是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/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。（三）STC89C51單片機最小系統(tǒng)：最小系統(tǒng)包括單片機及其所需的必要的電源、時鐘、復位等部件，能使單片機始終處于正常的運行狀態(tài)。電源、時鐘等電路是使單片機能運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進行存儲器擴展、A/D擴展等，使單片機完成較復雜的功能。STC89C51是片內有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用STC89C52單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，結構如圖3.3所示，由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。時鐘電路時鐘電路復位電路STC89C51單片機I/O口時鐘電路時鐘電路復位電路51系列單片機I/O接口圖3.3單片機最小系統(tǒng)原理框圖(1)時鐘電路STC89C51單片機的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內部時鐘方式，二是外部時鐘方式。內部時鐘方式如圖3.4所示。在STC89C51單片機內部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)，就構成了自激振蕩器并在單片機內部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5~30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2~12MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。圖3.4STC89C51內部時鐘電路(2)復位電路當在STC89C51單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內部就執(zhí)行復位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài))。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充放電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位。除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設計就是用的按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過RST(9)端與電源Vcc接通而實現(xiàn)的。按鍵手動復位電路見圖3.5。時鐘頻率用11.0592MHZ時C取10uF,R取10kΩ。圖3.5STC89C51復位電路（四）STC89C51中斷技術概述中斷技術主要用于實時監(jiān)測與控制，要求單片機能及時地響應中斷請求源提出的服務請求，并作出快速響應、及時處理。這是由片內的中斷系統(tǒng)來實現(xiàn)的。當中斷請求源發(fā)出中斷請求時，如果中斷請求被允許，單片機暫時中止當前正在執(zhí)行的主程序，轉到中斷服務處理程序處理中斷服務請求。中斷服務處理程序處理完中斷服務請求后，再回到原來被中止的程序之處（斷點），繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。圖3.6為整個中斷響應和處理過程。 圖3.6中斷響應和處理過程如果單片機沒有中斷系統(tǒng)，單片機的大量時間可能會浪費在查詢是否有服務請求發(fā)生的定時查詢操作上。采用中斷技術完全消除了單片機在查詢方式中的等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機的工作效率和實時性。3.2LED驅動電路常見的三極管為9012、s8550、9013、s8050.單片機應用電路中三極管主要的作用就是開關作用。其中9012與8550為pnp型三極管，可以通用。其中9013與8050為npn型三極管，可以通用。區(qū)別引腳：三極管向著自己，引腳從左到右分別為ebc，原理圖中有箭頭的一端為e，與電阻相連的為b，另一個為c。箭頭向里指為PNP(9012或8550)，箭頭向外指為NPN（9013或8050）。三極管的工作原理三極管是電流放大器件，有三個極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。（1）電流放大下面的分析僅對于NPN型硅三極管。如上圖所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流Ic。這兩個電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制（假設電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話），并且基極電流很小的變化，會引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關系：集電極電流的變化量是基極電流變化量的β倍，即電流變化被放大了β倍，所以我們把β叫做三極管的放大倍數(shù)（β一般遠大于1，例如幾十，幾百）。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間，這就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的，那么根據(jù)電壓計算公式U=R*I可以算得，這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。（2）偏置電路三極管在實際的放大電路中使用時，還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是由于三極管BE結的非線性（相當于一個二極管），基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生（對于硅管，常取0.7V）。當基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時，基極電流就可以認為是0。但實際中要放大的信號往往遠比0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流的改變（因為小于0.7V時，基極電流都是0）。如果我們事先在三極管的基極上加上一個合適的電流（叫做偏置電流，上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的，所以它被叫做基極偏置電阻），那么當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時，小信號就會導致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會被放大并在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對那些增加的信號放大，而對減小的信號無效（因為沒有偏置時集電極電流為0，不能再減小了）。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當輸入的基極電流變小時，集電極電流就可以減小；當輸入的基極電流增大時，集電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。（3）開關作用下面說說三極管的飽和情況。像上面那樣的圖，因為受到電阻Rc的限制（Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓），集電極電流是不能無限增加下去的。