【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用它作為主控單元，但此類(lèi)單片機(jī)往往由于工作頻率較低，它的內(nèi)部存儲(chǔ)器容量過(guò)小，難以滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要。 方案 2：使用基于 STC 單片機(jī)，比如選擇 STC89C52RC 型單片機(jī)是一種低功耗、高性能、采用 CMOS 工藝的 8 位微處理器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型 80C51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。片內(nèi) 8K Flash 存儲(chǔ)器可在線重新編程，或使用通用的非易失性存儲(chǔ)器編程器。由于一般的距離測(cè)量中，距離的變化速度并不太快，而且單片機(jī)的機(jī)器周期可達(dá)μs級(jí)，則其計(jì)時(shí)精度為μ s級(jí)，完全可以滿足系統(tǒng)測(cè)量的要求，并且成本較低。 STC89C52RC單片機(jī) ,基于 STC89C51 內(nèi)核 ,是新一代增強(qiáng)型單片機(jī) ,指令代碼完全兼容傳統(tǒng) STC89C51,速度快 8～ 12 倍 ,帶 ADC,4 路 PWM,雙串口 ,有全球唯一 ID號(hào) ,加密性好，抗干擾強(qiáng)。 綜上所述，選擇方案 2。 3 硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件基本組成 基于單片機(jī) 的智能化遙控器的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要有以下六部分組成： 單片機(jī)系統(tǒng)電路、紅外接收電路、紅外發(fā)送電路、存儲(chǔ)電路、鍵盤(pán)電路、顯示電路。 主要模塊電路設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)和顯示電路設(shè)計(jì) (1)鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 6*6 鍵盤(pán)電路模塊見(jiàn) 圖 所示。 鍵盤(pán)的實(shí)現(xiàn)方法是給所有的列線 I/O 口線均置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入到單片機(jī)中，如果有鍵按下，就會(huì)有一根行線電平被拉至低電平，根據(jù)次原理就可以檢測(cè)到是哪個(gè)鍵按下。鍵盤(pán)的接口與單片機(jī)的 P P3口相接。 第 6 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖 鍵盤(pán)電路 （ 2）顯示 模塊電路 顯示部分 采用了 1602 型 LCD 顯示模塊 。 1602 型 LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。 1602 型 LCD 可以顯示 2 行 16 個(gè)字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0~D7和 RS， R/W， EN 三個(gè)控制端口，工作電壓為 5V，并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能。 1602 型 LCD 的接口信號(hào)說(shuō)明和主要技術(shù)參數(shù)分別如表 、 所示 . 表 1602 型 LCD 的 接口管腳信號(hào) 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號(hào) 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端（ H/L） 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀寫(xiě)選擇端（ H/L） 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號(hào) 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負(fù)極 表 1602 型 LCD 的主要技術(shù)參數(shù) 顯示容量 16X2 個(gè)字符 芯片工作電壓 ~ 工作電流 （ ） 第 7 頁(yè) 共 45 頁(yè) 模塊最佳工作電壓 字符尺寸 (WXH)mm 圖 10 針接口與單片機(jī)的 P1 口相連， 6針的接口與單片機(jī)的P2 口的高位相連。 圖 顯示電路 紅外發(fā)射電路及其編碼 （ 1）紅外發(fā)射電路 紅外光是電磁波的一種，其頻率高于微波而低于可見(jiàn)光，是一種人的肉眼看不到的光線。通常將其中間 ～ 1000181。m 的波譜段稱(chēng)為紅外光譜區(qū)。一般把紅外光波譜細(xì)分為四個(gè)區(qū)域，即近紅外（ ～ ） 、中紅外（ ～ ） 、中遠(yuǎn)紅外（ ～ 20181。m）、和遠(yuǎn)紅外（ 20～ 1000181。m） 區(qū)。這里說(shuō)的近遠(yuǎn)是指紅外光在電磁波譜中與可見(jiàn)光的距離而言。我們實(shí)際的紅外遙控系統(tǒng)中所使用的主要集中在 ～ 的近紅外區(qū)。紅外線的波長(zhǎng)較短，更適合用于短距離控制系統(tǒng)中。 近紅外光可以通過(guò)紅外發(fā)光二極管 (LED) 獲得紅外發(fā)光二極管是一種由 PN 結(jié)構(gòu)成的注入電流型發(fā)光器件，在加上合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定波長(zhǎng)的近紅外光。 發(fā)射電路如圖 。 