【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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19所示。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(guò)幾個(gè)微秒。圖19 光電耦合器原理圖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(wú)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。通過(guò)接地電阻可以控制耦合的響應(yīng)速度和靈敏度?？偟膩?lái)說(shuō)，電阻越小，響應(yīng)速度越高。我們這里采用的是一種無(wú)引出的光電耦合器。圖20顯示了單個(gè)受控設(shè)備的連接情況：圖 20 受控設(shè)備與單片機(jī)光電隔離 顯示部分紅外遙控系統(tǒng)接收到遙控碼并對(duì)相關(guān)設(shè)備操作后，單片機(jī)將對(duì)正在工作的設(shè)備進(jìn)行計(jì)數(shù)并通過(guò)一個(gè)七段共陽(yáng)數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管通過(guò)譯碼器74LS47驅(qū)動(dòng)。 共陽(yáng)數(shù)碼管LED顯示器由7個(gè)發(fā)光二極管組成，又叫7段LED顯示器，顯示器中還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。通過(guò)七個(gè)發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號(hào)。LED數(shù)碼管按其內(nèi)部接法不同可分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管，所謂共陰共陽(yáng)即是把數(shù)碼管內(nèi)部的發(fā)光二極管的陰/陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公共端而來(lái)的。因此使用時(shí)需按數(shù)碼管極性將其公共端接地或+5V，否則數(shù)碼管不亮。圖 21 LED數(shù)碼管段碼dpgfedcba字形字形碼110000000C0H111110011F9H101001002A6H101100003B0H10010010499H10010010592H10000010682H111110007F8H10000000880H10010000990H01000000040H圖 22 十六進(jìn)制數(shù)的字形代碼表 74LS47譯碼器 74LS47是BCD7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字，通過(guò)它解碼，可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字，從而簡(jiǎn)化了程序，節(jié)約了單片機(jī)的IO開銷，因此得到了廣泛應(yīng)用。譯碼為編碼的逆過(guò)程，它將編碼時(shí)賦予代碼的含義“翻譯”過(guò)來(lái)。實(shí)現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。74LS47是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數(shù)碼管配合使用。圖 22 74LS47管腳圖 單片機(jī)內(nèi)部軟件對(duì)處于工作狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)行計(jì)數(shù)，因受控設(shè)備總數(shù)為四，故計(jì)數(shù)最大值也為四，所以系統(tǒng)只需一位數(shù)碼管即可。單片機(jī)將計(jì)數(shù)結(jié)果送到P1口第四位，與之相連的譯碼器即對(duì)單片機(jī)IO口數(shù)據(jù)解碼并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。顯示電路如下圖：圖 23 譯碼顯示電路 整個(gè)紅外遙控系統(tǒng)接收電路圖見附錄 2。 電源電路由于本設(shè)計(jì)不需要高功率電源，所以采用三端穩(wěn)壓器足以滿足要求。三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。電路如圖24所示。由于在本電路中須要兩個(gè)不同電壓供電，所以采用了兩個(gè)固定三端穩(wěn)壓器，7805和7809。在設(shè)計(jì)中分出了2個(gè)支路，一個(gè)輸出的電壓為9V，另外一個(gè)輸出的電壓為5V。電路直流穩(wěn)壓電源的主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成?？驁D如圖24所示。