【文章內(nèi)容簡介】 器，無需專用仿真器可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；6. E2PROM 功能；7. 具有看門狗電路； MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路）9. 時鐘源：外部高精度晶體/ 時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器，用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體/ 時鐘，常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： ～ 精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，應(yīng)認為是 4MHz ～ 8MHz；10. 外部中斷 2 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down 模式可由外部中斷喚醒；11. PWM(4 路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列，4 路） ；青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）6 也可用來當(dāng) 4 路 D/A 使用 也可用來再實現(xiàn) 4 個定時器 也可用來再實現(xiàn) 4 個外部中斷( 上升沿中斷/ 下降沿中斷均可分別或同時支持)12. A/D 轉(zhuǎn)換, 10 位精度 ADC，共 8 路；13. 通用全雙工異步串行口(UART)；14. SPI 同步通信口，主模式/ 從模式；15. 工作溫度范圍：0 75℃ / 40 +85 ℃；從上面容易看出，STC 單片機是一款增強型 51 單片機，完全兼容 MCS51，還增加了新的功能，比如新增兩級中斷優(yōu)先級，多一個外中斷，內(nèi)置 E2PROM，硬件看門狗，具有掉電模式，512B 內(nèi)存等。還支持 ISP 下載，不用編程器，只要一個 MAX232 和一些廉價的元件就能寫程序，可擦寫 10 萬次 [5]。因此是一款很好用的單片機。其引腳圖如下圖 31 圖31 單片機引腳圖 紅外發(fā)光二極管紅外發(fā)光二極管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，它便發(fā)出的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，外形與普通發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。常用的紅外發(fā)光二極管（如 SE30PH303） ，其外形和發(fā)光二極管 LED相似，發(fā)出紅外光（近紅外線約 ） 。管壓降約 ，工作電流一般小于 20mA。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）7為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常串有限流電阻。 紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管和接收管并列一起，平時接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外線才工作。 其參數(shù)如下表 31 所示表 31 紅外發(fā)射管參數(shù)5mmLED 紅外發(fā)射管，波長 940nm峰值波長∧p（nm）正向電壓VF(V)反向電流Ir（uA）發(fā)射功率P(mw)IF=20A IF=20mA VR=5V IF=20mA封裝形式Typ Typ Max Max Typ Max視角無色透明 939 10 12 15 45 紅外接收頭目前，對于進行了調(diào)制的紅外遙控信號，通常是采用一體化紅外線接收頭進行調(diào)解。一體化紅外線接收頭將紅外發(fā)光二極管，低噪音放大器，限幅器，帶通濾波器，解調(diào)器，以及整形驅(qū)動電路等集成在一起。一體化紅外線接收頭體積小，靈敏度高，外接元件少，抗干擾能力強，使用十分方便。紅外接收頭的主要功能為 IC 化的一種受光元件，其內(nèi)部是將光電二極管（俗稱接收管）和集成 IC 共同組合封裝而成，其 IC 設(shè)計主要以類比式控制，一班可以接收850~1100nm 波段的紅外光，其中主要以接收 940nm 為主。 紅外接收頭的工作原理為：內(nèi)置接收管將紅外發(fā)射管發(fā)射出來的光信號轉(zhuǎn)換為微弱的電信號，此信號經(jīng)由 IC 內(nèi)部放大器進行放大，然后通過自動增益控制、帶通濾波、解調(diào)、波形整形后還原為遙控器發(fā)射出的原始編碼，經(jīng)由接收頭的信號輸出腳輸入到控制芯片上，然后由控制芯片解出碼值。接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。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。紅外接收二極管一般有 圓形和方形兩種。青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）8成品紅外接收頭的優(yōu)點是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，實用起來如同一只三極管，非常方面。