红外发射和接收电路设计毕业论文(编辑修改稿)

红外发射和接收电路设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

原 码 ‘ 1 ’ 原 码 ‘ 0 ’ 原 码 ‘ 1 ’DE北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 12 第 3 章 硬件设计 第 主控芯片 AT89S51 AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器 ,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051 指令系统及引脚。 它集 Flash 程序存储器既可在线编程（ ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8位微处理器于单片芯片中 [9]。 主要特性 8031 CPU 与 MCS51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器 (寿命： 1000 写 /擦循环 ) － 全静态工作： 0Hz33MHz 三级程序存储器保密锁定 128*8 位内部 RAM 32 条可编程 I/O线 图 AT89S51 两个 16 位 定时器 /计数器 6个中断源 全双工串行 UART 通道 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 13 低功耗空闲和掉电模式 灵活的在系统编程 功能概述 AT89S51 提供以下标准功能： 4k 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM， 32个 I／ O 口线，看门狗（ WDT），两个数据指针，两个 16 位定时／计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时 ， AT89S51可降至 0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU的工作，但允许 RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 AT89S51 其他 主要功能列举如下： (1)为一般控制应用的 8 位单芯片 (2)晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz） (3)内部程式存储器（ ROM）为 4KB (4)内部数据存储器（ RAM）为 128B (5)外部程序存储器可扩充至 64KB (6)外部数据存储器可扩充至 64KB (7)32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制 (8)5 个中断向量源 (9)2 组独立的 16 位定时器 (10)1 个全多工串行通信端口 (11)8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能 (12)单芯片提供位逻辑运算指令 AT89S51 方框图如图 所示： 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 14 图 AT89S51 内部功能框图 引脚功能说明 Vcc：电源电压（ 5V）。 GND：电源接地。 P0 ： P0 口是一组 8位漏极开路型双向 I／ 0 口，也即地址／数 据总线复用口。 作为输出口用时，每位能驱动 8个 TTL 逻辑门电路，对端口写“ l”可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 F1ash 编程时， P0 口接收指令字节，北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 15 而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 ： Pl 是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I／ O 口， Pl 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写“ l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内 部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（ IIL）。 Flash 编程和程序校验期间， Pl 接收低 8 位地址。 P2 ： P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双 向 I／ O 口， P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写“ 1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX@DPTR指令）时， P2 口送出高 8 位地址数据。 在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri 指令）时， P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（ SFR）区中 P2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。 Flash 编程或校验时， P2 亦接收高位地址和其它控制信号。 P3 ： P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I／ 0 口。 P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对 P3 口写入“ l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 作输入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（ IIL）。 P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存 储器编程和程序校验的控制信号。 P3 口除了作为一般的 I／ 0 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表 ： 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 16 表 P3 口的第二功能 端口引脚 第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） 0INT （外部中断 0） 1INT（外部中断 1） T0（ 定时 /计数器 0外部输入） T1（定时 /计数器 1外部输入） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） RST：复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置 SFR AUXR 的 DISRT0 位（地址 8EH）可打开或关闭该功能。 DISRT0 位缺省为 RESET 输出高电平打开状态。 