【文章內容簡介】 T89C51 的內部結構框圖 AT89C51 的基本操作如圖 32 所示 ,在 X1 和 X2 之間接一只石英振蕩晶體構成了單片機的時鐘電路 ,它還有另一種接法 ,是把外部振蕩器的信號直接連接到 XTAL1 端 ,XTAL2 端懸空不用。 AT89C51復位引腳 RST/VP通過片內一個施密特觸發(fā)器抑制噪聲作用與片內復位電路相連 ,施密特觸發(fā)器的輸出在每一個機器周期由復位電路采樣一次。當振蕩電路工作 ,并且在 RST 引腳上加一個至少保持 2 個機器周期的高 電平時 ,就能使 AT89C51 完成一次復位。 復位不影響 RAM 的內容。復位后 ,PC 指向 0000H 單元 ,使單片機從起始地址 0000H 單元開始重新執(zhí)行程序。所以 ,當單片機運行出錯或進入死循環(huán)時 ,可按復位鍵重新啟動。 MCS51 單片機通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種復位方式。上電復位利用電容器充電來實現(xiàn)。按鈕復位又分為按鈕電平復位和按鈕脈沖復位。前者將復位端通過電阻與 Vcc 相接 。后者利用 RC 微分電路產生正脈沖來達到復位目的。復位電路參數(shù)的選擇應能保證復位高電平持續(xù)時間大于 2 個機器周期。圖32 AT89C51 最小系統(tǒng)電路圖 紅外發(fā)射電路 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生電路以不同的脈沖編碼 (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 AT89C51 作為本設計發(fā)射電路核心芯片和點觸式開關作為控制鍵后 ,加上一個簡單紅外發(fā)射電路和 12M 晶體震蕩器便可實現(xiàn)紅外發(fā)射。 發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管 ,由于其內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 ,它發(fā)出的便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Φ 5發(fā)光二極管相同 ,只是顏色不同 [。 遙控發(fā)射通過鍵盤 ,每按下一個鍵 ,即產生具有不同的編碼數(shù)字脈沖 ,這種代碼指令信號調制在 40KHz 的載波上 ,激勵紅外光二極管產生不同的脈沖 ,通過空間的傳送到受控機的遙控接收器。 P1 口作為按鍵部分 , 口作為發(fā)射部分。電路圖如圖 33所示 圖 33 紅外發(fā)射電路 紅外接收電路 在接收過程中 ,脈沖通過光學濾波器和紅外二極管轉換為 40KHZ 的電信號 ,此信號經過放大 ,檢波 ,整形 ,解調 ,送到解碼與接口電 路 ,從而完成相應的遙控功能 ,接收電路如圖 34所示。 通常 ,紅外遙控器將遙控信號二進制脈沖碼調制在 40KHz 的載波上 ,經緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管 ,產生紅外信號發(fā)射出去。將上述的遙控編碼脈沖對頻率為 40KHz 周期為 26μ s的載波信號進行脈幅調制 PAM ,再經緩沖放大后送到紅外發(fā)光管 ,將遙控信號發(fā)射出去。 根據(jù)遙控信號編碼和發(fā)射過程 ,遙控信號的識別 ??即解碼過程是去除40KHz 載波信號后識別出二進制脈沖碼中的 0 和 1。由 MCS?51 系列單片機AT89C5一體化紅外接收頭、還原調制與紅外發(fā)光管 驅動電路組成。 接收部分主要元件是紅外接收管 ,它是一種光敏二極管 (實際上是三極管 ,基極為感光部分 )。在實際應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用時是反向運用 ,這樣才能獲得較高的靈敏度。 圖 34 紅外接收電路 光電耦合控制電路 在控制部分采用了隔離驅動電路 ,用光電器件作為隔離元件 ,利用光耦來隔離強電 ,以防止強電影響單片機的工作。 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。光耦又稱光電隔離器或光電耦合器 ,它是以光為媒介來傳輸電信號的器件 ,通常把發(fā)光器與受光器封裝在管殼內。當輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線 ,受光器接收后就產生光電流 ,從輸出端流出 ,從而實現(xiàn)了“光 ?電 ?光”的轉換。 