现代电子技术综合实验设计报告范文.docx

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现代电子技术综合实验设计报告范文

综合性实验设计报告

课程名称：

现代电子技术综合实验

实验名称：

数显定时器设计

学生姓名：

吴志斌

班级：

09电科

学号：

实验地点：

电子设计实验室

实验学时：

32

2012年5月

摘要

本课题以STC89C52单片机和数码管为主要器件，设计出一个通电时显示“99”，以后每分钟减1；时间减到零时，蜂鸣器鸣响10秒钟；定时过程中可通过两个控制按钮动态调整定时时间的数显定时器。

关键词：

单片机；LED数码管显示器；定时器；三极管

1项目的主要任务

定时器的应用极其广泛，涉及日常生活、工业控制、医疗卫生、文体活动等领域。

数字显示定时器就更加突出了它的优势与先进。

本课题的主要任务就是以STC89C52单片机控制数码管和蜂鸣器，通电时数码管显示“99”，以后每分钟减1；时间减到零时，蜂鸣器鸣响10秒钟；定时过程中可通过两个控制按钮动态调整定时时间等等

2总体设计方案

一般的红外遥控系统多使用专用控制芯片实现，这样的系统要求其发射、接收机的编、解码必须遵循特定的行业标准，而本课题所设计的红外遥控系统，只要求发射、接收机的编、解码规则一致即可，可不受专用芯片信号标准的限制，因而增加了设计的灵活性。

图2-1为四通道红外遥控系统的总体结构框图。

图中红外发射机和接收机都以STC89C52单片机为核心，用户按下发射机上4个按键中的某个时，通过红外发射管发出相应的调制代码，被接收机上的一体化红外接收芯片PC3388接收并解调后，通过单片机发出控制信号，使接收机4个输出通道中相应的一个产生开关动作。

图2-1红外遥控系统总体结构框图

3硬件设计

3.1STC89C52单片机简介

红外遥控系统中的发射机和接收机都采用STC89C52单片机作为主控器。

STC89C52为增强型80C51内核单片机，它的基本结构、引脚和指令系统都与标准80C51单片机兼容，另外又增加了很多资源，如程序存储器和数据存储器分别为8KB和512B，多一个定时/计数器T2，内置看门狗等。

STC89C52支持IAP，可利用串口直接下载程序代码，提高了开发效率。

以下是STC89C52单片机的主要特性：

●兼容80C51系列

●双DPTR指针

●8KBFlash程序存储器

●支持IAP（在应用编程）

●512字节片内RAM

●4KBEEPROM存储器

●四个8位I/O口

●全双工增强型UART

●三个16位定时器/计数器

●八个中断源，四个中断优先级

●可编程看门狗定时器（WDT）

●降低EMI模式（禁止ALE输出时钟）

●两种省电模式（Idle、Power-down）

●工作电压3.3～5.5V

●频率范围0～80MHz（5V时）

●三种封装形式：

PDIP-40、PLCC-44、TQFP-44

3.2一体化红外接收器简介

红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收器，其内部电路包括红外接收管、AGC放大器、限幅器、带通滤波器、解调器、输出驱动器等。

30KHz到60KHz（常用38KHz）的红外载波信号被红外接收管所接收，经AGC放大和限幅处理后，再经过带通滤波器进入解调电路，解调后得到的高电平信号使输出反相放大器导通，从而对外输出有效的低电平信号，没有收到红外载波时，一体化接收器对外输出高电平。

一体化红外接收器的种类很多，载波频率和引脚定义各不相同，不过一般都有三个引脚，包括供电脚、接地脚和信号输出脚。

根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收器。

红外接收器内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此常需要在其供电脚加上电源滤波电路。

一体化红外接收器的外观如图3-1所示。

图3-1一体化红外接收器实物图片

3.3红外发射机硬件设计

图3-2为红外发射机的具体电路。

要使STC89C52单片机正常工作，必须要有系统时钟，图中两个30pF电容和11.0592Mhz晶振与单片机内部电路配合产生系统所需的时钟。

另外，4.7μF电解电容和5KΩ电阻构成复位电路，系统上电时为单片机提供一个正向复位脉冲，需要时还可以在电解电容两端并联一个按钮用于手动复位。

图3-2红外发射机电路

图3-2中，控制按键K1~K4分别连接到单片机P2口的4根口线上，由于除P0口以外的其它3个I/O口都具有内部上拉电阻，故每个按键不需要再接上拉电阻。

红外发射管D1受单片机P1.0、TXD两个口线控制，有键按下时，由TXD输出RS232格式的串行编码信号，P1.0输出38KHz载波，两路信号共同作用，就可使D1发出38KHz调制编码信号。

