【文章內(nèi)容簡介】 存器。（2）C8051F020 交叉開關(guān)配置C8051F020 單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)字和模擬資源可以通過 P0~P3，32 個(gè) I/O 引腳使用。每個(gè)端口引腳可以被定義為通用 I/O(GPIO),又可以分配給一個(gè)數(shù)字外設(shè)或功能（例如：UART0 或/INT1） ，如圖所示。其中 P1 口的引腳可以用作 ADC1 的模擬輸入。設(shè)計(jì)者完全控制數(shù)字功能的引腳分配，只受（3）端口 I/O 初始化步驟1）用端口輸入方式寄存器（PnMDIN）選擇所有的端口引腳輸入方式（模擬或數(shù)字） 。電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)52）用端口輸出方式寄存器（PnMDOUT）選擇所有的端口引腳輸出方式）3）將引腳分配給要使用的外設(shè)4）使能交叉開關(guān)（XBARE=1）（4）程序流程圖 上電 、 復(fù)位功能模塊 n功能模塊 2功能模塊 1初始化程序圖 4 最小系統(tǒng)框圖 發(fā)射端電路模塊設(shè)計(jì)發(fā)射端電路：單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、紅外發(fā)射電路、按鍵電路和穩(wěn)壓電路等組成。電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)6C 8 0 5 1 F 0 2 0矩陣按鍵數(shù)碼管顯示紅外發(fā)射管5 V 電源 圖 5 手持式遙控器方框圖1. C8051F020 的功能：（1）高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容 的 CIP51 內(nèi)核（可達(dá) 25MIPS）（2）64KB 可重編程閃速存儲(chǔ)器（3）真正 12 位、100ksps 的 8 通道 ADC，帶 PGA （4）4352B 的片內(nèi) RAM（5）可尋址 64KB 地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口（6）硬件 178。C 和兩個(gè) UART 串行接口（7）5 個(gè)通用 16 位定時(shí)器（8）兩個(gè) 12 位 DAC （9）低耗空載和掉電方式。 端口輸入/輸出電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)7S M B u sP R T 3 C F 寄存器T 0 ， T 1 ， T 2比較器輸出P C AU A R TS P I數(shù)字交叉開關(guān)優(yōu)先級譯碼器X B R 0 ，X B R 1 ， X B R 2寄存器P R T 0 C F , P R T1 C F , P R T 2 C F寄存器P 0 I / O單元P 2 I / O單元P 1 I / O單元P 3 I / O單元P 0 . 0P 3 . 0 — P 3 . 7P 3 . 7P 3 . 0P 2 . 0P 1 . 7P 1 . 0P 0 . 7P 2 . 7P 3P 2P 1P 0 P 0 . 0 — P 0 . 7P 2 . 0 — P 2 . 7P 1 . 0 — P 1 . 7圖 6 端口 I/O 功能框圖MCU 中有大量的數(shù)字資源需要通過數(shù)字 I/O 端口 P0，P1，P2 和 P3 才能使用。端口0、2 中的每個(gè)引腳既可以定義為對應(yīng)的端口 I/O，又可以分配給一個(gè)內(nèi)部非模擬資源，如圖 7 所示 [3]。設(shè)計(jì)者對功能分配有完全的控制，只受所選器件可用引腳多少的限制。這種靈活性分配得益于優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器的強(qiáng)大功能，無論交叉開關(guān)怎么配置，端口 I/O 引腳狀態(tài)都能夠被送到對應(yīng)鎖存器。