【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 C型單片機(jī)，原是 Cygnal公司的產(chǎn)品，該公司于 20xx 年并入 Silicon Laboratories 公司。C8051F 系列具有與 MCS51 單片機(jī)兼容的內(nèi)核，運(yùn)用流水線式運(yùn)算技術(shù)，不再把時(shí)鐘周期以及機(jī)器周期進(jìn)行細(xì)致區(qū)分，可以在執(zhí)行指令的同一時(shí)刻，預(yù)處理接下來(lái)的指令，增加了指令執(zhí)行速率。其中 C8051F020 是該系列單片機(jī)中功能較全，最具有代表性的一款 C8051F020 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 64k bytes 字節(jié) Flash 存儲(chǔ)器， 4352（ 4096+256） B 的片內(nèi) RAM， 64 個(gè)數(shù)字 I/O 引腳 ， 5個(gè)通用的 16 位定時(shí)器，硬件實(shí)現(xiàn)的 SPI,SMBUs/I178。C 和兩個(gè) UART 串行通接口，可尋址 64KB 地址空間的外部數(shù)據(jù)存貯器接口。模擬外設(shè)以及數(shù)字外設(shè)都能由固件使能或禁止，配置。同時(shí)， Flash 存儲(chǔ)器也可以在線系統(tǒng)重新編程，可用于不易失類數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，并可以現(xiàn)場(chǎng)刷新 8051 固件，支持?jǐn)帱c(diǎn)、觀察點(diǎn)、單步運(yùn)行和停機(jī)命令 [1]。在使用 JTAG引腳都容許 5V的輸入信號(hào)電壓。 C8051F020 為 100 引腳 TQFP 封裝，如圖 2所示。片內(nèi)原理框圖如圖 3 所示。 C8051F020 單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu)及功能說(shuō)明 圖 2 C8051F020 芯片示意圖 電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 C8051F020 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片 機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖 3 所示 ： C 8 0 5 1 F 0 2 0電 源 電 路復(fù) 位 電 路仿 真 接 口 電 路圖 3 C8051F020 最小系統(tǒng)原理框圖 （ 1） C8051F 系列 MCU 振蕩器 每個(gè) C8051F 系列 MCU 都包含內(nèi)部振蕩器以及外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路都可以作系統(tǒng)時(shí)鐘， MCU 在復(fù)位后從內(nèi)部振蕩器啟動(dòng)。系統(tǒng)時(shí)鐘能夠在內(nèi)部和外部振蕩器間切換。也可以在選擇的時(shí)候，讓其中一個(gè)振蕩器保持在允許狀態(tài)，這樣可以避免切換時(shí)的延遲。外部振蕩器的可配置性是相當(dāng)可觀的，足以為用戶帶來(lái)多種選擇 [2]。時(shí)基信號(hào)可以來(lái)自外 CMOS 時(shí)鐘源或者晶體 諧振器，陶瓷諧振器喝 RC 組合電路以及外部電容也可以。振蕩器的工作方式是受 SFR 控式，內(nèi)外各一個(gè)，即 OSCICN 內(nèi)部振蕩器控制寄存器和 OSCXCN 外部振蕩器控制寄存器。 （ 2） C8051F020 交叉開(kāi)關(guān)配置 C8051F020 單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)字和模擬資源可以通過(guò) P0~P3， 32 個(gè) I/O 引腳使用。每個(gè)端口引腳可以被定義為通用 I/O(GPIO),又可以分配給一個(gè)數(shù)字外設(shè)或功能（例如：UART0 或 /INT1），如圖所示。其中 P1口的引腳可以用作 ADC1 的模擬輸入。設(shè)計(jì)者完全控制數(shù)字功能的引腳分配，只受 （ 3）端口 I/O初始化步驟 1）用端口輸入方式寄存器（ PnMDIN）選擇所有的端口引腳輸入方式（模擬或數(shù)字）。 