【文章內(nèi)容簡介】 僅能實現(xiàn)電器開關的控制，實用價值不大；方案三不僅可用控制鍵實現(xiàn)對電器的控制，而且可對一路電燈進行亮度控制，方便實用。且本設計用到的元器件較少，電路相對簡單實用。所以本設計采用方案三作為設計藍本 按鍵 控制 紅外 發(fā)射 單 片 機 顯示 紅外接收 受控電器電源開關 調(diào)光電路 電燈 11 第 2章 系統(tǒng)硬件電路設計 單片機的選擇 本設計所用的單片機可以用 C－ 31, AT89C－ 51,羚羊單片機等多種單片機來實現(xiàn)。但是C－ 31 沒有內(nèi)部存儲器，本設計需要編寫程序，那么就要用外部擴展，比較麻煩。本設計所編寫的程序比較簡單，功能也比較少，如用羚羊單片機過于麻煩，大材小用，本設計所用到的輸入輸出端口也不是很多，所以我們決定用 AT89C－ 51單片機來完成本設計，及方便也 很實用。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ 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。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 ? 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， 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廉的方案。 主要特性： 與 MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 12 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部 RAM 32可編程 I/O線 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 顯示器件選擇 在單片機應用系統(tǒng)中 ,使用的顯示器主要有 LED(發(fā)光二極管 )和 LCD(夜晶顯示器 )。這兩種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機接口方便。但是他們也是各有特點的： LED 接口非常簡單 ，不需要專用的驅(qū)動程序，在設計程序時也非常的簡單；LCD 顯示的字比較豐富，也比較清楚，給人的感覺很好，但是他接口復雜，且要自己造字庫，難度不小。對于萬用表來說，在配置一些指示燈的前提下，只顯示數(shù)字就夠了，故沒必要采用 LCD，用 LED 就夠了。 因為本設計所用到的調(diào)光功能僅僅是調(diào)節(jié)電燈的亮暗，所以無需使用復雜的調(diào)光控制系統(tǒng)，可直接使用一個光電藕合器，來實現(xiàn)此功能。 光電耦合器具有體積小、使用壽命長、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強 。 無觸點且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點，因而在各種電子設備上 得到廣泛的應用 。 光電耦合器可用于隔離電路、負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 ,常見的只有 4種結(jié)構 : ,為發(fā)光二極管與光電晶體管封裝的光電耦合器 ,結(jié)構為雙列直插 4引腳塑封 ,內(nèi)部電路見表一 ,主要用于開關電源電路中。 ,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)構不同 ,結(jié)構為雙列直插 6引腳塑封 ,內(nèi)部電路見表一 ,也用于開關電源電路中。 ,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)構為雙列 13 直插 6引腳塑封 ,內(nèi) 部電路見表一 ,主要用于 AV 轉(zhuǎn)換音頻電路中。 ,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)構為雙列直插 6引腳塑封 ,內(nèi)部電路見表一 ,主要用于 AV 轉(zhuǎn)換視頻電路中。 本設計采用的就是第二類的一個型號為 PS2019。 按鍵控制方式選擇 由于本設計所控制的電器數(shù)目較少，所以不用外接擴充鍵盤，直接使用單片機上的接口，直接使用 8個點觸式開關即可。 ： 用單片機制作一個紅外電器遙控器，可以分別控制 5個電器的電源開關。并且可以對其中一路電燈進行亮度的調(diào)節(jié)控 制。 ．發(fā)射電路部分 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(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。當不同的指令鍵被按下時，指令信號電路產(chǎn)生不同脈沖編碼的指令信號，也就是進行編碼，然后經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制，變?yōu)榫幋a脈沖編碼脈沖調(diào)制信號，再由驅(qū)動電路驅(qū)動紅外發(fā)射器發(fā)射紅外信號。整體過程如下： 圖 指 令 鍵 指 令 編碼 調(diào) 制 驅(qū) 動 紅外發(fā)射 14 本發(fā)射電 路采用一個 12M的晶體振蕩器，產(chǎn)生相對應受控開關的脈沖頻率，通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。發(fā)射電路圖如下： 圖 其中第 9腳（ RST）所接的是一個最簡單的 RC上電復位電路。 接一個三級管發(fā)光二級管利用紅外光為介質(zhì)，將控制信以紅外光脈沖的形式發(fā)射出去，由接收電路再進行放大，解調(diào)，信號還原。 晶體三極管主要用于放大電路中起放大作用， 本設計采用的是一個 NPN 型的三級管9013，為了得到更大的放大倍數(shù)，采用了類似共射級接法。因為從 ，而三級管 9013 不 能承受此電壓，所以采用了一個阻值較大的電阻來起分壓作用，從而緩沖了加到三級管上的電壓。 