【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)鐘脈沖輸入端。在脈沖上升沿實(shí)現(xiàn)移位；當(dāng) CP=0、 /MR=1 時(shí)，輸出保持不變。 12 74LS164 引腳定義圖 74LS164 邏輯圖 圖 44 74LS164器件圖 紅外發(fā)射與接收裝置 紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩大部分組成。紅外發(fā)射裝置又可由鍵盤電路、電源和應(yīng)用電路組成。通常為了使信號(hào)能更好的被傳輸發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為脈沖串信號(hào)，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射。紅外接收裝通常由一紅外接收頭組成的接收電路。 發(fā)射裝置 常用的發(fā)射器為紅外發(fā)光二級(jí)管它是錄像機(jī)、影碟機(jī)、音響裝置、空調(diào)器等各類紅外遙控系統(tǒng)中不可缺少的電子器件，它將脈沖編碼遙控指令用紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線去控制受控裝置時(shí)，受控裝置 中均有相應(yīng)的紅外光 — 電轉(zhuǎn)換元件，通過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)換把相應(yīng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 這里采用紅外發(fā)光二極管如 SE303PH303 ，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。為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常串有限流電阻。發(fā)射紅外線去控制相應(yīng)的受控裝置時(shí)，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離，紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)，因?yàn)槊}動(dòng)光（調(diào)制光）的有效傳送距離與脈沖的峰值電流成正比，只需盡量提高峰值電流 ，就能增加紅外光的發(fā)射距離。 提高峰值電流的方法，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度。減小脈沖占空比還可使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。要使紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生調(diào)制光，只需在驅(qū)動(dòng)管上加上一定頻率的脈沖電壓。 接收裝置 常用的紅外接收裝置有如紅 外接收二極管，光電三極管等。實(shí)用中已有紅外發(fā)射和接收配對(duì)的二級(jí)管。在本設(shè)計(jì)中采用紅外一體化接收頭 HS0038。它有如下優(yōu)點(diǎn)：一體化的紅外接收裝置將遙控信號(hào)的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機(jī)識(shí)別的 TTL 信號(hào)，這樣大大簡(jiǎn)化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計(jì)工作，方 便使用。 HS0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等 13 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(hào)情況下，其接收距離可達(dá) 35 m。它能與 TTL、 COMS 電路兼容。 HS0038 為直立側(cè)面收光型。它接收紅外信號(hào)頻率為 38KHZ,周期約 26μs ，同時(shí)能對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形，得到 TTL 電平的編碼信號(hào)。三個(gè)管腳 ( 3)分別是地、＋ 5 V 電源、解調(diào)信號(hào)輸出端。 各模塊器件功能 34 矩陣鍵盤 在單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)中，經(jīng)常使用簡(jiǎn)單的鍵盤和 BCD 撥碼盤作為系統(tǒng)的輸入 。鍵盤由一組常開的按鍵組成，可以通過(guò)鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令。每個(gè)按鍵都被賦予一個(gè)代碼，稱為鍵碼。鍵碼分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是通過(guò)一個(gè)編碼電路識(shí)別閉合鍵的鍵碼，而非編碼鍵盤是通過(guò)軟件來(lái)識(shí)別鍵盤的。通常因由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，觸點(diǎn)在閉合和斷開瞬間的電接觸情況不穩(wěn)定，造成了電壓信號(hào)的抖動(dòng)現(xiàn)象，鍵抖動(dòng)的時(shí)間一般為 5— 10ms。