ALE/ PROG ：当访问外部程序存储器或数据存储器时 ， ALE（地址锁存允许） 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 即使不访问外部存储器， ALE 仍以时钟振荡频率的 1／ 6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 F1ash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲 （ PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只有一条 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才会被激活。 此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。 PSEN ：程序储存允许（ PSEN ）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 当访问外部数据存储器，没有两次有效的 PSEN 信号。 EA/VPP：外部访问允许。 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H－FFFFH）， EA 端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1 被 编程，复位时内部会锁存 EA端状态。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 17 如 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU则执行内部程序存储器中的指令。 F1ash 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程电压 Vpp。 XTALl：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2： 振荡器反相放大器的输出端。 时钟电路 AT89S51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。 外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及 电容 Cl、C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路 [10]。 对外接电容 Cl、 C2 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。 如果使用石英晶体，我们推荐电容使用 30pF177。 10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择 40pF177。 10F。 本设计中我们采用的是石英晶体，电容为30Pf。 电路中的电容 C1 和 C2 的典型值通常取为 30pF 左右，对外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响石英晶体振荡器频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。 晶振 的振荡器的频率范围通常是在 MHz12 MHz 之间，晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快，晶振和电容应该尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定，可靠地工作，为了提高温度稳定性，应该采用温度稳定性能好的电容。 复位电路 单片机复位电路包括片内、片外两部分，片外复位电路通过引脚加到内部复位电路上，内部复位电路在每个机器周期 S5P2 对片外信号采样一次，当 RST 引脚上出现连续两个机器周期的高电平时，单片机就完成一次复位。 外部复位电路就是为 内部复位电路提供两个机器周期以上的高电平而设计的， AT89C2051 通常采用上电自动复位和按键手动复位两种方式 [11]。 上电复位电路在通电瞬间，在 RC 电路充电过程中， RST端出现正脉冲，从而使单片机复位。 按键手动复位又分为按键电平复位和按键脉冲复位，按键电平复位是将复位端通过电阻与 Vcc 相连，按键脉冲复位是利用 RC微分电路产生正脉冲来达到复位的目的。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 18 复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号直至系统电源稳定后撤销复位信号，为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号以防电源开关或电源插头分 合过 程中引起的抖动而影响复位。 复位是单片机初始化操作，其主要功能是把 PC初始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。 复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。 本设计采用了按键手动复位方式。 图 所示的 RC 复位电路可以实现上述基本功能。 图 按钮开关 为手动复位开关， C3 可避免高频谐波对电路的干扰。 图 复位电路 第 节 显示模块 在模拟电子和数字电子中， 经常用到的显示方法有 LED数码管显示和 LCD显示。 方案一： 显示器主要考虑需要显示的位数和相应的辅助字符，根据这些因素和数字多用表的实际显示功能分析， LED比较适宜。 LED是单片机应用系统中简单而常用的输出设备，通常用来指示机器的状态或其他信息。 它的优点是：显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长等。 单片机应用系统中，通常需要进行人机对话。 这包括人对系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示运行状态和结果等。 显示器和键北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 19 盘电路就是用来完成人机对话活动的人机通道。 LED显示器有两种不同的形式分为共阴极和共阳极。 根据 LED的显示控制方式有分为静态显示和动态显示两种，因此在选择 LED显示时，一定先要确定显示的方式。 将显示的数字或字符转换成段码的过程可以通过硬件译码和软件译码来实现。 根据分析，我采用硬件译码 BCD数码管与 8051单片机的接口电路，这种显示器内部集成了硬件段译码器，能自动将输入的 BCD数转换成 7段 LED译码，直接点亮显示器的段。 方案二： LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称， LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。 LCD 液晶显示器具有 显示质量高 、 没有电磁辐射 、 可视面积大 、 应用范围广、画面效果好、数字式接口、 “ 身材 ” 匀称小巧、功率消耗小 等优点，具有优良的人机交互界面设计。 结果比较和综合考虑，决定采用 LCD 作为显示器件，在比较了市场上的 LCD 显示器件后，决定采用 LCD1602 作为显示器件， LCD1602 可显示 16*2 个英文字符，控制简单且价格便宜，完全满足系统设计的需要。 1602 是指显示的内容为 16*2,即可以显示两行，每行 16 个字符。 目前市面上字符液晶绝大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780 写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 字符型 LCD1602 通常有 14条引脚线或 16 条引脚线的 LCD，多出来的 2 条线是背光电源线 VCC(15 脚 )和地线 GND(16 脚 )，其控制原理与 14 脚的 LCD 完全一样， 1602采用标准的 16脚接口， 电路图。