9013 的工作特性如下： 極限值： (Ta=25℃) 參數(shù)名稱 符號 額定值 單位 最高集電極 發(fā)射極電壓 VCEO 20 V 最高集電極 基極電壓 VCBO 40 V 最高發(fā)射極 基極電壓 VEBO 5 V 15 最大集電極電流 Ic 500 mA 耗散功率 Pc 625 mW 最高結(jié)溫 Tj 150 ℃ 貯存溫度 Tstg 55~150 ℃ 電特性： (Ta=25℃) 參數(shù)名稱 符號 測試條件 最小值 最大值 單位 集電極 基極截止電流 ICBO VCB=40V， IE=0 － 150 nA 發(fā)射極 基極截止電流 IEBO VEB=5V， Ic=0 － 150 nA 共發(fā)射極正向電流 傳輸比的靜態(tài)值 HFE VCE=1V， Ic=50mA 64 300 集電極 發(fā)射極飽和電壓 VCESat Ic=500mA， IB=50mA － V 基極 發(fā)射極飽和電壓 VBEsat Ic=500mA， IB=50mA － V 紅外發(fā)射管的工作電壓一般為 至 ，不能直接用 5V 的電壓加在上 面，所以又接了一個 39Ω的電阻，起分流作用，以保證紅外發(fā)射管正常工作。 本設計采用的紅外發(fā)射管為 J16TE28A6R01MSC 其具體參數(shù)如下： 型號： 公司： EGamp。G Judson 相應度 Re Min（ A/W） :600m 相應度 Re @λ（ m）： 暗電流 ID（ A） 光普范圍（ ℃ ） Min： 800n 光普范圍（ ℃ ） Max： 說明： 相應時間 tResp（ s）： 16 反應電壓 VR（ v）： 總電容 CT(F): 材料： Ge 下圖為該系統(tǒng)遙控發(fā)射器電路原理圖，其中第 1腳至第 7腳接 7個點觸式的開關，第 1腳至第 5腳用來遙控電器電源開關，第 6腳為可調(diào)光電燈的開關，第 7腳，第 8腳為調(diào)節(jié)電燈亮度的控制開關，當按第 7腳開關時，電燈增亮，當按下第 8腳時電燈減暗，第 9腳為單片機的復位腳，采用簡單的 RC上復位電路， 15腳作為紅外線遙控碼的輸出口，用于輸出 40kHz載波編碼， 18,19腳接 12MHz晶振 圖 ．接收電路部分 紅外接收 前置放大 解調(diào) 指令解碼 記憶驅(qū)動 執(zhí)行 17 圖 由上述可見，紅外遙控系統(tǒng)中的指令信號及檢出電路，在碼分制系統(tǒng)中由編碼電路和解碼電路構成，而且要有調(diào)制和解調(diào)的過程，因為碼分制系統(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對接收電路造成干擾，產(chǎn)生誤動作，系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性就難以保證。 以下是為該系統(tǒng)的遙控接收器電原理圖。第 1至 8接數(shù)碼管，用來顯示被控電燈開關的亮度，顯出數(shù)字 0至 8，顯 0時最暗，顯 8時最亮。第 35至 39口接 作為 5個電器的電源控制輸出。其中第 34口為可調(diào)節(jié)亮度的電燈。第 28腳為光電耦合調(diào)光燈的調(diào)光脈沖輸出，第10腳為 50Hz交流市電相位基準輸入，第 12腳為中斷輸入口，第 11腳用于接收紅外遙控碼輸入信號。 ` 圖 18 ．遙控碼的編碼格式 該遙控器采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的碼，最小為 2個脈沖，最大為9個脈沖，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：第 10腳輸出編碼波形 圖 ．遙控碼的發(fā)射 當某個被控電器的電源開關被按下時 ,單片機先讀出鍵值 ,然后根據(jù)鍵值設定遙控碼的脈沖個數(shù) ,再調(diào)制成 40kHz方波由紅外線發(fā)光管發(fā)身出去。發(fā)射電路的第 15腳的輸出調(diào)制波如下圖所示 : 19 圖 ．數(shù)據(jù)幀的接收處理 當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)幀接收時 ,將對第一位 (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 .當間隔位的高電平脈寬大于 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)行相應輸出口的操作 .下圖為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖 . 圖 ： 開始 20 圖 上圖是遙控發(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 . N Y 圖 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 .最后按照鍵號轉(zhuǎn)至相應的發(fā)射程序如下所示 . 初始化 調(diào)用鍵掃描 處理子程序 掃鍵開始 鍵按下？ 逐行 掃描，按 P 口值查鍵號 按鍵號轉(zhuǎn)至相應的發(fā)射程序 返回 發(fā)射開始 裝入發(fā)射脈沖個數(shù)（ R1） 發(fā) 3ms 脈沖 21 N 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) 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 ,使用效果不是很好 ,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 : N 停發(fā) 1ms （ R1） 1=0 發(fā) 1ms 脈沖 停發(fā) 1ms 返回 開始 初始化 按顯示亮度數(shù)據(jù)設定調(diào)光脈沖延時值 =0? 22 Y 圖 遙控接收部分的主程序及初始化及延時過程如上 :首先初始化 ,然后按照顯示亮度數(shù)據(jù)設定調(diào)光脈沖延時值 ,看 口的脈沖是否為 0,若不為 0則調(diào)入延時程序 ,此時 口輸出調(diào)光脈沖然后返回 。若為 0則直接返回 . N Y N 調(diào)延時程序