當基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時，三極管就進入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準則是：Ib*β〉Ic。進入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個開關閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當作開關使用：當基極電流為0時，三極管集電極電流為0（這叫做三極管截止），相當于開關斷開；當基極電流很大，以至于三極管飽和時，相當于開關閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關管。（4）工作狀態(tài)如果我們在上面這個圖中，將電阻Rc換成一個燈泡，那么當基極電流為0時，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時（大于流過燈泡的電流除以三極管的放大倍數(shù)β），三極管就飽和，相當于開關閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了，所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會隨著增加（在三極管未飽和之前）。LED的亮度受電流控制，通過控制電流調節(jié)LED燈的亮度。利用公式可知，利用調整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。電流通斷的變化用PNP型三極管實現(xiàn)，PWM由P1.4輸出，低電平有效。如下圖（圖3.7）所示：圖3.7三極管驅動LED電路3.3按鍵控制電路單片機鍵盤有獨立鍵盤和矩陣式鍵盤兩種：獨立鍵盤每一個I/O口上只接一個按鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地），這種接法程序比較簡單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定；而矩陣式鍵盤式接法程序比較復雜，但是占用的I/O少。根據(jù)本設計的需要這里選用了獨立式鍵盤接法。獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法是利用單片機I/O口讀取口的電平高低來判斷是否有鍵按下。將常開按鍵的一端接地，另一端接一個I/O口，程序開始時將此I/O口置于高電平，平時無鍵按下時I/O口保護高電平。當有鍵按下時，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，單片機內部的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查尋此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動作了。在用單片機對鍵盤處理的時候涉及到了一個重要的過程，那就是鍵盤的去抖動。這里說的抖動是機械的抖動，是當鍵盤在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正常現(xiàn)象，并不是我們在按鍵時通過注意可以避免的。這種抖動一般10~200毫秒之間，這種不穩(wěn)定電平的抖動時間對于人來說太快了，而對于時鐘是微秒的單片機而言則是慢長的。硬件去抖動就是用部分電路對抖動部分加之處理，軟件去抖動不是去掉抖動，而是避抖動部分的時間，等鍵盤穩(wěn)定了再對其處理。所以這里選擇了軟件去抖動，實現(xiàn)法是先查尋按鍵當有低電平出現(xiàn)時立即延時10~200毫秒以避開抖動（經(jīng)典值為20毫秒），延時結束后再讀一次I/O口的值，這一次的值如果為1表示低電平的時間不到10~200毫秒，視為干擾信號。當讀出的值是0時則表示有按鍵按下，調用相應的處理程序。硬件電路如圖3.8所示：圖3.8鍵盤控制電路圖3.4LED指示電路LED英文單詞的縮寫，主要含義：LED=LightEmittingDiode，發(fā)光二極管，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光；它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、輻射低與功耗低。作為目前全球最受矚目的新一代光源，LED因其高亮度、低熱量、長壽命、無毒、可回收再利用等優(yōu)點，被稱為是21世紀最有發(fā)展前景的綠色照明光源。我國的LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀70年代，經(jīng)過近40年的發(fā)展，產(chǎn)品廣泛應用于景觀照明和普通照明領域，我國已成為世界第一大照明電器生產(chǎn)國和第二大照明電器出口國。近幾年來，隨著人們對半導體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進步和新材料（氮化物晶體和熒光粉）的開發(fā)和應用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn)，使LED應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。曾經(jīng)有人指出，高亮度LED將是人類繼愛迪生發(fā)明白熾燈泡后，最偉大的發(fā)明之一。本設計利用不同顏色的發(fā)光二極管來指示不同的工作模式，使用者可以一目了然當前的工作模式。圖3.9LED指示燈3.5自動控制電路本設計利用光敏阻值的變化與電阻進行分壓，得到的電壓值給ADC0809進行模數(shù)轉換，通過10k可調電阻可以實現(xiàn)光線限值的調節(jié)。最終將信號給單片機處理。3.5.1光敏電路光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器是利用半導體的光電導效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，又稱為光電導探測器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.76）μm的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設計大為簡化。圖ADC0809模數(shù)轉換ADC0808和ADC0809除精度略有差別外(前者精度為8位、后者精度為7位)，其余各方面完全相同。它們都是CMOS器件，不僅包括一個8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供一個8通道的模擬多路開關和通道尋址邏輯，因而有理由把它作為簡單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。利用它可直接輸入8個單端的模擬信號分時進行A/D轉換，在多點巡回檢測和過程控制、運動控制中應用十分廣泛。ADC0809主要特性：1）8路輸入通道，8位A/D轉換器，即分辨率為8位。2）具有轉換起停控制端。3）轉換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）4）單個+5V電源供電。5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準。6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度。7）低功耗，約15mW。如下圖所示，ADC0809的參考電壓設置成5V，時鐘信號通過單片機P3.3口利用定時器中斷輸出。光敏電阻的對地電壓從IN0口輸入，ADC0809將其轉換成數(shù)字量后通過OUT1-7輸出，以便單片機進一步處理。圖3.11模數(shù)轉換電路3.6遙控電路紅外遙控的發(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)射雕紅外光轉換為相應的電信號，再送后置放大器。