電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路二次濾波220V圖 24 電源電路框圖電路圖如下：圖 25 電源電路5 軟件設(shè)計(jì) 總體方案基于單片機(jī)的紅外遙控電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中編碼解碼部分全部由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。即本設(shè)計(jì)為軟件編解碼。因此軟件設(shè)計(jì)也是設(shè)計(jì)的一大重點(diǎn)。編碼標(biāo)準(zhǔn)章節(jié) 紅外編碼標(biāo)準(zhǔn)已詳細(xì)介紹。這里將具體講述編解碼的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程。MCS51單片機(jī)通常使用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行軟件開發(fā)。匯編語(yǔ)言是一種簡(jiǎn)單易掌握、效率較高的開發(fā)語(yǔ)言。其程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，執(zhí)行速度快，實(shí)時(shí)性好，程序易優(yōu)化，編譯后占用存儲(chǔ)空間校少，是簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中最常用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。本設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，編譯器采用Keil μVision ，該編譯器是51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的常用工具，既可用匯編，也支持C語(yǔ)言編譯。同時(shí)具有完善的調(diào)試功能。 編碼發(fā)射程序設(shè)計(jì)紅外發(fā)射程序任務(wù)要采集用戶的按鍵信息，生成控制碼及控制反碼連同預(yù)設(shè)的系統(tǒng)識(shí)別碼和識(shí)別碼反碼共同組成四個(gè)八位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，然后通過(guò)單片機(jī)的中斷系統(tǒng)將以引導(dǎo)碼開頭的數(shù)據(jù)流以脈沖形式發(fā)送出去。圖 26為紅外發(fā)射主程序流程圖四個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)調(diào)用四次數(shù)據(jù)發(fā)送子程序，最后以結(jié)束碼‘1’結(jié)尾。表示本次數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。圖 26 紅外遙控發(fā)射主程序流程圖圖 27為紅外發(fā)送子程序的流程圖。它每被調(diào)用一次便將累加器中的八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)發(fā)送出去。程序從高位開始依次發(fā)送累加器中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。為‘0’，為‘1’。然后打開中斷，利用八位自動(dòng)重裝初值定時(shí)器使T0口為產(chǎn)生周期26ms的脈沖。脈沖發(fā)送完畢，關(guān)中斷。直至八位數(shù)據(jù)發(fā)送完，本次發(fā)射子程序退出。圖 27 紅外發(fā)射子程序流程圖中斷服務(wù)程序：INTT1: CPL 。38kHZ紅外線遙控信號(hào)產(chǎn)生 RETI 。中斷返回發(fā)送子程序：OUT04: 。循環(huán)發(fā)射累加器中各數(shù)據(jù)位 MOV R1,08HOUT: RLC A ACALL SEND DJNZ R1,OUT 。八位數(shù)據(jù)發(fā)送完畢退出 RETSEND: CLR TR1 。關(guān)定時(shí)器T1 CLR ET1 。關(guān)T1中斷 CLR 。關(guān)脈沖輸出 JC SEND1 MOV R3,08H 。發(fā)射0碼SEND0: MOV R4,69H 。0碼低電平 DJNZ R4,$ DJNZ R3,SEND0 AJMP SIG 。轉(zhuǎn)脈沖發(fā)送信號(hào)SEND1: MOV R3,02H 。1碼低電平SEND10: MOV R4,8CH DJNZ R4,$ DJNZ R3,SEND10SIG: SETB ET1 。開T1中斷 SETB TR1 。開啟定時(shí)器T1 MOV R3,08CH 。發(fā)脈沖 DJNZ R3,$ CLR TR1 。關(guān)定時(shí)器T1 CLR ET1 。關(guān)T1中斷 CLR 。關(guān)脈沖輸出 RET具體發(fā)送程序見附錄 3。 紅外遙控接收程序設(shè)計(jì) 紅外遙控接收程序主要任務(wù)是將紅外接收頭發(fā)出的信號(hào)還原為二進(jìn)制編碼。