电子综合设计报告.docx

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电子综合设计报告

电子综合设计

红外传输设计

指导老师：

红外传输设计总结报告

一．系统功能描述

1.1实现的基本功能

原设计主要研究并设计一个基于单片机的红外传输系统，并实现对八路开关的控制。

控制系统主要是由51和52系列单片机、红外发射电路、红外接收电路、等部分组成，单片机编码发射遥控信号经红外接收处理传送给单片机，单片机根据不同的信息码控制八路LED发光二极管各个状态，并完成相应的状态指示

修改后设计有电脑软件设置发送字符，红外发送接收后显示在LCD屏幕上。

1.2系统的工作原理

红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体,即通信信道。

发送端采用脉时调制（PPM）方式,将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列,并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去,接收端将收到的光脉冲转换成电信号,再经过放大、滤波处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出。

换句话说,红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制和解调,以便利用红外进行传输。

1.3系统组成

原设计系统硬件由以下几部分组成：

键盘采用矩阵键盘，4×4矩阵键盘中P1.0-P1.3为采集数据入口，P1.4-P1.7采集数据出口,红外数据发射电路，红外接收电路,继电器电路。

软件部分包括AT89S52单片机，STC89C52单片机

修改后设计硬件包括发射电路，接收电路，LCD

二．实际各部分电路的电路图和设计方案

2.1硬件电路

2.1.1AT89S52单片机介绍

原设计采用了AT89C2051，它是由ATMEL公司推出的一种小型单片机。

其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。

但此芯片需要独特的下载方法，不便使用，故本设计换为AT89S52。

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

2.1.2STC89C52RC单片机介绍

STC89C52RC系列单片机是有超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟机器周期和6时钟机器周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。

2.1.3时钟电路及RC复位电路

STC89C52RC芯片内部有一高增益反相放大器，用于构成振荡器.反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。

在XTAL1、XTAL2（第19、18引脚）两端跨接一个石英晶体振荡器，和两个电容就构成了稳定自激谐振电路。

晶振频率为11.0592MHz。

C12，C13是两个瓷片电容，与晶振Y2构成了自激谐振电路。

其电容的作用主要是对频率进行微调，一般取30-45PF左右。

使用该电路可产生稳定的11.0592MHZ频率，受外界的环境的干扰影响非常小。

其接法如图3-2所示：

图2-2晶振电路图2-3复位电路图

2.2单片机红外发射器的电路设计

原设计

2.2.1矩阵键盘电路

（1）4×4矩阵键盘的工作原理:

矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。

在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。

这样键盘中按键的个数是4×4个。

这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

行线接P1.4-P1.7，列线接P1.0-P1.3，如图2-4所示。

图2-4矩阵键盘电路图

（2）按键功能说明:

设备1-3是用电器件的选择按键，按下时则相应的用电器件被选中，如果长按下超过5秒钟，则会关断对应的用电器件；S1-12是用电器件的功能选择按键；OFF是LED指示灯和所有用电器件的总关断按键，OFF按键按下时会使LED指示灭二达到节能的目的，如果长按超过5秒钟，则会关掉所有的用电器件。

修改后设计采用电脑发送字符。

2.2.2红外发射电路

（1）红外线遥控制系统的原理：

将指令脉冲编码信号调制在载波振荡器产生的载波上（也称脉码调制），然后用这脉码调制信号去驱动红外发光二极管，以发出经过调制的红外光波。

（2）红外编码原理:

通常，红外遥控器将遥控信号（二进制脉冲码）调制在38KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去。

二进制脉冲码的形式有多种，其中最为常用的是PWM码（脉冲宽度调制码）和PPM码（脉冲位置调制码）。

本课题是以PPM码（脉冲位置调制码及遥控编码中的NEC码）对红外数据的发送进行论证。

如图2-5示

图2-5指令脉冲图

编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。

引导码也叫起始码，由宽度为9ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组成，用来标志遥控编码脉冲信号的开始。

