【文章內(nèi)容簡介】 時鐘脈沖輸入端。在脈沖上升沿實現(xiàn)移位；當(dāng) CP=0、 /MR=1 時，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。通常為了使信號能更好的被傳輸發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號調(diào)制為脈沖串信號，通過紅外發(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，受控裝置 中均有相應(yīng)的紅外光 — 電轉(zhuǎn)換元件，通過這個轉(zhuǎn)換把相應(yīng)的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。 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，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)，因為脈動光（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。實用中已有紅外發(fā)射和接收配對的二級管。在本設(shè)計中采用紅外一體化接收頭 HS0038。它有如下優(yōu)點：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(jī)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 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。它接收紅外信號頻率為 38KHZ,周期約 26μs ，同時能對信號進(jìn)行放大、檢波、整形，得到 TTL 電平的編碼信號。三個管腳 ( 3)分別是地、＋ 5 V 電源、解調(diào)信號輸出端。 各模塊器件功能 34 矩陣鍵盤 在單片機(jī)運用系統(tǒng)中，經(jīng)常使用簡單的鍵盤和 BCD 撥碼盤作為系統(tǒng)的輸入 。鍵盤由一組常開的按鍵組成，可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令。每個按鍵都被賦予一個代碼，稱為鍵碼。鍵碼分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤是通過一個編碼電路識別閉合鍵的鍵碼，而非編碼鍵盤是通過軟件來識別鍵盤的。通常因由于機(jī)械觸點的彈性作用，觸點在閉合和斷開瞬間的電接觸情況不穩(wěn)定，造成了電壓信號的抖動現(xiàn)象，鍵抖動的時間一般為 5— 10ms。為了避免一次閉合引起 CPU 多次處理，通?；夭扇∪ザ秳哟胧? 非編碼鍵盤有獨立式鍵盤和行列式 (矩陣 )鍵盤。由于前者在按鍵較多時會站用較多的 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上，它是通過檢測鍵盤有無閉合以及查找閉合鍵的鍵號，一般采用掃描法。在這里設(shè)計了一 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，對應(yīng)的列線輸入 0，無鍵按下時所有的列線輸入為 1。 (2) 若有鍵閉合，依次從行線上逐列輸出 0，然后依次檢測各列線的狀態(tài)。若為 1，說明閉合鍵不在該列；若有的為 0，則說明閉合鍵在該列 與行線的交點上。由于每個按鍵所有的行號與列號不相同，所以每個按鍵按行號加列號的值賦予了一個鍵號。 74LS164 芯片 在顯示部分，運用 LED 靜態(tài)顯示，靜態(tài)顯示方式編程簡單，但占用單片機(jī) I/O口線多適合于顯示器位數(shù)較少的場合。 AT89C51 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，當(dāng)串行口空閑時，可用來拓展并行 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。在這里運用 74LS164 來擴(kuò)展并行 I/O 口，節(jié)約單片機(jī)資源。 74LS164 是一個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—— 時鐘脈沖輸入端。在脈沖上升沿實現(xiàn)移位 ；當(dāng) CP=0、 /MR=1 時，輸出保持不變。 數(shù)碼管 單片機(jī)運用系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有 LED（發(fā)光二級管顯示器）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)光二級管顯示字段的顯示器件有共陰極與共陽極兩種，如圖 46 所示。其中 7 只發(fā)光二級管 (ag7 段 )構(gòu)成字符“8” ，另外還有一只小數(shù)點發(fā)光二級管 dp。當(dāng)某個發(fā)光二級管的陽極為高電平時，發(fā)光二級管點亮。當(dāng)人為控制某幾段發(fā)光二級管點亮就能顯示某個數(shù)碼或字符。 LED 顯示器有靜態(tài) 顯示與動態(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 共陽極字段碼 顯示字符 共陰極字段碼 共陽極字段碼 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)光二級管 LED (1)LED 簡介 發(fā)光二極管簡稱為 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)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(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會發(fā)出紅外光。常簡寫為 LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個 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，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流，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，超過此值 LED 損壞。 正向工作電流 IF: 指 LED正常發(fā)光時的正向電流值。 正向工作電壓 VF: 在給定的正向電流下測得的工作電壓。 