但在使用時注意成品紅外接收頭的載波頻率。紅外遙控常用的載波頻率為38KHz，這是由發(fā)射端所使用的 455KHz 晶振來決定的。在發(fā)射端要對晶振進行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取 12，所以 455KHz247。12≈ KHz≈38KHz。也有一些遙控系統(tǒng)采用36KHz、40KHz、56KHz 等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定。在本系統(tǒng)中采用紅外一體化接收頭 HS0038，一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機識別的 TTL 信號，這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計工作，方便使用。HS0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達 35m。它能與 TTL、COMS 電路兼容 [6]。HS0038 為直立側(cè)面收光型。它接收紅外信號頻率為 38 KHz,周期約 26 μs，同時能對信號進行放大、檢波、整形，得到 TTL 電平的編碼信號。三個管腳分別是地、＋5 V 電源、解調(diào)信號輸出端。外觀圖及引腳圖如圖 32 所示。一體化的紅外接收頭 HS0038，它將紅外光敏二極管、專用前置放大器以及解調(diào)電路等集成在同一基片上。主要特點就是它具有體積小、功耗低、靈敏度高、無需外部元件等。 發(fā)1CGND圖 32 紅外接收頭引腳圖 E2PROMAT24C02 的應(yīng)用I 2C 總線簡介I2C 總線是一種用于 IC 器件之間連接的二線制總線。它通過 SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時鐘線 )兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件：不管是單片機、存儲器、LCD 驅(qū)動器還是鍵盤接口。I2C 總線協(xié)議如下：（1）只有在總線空閑時才能啟動數(shù)據(jù)的傳送；（2）在數(shù)據(jù)傳送過程中，當(dāng)時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定，不允許有跳青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）9變。時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線上的任何變化，都將被看做是總線的起始或結(jié)束信號。采用 I2C 總線標準的單片機或 IC 器件，其內(nèi)部不僅有 I2C 接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對獨立的模塊，通過軟件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。CPU 不僅能通過指令將某個功能單元電路掛靠或脫離總線，還可對該單元的工作狀況進行檢測，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的擴展與控制。（1）雙向傳輸?shù)慕涌谔匦詡鹘y(tǒng)的單片機串行接口的發(fā)送和接收一般都各用一條線，如 MCS51 系列的 TXD 和RXD，而 I2C 總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。當(dāng)某個器件向總線上發(fā)送信息時，它就是發(fā)送器(也叫主器件)，而當(dāng)其從總線上接收信息時，又成為接收器(也叫從器件) 。主器件用于啟動總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件。I 2C 總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。在總線上，既沒有中心機，也沒有優(yōu)先機?？偩€上主和從(即發(fā)送和接收)的關(guān)系不是一成不變的，而是取決于此時數(shù)據(jù)傳送的方向。SDA 和 SCL 均為雙向 I/O 線，通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時，兩根線都是高電平。連接總線的器件的輸出級必須是集電極或漏極開路，以具有線“與”功能。I 2C總線的數(shù)據(jù)傳送速率在標準工作方式下為 100kbit/s，在快速方式下，最高傳送速率可達400kbit/s。（2）I 2C 總線上的時鐘信號在 I2C 總線上傳送信息時的時鐘同步信號是由掛接在 SCL 時鐘線上的所有器件的邏輯“與”完成的。SCL 線上由高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個器件的時鐘信號下跳為低電平，將使 SCL 線一直保持低電平，使 SCL 線上的所有器件開始低電平期。此時，低電平周期短的器件的時鐘由低至高的跳變并不能影響 SCL 線的狀態(tài)，于是這些器件將進入高電平等待的狀態(tài) [7]。當(dāng)所有器件的時鐘信號都上跳為高電平時，低電平期結(jié)束，SCL 線被釋放返回高電平，即所有的器件都同時開始它們的高電平期。其后，第一個結(jié)束高電平期的器件又將SCL 線拉成低電平。這樣就在 SCL 線上產(chǎn)生一個同步時鐘?？梢?