【文章內(nèi)容簡介】 51 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，使單片機從起始地址 0000H 單元開始重新執(zhí)行程序。所以，當單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可按復(fù)位鍵重新啟動。 MCS51 單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種復(fù)位方式。上電復(fù)位利用電容器充 電來實現(xiàn)。按鈕復(fù)位又分為按鈕電平復(fù)位和按鈕脈沖復(fù)位。前者將復(fù)位端通過電阻與 Vcc 相接；后者利用 RC 微分電路產(chǎn)生正脈沖來達到復(fù)位目的。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)時間大于 2個機器周期。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 9 圖 32 AT89C51最小系統(tǒng)電路圖 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。 在確定選擇 AT89C51 作為本設(shè)計發(fā)射電路核心芯片和點觸式開關(guān)作為控制鍵后 ，加上一個簡單紅外發(fā)射電路和 12M 晶體震蕩器便可實現(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，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Φ 5 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，這種代碼指令信號調(diào)制在 40KHz 的載波上，激勵紅外光二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過空間的傳送到受控機的遙控接收器。 P1口作為按鍵部分， 口作為發(fā)射部分。電路圖如圖 33所示 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 10 圖 33 紅外發(fā)射電路 紅外接收電路 在接收過程中，脈沖通過光學(xué)濾波器和紅外二極管轉(zhuǎn)換為 40KHZ 的電信號，此信號經(jīng)過放大，檢波，整形，解調(diào)，送到解碼與接口電路，從而完成相應(yīng)的遙控功能，接收電路如圖 34 所示。 通常，紅外遙控器將遙控信號 (二進制脈沖碼 )調(diào)制在 40KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號發(fā)射出去。將上述的遙控編碼脈沖對頻率為 40KHz(周期為 26μ s)的載波信號進行脈幅調(diào)制 (PAM )，再經(jīng)緩 沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。 根據(jù)遙控信號編碼和發(fā)射過程，遙控信號的識別 —— 即解碼過程是去除40KHz 載波信號后識別出二進制脈沖碼中的 0 和 1。由 MCS— 51 系列單片機AT89C5一體化紅外接收頭、還原調(diào)制與紅外發(fā)光管驅(qū)動電路組成。 接收部分主要元件是紅外接收管，它是一種光敏二極管（實際上是三極管，西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 11 基極為感光部分）。在實際應(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)用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。 圖 34 紅外接收電路 光電耦合 控制電路 在控制部分采用了隔離驅(qū)動電路，用光電器件作為隔離元件，利用光耦來隔離強電，以防止強電影響單片機的工作。 光電隔離的目的是割斷兩個電路的電氣聯(lián)系，使之相互獨立，從而也就割斷了噪聲從一個電路進入另一個電路的通路。光電隔離是通過光電耦合器實現(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電信號的器件，通常把發(fā)光器與受光器封裝在管殼內(nèi)。當輸入端加電信號時發(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，從而實現(xiàn)了“光 — 電 — 光”的轉(zhuǎn)換。 光電耦合器是把一個發(fā)光二極管和 一個光敏三極管封裝在一個外殼里的器件。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)光管與光敏管對準，以提高其靈敏度，光電耦合器的電路符號如圖35 所示。 