【文章內(nèi)容簡介】 信息101。圖28 紅外接收頭接收及輸出波形第3章 硬件設(shè)計 時鐘電路時鐘電路是單片機控制系統(tǒng)中必不可少的硬件電路，單片機的有效運行的基準頻率是通過外界增設(shè)的時鐘電路的振蕩來提供的。石英晶體振蕩性能良好，運行時抗外界干擾能力極強，工作頻率極其穩(wěn)定。所以，通常選擇石英晶體來產(chǎn)生單片機的基準工作頻率。通過基準頻率來控制單片機最小工作系統(tǒng)中頻率的準確性。同時，石英晶體還可產(chǎn)生振蕩電流，向單片機輸入時鐘脈沖信號。單片機都可以組成一個內(nèi)部振蕩電路的高增益反相放大器，其中引腳XTAL1 和XTAL2 分別對應(yīng)著此放大電路的輸入端口以及輸出端口。這個放大電路與具有反饋功能的石英晶體或者陶瓷諧振器共同組成了自激振蕩器，以此為單片機提供脈沖信號，設(shè)置的脈沖信號也就是單片機運行的速度，在此次設(shè)計中，我們將晶振頻率設(shè)置為12MHz，換句話說就是單片機的工作速度為12MHZ/S，對于目前單片機來說，其工作頻率是存在一定的范圍的，最高不能超過24MHz，否則將會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖31為本次設(shè)計的單片機晶振電路[9]。本設(shè)計中我們采用的是石英晶體，電容為22pF。 圖31 單片機晶振電路 復(fù)位電路復(fù)位電路可以對單片機控制系統(tǒng)的累積誤差進行有效消除，是單片機控制系統(tǒng)中必不可少的硬件電路，單片機在工作運行中難免會出現(xiàn)程序運行錯誤或操作出錯等使得整個系統(tǒng)難以運行的情況，復(fù)位電路是每一個系統(tǒng)必不可少的電路，它是系統(tǒng)可行與否的先行官，下面就復(fù)位電路的作用及其方式展開描述。在此時必須進行復(fù)位操作來彌補，復(fù)位操作執(zhí)行之后，系統(tǒng)重回地址為0000H處執(zhí)行，復(fù)位信號需從單片機RST引腳輸入進來，本次設(shè)計利用了按鍵式電平復(fù)位電路，如下圖33所示。導(dǎo)致這些最主要的原因可能是復(fù)位電路設(shè)計不當(dāng)造成的，因此設(shè)計一個很好的復(fù)位電路對于單片機控制系統(tǒng)的運行來說非常的重要，這是控制系統(tǒng)運行的基本點。 圖33 復(fù)位電路 按鍵及其接口電路（1）獨立按鍵接口如圖28所示為獨立按鍵接口電路，在獨立按鍵接口中，其按鍵是直接與單片機的輸入/輸出I/O口相連接的。 圖34 獨立式按鍵接口（2）矩陣式按鍵接口圖35矩陣式按鍵電路矩陣式按鍵鍵盤中，分為行線和列線兩種，行線和列線與矩陣按鍵開關(guān)的兩端相連接，其中行線是連接到＋5V電源上。矩陣鍵盤相比獨立式鍵盤其擴充的量大大增加，例如常見的4*4矩陣鍵盤占用的I/O口為4+4=8個，當(dāng)需要擴充為20鍵輸入時只需要4+5=9個I/O口，而采用獨立式鍵盤的時候要分別用掉16個I/O口和20個I/O口，由于單片機的I/O口數(shù)量有限，很難將大量的I/O口用于，顯然矩陣鍵盤能夠大大的減少系統(tǒng)I/O口的使用，當(dāng)沒有按鍵按下時，行線會處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有按鍵動作時，行線和列線將導(dǎo)通。這是矩陣式按鍵來識別按鍵是否按下的關(guān)鍵策略。，為了識別按鍵，必須將矩陣鍵盤中的行線和列線信號進行配合起來，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗?，才能按鍵閉環(huán)的位置。 紅外遙控原理及其設(shè)計紅外線遙控系統(tǒng)的發(fā)射端口電路主要組成部分是通過紅外發(fā)光二極管通以電源，一次驅(qū)動其可以發(fā)出可被識別的紅外線光電波，紅外線遙控系統(tǒng)的的接收端口電的主要組成部分是由紅外線光波接收器件二極管、三極管以及硅半導(dǎo)體材料的光電池所組成，它們將發(fā)射端所發(fā)射的信號通過單片機解碼等操作，轉(zhuǎn)換為可以被識別的信號。信號發(fā)射端口一般是由指令鍵盤按鈕、指令編碼調(diào)制系統(tǒng)、電源模塊以及系統(tǒng)驅(qū)動電路等幾部分所構(gòu)成的。放按下指令鍵盤按鈕，就可以輸出不同的功能，實現(xiàn)對被控對象的實時有效的控制。單片機將所傳輸?shù)男畔⑦M行二進制解碼等等操作，就可以保證紅外線的順利可靠的傳輸，而不易受到外界的影響。如此保證的紅外遙控系統(tǒng)的順利可靠運行。紅外接收端主要是將發(fā)射端所發(fā)出的信號進行接收、解碼操作，以使得其被系統(tǒng)所識別。下圖36表示出了紅外遙控系統(tǒng)的主要組成部分以及工作原理，如圖所示，紅外系統(tǒng)主要包括有鍵盤、解碼與調(diào)制、紅外遙控器、光電放大電路以及單片機解碼電路等幾部分組成。而整個接收部分將完全由上述的PC838紅外一體化收頭來完成，本設(shè)計的發(fā)射部分采用成品遙控器來發(fā)送控制信號。圖36 紅外遙控系統(tǒng)框圖 紅外發(fā)射電路紅外信號發(fā)射端口的組成部分一般是使用了Ga、As等金屬材料而制成的紅外光波發(fā)射二極管，其自身能夠承載很大的電流，光波發(fā)射強度大，在傳播的過程中出現(xiàn)損耗小，傳輸?shù)木嚯x長，抗干擾能力強。這里采用的SIR333是GaAlAs紅外發(fā)射二極管，其特點 是體積小、功耗低、高發(fā)射強度、高可靠性、發(fā)射角度45176。、SIR333管子直徑5mm。紅外遙控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于軍工、民用、工業(yè)制造等等領(lǐng)域，市場占有率高，是現(xiàn)代化生活不可或缺的電子產(chǎn)品之一。