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基于51單片機的紅外遙控電機系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)論文(參考版)

2024-11-14 04:00本頁面
  

【正文】 指令 4:顯示開關(guān)控制。 指令 3:光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D:光標(biāo)移動方向,高電平右移,低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 指令 1: 清顯示,指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置 其中 LCD 驅(qū)動電壓 V0 可通過滑動變阻器進(jìn)行調(diào)節(jié),一般 V0 為零伏。提供內(nèi)部自動上電復(fù)位電路,+5V工作電壓。提供 5*7 點陣 +光標(biāo)和 5*10點陣 +光標(biāo)的顯示模式。字符型液晶顯示模塊是專門用于顯示字母、數(shù)字、符號系統(tǒng)功能分析 第 19 頁 (共 76 頁) 等的點陣型液晶顯示模塊。由于 HS0038 內(nèi)部集成了強大的信號處理功能,所以在本系統(tǒng)中使用這個HS0038 的接收頭的時候我們只需要在外部加上一個濾波電路就可以了,這個 RC 濾波電路是為了濾除電源端的干擾信號 [8]。它接收紅外信號 頻率為 38 kHz,周期約 26 μ s,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。它能與 TTL、 COMS 電路兼容。 HS0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝,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。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識別的 TTL 信號,這樣大大簡化基于 51單片機的紅外遙控電機系統(tǒng)的設(shè)計 第 18 頁 ( 共 76 頁 ) 了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計工作,方便使用。當(dāng)輸入信號為低電平時, Q2 截至,使得 Q1 的基極為高電平, Q1 導(dǎo)通,紅外管發(fā)射紅外線信號 [12]。編碼信號經(jīng)過三極管 Q2 的基極輸入發(fā)射電路。接著開始掃描第二行,以此類推,逐行掃描,直到找到被按下的鍵。先掃描第一行,即將第一行輸出低電平“ 0”,然后讀入列 值,哪一列出現(xiàn)低電平“ 0”,則說明該列與第一行跨接的鍵被按下。 ( 3)按鍵識別。 當(dāng)判別到有鍵被按下后,調(diào)用延時子程序,執(zhí)行后再次進(jìn)行判斷。只要有一列的電平為低,則表示鍵盤中有鍵被按下;若檢測到所有的列線均為高電平,則系統(tǒng)功能分析 第 17 頁 (共 76 頁) 鍵盤中無鍵被按下。 識別按鍵的基本過程如下: ( 1)首先判斷是 否有鍵被按下。 p 1 . 0p 1 . 1p 1 . 2p 1 . 3p 1 . 4p 1 . 5p 1 . 6p 1 . 7p1.4p1.5p1.6p1.7p 1 . 0p 1 . 3p 1 . 2p 1 . 1X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1C12 2 P FC22 2 P FC31 0 u FX11 2 MR11 0 kK0 K1 K2 K3K4 K5 K6 K7K8 K9 KA KBKC KD KE KF 圖 11 4X4矩陣鍵盤的接口電路 矩陣鍵盤的工作原理 使用矩陣鍵盤的關(guān)鍵是如何判斷按鍵值。例如 ,對于 16 個按鍵的鍵盤,可以按照圖 11 所示的 4X4 矩陣方式連接,即 4 根行線和 4 根列線,每個行線和列線交叉點處即為一個鍵位。這兩個電容成為晶振的負(fù)載電容,它會影響晶振的諧振頻率和輸出幅度。具體復(fù)位電路如圖 9 所示,其中 C4 是 104 陶瓷電容, C3 是 22uf/25V的電解電容, R1 的阻值為 10K 歐。如果 RST 持續(xù)為高電平,單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。 : RD,外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。 : T1,計時計數(shù)器 1 輸入。 : INT1,外部中斷 1 輸入。 : TXD,串行通信輸出。 