電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 2）用端口輸出方式寄存器（ PnMDOUT）選擇所有的端口引腳輸出方式） 3）將引腳分配給要使用的外設(shè) 4）使能交叉開(kāi)關(guān)（ XBARE=1） （ 4）程序流程圖 上 電 、 復(fù) 位功 能 模 塊 n功 能 模 塊 2功 能 模 塊 1初 始 化 程 序 圖 4 最小系統(tǒng)框圖 發(fā)射端電路 模塊設(shè)計(jì) 發(fā)射端電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)及顯示電路、紅外發(fā)射電路、按鍵電路和穩(wěn)壓電路等組成。 C 8 0 5 1 F 0 2 0矩 陣 按 鍵數(shù) 碼 管 顯 示紅 外 發(fā) 射 管5 V 電 源 圖 5 手持式遙控器方框圖 電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 1. C8051F020 的功能： （ 1）高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容 的 CIP51 內(nèi)核（可達(dá) 25MIPS） （ 2） 64KB 可重編程閃速存儲(chǔ)器 （ 3） 真正 12 位、 100ksps 的 8 通道 ADC，帶 PGA （ 4） 4352B 的片內(nèi) RAM （ 5） 可尋址 64KB 地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口 （ 6） 硬件 178。C和兩個(gè) UART 串行接口 （ 7） 5 個(gè)通用 16 位定時(shí)器 （ 8） 兩個(gè) 12 位 DAC （ 9） 低耗空載和掉電方式。 端口輸入 /輸出 S M B u sP R T 3 C F 寄存 器T 0 ， T 1 ， T 2比 較 器 輸 出P C AU A R TS P I數(shù) 字 交叉 開(kāi) 關(guān)優(yōu) 先 級(jí)譯 碼 器X B R 0 ，X B R 1 ， X B R 2寄 存 器P R T 0 C F , P R T1 C F , P R T 2 C F寄 存 器P 0 I / O單 元P 2 I / O單 元P 1 I / O單 元P 3 I / O單 元P 0 . 0P 3 . 0 — P 3 . 7P 3 . 7P 3 . 0P 2 . 0P 1 . 7P 1 . 0P 0 . 7P 2 . 7P 3P 2P 1P 0 P 0 . 0 — P 0 . 7P 2 . 0 — P 2 . 7P 1 . 0 — P 1 . 7 圖 6 端口 I/O 功能框圖 電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 MCU 中有大量的數(shù)字資源需要通過(guò)數(shù)字 I/O 端口 P0， P1， P2和 P3 才能使用。端口0、 2 中的每個(gè)引腳既可以定義為對(duì)應(yīng)的端口 I/O，又可以分配給一個(gè)內(nèi)部非模擬資源，如圖 7 所示 [3]。設(shè)計(jì)者對(duì)功能分配有完全的控制，只受所選器件可用引腳多少的限制。這種靈活性分配得益于優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)關(guān)譯碼器的強(qiáng)大功能，無(wú)論交叉開(kāi)關(guān)怎么配置，端口 I/O 引腳狀態(tài)都能夠被送到對(duì)應(yīng)鎖存器。 引腳名稱 引腳號(hào) 引腳類型 說(shuō)明 VDD 18,20 數(shù)字電壓源 DGND 17,21 數(shù)字地 AV+ 9,29 模擬電壓源 AGND 8,30 模擬地 TCK 14 數(shù)字輸入 帶內(nèi)部上拉的 JTAG測(cè)試時(shí)鐘 TMS 13 數(shù)字輸入 帶內(nèi)部上拉的 JTAG測(cè)試模式選擇 TDI 15 數(shù)字輸入 帶內(nèi)部上拉的 JTAG測(cè)試數(shù)據(jù)輸入 TDO 16 數(shù)字輸出 帶內(nèi)部上拉的 JTAG測(cè)試數(shù)據(jù)輸出 XTAL1 10 模擬輸入 晶體輸入 XTAL2 11 模擬輸出 晶體輸出 /RST 12 數(shù)字 I/O 芯片復(fù)位 VREF 3 模擬 I/O 電壓基準(zhǔn) CP0+ 2 模擬輸入 比較器 0的同相輸入端 CP0 1 模擬輸入 比較器 0的反相輸入端 CP1+ 模擬輸入 比較器 1的同相輸入端 CP1 模擬輸入 比較器 1的反相輸入端 DAC0 32 模擬輸出 數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出口 0 DAC1 31 模擬輸出 數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出口 1 AIN0AIN7 4—— 7 模擬輸入 模擬 MIX通道輸入 