【文章內(nèi)容簡介】 9 圖 33 定時器 /計數(shù)器方式 1 邏 輯結(jié)構(gòu)圖 3 方式 2： 方式 0 和方式 1 的最大特點是計數(shù)溢出后，計數(shù)器為全 計數(shù)用時就存在反復(fù)裝入計數(shù)初值的問題。這不僅影響定時精數(shù)，而且也給程序設(shè)計帶來麻煩。方式 2 就是針對此問題而設(shè)置的。當(dāng) M M2 為 10 時，定時器 /計數(shù)器處于工作方式 2，這時定時器 /計數(shù)器得等效框圖如圖 34 所示。這種工作方式可以省去用戶軟件中得重裝初值的程序，簡化定時初值的計算方法，可以相當(dāng)精確的確定定時時間。 圖 34 定時器 /計數(shù)器方式 2 邏輯結(jié)構(gòu)圖 紅外遙控開關(guān)系統(tǒng)的硬件電路包括紅外發(fā)射電路和接收電路兩部分 。 鍵盤接口 鍵盤在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干咸寧學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 預(yù)單片機的主要手段。鍵盤實質(zhì)上是一組案件開關(guān)的集合。通常，鍵盤開關(guān)利用了機械觸點的斷開、閉合作用。鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)高電平或低電平，如果高電平表示鍵斷開，低電平表示鍵閉合，通過對行線電平高低狀態(tài)的檢測，便可以確認(rèn)案件按下與否。為了確保 CPU 對一次按鍵動作只確認(rèn)一次案件有效，必須消除抖動期的影響。 常用的鍵盤接口分為獨立式和行列式鍵盤接口 [7]。獨立式鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。行列式（也稱 矩陣式）鍵盤用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。本次設(shè)計所采用的鍵盤接口就是這種。行列鍵盤的結(jié)構(gòu)如下圖 35 所示。 圖 35 行列式鍵盤結(jié)構(gòu) 行列式鍵盤的工作原理：按鍵設(shè)置在行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到 +5V 上。無按鍵按下時行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由此行線相連的列線的電平?jīng)Q定。列線的電平如果為低，則行線電平為低 。列線的電平如果為高，則行線亦為高。這一點是識別行列式鍵盤是否按鍵的關(guān)鍵所在。由于行列式鍵盤中行、列線為多鍵 共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平。因此各按鍵彼此將互相發(fā)生影響，所以必須將行、列信號配合起來并做適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。 LED 顯示器 常用的 LED 顯示器為 8 段或 7 段（ 8 段比 7 段多了以個小數(shù)點“ dp”段） 【 8】 。每一個段對應(yīng)以個發(fā)光二極管。這種顯示器由共陽極和共陰極兩種。如圖 36 所示。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常次共陰極接地。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被現(xiàn)實。同樣，共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓 ，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。為了使 LED 顯示器顯示不同的符號和數(shù)字，就要把不同段的發(fā)光二極管點亮，這樣就要為 LED 顯示器提供代碼，因為這些代碼可使 LED 相應(yīng)的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱之為段碼（或稱為字型代碼）。 7 段發(fā)光二極管在加上一個小數(shù)點，共計 8 段。因此提供給 LED 顯示3 系統(tǒng)的設(shè)計 11 器的段碼正好是 1B。各段于字節(jié)中各位對應(yīng)關(guān)系如下圖 36： 圖 36 8 段 LED 結(jié)構(gòu)及外形 圖 37 發(fā)射部分電路圖 咸寧學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 發(fā)射部分 發(fā)射部分的電路原理圖如圖 37 所示 [9]。