單片機通過軟件編程將調(diào)制好的脈沖信號從P3口第6腳（）將數(shù)據(jù)輸出。因此電路由紅外發(fā)射頭，一個NPN8050的三極管和兩個限流電阻組成。根據(jù)紅外發(fā)射頭工作時的電流需要，采用280倍的放大器S8050。同時紅外發(fā)射頭的串接電阻在100歐姆數(shù)量級，這里采用68歐姆。8050的基極接千歐級電阻。紅外數(shù)據(jù)射發(fā)射電路圖如37所示。圖37紅外驅(qū)動發(fā)射電路 紅外遙控接收電路本部分電路是該設(shè)計中硬件電路的重點部分，系統(tǒng)由紅外接收電路，單片機電路，設(shè)備驅(qū)動電路，狀態(tài)顯示電路組成。整體框圖見圖 5.，當(dāng)接收頭接收信號時，單片機產(chǎn)生中斷，并還原為原發(fā)送數(shù)據(jù)，這在后面的軟件設(shè)計中會具體介紹到。數(shù)據(jù)流通過單片機處理后送驅(qū)動控制部分。并通過數(shù)碼管顯示用電設(shè)備的個數(shù)。 紅外信號接收電路HS38B是用于紅外遙控接收的小型一體化接收頭，它的主要功能包括放大,選頻,解調(diào)幾大部分,要求輸入信號需是已經(jīng)被調(diào)制的信號。經(jīng)過它的接收放大和解調(diào)會在輸出端直接輸出原始信號的反相信號。其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，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，從而使電路達到最簡化,靈敏度和抗干擾性都非常好。它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。接收器對外只有3個引腳：從左至右依次為OUT、GND、VCC。OUT腳即圖示1號腳與單片機IO口直接相連。芯片如圖 318所示。紅外接收頭內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，依次在接收頭的供電腳上必須加上濾波電容。故紅外接收部分電路如下：圖38 HS38B引腳圖39紅外接收頭電路 控制部分電路單片機收到紅外接收頭解調(diào)后的信號后，對其進行解碼，從中解出控制碼，此時系統(tǒng)將轉(zhuǎn)至對具體設(shè)備的控制工作。本設(shè)計中受控設(shè)備為四個，采用LED燈模擬，且受控設(shè)備電源為9V因此如何防止供電電源與受控設(shè)備電源間的干擾也是需要考慮的部分。 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，利用光耦來隔離兩路電源，以防止電流噪聲影響單片機的工作。光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管組合起來的器件，發(fā)光二極管是把輸入邊的電信號變換成相同規(guī)律變化的光，而光敏三極管是把光又重新變換成變化規(guī)律相同的電信號，因此，光起著媒介的作用。由于光電耦合器抗干擾能力強，容易完成電平匹配和轉(zhuǎn)移，又不受信號源是否接地的限制。所以應(yīng)用日益廣泛。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。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310所示。圖310光電耦合器原理圖光電耦合器的輸出端口與輸入端口之間是相互不干擾的，兩者之間相互不影響對方的所傳輸?shù)男盘枺ǔＪ褂霉怆婑詈掀魇菫閷崿F(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：輸出端口與輸入端口之間是相互不干擾的，兩者之間相互不影響對方的所傳輸?shù)男盘?。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)一個電阻接地。通過連接接地電阻就可以實現(xiàn)對光電耦合器的靈敏度以及控制速度進行有效控制，總的來說，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311受控設(shè)備與單片機光電隔離 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。設(shè)計整體框架如下圖312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。5V的電壓源提供電能給音樂播放器，在市電供電的情況下，如何設(shè)計一個把220V交流電改變成5V的直流穩(wěn)壓電源是至關(guān)重要的一步，它將關(guān)系到控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。接下來，將具體介紹設(shè)計一個具有5V直流穩(wěn)壓電源的電路方法，根據(jù)之前給出的設(shè)計指標(biāo)要求，該穩(wěn)壓電源電路需要由降壓變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等一序列電路組合而成，最后輸出的電壓才能滿足要求所需。圖312 電源電路框圖第4章 軟件設(shè)計 模塊化程序簡介 模塊化程序設(shè)計將是將所要編寫的程序進行模塊化，與傳統(tǒng)的逐一編寫程序不同，模塊化程序的編寫是通過主程序來調(diào)用子程序，如此編寫程序的方式，易于修改，易于多人編寫，這樣就增加了程序的編寫效率。以程序索要實現(xiàn)的各個功能為模塊來實現(xiàn)程序的可行設(shè)計，這種編程方式被稱之為程序模