第 8 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖 紅外發(fā)射電路 目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為 940nm 左右，外形與普通 Φ 5發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍(lán)、透明三種顏色。發(fā)光二極管有交流電流、直流電流和脈沖電流等驅(qū)動(dòng)方式。交流電流驅(qū)動(dòng)方式主要用于紅外測(cè)量、檢測(cè)以及較簡(jiǎn)單的紅外光通信中。 直流電流驅(qū)動(dòng)方式，如圖 （發(fā)射方式示意圖）左圖所示，也被稱(chēng)為平均發(fā)射方式，是指通過(guò)啟動(dòng)直流電源驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)出恒定的紅外光。一般用這種驅(qū)動(dòng)方式的紅外光電二極管功率較?。ù蠖夹∮?100mV）、功耗較大、抗干擾能力也很差。 圖 發(fā)射方式示意圖 為了提高紅外遙控系統(tǒng)的工作距離，而又不使紅外發(fā)光管過(guò)載，一般 不采用這種方式，而是采用如圖 右圖所示的脈沖式發(fā)射方式或調(diào)制載波脈沖發(fā)射方式，紅外遙控系統(tǒng)的工作有效作用距離取決于發(fā)光二極管輻射的峰值功率，而峰值功率是由驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的電路峰值所決定的。在相同的平均電流下，脈沖寬度越窄，峰值功率越大，傳輸?shù)乃俣染驮娇欤l(fā)光的效率也就越高，遙控的有效距離也就越遠(yuǎn)。這種發(fā)射方式也大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 對(duì)于紅外光通信，除了紅外遙控距離外，調(diào)制頻率、調(diào)制帶寬也是發(fā)光二極管的兩個(gè)重要參數(shù)。調(diào)制頻率關(guān)系到紅外發(fā)光二極管在光通信中的傳輸速度的高低，紅外發(fā)光二極管因受到注入 PN 結(jié)有源區(qū)內(nèi)少數(shù)載流子壽命的限制（一般只有幾十兆赫茲），從而 第 9 頁(yè) 共 45 頁(yè) 限制了紅外發(fā)光二極管在高比特速率系統(tǒng)種的應(yīng)用。通過(guò)合理的脈沖編碼和優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路，可使發(fā)光二極管有可能用于高速光通信系統(tǒng)。調(diào)制帶寬定義為：在保證一定的調(diào)制頻率下，當(dāng)發(fā)光二極管輸出的交流光功率比參考頻率下降 3db 時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率值。它是衡量發(fā)光二極管調(diào)制能力的重要參數(shù)。 （ 2）紅外遙控編碼 紅外遙控器 碼將需要實(shí)現(xiàn)的操作指令事先編碼，然后將所有編碼的脈沖信號(hào)調(diào)制在38 kHz 方波 的載波上， 經(jīng)過(guò)三極管放大后，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管 向外發(fā)送。 其中 38 kHz載波 直接由單片機(jī)用軟件模擬， 由定時(shí)器 TO 產(chǎn)生。為保證 38kHz 方波的頻率穩(wěn)定性，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)盡可能使用頻率高的晶振，提高 CPU運(yùn)行速度 。 在應(yīng)用系統(tǒng)中，要完成對(duì)遙控器信號(hào)的解碼并實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能的控制，必須了解遙控器信號(hào)碼 (即遙控器所發(fā)射脈沖流 )的格式，即信號(hào)的引導(dǎo)脈沖高低脈沖的寬度、 “0”，“1”的表示法，以及遙控器識(shí)別碼、各個(gè)功能鍵的鍵碼。對(duì)信號(hào)碼的識(shí)別應(yīng)該從分析脈沖流的各個(gè)高、低脈沖的時(shí)間入手，通過(guò)分析各個(gè)高、低脈沖的時(shí)間，分析得出信號(hào)碼的格式。 常見(jiàn)的 “0”， “1”的波形如圖 所示。采用脈寬調(diào)制的串行 碼，以脈寬為 、間隔 、周期為 “ 0”；以脈寬為 、間隔 、周期為 的組合表示二進(jìn)制的“ 1”。 圖 遙控碼的“ 0”和“ 1” 控器所產(chǎn)生的脈沖編碼的格式一般為： 引導(dǎo)脈沖 (頭 )─ 識(shí)別碼 (用戶碼 )─ 鍵碼 ─ 鍵碼的反碼 其引導(dǎo)脈沖為寬度是 10 ms 左右的一個(gè)高脈沖和一個(gè)低脈沖的組合，用來(lái)標(biāo)識(shí)指令碼的開(kāi)始。識(shí)別碼、鍵碼、鍵碼的反碼均為數(shù)據(jù)編碼脈沖，用二進(jìn)制數(shù)表 示 。 “0”和 “1”均由 ms 量級(jí)的高低脈沖的組合代表。 識(shí)別碼 (即用戶碼 )是對(duì)每個(gè)遙控系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)。通過(guò)對(duì)識(shí)別碼的檢驗(yàn)，每個(gè)遙控器只能控制一個(gè)設(shè)備動(dòng)作，有效的防止了多個(gè)設(shè)備之間的串?dāng)_。當(dāng)指令鍵按下時(shí)，指令信號(hào)產(chǎn)生電路便產(chǎn)生脈沖編碼。 鍵碼后面一般還要有鍵碼的反碼，用來(lái)檢驗(yàn)鍵碼接收的正確性，防止誤動(dòng)作，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。