如图2-6所示

图2-6信号引导码图

脉冲位置表示的“0”和“1”组成的32位二进制码前16位控制指令，控制不同的红外遥控设备。

而不同的红外家用电器又有不同的脉冲调控方式，后16位分别是8位的功能码和8位的功能反码。

串行数据码时序图如2-7所示

图2-7串行数据码时序图

将要发送的指令脉冲编码信号调制在38KHz的载波上，可以增加信号的抗干扰能力，提高信号传输效率。

（3）红外数据发射电路的设计:

在红外数据发射过程中，由于发送信号时的最大平均电流需几十mA，所以需要三极管放大后去驱动红外光发射二极管。

软件编程将数据从P30将数据输出。

T0定时产生38KHz载波信号，与门采用了74LS08。

红外数据射发射电路图如2-8所示。

图2-8红外数据发射电路

2.3单片机红外接收器的电路设计

2.3.1红外接收电路

LT0038是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，集成红外线的接收、放大、解调，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输，中心频率38.0kHz。

红外接收电路连接图如图2-9所示。

图2-9红外接收电路图

原设计采用八路LED显示

2.3.2八路LED开关电路

八路开关电路的实现是本次设计的重点，通过八路开关的功能演示来体现本次多功能红外遥控器的设计思想，其电路图2-10所示。

图2-10八路LED开关电路

修改后采用LCD屏幕显示发射的字符电路如图2-11

图2-11接收及显示电路

三．实际各部分电路的调试过程遇到的问题及解决方案

原设计首先对矩阵键盘进行了测试，发现出现了短路，及按键损坏，下载程序后测量晶振正常起振频率为11.0592正弦波，按下按键测量发射脚P30为38K正常，P37脚发射波形持续时间不对，对程序中的时间进行调整，仍得不到正确波形，检查后发现线性关系错误，修改后得到了正确的波形，紧接着测量与门输出正确为38K和发射波形相乘结果。

接收电路经测量复位电路并联电容出现了短路，修改后得到了正确的结果。

四．测试结果

原设计实物图

修改后设计实物图

原设计虽未在硬件上实现但得到了正确的仿真结果如下

五．成功经验和失败原因：

收获和不足

初次设计发送采用了AT89C51，此单片机是精简的AT89C51，但程序下载较困难，需要特殊下载电路，因此耽误了设计的进度。

修改后设计发送采用较常用的AT89S系列，晶振为24M,采用电脑做为发射信号源消除了键盘发射的复杂性，但在显示上采用了LCD12864液晶屏使设计更加有意义。

在这次设计中因为中途更换了题目了解了很多种芯片包括AT89C2051AT89S52STC89C52以及矩阵键盘、红外发射管、红外一体化接收头、LCD等的构造原理及使用方法。

此次设计起初因为芯片选择出现问题，程序无法下载，之后因为元器件放置不当而损坏以及程序错误得不到理想波形，经过查询资料请教老师并对电路进行各级排查，在各测试点检测波形得到了正确的发射码字。

通过本次设计对单片机有了更深的了解，锻炼了编程能力以及硬件检错能力，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，出现差错的随机应变能力，和与人合作的能力，今后的制作应该会更加更轻松。

在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。

由于粗心出现了很多基础性错误，也因此耗费了很多时间。

做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

在制作PCB时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。

其次我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

设计的过程可以说是困难重重，过程中发现了自己很多的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固遇到的很多专业知识问题，最后在老师的专业指导下，终于迎刃而解。

对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

1、《单片机原理及接口技术》[M]，高等教育出版社

2、《C语言控制与应用》[M],清华大学出版社

3、《高频电子线路》[M],高等教育出版社

4、《实用声光及无线电遥控电路300例》[M],中国电力出版社出版

5、《单片机典型模块设计实例导航》[M]，人民邮电出版社

附录

键盘及发送程序

#include

#include

#include"lcd.h"

staticbitOP;//红外发射管的亮灭

staticunsignedintcount;//延时计数器

staticvolatileunsignedintendcount;//终止延时计数

chariraddr1;//十六位地址的第一个字节

chariraddr2;//十六位地址的第二个字节

typedefunsignedcharuchar;

unsignedchardatau,flagu=0;

ucharkbscan（void）;

voidSendIRdata（charp_irdata）;

voiddelay（）;

voiddelays（unsignedcharc）;

ucharkbscan（void）

{

ucharsccode,recode;

P1=0x0f;

//置所有行为低电平,列扫描，列线输入

if（（P1&0xf0）!