引腳名稱 引腳號 引腳類型 說明VDD 18,20 數(shù)字電壓源DGND 17,21 數(shù)字地AV+ 9,29 模擬電壓源AGND 8,30 模擬地TCK 14 數(shù)字輸入 帶內(nèi)部上拉的JTAG測試時(shí)鐘TMS 13 數(shù)字輸入 帶內(nèi)部上拉的JTAG測試模式選擇TDI 15 數(shù)字輸入 帶內(nèi)部上拉的JTAG測試數(shù)據(jù)輸入TDO 16 數(shù)字輸出 帶內(nèi)部上拉的JTAG測試數(shù)據(jù)輸出電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)8XTAL1 10 模擬輸入 晶體輸入XTAL2 11 模擬輸出 晶體輸出/RST 12 數(shù)字I/O 芯片復(fù)位VREF 3 模擬I/O 電壓基準(zhǔn)CP0+ 2 模擬輸入 比較器0的同相輸入端CP0 1 模擬輸入 比較器0的反相輸入端CP1+ 模擬輸入 比較器1的同相輸入端CP1 模擬輸入 比較器1的反相輸入端DAC0 32 模擬輸出 數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出口0DAC1 31 模擬輸出 數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出口1AIN0AIN7 4——7 模擬輸入 模擬MIX通道輸入07 122——27數(shù)字I/O 端口0位07 數(shù)字I/O 端口1位07 數(shù)字I/O 端口2位07 數(shù)字I/O 端口3位07表 1 引腳定義 紅外發(fā)射電路設(shè)計(jì)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)生電信號以不同的脈沖編碼（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 C8051F020 作為本設(shè)計(jì)發(fā)射電路核心芯片和點(diǎn)觸式開關(guān)作為控制鍵后，加上一個(gè)簡單紅外發(fā)射電路和 12M 晶體震蕩器便可實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射。紅外發(fā)光二極管為發(fā)射部分的主要元件。由于紅外發(fā)光二極管的內(nèi)部材料與普通二極管不同，所以它是一個(gè)特殊的發(fā)光二極管，在它的兩端加上一定的電壓時(shí)，其發(fā)出來的是紅外線不再是可見光?，F(xiàn)在市面上常用的紅外發(fā)光二極管的波長為 940nm，其與普通 Φ5 的發(fā)光二極管外形相同，但是顏色不同 [4]。遙控發(fā)射通過鍵盤，每按下一個(gè)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(lì)紅外光二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過空間傳送到受控機(jī)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 7 所示：本系統(tǒng)采用 PH303 紅外發(fā)射二極管，波長為 940，正向電壓在 以下。電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)9R1紅 外 發(fā) 射 管LEDNPNVCC發(fā) 射 部 分按 鍵 部 分圖 7 紅外發(fā)射電路 鍵盤電路設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的鍵盤主要有兩種：一種是有編碼鍵盤，另一種是非編碼鍵盤。編碼鍵盤：包括按鍵和產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。當(dāng)使用時(shí)，按下鍵盤上的按鍵，硬件電路就會(huì)產(chǎn)生這個(gè)鍵的代碼（簡稱鍵碼） ，在此時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，脈沖信號傳遞給 CPU 以接收鍵碼。編碼鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是編寫程序簡單而且使用方便；缺點(diǎn)所使用的硬件復(fù)雜。非編碼鍵盤：排列成行或列矩陣形式是其按鍵的特點(diǎn)。按鍵只能簡單地實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的接通或斷開，所以要有與之相應(yīng)的程序相配合，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的鍵碼，而且非編碼鍵盤的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要附加硬件電路 [5]。為了簡潔電路，使用非編碼鍵盤。如圖 8 所示：電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)10U1 U6 U8 U10U5 U7 U9 U1U12 U14 U16 U18U13 U15 U17 U19P10P1P12P136785P13P12P1P10圖 8 矩陣鍵盤原理圖 顯示電路設(shè)計(jì)顯示器是一類比較多見的設(shè)備，其種類繁多，但在單片機(jī)實(shí)例中常用發(fā)光二極管顯示器(LED)以及液晶顯示器（LCD）兩種，由于這兩種顯示其結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，接口容易實(shí)現(xiàn)，因而得到廣泛應(yīng)用。