為了避免一次閉合引起 CPU 多次處理，通?；夭扇∪ザ秳?dòng)措施。 非編碼鍵盤有獨(dú)立式鍵盤和行列式 (矩陣 )鍵盤。由于前者在按鍵較多時(shí)會(huì)站用較多的 I/O 口，因此采用行列式 (矩陣 )鍵盤。 矩陣鍵 盤及其接口 行列式鍵盤又叫矩陣鍵盤，是將 I/O 線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，它是通過(guò)檢測(cè)鍵盤有無(wú)閉合以及查找閉合鍵的鍵號(hào)，一般采用掃描法。在這里設(shè)計(jì)了一 34 的矩陣鍵盤。如圖 37 所示。 (1) 先向所有的行線輸出 0，列線輸出 1，然后檢測(cè)各列線的按鍵狀態(tài)，由相應(yīng)的列線讀入累加器 A 中。有鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的列線輸入 0，無(wú)鍵按下時(shí)所有的列線輸入為 1。 (2) 若有鍵閉合，依次從行線上逐列輸出 0，然后依次檢測(cè)各列線的狀態(tài)。若為 1，說(shuō)明閉合鍵不在該列；若有的為 0，則說(shuō)明閉合鍵在該列 與行線的交點(diǎn)上。由于每個(gè)按鍵所有的行號(hào)與列號(hào)不相同，所以每個(gè)按鍵按行號(hào)加列號(hào)的值賦予了一個(gè)鍵號(hào)。 74LS164 芯片 在顯示部分，運(yùn)用 LED 靜態(tài)顯示，靜態(tài)顯示方式編程簡(jiǎn)單，但占用單片機(jī) I/O口線多適合于顯示器位數(shù)較少的場(chǎng)合。 AT89C51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，當(dāng)串行口空閑時(shí)，可用來(lái)拓展并行 I/O 口 (這里設(shè)定串行口工作在移位寄存器方式 0 狀態(tài)下 )，作為 LED 靜態(tài)顯示接口。在這里運(yùn)用 74LS164 來(lái)擴(kuò)展并行 I/O 口，節(jié)約單片機(jī)資源。 74LS164 是一個(gè)串行輸入并行輸出的移位寄存器。并帶有清除端。引腳排練 圖以及邏輯圖如圖 45 所示。 14 74LS164 引腳定義圖 74LS164 邏輯圖 圖 45 74LS164器件圖 引腳說(shuō)明 74LS164 是串行輸入、并行輸出的移位寄存器，其引腳功能如下： A、 B—— 串行輸入端。 Q0Q7—— 并行輸入端。 /MR—— 清除端。 CP—— 時(shí)鐘脈沖輸入端。在脈沖上升沿實(shí)現(xiàn)移位 ；當(dāng) CP=0、 /MR=1 時(shí)，輸出保持不變。 數(shù)碼管 單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有 LED（發(fā)光二級(jí)管顯示器）和 LCD（液晶顯示器）。這兩種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便。 LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理： LED 顯示器是由發(fā)光二級(jí)管顯示字段的顯示器件有共陰極與共陽(yáng)極兩種，如圖 46 所示。其中 7 只發(fā)光二級(jí)管 (ag7 段 )構(gòu)成字符“8” ，另外還有一只小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二級(jí)管 dp。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二級(jí)管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二級(jí)管點(diǎn)亮。當(dāng)人為控制某幾段發(fā)光二級(jí)管點(diǎn)亮就能顯示某個(gè)數(shù)碼或字符。 LED 顯示器有靜態(tài) 顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種 方式。 LED 顯示器的字碼段 (7 段碼 )如表 2 所示。 圖 46 LED顯示器 15 表 2 LED顯示器的字段碼（ 7段碼） 顯示字符 共陰極字段碼 共陽(yáng)極字段碼 顯示字符 共陰極字段碼 共陽(yáng)極字段碼 0 3FH C0H 9 6FH 90H 1 06H F9H A 77H 88H 2 5BH A4H B 7CH 83H 3 4FH B0H C 39H C6H 4 66H 99H D 5EH A1H 5 6DH 92H E 79H 86H 6 7DH 82H F 71H 8EH 7 07H F8H P 73H 8CH 8 7FH 80H 熄滅 00H FFH 發(fā)光二級(jí)管 LED (1)LED 簡(jiǎn)介 發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為 LED。由鎵 (Ga)與砷 (AS)、磷 (P)的化合物制成的二極管，其核心是 PN 結(jié)。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；而紅外二極管在正向?qū)〞r(shí)會(huì)發(fā)出紅外光。