PORT3( ~ ): 端口 3 也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口,其輸出緩沖器可以推動 4 個 TTL負(fù)載,同時還多工 具有其他的額外特殊功能,包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋? PORT1( ~ ): 端口 1 也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口,其輸出緩沖器可以推動 4 個 LS TTL 負(fù)載,同樣地若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平,便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。 PORT2( ~ ): 端口 2 是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O端口,每一個引腳可以推動 4 個 LS 的 TTL負(fù)載,若將端口 2 的輸出設(shè)為高電平時,此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。如果當(dāng) EA 引腳為低電平時(即取用外部程序代碼 或數(shù)據(jù)存儲器), P0 就以多工方式提供地址總線( A0~ A7)及數(shù)據(jù)總線( D0~ D7)。 PORT0( ~ ): 基于 51單片機的紅外遙控電機系統(tǒng)的設(shè)計 第 14 頁 ( 共 76 頁 ) 端口 0 是一個 8 位寬的開路汲極( Open Drain)雙向輸出入端口,共有 8 個位, 表示位 0, 表示位 1,依此類推。 PSEN: 此為 Program Store Enable的縮寫,其意為程序儲存啟用,當(dāng) 8051 被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時( EA=0),會送出此信號以便取得程序代碼,通常 這支腳是接到 EPROM 的 OE 腳。平時在程序執(zhí)行時 ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6,因此可以用來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入。 ALE/PROG: ALE 是英文 Address Latch Enable的縮寫,表示地址鎖存器啟用信號。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時,此引腳要接成高電平。 EA/Vpp: EA為英文 External Access的縮寫,表示存取外部程序代碼之意,低電平動作,也就是說當(dāng)此引腳接低電平后,系統(tǒng)會取用外部的程序代碼(存于外部 EPROM 中)來執(zhí)行程序。 XTAL2: 系統(tǒng) 時鐘的反相放大器輸出端,一般在設(shè)計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接 A T8 9 S51 系統(tǒng)功能分析 第 13 頁 (共 76 頁) 上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了,此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容,可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定,避免噪聲干擾而死機。 VSS: 電源地端。 2 組獨立的 16 位定時器 1 個全多工串行通信端口 1 8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 基于 51單片機的紅外遙控電機系統(tǒng)的設(shè)計 第 12 頁 ( 共 76 頁 ) 1單芯片提供位邏輯運算指令 AT89S51 各引腳功能介紹: AT89S52 芯片的引腳圖如圖 8 所示 [7]。 AT89S51 為 ATMEL 所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的 8051 相容單芯片,其內(nèi)部程序代碼容量為 4KB。 紅外編碼及發(fā)射系統(tǒng)原理圖 紅外編碼及發(fā)射系統(tǒng)由 鍵盤、 MCU、紅外發(fā)射等電路構(gòu)成,原理圖如圖 6 圖 6 紅外編碼及發(fā)射系統(tǒng)原理圖 紅外接收及處理系統(tǒng)原理圖 紅外接收及解碼系統(tǒng)由紅外一體化接收 頭電路、 MCU、 LCD 顯示電路、步進(jìn)電機驅(qū)動電路構(gòu)成,原理圖如圖 7 圖 7 紅外接收及處理系統(tǒng)原理圖 MCU 復(fù)位電路 晶振電路 鍵盤 紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射電路 MCU 復(fù)位電路 晶振電路 紅外接收 步進(jìn)電機驅(qū)動 LCD 顯示 系統(tǒng)功能分析 第 11 頁 (共 76 頁) 各個模塊實現(xiàn)方式的設(shè)計分析 整個系統(tǒng) 包括以下 7 個模塊: ? MCU ? 鍵盤 ? 紅外發(fā)射電路 ? 紅外接收電路 ? LCD 液晶顯示電路 ? 電機 驅(qū)動電路 ? 