=0xf0）//判断是否有有键按下，有往下执行

{

delay（）;//延时去抖动（10ms）

if（（P1&0xf0）!

=0xf0）//再次判断列中是否是干扰信号，不是则向下执行

{

sccode=0xFE;//逐行扫描初值（即先扫描第1行）

while（（sccode&0x10）!

=0）//行扫描完成时停止while程序

{

P1=sccode;//输出行扫描码

if（（P1&0xf0）!

=0xf0）//本行有键按下

{

recode=（P1&0xf0）|0x0f;//列

return（sccode&recode）;//返回行和列

}

else//所扫描的行没有键按下，则扫描下一行{

//sccode=（~sccode）;

//sccode=（sccode<<1）;

//sccode=（~sccode）;

//sccode=（~（（~sccode）<<1））;//行扫描码左移一位

sccode=（sccode<<1）|0x01;

}

}

}

}

else

{

return0;//无键按下，返回0

}

}

voidmain（void）

{

volatileunsignedcharkey;

volatileunsignedcharmod;

count=0;

OP=0;

P3_7=0;

P3_0=1;

P3_1=1;

P3_3=1;

EA=1;//允许CPU中断

TMOD=0x21;//设定时器0和1为16位模式1

ET0=1;//定时器0中断允许

TH0=0xFF;

TL0=0xE8;//设定时值0为38K也就是每隔26us中断一次

TR0=1;//开始计数

SCON=0X50;

TH1=230;

TL1=230;

TR1=1;

IE|=0X90;

iraddr1=0xff;

iraddr2=0xff;

init_lcd（）;

qingping（）;

do{

key=kbscan（）;

delays

（2）;

if（key==0xed）

{

mod=1;

}

elseif（key==0xdd）

{

mod=0;

}

if（mod==0）

{

if（flagu）

{

SendIRdata（datau）;

flagu=0;

}

write_com（0x80）;

write_data（0x43）;

}

else

{

switch（key）

{

case0xed:

SendIRdata（0x00）;//0

break;

case0xDD:

SendIRdata（0x01）;//1

break;

case0xBD:

SendIRdata（0x02）;//2

P3_1=~P3_1;

break;

case0x7D:

SendIRdata（0x03）;//3

break;

case0xEB:

SendIRdata（0x04）;//4

break;

case0xDB:

SendIRdata（0x05）;//5

break;

case0xBB:

SendIRdata（0x06）;//6

break;

case0xE7:

P3_0=1;

break;

case0xD7:

P3_1=1;

break;

case0xB7:

P3_2=1;

break;

default:

break;

}

}

}while

（1）;

}

//定时器0中断处理

voidtimeint（void）interrupt1

{

TH0=0xFF;

TL0=241;//设定时值为38K也就是每隔26us中断一次

count++;

P3_3=~P3_3;

}

voidserial（）interrupt4using3

{

if（RI）

{

RI=0;

datau=SBUF;

flagu=1;

}

}

voidSendIRdata（unsignedcharp_irdata）

{

chari;

volatileunsignedcharirdata;

//发送4.5ms的起始码

endcount=351;

count=0;

P3_7=1;

do{}while（count

//发送9ms的结果码

endcount=768;

count=0;

P3_7=0;

do{}while（count

for（i=0;i<8;i++）

{

irdata=（0X80>>i）;

if（p_irdata&irdata）

{

//先发送0.56ms的38KHZ红外波（即编码中0.56ms的低电平）

endcount=123;

count=0;

P3_7=1;

do{}while（count

endcount=45;

count=0;