图中三极管T1用于红外发射信号的功率放大，以增加红外遥控距离。

3.4红外接收机硬件设计

图3-3为红外接收机的具体电路。

图中，一体化红外接收器IRx（型号为PC3388）的数据输出端接到单片机的RXD口线，正常情况下，发射机TXD端发出的数据编码就可以通过接收机的RXD端，被单片机的串口所接收，简化了系统的软件设计。

一体化接收器3脚所接的100Ω电阻和0.1μF电容实现电源滤波，以提高接收器的抗干扰能力。

图3-3中4个发光管L1~L4受单片机P2口4根口线独立控制。

当按下发射机上的Ki（i=1~4）键时，发射机发出的第i种编码信号被接收机所接收，接收机上的单片机即输出相应的控制信号，使发光管Li的状态发生一次翻转。

实际上，只要再加上隔离驱动电路（此处略），就可以使大功率负载设备的状态受红外发射机所控制。

时钟元件和复位元件的参数及连接方式与发射机相同，此处不再赘述。

图3-3红外接收机电路

4软件设计

4.1单片机软件设计的一般原则

单片机应用系统的重要特征就是硬件和软件相结合，硬件的任务是为软件提供运行资源和条件，而系统的功能主要还是通过软件来实现的。

为提高编程效率，同时便于日后维护、升级，软件设计在满足系统功能要求的前提下，还应特别重视程序结构、数据结构、注释文档以及语言选择等问题。

在设计软件的总体结构时，就应该考虑将复杂的程序按层次划分为若干个模块，模块之间通过入口参数和出口参数进行数据交换，当然，经常也通过一些全局标志变量来实现不同模块之间的通信。

好的数据结构不但可增加程序的可读性，也有利于数据的安全使用，这在相当程度上又关系到程序运行的稳定性。

注释也是程序的重要组成部分，不但有利于软件的交流，对自己以后的软件维护和升级也有很大帮助。

同样，如果程序中的标识符（变量名、函数名、标号名等）都能准确反映它在程序中所起的作用的话，也能取得类似的效果。

单片机软件设计中存在一个编程语言选择的问题。

每种单片机出厂时厂家都会免费提供汇编语言开发工具。

汇编语言代码紧凑、执行效率高，但可读性差，编程效率低，这一点对复杂的程序尤为明显。

值得庆幸的是，大多数8位及8位以上的单片机都有第三方的高级语言开发环境可供选用，这里的高级语言主要是C语言。

C语言可读性和可移植性远远超过汇编语言，而其代码执行速度和内存占用也能做到非常接近汇编语言的水平。

另外，C语言还可以通过嵌入汇编语句进一步提高执行效率。

目前，使用C语言开发单片机程序已成为一种趋势。

红外遥控系统的软件设计采用了C51高级语言。

下面分别介绍红外发射、接收机几个主要模块的功能和流程结构，完整的源程序参见附录3。

4.2红外发射机软件设计

红外发射机上电复位后，首先进行系统初始化（主要是设置串口的工作方式和波特率），然后就进入无限循环结构。

在循环过程中，不断调用按键扫描子程序，发现有键按下时，随即通过P1.0和TXD口线分别输出38KHz红外载波信号和按键对应的控制编码，使接收机作出相应的控制动作。

图4-1为红外发射机主程序的流程结构。

图4-1红外发射机主程序流程图

图4-2为按键扫描子程序的流程结构。

采用查询方式依次检测按键所对应口线的电平状态，某根口线为低电平，表示相应的按键被按下，所有口线均为高电平，表示没有按键按下。

按键扫描子程序通过返回不同的键值表示不同的按键状态。

图4-2按键扫描子程序流程图

STC89C52内部含有三个定时/计数器，其中定时/计数器T2的功能比T0和T1要强很多。

这里38KHz红外载波就是利用T2的波形输出功能产生的，其流程结构如图4-3所示。

图4-3红外载波输出子程序流程图

红外载波信号是与串行控制代码同时作用到红外发射管上的。

为简化发射机和接收机的软件设计，控制代码由STC89C52的异步串口产生，主程序在系统初始化部分对串口进行初始化设置（采用工作方式1，波特率设为1200bps），要发送串行控制代码时，只需要将代码送入串口发送缓冲器SBUF就可以了。