電機 以下討論它們的功能和接口電路的設(shè)計 。 綜上所訴,本設(shè)計選擇方案二。軟件解碼具有靈活、硬件精簡(僅需集成紅外接收頭和一片單片機)、可靠性高,成本低等特點。 方案二為軟件編碼和解碼方案,軟件編碼發(fā)射較容易。設(shè)計原理圖如圖 5 所示。 圖 4 方案一設(shè)計原理圖 專用遙控器 遙控信號接收 專用解 碼器 微控制器 Lcd 顯示模塊 電機控制模塊 方案論證 第 9 頁 ( 共 76 頁 ) 方案二的論述 此方案中,我們采用 MCU編碼和發(fā)射紅外信號,當(dāng)按下遙控器的設(shè)置鍵后,紅外接收裝置接收到遙控器發(fā)出的紅外線控制信號,然后把這個信號轉(zhuǎn)換成電信號,傳到單片機中,利用單片機對這個信號進(jìn)行解碼,解碼完成后 判斷并 確定是不是設(shè)置信號。 方案一的論述 此方案中,使用專用遙控器作為控制信號發(fā)出裝置,當(dāng)按下遙控器的設(shè)置鍵后,一體化紅外接收裝置接收到遙控器發(fā)出的設(shè)置控制信號,然后將信號送到專用的解碼芯片中進(jìn)行解碼,解碼后將信號送到單片機,由單片機查表判斷這個信號是不是對應(yīng)的設(shè)置信號,當(dāng)確 認(rèn)是設(shè)置信號后,啟動設(shè)置的對應(yīng)子程序,控制對應(yīng)的電機產(chǎn)生動作。下面將系統(tǒng)方案做一一論證,通常有硬件編碼解碼和軟件編碼解碼兩種方案。 圖 3 常用紅外接收頭 基于 51單片機的紅外遙控電機系統(tǒng)的設(shè)計 第 8 頁 ( 共 76 頁 ) 常用 紅外接收 頭(管) 的主要參數(shù) 工作電壓 ~ V 工作電流 ~ mA 接收頻率 38 kHz 峰值波長 980 nm 輸出低電平 ≤ V 紅外發(fā)射器件和紅外接收器件的配套使用,就組成了一個紅外線遙控系統(tǒng)。在一般的紅外遙控系統(tǒng)中, 發(fā)射 部分 所使用的晶振頻率一般為 455kHz,再經(jīng)過 發(fā)射端 時 要對晶振 進(jìn)行整數(shù)分頻 ( 分頻系數(shù)一般取 12) ,得到的 常用的 紅外線接收頭的 載波頻率為 38kHz。具有 體積小 、 靈敏度高 、 外接元件少 、 抗干擾能力強 、 使用方便 等諸多優(yōu)點 []。均有三只引腳,即電源正( VDD)、電源負(fù)( GND)和數(shù)據(jù)輸出( VO 或 OUT)。 目前 ,在接收運用 了調(diào)制 原理 的紅外遙控 發(fā)射部分發(fā)射出的紅外信號時 , 我們 通常采用 專用的 一體化 成品 紅外線接收頭 來 進(jìn)行解調(diào) 。 圖 2 常用紅外發(fā)光二極管 常用紅外發(fā)光二極管參數(shù) 最大正向電流 6 mA 方案論證 第 7 頁 ( 共 76 頁 ) 最小反向電壓 0 V 最大正向壓降 10 mA 最大正向壓降 V 最小輸出光功率 3 V 最小輸出光功率 20 mA 有效控制距離 3~ 10 m 而在紅外接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管,這種光敏二極管有一個很大的特點 —— 只對紅外光線有敏感作用。 另外,如果想要進(jìn)一步 增加紅外發(fā)射 電路的作用距離 ,可以采用 雙管紅外發(fā)射電路, 以此來 提高 整體紅外發(fā)光二極管的 發(fā)射功率。 常見的紅外發(fā)光二極管,其功率分為小功率 (1mW~ 10mW)、中功率( 20mW~50mW)和大功率( 50mW~ 100mW 以上 )三大類。為了增加紅外線的 有效 控制距離,紅外發(fā)光二極管需要 工作 在 脈沖狀態(tài) 。 電路 回路中常常串有限流電阻, 以 適應(yīng)不同的工作電壓。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?100mW 左右),所以在紅外接收二極管接收到的信號比較微弱,因此一般就要增加高增益放大電路。目前我們生活中所大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的是波長為 940mm左右的紅外線。 紅外 遙控 接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成,它們將紅外發(fā)射器發(fā)射出的 紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號,再送后置 電 路中 。 紅外遙控系統(tǒng)組成 常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分紅外發(fā)射部分和紅外接收兩個大部分。實際上,凡是溫度高于絕對零度的物體,均會片刻不停地發(fā)射出紅外線,并且其發(fā)射紅外線的強度與溫度有關(guān),即溫度越高,發(fā)出的紅外線的強度就越強。紅外線是一種看不見的光線,因其在整個電磁波譜中處在可見光 —— 紅光的外側(cè)而得名。 方案論證
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