發(fā)射機一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統(tǒng)、調制電路、驅動電路、發(fā)射電路等幾部分組成。當按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載體進行調制，再由驅動電路進行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調制定指令編碼信號。

接收電路一般由接收電路、放大電路、調制電路、指令譯碼電路、驅動電路、執(zhí)行電路(機構)等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調制的編碼指令信號接收下來，并進行放大后送解調電路，解調電路將已調制的指令編碼信號解調出來，即還原為編碼信號。指令譯碼器將編碼指令信號進行譯碼，最后由驅動電路來驅動執(zhí)行電路實現(xiàn)各種指令的操作控制（機構）。紅外線遙控是目前使用很廣泛的一種通信和遙控技術。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設備、空凋機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可*而且能有效地隔離電氣干擾。

紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，由德國科學家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射,他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計，試圖測量各種顏色的光的加熱效應。結果發(fā)現(xiàn)，位于紅光外側的那支溫度計升溫最快。因此得到結論：太陽光譜中，紅光的外側必定存在看不見的光線，這就是紅外線。也可以當作傳輸之媒界。太陽光譜上紅外線的波長大于可見光線，波長為0.75～1000μm。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為0.75～1.50μm之間；中紅外線，波長為1.50～6.0μm之間；遠紅外線，波長為6.0～l000μm之間。圖

3.12為紅外遙控器及編碼。圖3.12紅外遙控器及編碼一體化紅外線接收器是一種集紅外線接收和放大整形于一體，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，而體積又很小巧，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸，廣泛用于電視機、衛(wèi)星接收機、VCD、DVD、音響、空調等家用電器中接收紅外信號。圖3.13一體化紅外接器電路第4章軟件設計4.1KeilC51KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹KeilC51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。Keil_c軟件界面如圖圖4.1Keil_c軟件界面4.2Protel99SEProtel99SE是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件。Protel99SE是應用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設計軟件，采用設計庫管理模式，可以網(wǎng)設計，具有很強的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設計軟件，可以完成電路原理圖設計，印制電路板設計和可編程邏輯器件設計等工作，可以設計32個信號層，16個電源--地層和16個機加工層。Protel99SE軟件的特點：可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡表；強大的全局編輯功能；在原理圖中選擇一級器件，PCB中同樣的器件也將被選中；同時運行原理圖和PCB，在打開的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡既可以進行正向注釋元器件標號（由原理圖到PCB），也可以進行反向注釋（由PCB到原理圖），以保持電氣原理圖和PCB在設計上的一致性；滿足國際化設計要求（包括國標標題欄輸出，GB4728國標庫）；*方便易用的數(shù)?；旌戏抡妫嫒軸PICE3f5）；支持用CUPL語言和原理圖設計PLD，生成標準的JED下載文件；*PCB可設計32個信號層，16個電源-地層和16個機加工層；強大的“規(guī)則驅動”設計環(huán)境，符合在線和批處理的設計規(guī)則檢查；智能覆銅功能，覆鈾可以自動重鋪；提供大量的工業(yè)化標準電路板做為設計模版；Protel99SE的工作界面是一種標準的Windows界面，如圖所示，包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。Protel99SE軟件界面如圖4.2圖4.2Prtel99SE軟件界面 4.3程序流程圖開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化讀取AD值讀取AD值判斷當前判斷當前工作模式呼吸模式手動模式自動模式呼吸模式手動模式自動模式Y判斷按鍵Y判斷按鍵是否按下NNY判斷遙控Y判斷遙控是否按下結束

