【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，實(shí)用價(jià)值不大；方案三不僅可用控制鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)電器的控制，而且可對(duì)一路電燈進(jìn)行亮度控制，方便實(shí)用。且本設(shè)計(jì)用到的元器件較少，電路相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)用。所以本設(shè)計(jì)采用方案三作為設(shè)計(jì)藍(lán)本 。 第 2 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ．紅外遙控電路設(shè)計(jì) 由于本設(shè)計(jì)為一紅外遙控裝置 ,根據(jù)所選擇方案將其分為發(fā)射和接收兩大模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。 13 發(fā)射電路部分 器件選擇 單片機(jī)的選擇 : 本設(shè)計(jì)所用的單片機(jī)可以用 C－ 31, AT89C－ 51,羚羊單片機(jī)等多種單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是 C－ 31沒(méi)有內(nèi)部存儲(chǔ)器，本設(shè)計(jì)需要編寫程序，那么就要用外部擴(kuò)展，比較麻煩。本設(shè)計(jì)所編寫的程序比較簡(jiǎn)單，功能也比較少，如用羚羊單片機(jī)過(guò)于麻煩，大材小用，本設(shè)計(jì)所用到的輸入輸出端口也不是很多，所以 我們決定用AT89C－ 51 單片機(jī)來(lái)完成本設(shè)計(jì)，既方便也很實(shí)用。 下面對(duì) AT89C51做一下簡(jiǎn)單的介紹： AT89C－ 51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 ? 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 14 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 振蕩器 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為 片內(nèi)振蕩器。 石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTA L2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí) 鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 89C51 的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在 18和 19腳外 接石英晶體 (212MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 10p30p。另外一種是 外部時(shí)鐘方式，即將 XTAL1 接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從 XTAL2 腳輸入。 兩種方式分別 如下圖所示 : 圖 芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 由上可見(jiàn) ， 89C51 芯片的功能強(qiáng)大，其震蕩特性能很好的滿足本設(shè)計(jì)的要求，與同類 51 芯片（如 89C2051）相比，其引腳較多，在滿足對(duì) 控制方式 的 選擇 的同時(shí)，還可加入調(diào)光控制電路，這更能符合本設(shè)計(jì)的需要。因此本設(shè)計(jì)決定選用 15 芯片 89C51 作為核心芯片。 按鍵控制選擇 由于本設(shè)計(jì)所控制的電器數(shù)目較少，所以不用外接擴(kuò)充鍵盤，直接使用單片機(jī)上的接口，直接使用 8個(gè)點(diǎn)觸式開(kāi)關(guān)即可。 頻率發(fā)生選擇 可用一 12M 晶體震蕩器發(fā)生滿足要求的頻率。 電路設(shè)計(jì) 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(hào)產(chǎn)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(shè)計(jì)發(fā)射電路核心芯片和點(diǎn)觸式開(kāi)關(guān)作為控制鍵后，加上一個(gè)簡(jiǎn)單紅外發(fā)射電路和 12M晶體震蕩器便可實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射。 下圖為本紅外遙控設(shè)計(jì)核心部分之一的發(fā)射電路原理圖 : 16 圖 其中芯片端口 至 接 8個(gè)點(diǎn)觸式開(kāi)關(guān) ,端口 至 用來(lái)遙控電器電源開(kāi)關(guān)，端口 為本遙控器的開(kāi)關(guān)，端口 和端口 為調(diào)節(jié)電燈亮度的控制開(kāi)關(guān) ,其中 對(duì)發(fā)光二極管的增亮控制 ,極管的減暗控制 ,端口 RST 為單片機(jī)的復(fù)位腳 ,采用簡(jiǎn)單的 RC 上復(fù)位電路，端口 作為紅外線遙控碼的輸出口，用于輸出 40kHz 載波編碼，端口 XTAL2 和端口 XTAL1 接 12MHz 晶振 . 晶體三極管主要用于放大電路中起放大作用， 本設(shè)計(jì)采用的是一個(gè) NPN 型的三級(jí)管 9013，為了得到更大的放大倍數(shù)，采用了類似共射級(jí)接法。因?yàn)閺? 口出來(lái)的為高電壓，而三級(jí)管 9013 不能承受此電壓，所以采用了一個(gè)阻值較大的電阻來(lái)起分壓作用，從而緩沖了加到三級(jí)管上的電壓。 接收 電路部分 器件選擇 單片機(jī)的選擇 與發(fā)射部分一樣 ,本設(shè)計(jì)所用到的輸入輸出端口不多，用 AT89C－ 51 單片機(jī)完全可以完成本設(shè)計(jì)，其方便實(shí)用的性能相對(duì)其他同類芯片更適合于本設(shè)計(jì)。 