，時鐘低電平時間由時鐘低電平期最長的器件確定，而時鐘高電平時間由時鐘高電平期最短的器件確定。（3）總線競爭的仲裁總線上可能掛接有多個器件，有時會發(fā)生兩個或多個主器件同時想占用總線的情況。例如，多單片機系統(tǒng)中，可能在某一時刻有兩個單片機要同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，這種情青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）10況叫做總線競爭。I 2C 總線具有多主控能力，可以對發(fā)生在 SDA 線上的總線競爭進行仲裁，其仲裁原則是這樣的：當(dāng)多個主器件同時想占用總線時，如果某個主器件發(fā)送高電平，而另一個主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時 SDA 總線電平不符的那個器件將自動關(guān)閉其輸出級?？偩€競爭的仲裁是在兩個層次上進行的。首先是地址位的比較，如果主器件尋址同一個從器件，則進入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競爭仲裁的可靠性 [8]。由于是利用 I2C 總線上的信息進行仲裁，因此不會造成信息的丟失。 E2PROM:24C02 芯片AT24C02 是美國 ATMEL 公司的低功耗 CMOS 串行 E2PROM，特點及其引腳介紹如下。（1）AT 24C02 的特性①與 400KHz I2C 總線兼容② 到 伏工作電壓范圍③低功耗 CMOS 技術(shù)④頁寫保護功能⑤頁寫緩沖器⑥自定時擦寫周期⑦1,000,000 編程擦除周期⑧可保存數(shù)據(jù) 100 年AT24C02 是帶有 I2C 總線接口的 E2PROM 存儲器，具有掉電記憶的功能，并且可以象普通 RAM 一樣用程序改寫。它的容量是 256 個字節(jié)（00h～0ffh） ，有 AAA0 三位地址，可見 I2C 總線上可以連接 8 片 AT24C02，它的尋址字節(jié)是 1010 A2A1A0 R/W[9]。板上面 24C02 的電路連接如圖 36 所示：AT24C02 的引腳及引腳功能介紹引腳電路圖接法如圖 33圖 33AT24C02 的引腳連接圖青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）11引腳簡介VCC，GND ：電源、地引腳A2A1A0：地址引腳 SCLK、SDA：通信引腳WP：寫保護引腳從上面的電路連接知：A2A1A0=111 ，可見如果要對 AT24C02 進行寫操作，尋址字節(jié)是 1010 111 0；如果對 AT24C02 進行讀操作，尋址字節(jié)是 1010 111 1。用單片機的 腳作為串行時鐘線，用 腳作串行數(shù)據(jù)線。其讀寫周期范圍如下表 32 所示，總線時序如圖 34，寫周期時序如圖 35，應(yīng)答時序如圖 36表 32 AT24C02 的讀寫周期 , ~ ,~符號 參數(shù) 最小 最大 最小 最大 單位Fscl 時鐘頻率 100 400 KHZT1 SCL,SDA 輸入的噪聲抑制時間200 200 nstAA SCL 變低至 SDA數(shù)據(jù)輸出及應(yīng)答信號 1 ust BUF 新的發(fā)送開始前總線空閑時間 ustHD:STA 起始信號保持電平 4 ust LOW 時鐘低電平周期 ust HIGH 時鐘高電平周期 4 ust SU:STA 起始信號建立時間 ust HD:DAT 數(shù)據(jù)輸出保持時間 0 0 nst SU1:DAT 數(shù)據(jù)輸出建立時間 50 50 nst R SDA 及 SCL 上升時間1 ust F SDA 及 SCL 下降 300 300 ns青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）12時間t SU:STD 停止信號建立時間 4 ust DH 數(shù)據(jù)輸出保持時間 100 100 ns總線時序如圖 34圖 34 讀寫總線時序?qū)懼芷跁r序如下圖 35圖 35 AT24C02 的寫時序應(yīng)答時序如下圖 36圖 36 AT24C02 的應(yīng)答時序青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）13 系統(tǒng)設(shè)計思路遙控器其核心問題就是如何編碼，將需要實現(xiàn)的操作指令例如選臺、快進等事先編碼，設(shè)備接收后解碼再控制有關(guān)部件執(zhí)行相應(yīng)的動作。顯然，接收電路及 CPU 也是與遙控器的編碼一起配套設(shè)計的。編碼是通過載波輸出的，即所有的脈沖信號均調(diào)制在載波上，載波頻率通常為 38KHz。用電信號驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，將電信號變成光信號發(fā)射出去，這就是紅外光，波長范圍在 840nm 到 960nm 之間。在接收端，需要反過來通過光電二極管將紅外線光信號轉(zhuǎn)成電信號，經(jīng)放大、整形、解調(diào)等步驟，最后還原成原來的脈沖編碼信號，完成遙控指令的傳遞。紅外線發(fā)射管通常的發(fā)射角度為 3045 度之間，角度大距離就短，反之亦然。遙控器在光軸上的遙控距離可以大于 米，與光軸成 30 度（水平方向）或 15 度（垂直方向）上大于 米，在一些具體的應(yīng)用中會充分考慮應(yīng)用目標，在距離角度之間需要找到某種平衡。對于遙控器涉及到如下幾個主要問題：1. 遙控器發(fā)出的編碼信號驅(qū)動紅外線發(fā)