圖中 AT89C51 單片機為控制核心， P0 作為鍵掃描端口，具有 16 個操作鍵，可分別控制單片機發(fā)出 16 種不同脈沖，執(zhí)行 16 種操作。你 9 腳為單片機的復(fù)位腳，采用 RC 上電復(fù)位電路，第 14 腳作為紅外遙控發(fā)射編碼的輸出腳，用于輸出 38KHz 的載波編碼信號。脈沖經(jīng) T0 放大然后由紅外發(fā)射管輸出。 1 19 腳接 12M 晶振。值得注意的是單片機的 － 口必須外接上拉電阻，否則發(fā)射部分將無法正常工作。 接收部分 接受部分的電路原理圖如圖 38 所示 [9]。其中 AT89C51(2)單片機為控制核心：~ 口作為數(shù)碼管的二進制數(shù)據(jù)輸出，通過數(shù)碼管顯示發(fā)射終端的按鍵號，同時P0 口和 P2 口相應(yīng)的二極管會顯示亮燈； 、 口接收調(diào)解后的紅外遙控信號，需要說明的是： 圖 38 接收部分電路原理圖 1) 處于在開關(guān)機時燈應(yīng)全滅的考慮， P0 和 P2 口在系統(tǒng)上電初始化后將一直保持為高電平，知道接收到發(fā)射部分的控制信號，其狀態(tài)才會發(fā)生改變； 2) 紅外接收頭采用一體化接收器 SM0038，其解調(diào)頻率為 38KHz，當(dāng) SM0038 接收到 38KHz 的紅外脈沖信號時輸出為低電平，反之輸出高電平。它是將光探測器與前置放大器封 裝在一起，以實現(xiàn)對脈沖編碼信號調(diào)制的紅外光信號的接收。 在系統(tǒng)工作時， SM0038 對接收到的脈沖編碼信號進行解調(diào)，解調(diào)后的信號輸入至3 系統(tǒng)的設(shè)計 13 單片機的 、 口。 系統(tǒng)軟件設(shè)計 本設(shè)計的軟件分為發(fā)射部分和接收部分。 發(fā)射部分的工作原理 系統(tǒng)上電初始化，然后調(diào)用鍵掃描處理子程序。當(dāng)無按鍵按下時，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)；當(dāng)有按鍵按下時，系統(tǒng)通過按鍵檢查子程序，檢查按鍵號并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的發(fā)射子程序。在發(fā)射子程序中，將待發(fā)射信號調(diào)制成 38KHz 的載波信號，由單片機的 14 腳輸出，經(jīng)三極管 9013 放大后驅(qū)動紅外發(fā)射管，發(fā)射調(diào)制 脈沖信號。發(fā)射信號采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的編碼，最小為 6 個脈沖，最大為 21 個脈沖，遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔為 8ms。為達到控制準(zhǔn)確的目的，將發(fā)射脈沖分為連接段、控制段和結(jié)束段。連接段為發(fā)射信號的前 3 個脈沖，脈沖寬度分別為 4ms、 2ms、 4ms，脈沖間隔為 1ms。結(jié)束段為發(fā)射信號的最后 2 個脈沖，脈沖寬度分別為 2ms、 4ms，脈沖間隔為 1ms。中間為控制段，脈沖寬度和賣出那個間隔均為 1ms。發(fā)射 8 個編碼時的輸出信號波形如圖 39 所示。其中前 3 個脈沖為連接段。中間 3 個脈沖為控制段，最后 2個脈沖為結(jié)束段。 圖 39 發(fā)射 8個編碼時的輸出信號波形圖 接收部分工作原理 系統(tǒng)上電初始化后，對單片機的 口進行檢測，當(dāng)其為高電平時，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。當(dāng)其為低電平時，將啟動中斷服務(wù)程序，實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)幀。需要說明的是：數(shù)據(jù)幀采用中斷方式進行接收，單片機在外中斷 1 方式下工作。在數(shù)據(jù)幀接收時，將對所接收數(shù)據(jù)的前 3 位碼的碼寬進行驗證。前 3 位碼的碼寬分別為 4ms、 2ms、 4ms，若任意一位的碼寬不滿足要求，都將作為錯誤碼處理，當(dāng)系統(tǒng)接收到的高電平脈寬大于 5ms 時，結(jié)束脈沖接收。