顯示設(shè)備選擇 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中 ,使用的顯示器主要有 LED(發(fā)光二極管 )， LCD(夜晶顯示器 )。這兩種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便。但是 17 他們也是各有特點(diǎn)的： LED接口非常簡(jiǎn)單，不需要專用的驅(qū)動(dòng)程序，在設(shè)計(jì)程序時(shí)也非常的簡(jiǎn)單； LCD顯示的字比較豐富，也比較清楚，給人的感覺(jué)很好，但是他接口復(fù)雜，且要自己造字庫(kù)， 難度不小。 對(duì)于本設(shè)計(jì)遙控器的接收電路來(lái)說(shuō)，在配置一些指示燈的前提下，只顯示數(shù)字就夠了，故沒(méi)必要采用 LCD，用 LED就夠了。 下面簡(jiǎn)單介紹一下 LED顯示器的結(jié)構(gòu)和引腳 LED顯示器是有發(fā)光二極管來(lái)顯示字段的器件。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用七段顯示器。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起稱共陽(yáng)極顯示器，陰極連在 一起的稱共陰極顯示器。圖 a中為七段顯示器的結(jié)構(gòu)。一個(gè)顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管控制 a～ g七段的亮或暗，另外一個(gè)發(fā)光二極管控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮或暗。這種七段顯示器能顯示的字符較少，字符的形狀有些失真， 但與單片機(jī)的控制接口非常簡(jiǎn)單，使用方便。 圖 LED有兩種顯示方式：動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。下面簡(jiǎn)要介紹一下各自的原理： （ 1）靜態(tài)顯示方式 靜態(tài)顯示方式就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符是，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止，直到顯示另一個(gè)字符為止。例如對(duì)于共陰極 LED顯示器，當(dāng)其 a,b,c,d,e,f 為高電平， g,dp 為低電平時(shí)，為高電平的引腳恒定截止，顯示器顯示“ 0”。這種顯示方式每一個(gè)七段 LED顯示器需要一個(gè) 8位輸出口控制段選位，個(gè)顯示器的位選位連在一起接低電平（共陰極時(shí)）或接高電平（共陰極時(shí)）或接高電 平（共陰極時(shí)）。 靜態(tài)顯示方式，顯示器中的各位相互獨(dú)立，而且各位的顯示字符一經(jīng) 18 確定，相應(yīng)鎖存的輸出將維持不變。正因?yàn)槿绱耍o態(tài)顯示的亮度較高。這種顯示方式編程容易，管理也較簡(jiǎn)單，但占用 I/O口資源較多，因此在顯示位數(shù)較多時(shí)，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 （ 2）動(dòng)態(tài)顯示方式 在多位 LED顯示時(shí)，為了節(jié)省 I/O口線，降低成本，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方式。動(dòng)態(tài)顯示方式是一位一位地分時(shí)輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對(duì)沒(méi)一位顯示器來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間輪流點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮和熄滅時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整導(dǎo)通電流和時(shí)間 參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。這種顯示方式將七段 LED顯示器的所有段選位并聯(lián)在一起，有一個(gè) 8位 I/O口控制，而共陰極或共陽(yáng)極的公共端分別由相應(yīng)的I/O 口控制，實(shí)現(xiàn)各位顯示器的分時(shí)選通。下圖利用 P2 口控制各顯示器輪流選通， P0口接各顯示器的段選位，提供各顯示器的顯示數(shù)據(jù)。 由于單片機(jī) I/O口有限，而靜態(tài)顯示需要占用大量的接口。比如在本設(shè)計(jì)中需要采用 5 個(gè)數(shù)碼管，一個(gè)要 9 個(gè)口子，那總共需要 45 個(gè)口子，這是無(wú)法達(dá)到的，而動(dòng)態(tài)只要 8個(gè)就可以了。如果是需要顯示的數(shù)碼管實(shí)在是太多，則還可以在數(shù)碼管和單片機(jī)之間加上譯碼 器來(lái)進(jìn)一步減少口子的數(shù)目。 調(diào)光設(shè)備選擇 光電耦合器具有體積小、使用壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強(qiáng) 。 無(wú)觸點(diǎn)且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點(diǎn)，因而在各種電子設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用 。 光電耦合器可用于隔離電路、負(fù)載接口及各種家用電器等電路中 。 光電耦合器的種類較多 ,但在家電電路中 ,常見(jiàn)的只有 4種結(jié)構(gòu) : ,為發(fā)光二極管與光電晶體管封裝的光電耦合器 ,結(jié)構(gòu)為雙列直插 4引腳塑封 ,內(nèi)部電路見(jiàn)表一 ,主要用于開(kāi)關(guān)電源電路中。 ,為發(fā)光二極管與光電晶體管封裝的光電耦合器 ,主要區(qū)別引腳結(jié)構(gòu)不同 ,結(jié) 構(gòu)為雙列直插 6 引腳塑封 ,內(nèi)部電路見(jiàn)表一 ,也用于開(kāi)關(guān)電源電路中。 ,為發(fā)光二極管與光電晶體管 (附基極端子 )封裝的光電耦合器 ,結(jié)構(gòu)為雙列直插 6 引腳塑封 ,內(nèi)部電路見(jiàn)表一 ,主要用于 AV轉(zhuǎn)換音頻電路中。 19 ,為發(fā)光二極管與光電二極管加晶體管 (附基極端子 )封裝的光電耦合器 ,結(jié)構(gòu)為雙列直插 6引腳塑封 ,內(nèi)部電路見(jiàn)表一 ,主要用于 AV轉(zhuǎn)換視頻電路中。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)所用到的調(diào)光功能僅僅是調(diào)節(jié)電燈的亮暗，所以無(wú)需使用復(fù)雜的調(diào)光控制系統(tǒng)，可直接使用一個(gè)光電藕合器，來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。 本設(shè)計(jì)采用的就是以上第二 類的一個(gè)型號(hào)為 PS2019。 紅外遙控接收器的接收過(guò)程 圖 由上述可見(jiàn)，紅外遙控系統(tǒng)中的指令信號(hào)及檢出電路，在碼分制系統(tǒng)中由編 碼電路和解碼電路構(gòu)成，而且要有調(diào)制和解調(diào)的過(guò)程，因?yàn)榇a分制系統(tǒng)編碼脈沖 的頻率極低，為超低頻，如果不用調(diào)制與解調(diào)電路，外界突然的光線變化可能會(huì) 對(duì)接收電路造成干擾，產(chǎn)生誤動(dòng)作，系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性就難以保證。 碼分制紅外遙控就是指令信號(hào)產(chǎn)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。當(dāng)不同的指令鍵被按下時(shí)，指令信號(hào)電路產(chǎn)生不 同脈沖編碼的指令信號(hào)，然后經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制，變?yōu)榫幋a脈沖調(diào)制信號(hào)，再由驅(qū)。 動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器發(fā)射紅外光信號(hào)。 接收器接收下來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大后，送入出解調(diào)電路，對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行 解調(diào)，再經(jīng)過(guò)指令信號(hào)檢出指令信號(hào)。智力的指令信號(hào)檢出電路是與發(fā)射器中編 碼電路相對(duì)應(yīng)的譯碼電路，它將指令信號(hào)譯出。 紅外接收 前置放大 解調(diào) 指令解碼 記憶驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行 20 電路設(shè)計(jì) 顯示電路的設(shè)計(jì) 以 51 芯片的 P1端口直接與數(shù)碼管相連，但為保證 51芯片的正常工作，須在 P1 端口連電源時(shí)加上 470Ω的限流電阻。 設(shè)計(jì)電路圖如下 : 圖 其中芯片端口 至 接數(shù)碼管的 a至 h這 8個(gè)引腳，用來(lái)顯示被控發(fā)光二極管的序號(hào)。 受控電器電源開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 由于本設(shè)計(jì)無(wú)法使用 6 個(gè)家用電器開(kāi)關(guān)作為受控開(kāi)關(guān) ,故用 6 個(gè)發(fā)光二極管來(lái)代替 .其中接端口 的二極管作為可調(diào)節(jié)亮度的燈 .為了保證發(fā)光二極管安全正常工作 ,特取 1kΩ電阻作為限流電阻 . 設(shè)計(jì)電路圖如下 : 21 圖 調(diào)光電路設(shè)計(jì) 晶體三極管主要用于放大電路中起放大作 用， 本設(shè)計(jì)采用的是一個(gè) 9012 三極管，為了得到更大的放大倍數(shù)，采用了類似共射級(jí)接法。因?yàn)閺? 口出來(lái)的為高電壓，而三極管 9012 不能承受此電壓，所以采用了一個(gè)阻值較大的電阻來(lái)起分壓作用，從而緩沖了加到三級(jí)管上的電壓。而對(duì)于調(diào)光控制則采用了一個(gè)光電耦合器實(shí)現(xiàn)對(duì)一路電器的亮度控制。 圖 接收頻率部分和紅外接收設(shè)計(jì) 為了與發(fā)射端對(duì)應(yīng)，同樣采用一個(gè) 12M 晶體震蕩器與一個(gè)紅外接收的二極管配合可對(duì)發(fā)射出的頻率進(jìn)行接 收。 遙控接收器電路原理圖 下圖為本紅外遙控設(shè)計(jì)的另一核心部分接收電路原理圖，其中芯片端口 至 接數(shù)碼管的 a至 h這 8個(gè)引腳，用來(lái)顯示被控發(fā)光二極管的序號(hào)。 端口 至 接 6 個(gè)發(fā)光二極管的電源控制輸出。其中可對(duì)端口 接的發(fā)光二極管進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。端口 ，端口 為 50Hz 交流市電相位基準(zhǔn)輸入，端口 為中斷輸入口，端口 用于接收 22 紅外遙控碼輸入信號(hào)。 圖 ． 遙控碼的編碼格式 該遙控器采用脈沖個(gè)數(shù)編碼，不同的脈沖個(gè)數(shù)代表不同的碼，最小為 2 個(gè)脈沖，最大為 17 個(gè)脈沖，為了使接收可靠，第一位碼寬為 3ms，其余為 1ms，遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔大于 10ms，如下圖所示：端口 輸出編碼波形 圖 ．設(shè)定遙控碼的發(fā)射 當(dāng)某個(gè)被控電器的電源開(kāi)關(guān)