常簡(jiǎn)寫為 LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè) PN 結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴? (2)LED 特 性 ① 發(fā)光二極管的反向擊穿電壓 約 5 伏。主要特性是正向?qū)?、反向截止、擊穿特性。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過(guò)管子的電流，以防止擊穿。 16 圖 47 LED伏安特性圖 ② 發(fā)光二極管 (LED)的主要參數(shù) 最大正向電流 Ifm: 允許加的最大正向直流電流，超過(guò)此值 LED 損壞。 正向工作電流 IF: 指 LED正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。 正向工作電壓 VF: 在給定的正向電流下測(cè)得的工作電壓。 最大反向電壓 VRm: 允許加的最大反向電壓，超過(guò)此值 LED可 能被擊穿損壞。 伏安特性 : LED 的電壓與電流的關(guān)系可用圖 47 表示 。 電磁繼 電器 其觸點(diǎn)的吸和與斷開。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “ 自動(dòng)開關(guān) ” 。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。一般用符號(hào) “J” 表示。 (1)電磁繼電器的工作原理和特性 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的 在開鎖部分采用電磁繼電器。通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制 其線圈的通斷電，從而控制 電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。驅(qū)動(dòng)電路如圖 48 所示 (2)電磁式繼電器的主要參數(shù) ① 額定工作電壓 : 是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號(hào)不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。 在這采用直流電壓 (+5V)的工作電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。 ② 直流電阻 : 是指繼電器中線圈的直流電阻 . 17 ③ 吸合電流 : 是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。在正常使用時(shí)，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。 圖 48 電磁繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖 (3)繼電器 引腳圖如圖所示。 圖 49 繼電器引腳圖 報(bào)警器 在報(bào)警部分，使用揚(yáng)聲器。從單片機(jī)發(fā)出的引腳 ()控制信號(hào)，經(jīng)一個(gè)三極管放大后再驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。報(bào)警電路如圖 410 所示。 圖 410 報(bào)警電路圖 18 單片機(jī)硬件抗干擾 在 單片機(jī)硬件電路的設(shè)計(jì)中，采用一些措施來(lái)提高單片機(jī)系統(tǒng)工作的可靠性。 (1).接地。給單片機(jī)系統(tǒng)提供良好的保護(hù)地線，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 隔離與屏蔽 (2).隔離。一般是通過(guò)使用光電隔離器件將單片機(jī)的輸入輸出隔離 開，從而有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，使傳輸通道的信噪比大大提高。屏蔽則是用來(lái)隔離空間輻射的，對(duì)噪聲特別大的部件，如開關(guān)電源用金屬盒罩起來(lái)，可減少對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的干擾。 (3).PCB 綜合布局和布線。 PCB 電路板的設(shè)計(jì)要本著盡量控制噪聲源、盡量減小噪聲的傳播與耦合和盡量減少敏感元件對(duì)干擾噪聲的拾取這三大原則進(jìn)行。具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合 PCB 設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)則進(jìn)行合理的布局和布線。 (4).硬件 “ 看門狗 ” 技術(shù)。若失控的程序進(jìn)入 “ 死循環(huán) ” ，一般采用 “ 看門狗 ” 技術(shù)使程序脫離 “ 死循環(huán) ” 。通過(guò)硬件 “ 看門狗 ” 電路不斷檢測(cè)程 序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過(guò)最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入 “ 死循環(huán) ” ，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作，脫離 “ 死循環(huán) ” 。 