對于數(shù)字量，當輸入為低電平“ 0”時，光敏三極管截止，輸出為高電平“ 1”；當輸入為高電平“ 1”時，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“ 0”。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 12 O pt oi s ol a t or 1正極負極集電極發(fā)射極 圖 35光電耦合器原理圖 輸入信號使用權(quán)發(fā)光二極管發(fā)光，其光線又使光敏三極管產(chǎn)生電信號輸出，從而既完成了信號的傳遞又實現(xiàn)了電氣上的隔離。光電耦合的響應(yīng)時間一般不超過幾個微秒。 光電耦合 器的輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，且輸出端對輸入端也無反饋，因而具有隔離和抗干擾兩方面的獨特性能。通常使用光電耦合器是為實現(xiàn)以下兩個主要功能： 電平轉(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，從而實現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換。 隔離：這時由于信號電路與接收電路之間被隔離，因此即使兩個電路的接地電位不同，也不會形成干擾。 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。基極引出通常是經(jīng)一個電阻接地。 通過接地電阻可以控制耦合的響應(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 36所 示。 圖 36 光電耦合控制電路 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 13 顯示部分的設(shè)計 由 LED組成的 7段發(fā)光管顯示器是不太復(fù)雜的單片機應(yīng)用系統(tǒng)常用外部設(shè)備之一。 ① 7 段發(fā)光管顯示器由 7段發(fā)光線段組成，并按“日”字形排列，每一段都是一個發(fā)光二極管，如圖 310所示。圖中將 7 個 LED的陰極連在一起，稱之為共陰極接法。反之為共陽極接法。 ② 如果將公共陰極接地，而在 a～ g 各段的陽極加上不同的電壓，就會使各段的發(fā)光情況不同，形成不同的發(fā)光字符。加在 7段陽極上的電壓可以用數(shù) 字量表示，如果某一段的陽極為數(shù)字量 1，則這個段就發(fā)光；如為 0，則不發(fā)光。數(shù)字量與段的對應(yīng)關(guān)系如表 所示。數(shù)碼管原理圖如 39所示。 圖 39 數(shù)碼管原理圖 在本設(shè)計中使用了四個 7段 LED 顯示器，而多位顯示器連用有兩種方法。 其一，每一位都用各自的 8 位輸出口控制，在顯示某字符時，相應(yīng)的段恒定發(fā)光或不發(fā)光。這種顯示方法屬于靜態(tài)顯示。顯然，靜態(tài)顯示需占用較多的 I/O 口線。 其二，是動態(tài)顯示。即將多個 7 段 LED 的段選端復(fù)接在一起，只用一個 8位輸出口控制段選，段選碼同時加到各個 7 段 LED 顯示器上，通過控制各個顯示器公共陽極輪流接高電平的辦法，逐一輪流地啟動各個 LED。在這種方法中，只要恰當?shù)剡x擇點亮?xí)r間和間隔時間，就會給人以 這樣一種假相：似乎各位 LED 是“同時”顯示的。動態(tài)顯示法是目前各種單片機采用的流行方法。其優(yōu)點是硬件簡單，“動態(tài)”由軟件實現(xiàn)。因而我選用動態(tài)顯示的方法。其顯示格式如表 ，其驅(qū)動電路如圖 所示。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 14 表 七段 LED字形碼 顯示字符 共陽極 字符碼 共陰極 字符碼 0 3FH C0H 1 06H F9H 2 5BH A4H 3 4FH B0H 4 66H 99H 5 6DH 92H 6 7DH 82H 7 07H F8H 8 7FH 80H 9 6FH 90H 表 數(shù)碼管顯示格式 數(shù)碼管 1 數(shù)碼管 2 風(fēng)速 D 2 模式 E 1 定時 A 0 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 15 圖 310驅(qū)動電路 鍵盤設(shè)計 單片機系統(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鍵，它就能產(chǎn)生這個鍵的代碼，并稱為鍵碼，與此同時還產(chǎn)生一個脈沖信號，以通知 CPU 接收鍵碼，編碼鍵盤的優(yōu)點是使用比較方便，亦不需要編寫太復(fù)雜的程序。