光電耦合器是把一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管封裝在一個外殼里的器件。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 35所示。 對于數(shù)字量 ,當輸入為低電平“ 0”時 ,光敏三極 管截止 ,輸出為高電平“ 1” 。當輸入為高電平“ 1”時 ,光敏三極管飽和導通 ,輸出為低電平“ 0”。 圖 35光電耦合器原理圖 輸入信號使用權發(fā)光二極管發(fā)光 ,其光線又使光敏三極管產生電信號輸出 ,從而既完成了信號的傳遞又實現(xiàn)了電氣上的隔離。光電耦合的響應時間一般不超過幾個微秒。 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。基極引出通常是經一個電阻接地。 通過接地電阻可以控制耦合的響應速度和靈敏度。總的來說 ,電阻越小 ,響應速度越高。其控制電路如圖 36 所示。 圖 36 光電耦合控制電路 顯示部分的設計 由 LED 組成的 7 段發(fā)光管顯示器是不太復雜的單片機應用系統(tǒng)常用外部設備之一。 ① 7 段發(fā)光管顯示器由 7段發(fā) 光線段組成 ,并按“日”字形排列 ,每一段都是一個發(fā)光二極管 ,如圖 310 所示。圖中將 7 個 LED 的陰極連在一起 ,稱之為共陰極接法。反之為共陽極接法。 ②如果將公共陰極接地 ,而在 a~g 各段的陽極加上不同的電壓 ,就會使各段的發(fā)光情況不同 ,形成不同的發(fā)光字符。加在 7 段陽極上的電壓可以用數(shù)字量表示 ,如果某一段的陽極為數(shù)字量 1,則這個段就發(fā)光 。如為 0,則不發(fā)光。數(shù)字量與段的對應關系如表 所示。數(shù)碼管原理圖如 39所示。 圖 39 數(shù)碼管原理圖 在本設計中使用了四個 7段 LED顯示器 ,而多位顯示器連用有兩種方 法。 其一 ,每一位都用各自的 8 位輸出口控制 ,在顯示某字符時 ,相應的段恒定發(fā)光或不發(fā)光。這種顯示方法屬于靜態(tài)顯示。顯然 ,靜態(tài)顯示需占用較多的 I/O 口線。 其二 ,是動態(tài)顯示。即將多個 7段 LED 的段選端復接在一起 ,只用一個 8位輸出口控制段選 ,段選碼同時加到各個 7段 LED顯示器上 ,通過控制各個顯示器公共陽極輪流接高電平的辦法 ,逐一輪流地啟動各個 LED。在這種方法中 ,只要恰當?shù)剡x擇點亮時間和間隔時間 ,就會給人以這樣一種假相 :似乎各位 LED 是“同時”顯示的。動態(tài)顯示法是目前各種單片機采用的流行方法。其優(yōu)點是硬件簡單 ,“ 動態(tài)”由軟件實現(xiàn)。因而我選用動態(tài)顯示的方法。其顯示格式如表 ,其驅動電路如圖 所示。 表 七段 LED 字形碼 顯示字符 共陽極 字符碼 共陰極 字符碼 0 3FH C0H 1 06H F9H 2 5BH A4H 3 4FH B0H 4 66H 99H 5 6DH 92H 6 7DH 82H 7 07H F8H 8 7FH 80H 9 6FH 90H 表 數(shù)碼管顯示格式 數(shù)碼管 1 數(shù)碼管 2 風速 D 2 模式 E 1 定時 A 0 圖 310 驅動電路 鍵盤設計 單片機系 統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。 ①編碼鍵盤本身除了按鍵之外 ,還包括產生鍵碼的硬件電路。只要按下編碼鍵盤的某一個鍵 ,它就能產生這個鍵的代碼 ,并稱為鍵碼 ,與此同時還產生一個脈沖信號 ,以通知 CPU 接收鍵碼 ,編碼鍵盤的優(yōu)點是使用比較方便 ,亦不需要編寫太復雜的程序。其缺點是使用的硬件較復雜。 ②非編碼鍵盤的按鍵是排列成行、列矩陣形式的。按鍵的作用只是簡單地實現(xiàn)接點的接通或斷開 ,因此必須有一套相應的程序與之配合 ,才能產生相應的鍵碼 ,非編碼鍵盤幾乎不需要附加什么硬件電路。因此為了簡潔電路 ,我使用非編碼鍵盤。但使用非編碼鍵盤需要通過軟件來解決按鍵的識別、防抖動以及如何產生鍵碼的問題。 基于鍵數(shù)少的原因我采用獨立式鍵盤接口與單片機相連接 ,因為它占用的 I/O 口不多。圖中每個按鍵占用一個口 ,彼此獨立 ,互不影響。上拉電阻保證按鍵沒被按下時 ,I/O 口輸入高電平。 獨立式鍵盤可工作在查詢方式下 ,通過 I/O 口讀入鍵狀態(tài) ,當有鍵被按下時 I/O 口變?yōu)榈碗娖?,而未被按下的鍵對應為高電平 ,這樣通過讀電平狀態(tài)可判斷是否有鍵按下和哪個鍵被按下。 圖 311發(fā)射端鍵盤 發(fā)射端采用矩陣按鍵 ,其中 0,1,