P3_7=0;

do{}while（count

}

else

{

endcount=45;

count=0;

P3_7=1;

do{}while（count

endcount=45;

count=0;

P3_7=0;

do{}while（count

}

}

}

voiddelay（）

{

unsignedinti,j;

for（i=0;i<26;i++）

{

for（j=0;j<20;j++）

{

_nop_（）;

}

}

}

voiddelays（unsignedcharc）

{

unsignedinti;

for（i=0;i

delay（）;

}

解码及LED程序

#include

#include

sfrp0=0x80;

sfrp3=0xb0;

sbitp10=P1^0;

sbitp32=P3^2;

sbitp00=P0^0;

sbitp01=P0^1;

sbitp02=P0^2;

sbitp03=P0^3;

sbitp04=P0^4;

sbitp05=P0^5;

sbitp06=P0^6;

sbitp07=P0^7;

unsignedcharled,dm,i,j,k;

voidds_9ms（void）

{

unsignedcharj,k;

for（j=180;j>0;j--）

for（k=50;k>0;k--）;

}

voidds0_56ms（void）

{

unsignedchari,j;

for（i=3;i>0;i--）

for（j=184;j>0;j--）;

}

voidds4_5ms（void）

{

unsignedchari,j;

for（i=90;i>0;i--）

for（j=50;j>0;j--）;

}

voidds1_68ms（void）

{

unsignedchari,j;

for（i=9;i>0;i--）

for（j=184;j>0;j--）;

}

voidds0_1ms（void）

{

unsignedchari,j;

for（i=9;i>0;i--）

for（j=10;j>0;j--）;

}

voidmain（）

{

IT0=1;

EX0=1;

EA=1;

dm=0;

p0=0;

p10=1;

P2=0xff;

while

（1）

{

p10=~p10;

ds0_1ms（）;

}

}

/*

voidt0（void）interrupt0using2//

{

unsignedchartt,flag;

EA=0;

flag=1;

for（tt=0;tt<40;tt++）

{

if（p32==0）

{

flag=0;

break;

}

ds0_1ms（）;

}

while（!

p32）;

if（flag）

{

for（tt=0;tt<85;tt++）

{

if（p32==1）

{

flag=0;

break;

}

ds0_1ms（）;

}

}

while（p32）;

if（flag）

{

for（tt=0;tt<85;tt++）

{

if（p32==1）

{

flag=0;

break;

}

ds0_1ms（）;

}

}

while（!

p32）;

if（flag）

{

for（tt=0;tt<85;tt++）

{

if（p32==1）

{

flag=0;

break;

}

ds0_1ms（）;

}

}

switch（led）

{

case0x00:

p00=0;p01=1;p02=1;p03=1;p04=1;p05=1;p06=1;p07=1;break;

case0x01:

p00=1;p01=0;p02=1;p03=1;p04=1;p05=1;p06=1;p07=1;break;

case0x02:

p00=1;p01=1;p02=0;p03=1;p04=1;p05=1;p06=1;p07=1;break;

case0x03:

p00=1;p01=1;p02=1;p03=0;p04=1;p05=1;p06=1;p07=1;break;

case0x04:

p00=1;p01=1;p02=1;p03=1;p04=0;p05=1;p06=1;p07=1;break;

case0x05:

p00=1;p01=1;p02=1;p03=1;p04=1;p05=0;p06=1;p07=1;break;

case0x06:

p00=1;p01=1;p02=1;p03=1;p04=1;p05=1;p06=0;p07=1;break;

case0x07:

p00=1;p01=1;p02=1;p03=1;p04=1;p05=1;p06=1;p07=0;break;

default:

p00=1;p01=1;p02=1;p03=1;p04=1;p05=1;p06=1;p07=1;

}

}

}

LCD显示程序

#include"lcd.h"

voiddelaylcd（）

{

_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;

}

voidwrite_com（unsignedcharcom）

{

unsignedchari;

set_sid（）;

for（i=0;i<5;i+