第5章調試結束5.1硬件調試

硬件調試是利用基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。

硬件調試可分為靜態(tài)調試與動態(tài)調試兩步進行。

靜態(tài)調試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。

第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。

第二步：用萬用表測試。先用萬用表復核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。

第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有插座或是器件的電源端是否符合要求的值。

第四步是聯(lián)機檢查。因為只有用單片機開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調試。

動態(tài)調試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調試的一般方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調試電路時，與該元件無關的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調試。由分到合的調試既告完成。由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離單片機的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調試。調試時，仍采用去掉無關元件的方法，逐層調試下去，就會定位故障元件了。5.2軟件調試

軟件調試是通過對程序的連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程，也可以通過keil軟件進行仿真，能大大的減少設計過程中的錯誤。

第6章總結基于C51單片機的PWM調光臺燈以STC89C51作為主控芯片，設置了手動控制、自動控制和呼吸模式。在手動控制時，分為十個檔，輸出不同的PWM占空比實現(xiàn)了對光度的手動調節(jié)。在自動控制時，通過ADC0809模擬-數(shù)字轉換芯片不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應光度，將電壓和預設的閾值進行對比，調整PWM的占空比實現(xiàn)了對光度的自動調節(jié)。該LED臺燈電路簡單，很大程度上節(jié)省電能，延長LED燈壽命，適宜閱讀。呼吸模式可以用于小夜燈。增加了遙控功能，更加方便使用。同時，在本次課程設計中，主要有以下體會：1、對LED的驅動有進一步的了解，明白了如何對LED進行規(guī)定電流驅動，并通過輸出不同的占空比來調節(jié)LED的亮度，從而對LED的耗電進行相應的管理；2、進一步掌握了AD轉換原理以及相關芯片的應用，通過ADC0809對外界的模擬量進行轉換。3、熟悉了紅外遙控的應用。4、培養(yǎng)了自己的團隊意識，能夠比較好的和隊員就項目進行及時的溝通，在分工和整合方面做的不錯。

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附錄一：protel99se原理圖

附錄二：源程序//宏定義#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharuintX1=0;uintX2;//頭函數(shù)#include<reg52.h>#include<ADC0809.h>//時間計算#defineImax14000//此處為晶振為11.0592時的取值,#defineImin8000//如用其它頻率的晶振時,#defineInum11450//要改變相應的取值。#defineInum2700#defineInum33000//解碼變量unsignedcharIm[4]={0x00,0x00,0x00,0x00};ucharshow[2]={0,0};//全局變量ucharf;unsignedlongm,Tc;unsignedcharIrOK;//LED燈光強度ucharLL=0;uintYK=0;uintZY=0,Xi=0,FZ=0;ucharMode=1;//函數(shù)聲明voidInit();voiddelay(uchari);//管腳聲明sbitLED=P1^4;sbitLEDR=P2^2;sbitLEDG=P2^4;sbitLEDY=P2^6;sbitset=P1^5;sbitadd=P1^6;sbitdec=P1^7;//主函數(shù)voidmain(){ //定時器初始化100HZ In