4.3红外接收机软件设计

红外接收机上电复位后，先进行系统初始化，设置串口的工作方式及波特率，并开放串口中断，然后就进入无限循环。

在循环过程中，若发生串口中断，即进入中断服务程序，读取收到的遥控代码。

回到主程序后，再按照遥控代码的要求，通过口线产生相应的控制输出（例如使发光管的状态翻转等）。

图4-4为红外接收机主程序的流程结构。

图4-4红外接收机主程序流程图

图4-5为串口中断服务子程序的流程结构。

图4-5红外接收机串口中断子程序流程图

5系统调试

调试是电路与系统设计中的重要环节，通过调试，逐步排除电路连接、元件装配、程序运行过程中可能存在的各种故障，使系统在满足功能要求的前提下稳定、可靠地工作。

焊好电路板后先用万用表检测是否存在短路故障，有的话一定要找到短路点，否则，一旦通电，极有可能损坏电源或电路板。

在没有短路存在的情况下，初次上电也一定要细心，不要接反电源极性，否则很容易烧坏芯片。

电路板除短路或断路外还可能存在其它故障，如元器件老化失效或管脚接错等，为了验证电路板硬件的正确性，可先编写一些针对硬件各单元的基本测试程序，经编译、连接、转换后下载到单片机运行，发现硬件故障要及时排除，直到各部分硬件都能独立正常工作。

根据系统功能要求编写完整的控制程序，并经编译、连接、转换后下载到单片机运行。

若发现软件当中的逻辑错误（BUG），则需要对源程序进行修改，并重新进行调试，直到系统可以正确可靠地实现要求的功能为止。

单片机最小系统虽然结构简单，但如果不细心的话，可能很简单的程序都不能正确运行。

最常出现的问题包括：

两个30pF电容另一端忘记接地，复位电容和电阻位置颠倒，

管脚没有接到电源正极等。

6设计总结

经过努力，四通道红外遥控系统样机终于设计并调试成功。

按下发射机上的某个按键时，接收机上的单片机即输出相应的控制信号，使对应的发光管发生一次电平翻转。

实测结果，该遥控系统的遥控距离不小于10米。

通过本次课题设计，不但掌握了红外遥控系统的工作原理和实现方法，也对单片机应用系统的一般结构和开发流程有了较深刻的认识。

单片机具有丰富的片内资源、较高的性能价格比和软、硬件结合的灵活结构，不仅可用于设计红外遥控系统，在各种自动控制系统和消费类数码产品设计中也大有用武之地。

参考文献

[1]麦山.基于单片机的协议红外遥控系统[J].电子技术,1998（5）:

22-24

[2]蔡美琴.MSC-51单片机系统及其应用[M].高等教育出版社，1992

[3]何立民.单片机应用系统设计[M].北京航空航天大学出版社，1993

[4]李建华.实用遥控器原理与制作[M].人民邮电出版社,1996

[5]宁生,周哨山.脉冲与数字电路[M].中国广播电视出版社,1995

[6]康光华,陈大钦.电子技术基础（模拟部分）[M].高等教育出版社,1999

[7]陈汝全.电子技术常用器件手册[M].机械工业出版社,1994

附录1红外遥控系统实物图

附图1红外发射机

附图2红外接收机

附录2元器件清单

器件名称

器件规格

器件数量

电阻

5KΩ

3个

电阻

3KΩ

4个

电阻

470Ω

8个

瓷片电容

30pF

4个

电解电容

4.7uF

2个

电解电容

1uF

1个

单片机

STC89C52

2个

晶振

11.0592MHz

2个

按键

6×6

4个

发光管

3mm2

4个

三极管

PNP型

1个

独石电容

0.1uF

4个

芯片底座

DIP40

1个

红外发射管

普通

1个

红外接收器

PC3388

1个

附录3C51源程序清单

遥控发射机程序：

遥控接收机程序：