然后系統(tǒng)會對所接收脈沖的最后兩位脈寬進行驗 證，其值應(yīng)分別是 2ms 和 4ms，否則將會作為錯誤碼處理，最后系統(tǒng)根據(jù)累加器 A 中的脈沖個數(shù)，在單片機 P0 或 P2 口的某一對應(yīng)引腳輸出控制信號，同時在 P1 口輸出相應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)。此時即完成一次數(shù)據(jù)的接收處理。 SM0038 接收 8 個編碼時的輸出信號波形如圖 310 所示。 咸寧學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 圖 310 SM0038 接收 8個編碼時的輸出信號波形圖 遙控系統(tǒng)的編碼及解碼 1) 遙控發(fā)射編碼格式 采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為 、間隔 、周期為 的組合表示二進制的“ 0” ；以脈寬為 、間隔 、周期為 的組合二進制的“ 1” ，其波形如圖 311 所示。 圖 311 遙控碼的“ 0”和“ 1”（注：所有波形為接收端的與發(fā)射相反） 上述“ 0”和“ 1”組成的 32 位二進制碼經(jīng) 38khz 的載頻進行二次調(diào)制以提高發(fā)射頻率，達到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射，如圖 312 所示。 圖 312 遙控信號編碼波形圖 遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種 32 位二進制碼，周期約為 108ms。一組碼本身的持續(xù)時間隨它包含的二進制“ 0”和“ 1”的個數(shù)不同而不同，大約在 45ms～63ms 之間，圖 313 為發(fā)射波形圖。 3 系統(tǒng)的設(shè)計 15 圖 313 遙控連發(fā)信號波形 當(dāng)一個鍵按下超過 36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組 108ms 的編碼脈沖，這108ms 發(fā)射代碼由一個引導(dǎo)碼（ 9ms），一個結(jié)果碼（ ），低 8 位地址碼（ 9ms～ 18ms），高 8 位地址碼（ 9ms～ 18ms）， 8 位數(shù)據(jù)碼（ 9ms～ 18ms）和這 8 位數(shù)據(jù)的反碼（ 9ms～18ms）組成。如果鍵按下超過 108ms 仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)碼）將僅 由起始碼（ 9ms）和結(jié)束碼（ ）組成。 2) 數(shù)據(jù)幀的接收處理 當(dāng)紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位碼的低電平將啟動中斷程序，實時接收數(shù)據(jù)幀。在數(shù)據(jù)接收時，先對第一位（起始位）碼的碼寬進行驗證。若第一位低電平碼的脈寬小于 2ms，將作為錯誤碼處理；否則認(rèn)為是起始碼，累加器 A 加 位的高電平大于 3ms 時，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器 A 中的脈沖個數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的輸出操作。圖 314 為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。 圖 314 一幀遙控碼波形圖 遙控發(fā)射及接收控制程序流程圖 1) 遙控發(fā)射控制 流程圖 咸寧學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 315 遙控發(fā)射程序控制流程圖 上左圖是遙控發(fā)射的主程序，首先初始化程序，然后調(diào)用鍵掃描處理子程序。上右圖為掃鍵過程，首先判斷控制鍵是否按下，若有控制鍵按下則進行逐行掃描，按照 P口值查找鍵號轉(zhuǎn)至相應(yīng)的發(fā)射程序。 圖 316遙控發(fā)射控制流程圖 紅外信號發(fā)射過程：首先裝入發(fā)射脈沖個數(shù)（發(fā)射時為 3ms 脈沖，停發(fā)時為 1ms脈沖），此時若發(fā)射脈沖個數(shù)為 1 則返回主程序，若不為 1 則發(fā) 1ms 脈沖，然后停發(fā)3 系統(tǒng)的設(shè)計 17 1ms 脈沖，這樣便結(jié)束整個發(fā)射過程。 在實踐中，采用紅外線遙控方式時，由于受遙控距離，角度等影響，實 用效果不是很好，如采用調(diào)頻或調(diào)幅發(fā)射接收碼，可提高遙控距離，并且沒有角度影響。 2) 遙控接收控制流程圖 圖 317 遙控接收控制主流程