07 1 22—— 27 數(shù)字 I/O 端口 0位 07 數(shù)字 I/O 端口 1位 07 數(shù)字 I/O 端口 2位 07 數(shù)字 I/O 端口 3位 07 表 1 引腳定義 紅外發(fā)射電路設(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)生電信號(hào)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 C8051F020 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，電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 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。 紅外發(fā)光二極管為發(fā)射部分的主要元件。由于紅外發(fā)光二極管的內(nèi)部材料與普通二極管不同，所以它是一個(gè)特殊的發(fā)光二極管，在它的兩端加上一定的電壓時(shí)，其發(fā)出來(lái)的是紅外線不再是可 見(jiàn)光?，F(xiàn)在市面上常用的紅外發(fā)光二極管的波長(zhǎng)為 940nm，其與普通Φ 5的發(fā)光二極管外形相同，但是顏色不同 [4]。 遙控發(fā)射通過(guò)鍵盤(pán)，每按下一個(gè)鍵，即產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號(hào)調(diào)制在 40KHz 的載波上，激勵(lì)紅外光二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過(guò)空間傳送到受控機(jī)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 7所示： 本系統(tǒng)采用 PH303 紅外發(fā)射二極管，波長(zhǎng)為 940，正向電壓在 以下。 R1紅外發(fā)射管L E DN P NP 0 . 7V C CP 0 . 1發(fā)射部分按鍵部分 圖 7 紅外發(fā)射電路 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)的鍵盤(pán)主要有兩種：一種是有編 碼鍵盤(pán)，另一種是非編碼鍵盤(pán)。 編碼鍵盤(pán)：包括按鍵和產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。當(dāng)使用時(shí)，按下鍵盤(pán)上的按鍵，硬件電路就會(huì)產(chǎn)生這個(gè)鍵的代碼（簡(jiǎn)稱鍵碼），在此時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)傳電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 遞給 CPU 以接收鍵碼。編碼鍵盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是編寫(xiě)程序簡(jiǎn)單而且使用方便；缺點(diǎn)所使用的硬件復(fù)雜。 非編碼鍵盤(pán)：排列成行或列矩陣形式是其按鍵的特點(diǎn)。按鍵只能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的接通或斷開(kāi)，所以要有與之相應(yīng)的程序相配合，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的鍵碼，而且非編碼鍵盤(pán)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要附加硬件電路 [5]。 為了簡(jiǎn)潔電路，使用非編碼鍵盤(pán)。如圖 8所示： U1 U6 U8 U 1 0U5 U7 U9 U 1 1U 1 2 U 1 4 U 1 6 U 1 1 8U 1 3 U 1 5 U 1 7 U 1 9P 1 0P 1 1P 1 2P 1 36785P 1 3P 1 2P 1 1P 1 0 圖 8 矩陣鍵 盤(pán)原理圖 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示器是一類比較多見(jiàn)的設(shè)備，其種類繁多，但在單片機(jī)實(shí)例中常用發(fā)光二極管顯示器 (LED)以及液晶顯示器（ LCD） 兩種，由于這兩種顯示其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，接口容易實(shí)現(xiàn)，因而得到廣泛應(yīng)用。下面介紹 LED 的結(jié)構(gòu)、工作原理以及它的接口電路。 