其缺點是使用的硬件較復(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現(xiàn)接點的接通或斷開，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別、防抖動以及如何產(chǎn)生鍵碼的問題。 基于鍵數(shù)少的原因我采用獨立式鍵盤接口與單片機相連接，因為它占用的西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 16 I/O 口不多。圖中每個按鍵占用一個口，彼此獨立，互不影響。上拉電阻保證按鍵沒被按下時， I/O 口輸入高電平。 獨立式鍵盤可工作在查詢方式下，通過 I/O 口讀入鍵狀態(tài)，當有鍵被按下時I/O 口變?yōu)榈碗娖?，而未被按下的鍵對應(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鍵被按下。 圖 311發(fā)射端鍵盤 發(fā)射端采用矩陣按鍵，其中 0， 1， 2按鍵用于風(fēng)扇的定時，模式，調(diào)速切換。其他按鍵用于擴展控制其他家用電器，如電腦等，也可以用于設(shè)置密碼鎖等功能，其具體事情由用戶自己設(shè)定。 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 17 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 該系統(tǒng)的控制軟件主要可以分為測溫和紅外兩個大的部分，其中具體有單片機初始化程序、定時服務(wù)程序 、 紅外發(fā)射編碼和紅外接收解碼程序等模塊。 定時 /計數(shù)器應(yīng)用 定時 /計數(shù)器功能簡介 AT89C51 單片機內(nèi)部設(shè)有兩個 16 位可編 程的定時 /計數(shù)器，簡稱定時器 0和定時器 1，分別用 T0和 T1表示。其功能同一般定時計數(shù)器，主要作用是：第一，作為一段特定時間長短的定時；第二，可以計算由 T1或 T0 引腳輸入的脈沖數(shù)，前者在應(yīng)用上可以產(chǎn)生正確的時間延遲及定時去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，而后者則是計數(shù)器或者計頻器的設(shè)計。在本設(shè)計中這兩種作用都用到了。 這兩個定時器本身有四種工作模式可供使用，如表 41 所示。 表 41 四種工作模式 M1 MO 工作方式 功能說明 0 0 模式 0 13位計數(shù)器 0 1 模式 1 16位計數(shù)器 1 0 模式 2 8位自動重裝計數(shù)器 1 1 模式 3 定時器 0：分成兩個 8位計數(shù)器 定時器 1：停止計數(shù) 定時器相關(guān)的控制寄存器 TMOD 為模式控制寄存器，主要用來設(shè)置定時 /計數(shù)器的操作模式； TCON 為控制寄存器，主要用來控制定時器的啟動與停止。兩個 16 位的定時 /計數(shù)器 T0 和T1均可以分成 2個獨立的 8 位計數(shù)器即 TH0、 TL0、 TH TL1，它們用于存定時或計數(shù)的初值。 ① 模式控制寄存器 TMOD TMOD 是一個專用寄存器，用于控制 T1 和 T0 的操作模 式及工作方式，其各位定義如下： 表 42 TMOD寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 GATE：門控位。當 GATE＝ 0，定時器只由軟件控制位 TR0 或 TR1 來控制西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 18 啟停。 iTR 位為 1，定時器啟動開始工作；為 0 時，定時器停止工作。當 GATE＝ 1時，定時器的啟動要由外部中斷引腳和 iTR 位共同控制。只有當外部中斷引腳0INT 或 1INT 為高時， iTR 置 1才能啟動定時器工作。 C/T ：功能選擇位。當 C/T ＝ O 時設(shè)置為定時器工作方式；計數(shù)脈沖由內(nèi)部提供，計數(shù)周期等于機器周期。當 C/T ＝ 1時設(shè)置為計數(shù)器工作方式，計數(shù)脈沖為 外部引腳 T0 或 T1的引入的外部脈沖信號。 M M0：操作模式控制位， 2 位可形成 4種編碼，對應(yīng)于 4種操作模式。 TMOD 模式控制寄存器不能進行位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置定時器的工作方式及操作模式，低 4 位用于定義定時器 0，高 4 位用于定義定時器 1。系統(tǒng)復(fù)位時 TMOD 所有位均為 0。 模式控制字的設(shè)置舉例： 若設(shè)置定時器 1為定時器工作方式，由軟件啟動，選擇操作模式 2；定時器0為計數(shù)方式，由軟件啟動，選擇操作模式 1。則 TMOD 各位設(shè)置為： 0 0 l 0 0 1 O