因紅外接收頭輸出的信號(hào)是對(duì)輸入信號(hào)的求反。因此其接收到的引導(dǎo)碼為5ms低電平和3ms的高電平，低電平引發(fā)接收端單片機(jī)中斷。單片機(jī)在收到中斷信號(hào)后對(duì)低電平時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，超過(guò)4ms才認(rèn)定引導(dǎo)碼有效。利用延時(shí)跳過(guò)3ms的高電平，單片機(jī)才開始接收數(shù)據(jù)。圖 28 單片機(jī)對(duì)接收頭輸出信號(hào)的判定紅外接收頭輸出的信號(hào)為一列方波如圖28。如何將其還原為二進(jìn)制中的‘1’和‘0’是軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。從編碼標(biāo)準(zhǔn)得知信號(hào)的‘1’和‘0’信號(hào)占空比不同。即接收頭對(duì)信號(hào)反相后碼‘1’和‘0’的高電平時(shí)間長(zhǎng)度不同。由‘0’碼和‘1’。若為低電平即為原碼的‘1’，高電平為原碼‘0’。由上所述可知，紅外遙控系統(tǒng)接收部分的主程序流程圖如圖29所示。程序首先初始化端口并開中斷，隨后單片機(jī)即對(duì)處于工作狀態(tài)的設(shè)備計(jì)數(shù)，等待中斷。引導(dǎo)碼識(shí)別正確后單片機(jī)調(diào)用四次讀碼子程序，分別接收四個(gè)八位數(shù)據(jù)，并對(duì)碼值進(jìn)行校驗(yàn)，不符則跳出中斷。當(dāng)接收到結(jié)束碼‘1’后，單片機(jī)開始對(duì)控制碼進(jìn)行響應(yīng)，對(duì)相關(guān)IO口置位，之后返回LED數(shù)碼管顯示程序。圖29 紅外遙控接收主程序 紅外遙控接收部分讀碼子程序利用碼‘1’和‘0’的電平特性對(duì)接收頭輸出的信號(hào)進(jìn)行解碼。以八位二進(jìn)制碼為一個(gè)循環(huán)。，取反后即為二進(jìn)制原碼，將其逐位保存到累加器中。電平采樣后軟件延時(shí)等待下一個(gè)高電平的出現(xiàn)。等八位數(shù)據(jù)全部讀取完畢退出子程序。圖 30 紅外遙控接收部分讀碼子程序中斷接收并判斷引導(dǎo)碼：INTEX0: MOV 35H,A 。采用中斷接收 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) MOV 20H,C CLR EX0 。關(guān)外中斷 JNB ,READ 。 為高電平退出OUT: SETB EX0 。開中斷（系干擾） MOV A,38H ?；謴?fù)現(xiàn)場(chǎng) MOV C,20H RETI 。退出中斷READ: CLR A 。清A 讀取引導(dǎo)碼 MOV DPH,A 。清DPTR MOV DPL,A HEAD: JB ,HEAD01 。 INC DPTR 。用DPTR對(duì)低電平計(jì)數(shù) MOV R1,04H DJNZ R1,$ AJMP HEAD 。轉(zhuǎn)HARD循環(huán)（循環(huán)周期為16微秒）HEAD01: MOV A,DPH 。DPTR高8位放入A JZ OUT 。為0（脈寬小于16*255=4毫秒）退出 MOV R1,0AH 。3ms空隙讀碼子程序：READ01: MOV CODENUM,08H 。讀取數(shù)據(jù)碼8位 CLR A 。清A LJMP READ02READ02: CLR C MOV R1,02H 。READ03: MOV R2,0C8H DJNZ R2,$ DJNZ R1,READ03 MOV C, 。取碼 CPL C 。還原碼值 RLC A 。移位賦值 JB ,$ JNB ,$ DJNZ CODENUM,READ02 RET 具體接收程序見附錄 4。6 仿真與制作 設(shè)計(jì)進(jìn)行到這里進(jìn)入到了最后的驗(yàn)證及實(shí)施階段。因本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的課題，故可采用軟件對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真調(diào)試，以證實(shí)設(shè)計(jì)的可靠性，并對(duì)原設(shè)計(jì)的不足之處做出更改。 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)的軟件仿真主要采用Proteus 和Keil兩款軟件。Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。它是由德國(guó)開發(fā)的一個(gè)51單片機(jī)開發(fā)軟件平臺(tái)。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。這里主要采用這兩款軟件進(jìn)行來(lái)聯(lián)調(diào)，以驗(yàn)證軟硬件的協(xié)調(diào)性。仿真的主要部分放在了紅外發(fā)射功