LED 顯示器又稱為數(shù)碼管，它主要由 8 段發(fā)光二極管組成，如圖 9 所示。圖 9 中，a~g 為數(shù)字或字符顯示段， h段為小數(shù)點(diǎn)顯示，通過(guò) a~g 為 7個(gè)發(fā)光段的不同組合，可以顯示 0 到 9和 A到 F 共 16 個(gè)字母和數(shù)字。例如，當(dāng) a、 b、 g、 e、 d、段亮?xí)r，則顯示字幕“ F”。 LED 可以分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)，如圖 和 所示。其中圖 為共電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 陰極結(jié)構(gòu)。即把 8個(gè)發(fā)光二極管陰極連在一起。這時(shí)如果需要點(diǎn)亮 a~g 中的任何一盞燈，只需要在相應(yīng)端輸入高電平即可；輸入低電平則截止 [6]。圖 為共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。其顯示端輸入低電平有效，高電平截止。表 2 列出了共陽(yáng)極與共陰極 LED 顯示其顯示數(shù)字、字母與顯示代碼之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 LED 的顯示方式可以分為兩種，一是靜態(tài)顯示，二是動(dòng)態(tài)顯示，本設(shè)計(jì)選用動(dòng)態(tài)顯示。其特點(diǎn)是似乎各位 LED 是“同時(shí)”顯示的。動(dòng)態(tài)顯示法是目前各種單片機(jī)采用 的流行方法。其優(yōu)點(diǎn)是硬件簡(jiǎn)單，“動(dòng)態(tài)”由軟件實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計(jì)選用動(dòng)態(tài)顯示的方法，其顯示格式如表 1。 表 2 數(shù)碼管顯示格式 數(shù)碼管 1 數(shù)碼管 2 風(fēng)速 D 相應(yīng)數(shù)字 模式 E 相應(yīng)數(shù)字 定時(shí) A 相應(yīng)數(shù)字 數(shù)碼管的操作電路如圖 9所示： Q2 Q2dpdpg gf fc cd db ba aeeR 1 9 R 1 9P00P00P N P P N P21 圖 9 數(shù)碼管基本操作電路 電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 接收端電路模塊設(shè)計(jì) 接收端電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)及顯示電路、紅外發(fā)射電路、按鍵電路、電源電路和控制單元等組成。其設(shè)計(jì)原理圖如下： C 8 0 5 1 F 0 2 0數(shù) 碼 管 顯 示+ 5 V 電 壓 源 交 流 電 源控 制 單 元紅 外 接 線 頭手 動(dòng) 按 鍵整 流 變 壓 圖 10 紅外接收端方框圖 紅外接收 電路設(shè)計(jì) 在接收過(guò)程中，脈沖通過(guò)光學(xué)濾波器和紅外二極管轉(zhuǎn)換為 40KHZ 的電信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，檢波，整形，解調(diào)，送到解碼與接口電路，從而完成相應(yīng)的遙控功能。接收電路圖見(jiàn)圖 11。 C40 .0 1 u FR 1 8C52 .2 u F321P 3 0G N DV C C P 3 0紅外接收管 圖 11 紅外接收電路 通常，紅外遙控器將遙控信號(hào) (二進(jìn)制脈沖碼 )調(diào)制在 40KHz 的載波上，經(jīng)過(guò)緩沖過(guò)程，放大過(guò)程之后被送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號(hào) [7]。把前面的遙控編碼脈沖對(duì)照 40KHz 載波信號(hào)進(jìn)行脈幅調(diào)制，再一次經(jīng)過(guò)緩沖過(guò)程，放大過(guò)程之后發(fā)射出去。 紅外接收管是接收部分的主要元件，紅外接收管是一種光敏二極管。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電風(fēng)扇的智能紅外遙控器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 為了使它能正常工作，需要給紅外接收二極管加上反向的偏壓，即在電路中反向應(yīng)用，這樣就可以擁有較高的靈敏度，本設(shè)計(jì)采用 SM0038 紅外接收頭 ,