19 第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)上電復(fù)位后，首先對(duì)其內(nèi)部定時(shí)器，串口初始化，并開啟串口中斷，然后監(jiān)測(cè) P2 口， P2口有一引腳輸入為低電平并維持 1S以上時(shí)進(jìn)入自學(xué)習(xí)狀態(tài)，用定時(shí)器及軟件計(jì)數(shù)的方法，測(cè)量 INT0 引腳上輸入高，低電平的寬度。 INT0 引腳平時(shí)為高電平，當(dāng)接受到紅外信號(hào)時(shí)，由于一體化紅外接收頭的反向作用， INT0引腳下跳至低電 平，此為引導(dǎo)碼，將測(cè)的高低電平的寬度保存在存儲(chǔ)器中，并每次測(cè)得的低電平的寬度與引導(dǎo)碼低電平寬度比較，若相等則識(shí)別為遙控命令碼，存儲(chǔ)后結(jié)束。再監(jiān)測(cè) P2 口，若為低電平并維持 1S 以上，為退出自學(xué)習(xí)狀態(tài)。 軟件的設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)三部分的功能，具體的說(shuō)明和框圖如下 紅外接收解碼軟件設(shè)計(jì) （一）思路分析 紅外遙控接收采用一體化紅外接收頭，它將紅外接收二極管、放大、解調(diào)、整形等電路安裝在一起，只有三個(gè)引腳。紅外接收頭的信號(hào)輸出端 接單片機(jī)的INT0 腳。單片機(jī)中斷 INT0 在紅外脈沖下降沿時(shí)產(chǎn)生中斷。 在中斷期間啟動(dòng)定時(shí) 器 0 進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到下一個(gè)負(fù)脈沖到來(lái)，將計(jì)數(shù)結(jié)果取出處理。電路使用 12MHz 晶振，定時(shí)器為 1US 計(jì)數(shù)一次。理論上代碼 “0” 的定時(shí)計(jì)數(shù)值為 1125 (0x465)代 碼 “1” 的定時(shí)計(jì)數(shù)值為 2250(0x8ca)，但考慮到單片機(jī)晶振的誤差，中斷的延時(shí)，遙控器晶振的誤差，測(cè)到的結(jié)果不一定等于理論值，只要范圍在 0x300～ 0x480就為有效的 “0” 碼，計(jì)數(shù)值在 Ox700～ 0x8ee之間為有效的 “1” 碼。 （二）流程圖 圖 51 為紅外接收解碼軟件設(shè)計(jì)流程圖，紅外遙控程序使用單片機(jī)中斷 0 和定時(shí)器 0。 20 圖 紅外接收解碼軟件設(shè)計(jì)流程圖 按鍵控制軟件設(shè)計(jì) （一）思路分析 學(xué)習(xí)型紅外遙控開關(guān)的按鍵不僅控制輸出的斷開和接通，還控制單片機(jī)進(jìn)行紅外遙控學(xué)習(xí)。平時(shí)單片機(jī)處在按鍵檢測(cè)和紅外遙控檢測(cè)狀態(tài)，我們按住紅外遙控開關(guān)的按鍵大于 3 秒就進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。在學(xué)習(xí)狀態(tài)，我們釋放按鍵，這時(shí)學(xué)習(xí)指示燈 D1 點(diǎn)亮。按一下紅外遙控器的任意一個(gè)按鍵 ，如果學(xué)習(xí)成功 ，指示燈熄滅；如果在大約 30秒內(nèi)學(xué)習(xí)不成功，指示燈由點(diǎn)亮轉(zhuǎn)為閃爍，表示學(xué)習(xí)失敗，這 時(shí)可以按一下紅外遙控開關(guān)的任何一個(gè)按鍵或遙控器的任意鍵停止閃爍，返回平時(shí)掃描檢測(cè)狀態(tài)；如果沒(méi)有上述動(dòng)作則大約 15 秒自動(dòng)返回。如果學(xué)習(xí)成功，按一下紅外遙控器的對(duì)應(yīng)按鍵就可以控制輸出的斷開和接通。平時(shí)按住按鍵小于 2 秒控制單片機(jī)的輸出的斷開和接通，這時(shí)學(xué)習(xí)指示燈沒(méi)有點(diǎn)亮，對(duì)應(yīng)的輸處理紅外遙控程序 （ INTO中斷 ） 開定時(shí)器 0？ 取出定時(shí)器 0 的計(jì) 數(shù)值，重新計(jì)數(shù) 接收完 16 位？ 記錄“ 0”或“ 1”， 接收位數(shù)加 1 保存接收數(shù)據(jù)，紅 外接收有效 數(shù)據(jù)“ 0”或“ 1”？ 返回 設(shè)置并開 定時(shí)器 0 定時(shí)器 0清零，重新計(jì)數(shù) 21 出端有變化。 （二）軟件流程圖 紅外遙控開關(guān)的按鍵軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖 52 所示： 圖 52 紅外遙控開關(guān)按鍵軟件設(shè)計(jì)流程圖 遙控發(fā)射部分程序設(shè)計(jì) 該部分主要分為主程序、按鍵 掃描程序以及遙控編碼脈沖發(fā)射程序。 （ 1）主程序 主要是對(duì)定時(shí)器 T1 定時(shí)的方式的設(shè)定、計(jì)數(shù)器的初始化等。主程序程序流程圖如圖 53 所示。 清零定時(shí)器 1 學(xué)習(xí) (指示燈亮 ) 控制開關(guān) 延時(shí) 8 毫秒 處理按鍵程序 是按鍵