下面介紹 LED 的結(jié)構(gòu)、工作原理以及它的接口電路。LED 顯示器又稱為數(shù)碼管，它主要由 8 段發(fā)光二極管組成，如圖 9 所示。圖 9 中，a~g 為數(shù)字或字符顯示段，h 段為小數(shù)點(diǎn)顯示，通過 a~g 為 7 個(gè)發(fā)光段的不同組合，可以顯示 0 到 9 和 A 到 F 共 16 個(gè)字母和數(shù)字。例如，當(dāng) a、b、g、e、d、段亮?xí)r，則顯示字幕“F” 。LED 可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，如圖 和 所示。其中圖 為共陰極結(jié)構(gòu)。即把 8 個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起。這時(shí)如果需要點(diǎn)亮 a~g 中的任何一盞燈，只需要在相應(yīng)端輸入高電平即可；輸入低電平則截止 [6]。圖 為共陽極結(jié)構(gòu)。其顯示端輸入低電平有效，高電平截止。表 2 列出了共陽極與共陰極 LED 顯示其顯示數(shù)字、字母與顯示代碼之間的對應(yīng)關(guān)系。LED 的顯示方式可以分為兩種，一是靜態(tài)顯示，二是動(dòng)態(tài)顯示，本設(shè)計(jì)選用動(dòng)態(tài)顯電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)11示。其特點(diǎn)是似乎各位 LED 是“同時(shí)”顯示的。動(dòng)態(tài)顯示法是目前各種單片機(jī)采用的流行方法。其優(yōu)點(diǎn)是硬件簡單， “動(dòng)態(tài)”由軟件實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)選用動(dòng)態(tài)顯示的方法，其顯示格式如表 1。表 2 數(shù)碼管顯示格式數(shù)碼管 1 數(shù)碼管 2風(fēng)速 D 相應(yīng)數(shù)字模式 E 相應(yīng)數(shù)字定時(shí) A 相應(yīng)數(shù)字?jǐn)?shù)碼管的操作電路如圖 9 所示：Q2 Q2dp dpg gf fc cd db ba aeeR19 R19P0 P0PNP PNP21圖 9 數(shù)碼管基本操作電路 接收端電路模塊設(shè)計(jì)接收端電路：單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、紅外發(fā)射電路、按鍵電路、電源電路和控制單元等組成。其設(shè)計(jì)原理圖如下：電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)12C 8 0 5 1 F 0 2 0數(shù)碼管顯示+ 5 V 電壓源 交流電源控制單元紅外接線頭手動(dòng)按鍵整流變壓圖 10 紅外接收端方框圖 紅外接收電路設(shè)計(jì)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。接收電路圖見圖 11。R18 P30GNDVC P30紅外接收管圖 11 紅外接收電路通常，紅外遙控器將遙控信號(二進(jìn)制脈沖碼)調(diào)制在 40KHz 的載波上，經(jīng)過緩沖過程，放大過程之后被送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號 [7]。把前面的遙控編碼脈沖對照 40KHz 載波信號進(jìn)行脈幅調(diào)制，再一次經(jīng)過緩沖過程，放大過程之后發(fā)射出去。紅外接收管是接收部分的主要元件，紅外接收管是一種光敏二極管。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了使它能正常工作，需要給紅外接收二極管加上反向的偏壓，即在電路中反向應(yīng)用，這樣就可以擁有較高的靈敏度，本設(shè)計(jì)采用 SM0038 紅外接收頭,見圖 12。電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)13圖 12 SM0038一體化紅外接收器的內(nèi)部包括：紅外光敏二極管、接收電路、放大電路、解碼器、濾波器等，只要架上+5V 電源，輸出引腳直接輸出不帶副載波的負(fù)極性 RC5 信號 [8]。