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)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “ 自動開關(guān) ” 。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。一般用符號 “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。通過單片機(jī)來控制 其線圈的通斷電，從而控制 電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）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線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。 在這采用直流電壓 (+5V)的工作電壓來驅(qū)動。 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)生吸合動作的最小電流。在正常使用時，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)動電路圖 (3)繼電器 引腳圖如圖所示。 圖 49 繼電器引腳圖 報警器 在報警部分，使用揚聲器。從單片機(jī)發(fā)出的引腳 ()控制信號，經(jīng)一個三極管放大后再驅(qū)動揚聲器，使整個系統(tǒng)產(chǎn)生報警。報警電路如圖 410 所示。 圖 410 報警電路圖 18 單片機(jī)硬件抗干擾 在 單片機(jī)硬件電路的設(shè)計中，采用一些措施來提高單片機(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。屏蔽則是用來隔離空間輻射的，對噪聲特別大的部件，如開關(guān)電源用金屬盒罩起來，可減少對單片機(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干擾噪聲的拾取這三大原則進(jìn)行。具體設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合 PCB 設(shè)計的相關(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) ” 。通過硬件 “ 看門狗 ” 電路不斷檢測程 序循環(huán)運行時間，當(dāng)發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時間超過最大循環(huán)運行時間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入 “ 死循環(huán) ” ，對單片機(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 軟件設(shè)計 單片機(jī)上電復(fù)位后，首先對其內(nèi)部定時器，串口初始化，并開啟串口中斷，然后監(jiān)測 P2 口， P2口有一引腳輸入為低電平并維持 1S以上時進(jìn)入自學(xué)習(xí)狀態(tài)，用定時器及軟件計數(shù)的方法，測量 INT0 引腳上輸入高，低電平的寬度。 INT0 引腳平時為高電平，當(dāng)接受到紅外信號時，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，將測的高低電平的寬度保存在存儲器中，并每次測得的低電平的寬度與引導(dǎo)碼低電平寬度比較，若相等則識別為遙控命令碼，存儲后結(jié)束。再監(jiān)測 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)計要實現(xiàn)三部分的功能，具體的說明和框圖如下 紅外接收解碼軟件設(shè)計 （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，只有三個引腳。紅外接收頭的信號輸出端 接單片機(jī)的INT0 腳。單片機(jī)中斷 INT0 在紅外脈沖下降沿時產(chǎn)生中斷。 在中斷期間啟動定時 器 0 進(jìn)行計數(shù)，直到下一個負(fù)脈沖到來，將計數(shù)結(jié)果取出處理。電路使用 12MHz 晶振，定時器為 1US 計數(shù)一次。理論上代碼 “0” 的定時計數(shù)值為 1125 (0x465)代 碼 “1” 的定時計數(shù)值為 2250(0x8ca)，但考慮到單片機(jī)晶振的誤差，中斷的延時，遙控器晶振的誤差，測到的結(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)計流程圖，紅外遙控程序使用單片機(jī)中斷 0 和定時器 0。 20 圖 紅外接收解碼軟件設(shè)計流程圖 按鍵控制軟件設(shè)計 （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)。平時單片機(jī)處在按鍵檢測和紅外遙控檢測狀態(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，這時學(xué)習(xí)指示燈 D1 點亮。按一下紅外遙控器的任意一個按鍵 ，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，指示燈由點亮轉(zhuǎn)為閃爍，表示學(xué)習(xí)失敗，這 時可以按一下紅外遙控開關(guān)的任何一個按鍵或遙控器的任意鍵停止閃爍，返回平時掃描檢測狀態(tài)；如果沒有上述動作則大約 15 秒自動返回。如果學(xué)習(xí)成功，按一下紅外遙控器的對應(yīng)按鍵就可以控制輸出的斷開和接通。平時按住按鍵小于 2 秒控制單片機(jī)的輸出的斷開和接通，這時學(xué)習(xí)指示燈沒有點亮，對應(yīng)的輸處理紅外遙控程序 （ INTO中斷 ） 開定時器 0？ 取出定時器 0 的計 數(shù)值，重新計數(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 定時器 0 定時器 0清零，重新計數(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)計流程圖如圖 52 所示： 圖 52 紅外遙控開關(guān)按鍵軟件設(shè)計流程圖 遙控發(fā)射部分程序設(shè)計 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 主要是對定時器 T1 定時的方式的設(shè)定、計數(shù)器的初始化等。主程序程序流程圖如圖 53 所示。 清零定時器 1 學(xué)習(xí) (指示燈亮 ) 控制開關(guān) 延時 8 毫秒 處理按鍵程序 是按鍵