【文章內(nèi)容簡介】 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19所示。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。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。我們這里采用的是一種無引出的光電耦合器。圖20顯示了單個受控設(shè)備的連接情況：圖 20 受控設(shè)備與單片機光電隔離 顯示部分紅外遙控系統(tǒng)接收到遙控碼并對相關(guān)設(shè)備操作后，單片機將對正在工作的設(shè)備進行計數(shù)并通過一個七段共陽數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管通過譯碼器74LS47驅(qū)動。 共陽數(shù)碼管LED顯示器由7個發(fā)光二極管組成，又叫7段LED顯示器，顯示器中還有一個圓點型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點。通過七個發(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。LED數(shù)碼管按其內(nèi)部接法不同可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管，所謂共陰共陽即是把數(shù)碼管內(nèi)部的發(fā)光二極管的陰/陽極連在一起構(gòu)成公共端而來的。因此使用時需按數(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，從而簡化了程序，節(jié)約了單片機的IO開銷，因此得到了廣泛應(yīng)用。譯碼為編碼的逆過程，它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現(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 單片機內(nèi)部軟件對處于工作狀態(tài)的設(shè)備進行計數(shù)，因受控設(shè)備總數(shù)為四，故計數(shù)最大值也為四，所以系統(tǒng)只需一位數(shù)碼管即可。單片機將計數(shù)結(jié)果送到P1口第四位，與之相連的譯碼器即對單片機IO口數(shù)據(jù)解碼并驅(qū)動數(shù)碼管進行顯示。顯示電路如下圖：圖 23 譯碼顯示電路 整個紅外遙控系統(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)壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點，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不同電壓供電，所以采用了兩個固定三端穩(wěn)壓器，7805和7809。在設(shè)計中分出了2個支路，一個輸出的電壓為9V，另外一個輸出的電壓為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 總體方案基于單片機的紅外遙控電路系統(tǒng)設(shè)計中編碼解碼部分全部由單片機實現(xiàn)。即本設(shè)計為軟件編解碼。因此軟件設(shè)計也是設(shè)計的一大重點。編碼標準章節(jié) 紅外編碼標準已詳細介紹。這里將具體講述編解碼的軟件實現(xiàn)過程。MCS51單片機通常使用匯編語言和C語言來進行軟件開發(fā)。匯編語言是一種簡單易掌握、效率較高的開發(fā)語言。其程序結(jié)構(gòu)簡單，執(zhí)行速度快，實時性好，程序易優(yōu)化，編譯后占用存儲空間校少，是簡單的單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中最常用的程序設(shè)計語言。本設(shè)計采用匯編語言進行編程，編譯器采用Keil μVision ，該編譯器是51系列單片機程序設(shè)計的常用工具，既可用匯編，也支持C語言編譯。同時具有完善的調(diào)試功能。 編碼發(fā)射程序設(shè)計紅外發(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)識別碼和識別碼反碼共同組成四個八位的二進制數(shù)據(jù)流，然后通過單片機的中斷系統(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八位二進制數(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)送累加器中的二進制數(shù)據(jù)。為‘0’，為‘1’。然后打開中斷，利用八位自動重裝初值定時器使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 。開啟定時器T1 MOV R3,08CH 。發(fā)脈沖 DJNZ R3,$ CLR TR1 。關(guān)定時器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 紅外遙控接收程序主要任務(wù)是將紅外接收頭發(fā)出的信號還原為二進制編碼。因紅外接收頭輸出的信號是對輸入信號的求反。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)接收端單片機中斷。單片機在收到中斷信號后對低電平時間進行計數(shù)，超過4ms才認定引導(dǎo)碼有效。利用延時跳過3ms的高電平，單片機才開始接收數(shù)據(jù)。圖 28 單片機對接收頭輸出信號的判定紅外接收頭輸出的信號為一列方波如圖28。如何將其還原為二進制中的‘1’和‘0’是軟件設(shè)計的關(guān)鍵。從編碼標準得知信號的‘1’和‘0’信號占空比不同。即接收頭對信號反相后碼‘1’和‘0’的高電平時間長度不同。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，隨后單片機即對處于工作狀態(tài)的設(shè)備計數(shù)，等待中斷。引導(dǎo)碼識別正確后單片機調(diào)用四次讀碼子程序，分別接收四個八位數(shù)據(jù)，并對碼值進行校驗，不符則跳出中斷。當(dāng)接收到結(jié)束碼‘1’后，單片機開始對控制碼進行響應(yīng)，對相關(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’的電平特性對接收頭輸出的信號進行解碼。以八位二進制碼為一個循環(huán)。，取反后即為二進制原碼，將其逐位保存到累加器中。電平采樣后軟件延時等待下一個高電平的出現(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 保護現(xiàn)場 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 。恢復(fù)現(xiàn)場 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對低電平計數(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)計進行到這里進入到了最后的驗證及實施階段。因本設(shè)計是基于單片機的課題，故可采用軟件對系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行仿真調(diào)試，以證實設(shè)計的可靠性，并對原設(shè)計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，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(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)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，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系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。它是由德國開發(fā)的一個51單片機開發(fā)軟件平臺。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(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行來聯(lián)調(diào)，以驗證軟硬件的協(xié)調(diào)性。仿真的主要部分放在了紅外發(fā)射功