具有電路簡單，靈敏性高，抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)。 “1”和“0”碼相應(yīng)的碼形如圖 13 所示數(shù)字 “ 1 ”1 b 時(shí)間數(shù)字 “ 0 ”1 b 時(shí)間圖 13 RC5 信號中的“1”碼和“0”碼 鍵盤電路設(shè)計(jì)接收端采用矩陣按鍵，其中 0，1，2 按鍵用于風(fēng)扇的定時(shí)，模式，調(diào)速切換。本設(shè)計(jì)中，用于定時(shí)切換， 用于模式切換， 用于調(diào)速切換。按鍵原理圖如圖 14 所示：電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)14U1 U6U7GND調(diào) 速 模 式 定 時(shí)圖 14 獨(dú)立按鍵原理圖 顯示電路設(shè)計(jì)接收端數(shù)碼管的選用同發(fā)射端的顯示部分，采用雙位 SN20401 數(shù)碼管。 電源電路設(shè)計(jì)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。圖中 C7 用于頻率補(bǔ)償，防止自激振蕩和抑制高頻干擾；C8 采用電解電容，以減少電源引入的低頻干擾對輸出電壓的影響；D3 是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端短路時(shí)，給 C6 一個(gè)放電的通路，防止 C6 擊穿。框圖如圖 15 所示：R21 C7C810uFD2LEDD3V V+ACAC2 1LM7805 R2120VCD1GND43 21GND交 流 電 源圖 15 穩(wěn)壓電源原理圖電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)15 電機(jī)控制電路 電機(jī)工作原理CPU 板將單片機(jī)、控制部分、鍵盤組合在一起完成了人機(jī)對話。 用 C8051F020 單片機(jī)來做主芯片控制,采用紅外 SM0038 接收頭，結(jié)合繼電器控制電機(jī)檔位，為了能遠(yuǎn)離距的制電風(fēng)扇，采用了紅外遙控器。通常紅外遙控器由發(fā)射和接收兩部分組成，發(fā)射部分由單片機(jī) C8051F020 等構(gòu)成。紅外發(fā)射器由指令鍵、指令信號產(chǎn)生電路、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路及紅外發(fā)射器組成。 風(fēng)的類型自然風(fēng)的處理流程如圖 17：停 6 秒 強(qiáng)風(fēng) 6 秒中風(fēng) 6 秒弱風(fēng) 6 秒圖 17 自然風(fēng)的循環(huán)圖睡眠風(fēng)的處理流程如圖 18 :停 6 秒 強(qiáng)風(fēng) 6 秒中風(fēng) 6 秒弱風(fēng) 6 秒強(qiáng)風(fēng) 6 秒 停 6 秒圖 18 睡眠風(fēng)的處理流程圖正常風(fēng)的處理流程如圖 19 :弱風(fēng) 1 0 秒 強(qiáng)風(fēng) 1 0 秒中風(fēng) 1 0 秒圖 19 正常風(fēng)循環(huán)電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì)16 工作方式本設(shè)計(jì)有控制風(fēng)速的自動(dòng)控制與遙控兩種方式控制電路，當(dāng)選擇為自動(dòng)控制時(shí)，單片機(jī)默認(rèn)為弱風(fēng)，切換到強(qiáng)風(fēng)檔，主要方便與晚上睡覺時(shí)使用。當(dāng)采用遙控方式時(shí)，人們可以根據(jù)自身感受采用遙控器調(diào)節(jié)風(fēng)速和風(fēng)類，也可以采用定時(shí)方式，隨個(gè)人而定。 調(diào)速原理電風(fēng)扇所用的是單相交流電機(jī)，因?yàn)榻涣麟姍C(jī)需用 220V 電壓，而單片機(jī)所能承受的電壓是 到 5V 所以必須選用中間繼電器通過低壓控制高壓。由于在這里選用的是通過電壓調(diào)速，所以將采用電抗器通過調(diào)整不同的二次電壓的方法對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 [10]調(diào)速原理如圖 20 所示。RL2TSC124D3HRL1TSC124D3HRL3TSC124D3HTR2TRAN2P5SRL4TSC124D3H調(diào) 壓 器5412U1OPTOCOUPLERNPN5412U2OPTOCOUPLERNPN5412U3OPTOCOUPLERNPN5412U4OPTOCOUPLERNPNR510kR610kR71