這些指令信號(hào)由調(diào)制電路調(diào)制成 32～ 40 kHz 的信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后輸出， 第 10 頁(yè) 共 45 頁(yè) 最后由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器件 (LED)發(fā)出紅外遙控信號(hào)。 圖 。 圖 一類(lèi)遙控連發(fā)信號(hào)波形 當(dāng)一個(gè)鍵按下超過(guò) 36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組 108ms 的編碼脈沖 ,這108ms 發(fā)射代碼由一個(gè)引導(dǎo)碼（ 9ms） ,一個(gè)結(jié)果碼（ ） ,低 8 位地址碼（ 9ms～ 18ms） ,高 8位地址碼（ 9ms～ 18ms） ,8位數(shù)據(jù)碼（ 9ms～ 18ms）和這 8 位數(shù)據(jù)的反碼（ 9ms～ 18ms）組成。如果鍵按下超過(guò) 108ms 仍未松開(kāi)，接下來(lái)發(fā)射的代碼（連發(fā)碼）將僅由起始碼（ 9ms）和結(jié)束碼（ ）組成。 紅外接收電路 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。在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭 HS0038，外觀圖如圖 所示。HS0038 黑色環(huán)氧樹(shù)脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，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) 35m。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 38 kHz,周期約 26 μ s，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)管腳分別是地、＋5 V 電源、解調(diào)信號(hào)輸出端。 圖 紅外一體化接收頭 hs0038外觀圖 當(dāng)無(wú)遙控信號(hào)輸入時(shí)， HS0038輸出端保持 高電平，有信號(hào)時(shí)輸出為高低電平脈沖， 第 11 頁(yè) 共 45 頁(yè) 故接收時(shí)一個(gè)碼由一個(gè)低電平后跟一個(gè)高電平構(gòu)成。本紅外遙控接收電路如圖 。將其輸出端接入單片機(jī)外部中斷 0的 INT0腳。 圖 紅外接收電路 存儲(chǔ)電路 遙控器所能存儲(chǔ)代碼的數(shù)量也是衡量一個(gè)智能學(xué)習(xí)型遙控器性能好壞的重要指標(biāo)。遙控器在學(xué)習(xí)完某個(gè)遙控器的代碼后得把該代碼存儲(chǔ)起來(lái)， 由于單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 所能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有限而且不能掉電保護(hù)。所以就需要合適大小的外存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)所學(xué)習(xí)到的代碼。 這里 采用常用的存儲(chǔ)芯片 AT24C02。 AT24C02 是由 ATMEL 公司提供的， I2C 總線串行 EEPROM，其容量為 1KB，工作電壓在 ～ 之間，生產(chǎn)工藝是CMOS 工藝，具有工作電壓寬 (～ )、擦寫(xiě)次數(shù)多 (大于 10000 次 )、寫(xiě)入速度快 (小于 10ms)、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、 體積小等特點(diǎn) 。 其引腳 圖和時(shí)序圖分別 如圖 、 所示。 圖 AT24C02 引腳圖 第 12 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖 AT24C02 時(shí)序圖 引腳功能介紹如下： A0（引腳 1）：器件地址的 A0 位。 A1（引腳 2）：器件地址的 A1 位。 A2（引腳 3）：器件地址的 A2 位。 GND（引腳 4）：地線。 SDA（引腳 5）：數(shù)據(jù)總線引腳。 SCL（引腳 6）：時(shí)鐘總線引腳。 TEST（引腳 7）：測(cè)試引腳， Vcc（引腳 8）：電源線引腳。 AT24CXX 系列的器件地址是 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 R/W，其中最低位 R/W除外，其余都是地址位，共有 7 位，其中低 3 位 A2 A1 A0 由引腳連接決定，高 4位 A6 A5 A4 A3 已經(jīng)由廠家給出為 1010。 R/W 決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，?dāng) R/W＝ 1時(shí)，是從 存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)，當(dāng) R/W＝ 0 時(shí)，是向存儲(chǔ)器寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 AT24C02 內(nèi)有256 字節(jié)存儲(chǔ)單元，片內(nèi)地址使用一字節(jié)（ 8 位）地址尋址就可以滿足要求。地址范圍是 00H～ FFH。 存儲(chǔ)電路原理圖如下： 圖 存儲(chǔ)電路 單片機(jī)控制電路 （ 1） 所選 單片機(jī)簡(jiǎn)介 第 13 頁(yè) 共 45 頁(yè) 本設(shè)計(jì)中選用的宏晶科技的 STC89C52RC 型單片機(jī)是一種低功耗、高性能、采用 CMOS