红外遥控器的设计与实现1.docx

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红外遥控器的设计与实现1

一.题义分析及解决方案

1.题义需求分析

根据设计内容要求可知：

1）用STARES598PCI单板开发机设计一个应用接口芯片作为八个七段LED数码管的段选与位选。

接口可以使用8255A或8279（本实验用了8255A）。

2）编写程序实现将红外装置发送的编码代表的动作（左移LEFT和右移RIGHT）显示再七段数码管上，并实现LEFT的左循环移动，RIGHT的右循环移动。

3）用按键控制接口控制所要进行的操作，用一个按键控制左移用另一个按键控制右移，按住按键不放则为左循环或右循环。

2.解决问题方法及思路

1）硬件部分

（1）由于8251A和红外之间的数据传输涉及到要协调一致，所以本实验另外还要选用8253A作为频率发生器，输出一定的方波到8251A。

（2）本次设计要求通过按键来进行操作，本来想用小键盘使得程序更加高级一些，但考虑到所需功能不多，只需两个按键即可，所以采用了按键控制接口。

（3）输出设备选用的是LED七段数码管。

本实验只是要将LED上的内容左移右移，左循环和右循环，LED即可满足要求。

（4）8255A的可编程并行接口，本实验通过8255A将按键的信息送入，并且使用8255A对LED进行段选和位选，而且8255A具有传输速度快效率高等优点，此既可以节约芯片的使用，还具有较好的性能，因此选用。

（5）由于红外装置接收和发送的都是串行数据，所以本实验选用8251A作为CPU和红外装置之间数据的串并转换，8251A将CPU的并行数据转换为串行数据送至红外，将红外的串行数据转换为并行数据送至CPU。

至此，我们可以确定本次课程设计要用到的部件有：

2个按键作为遥控器按钮，LED作为显示，8253用作频率发生器，8255用来作为输入输出接口，8251A用来传送数据。

2）软件部分

（1）对8253进行初始化。

8253作为频率发生器，选用计数器0，控制字为35H，工作在方式2，并且将计数初值设为26，因为2000000/26=16*4800。

这样发送和接受数据的时钟频率就是数据传输频率即波特率的16倍，这样可以提高收发数据的正确性，再将输出频率送至8251的RXC和TXC，一定程度上保证了数据传输的正确性。

（2）对8255进行初始化。

PC口作为输入口，本实验中只用了PC0和PC7与按键控制接口相连，接收按键要控制的相关状态。

开始时，通过置为/复位控制字，将1和8按键置为1，即置为控制字是01H和0FH，之所以设为1因为按键按下时是0信号，松开时1信号，程序运行时，检查C口读入的按键，若为1按键，即为左移，若为8按键，则为右移。

PA口与PB口均作为输出口，其中PA口作为位选，用来选择发光的LED管，在控制时，我们是将要亮的管子位置数为0，其它位置为1，PB口作为段选，用来控制输出的值。

（3）对8251A进行初始化。

8251A作为本实验中最重要的芯片，就是起了传送并转换数据的作用，8251A将CPU的并行数据转换为串行数据送至红外，将红外的串行数据转换为并行数据送至CPU。

将8251A的方式控制字设为5EH,;波特率系数为16，8个数据位，1个停止位，奇校验，命令控制字设为17H，允许接受和发送数据，清错误标志。

程序运行后，检查状态寄存器，若为01H，则是允许发送，则将左移或右移信息码发送至红外，否则持续读状态寄存器。

接收时，读状态寄存器，若为02H，则是接收准备好，则从红外接收数据。

（4）CPU在发送数据时，先比较C口读入的数据，若是1按键，则将左移信息码40H写至8251A，若是8按键，则将右移信息码41H写至8251A；在接收数据时，若收到的是左移信息码，则左移1位位选，写入8255A，使LED上的数据左移一位，若收到的是右移信息码，则右移1位位选，写入8255A，使LED上的数据右移一位。

二.硬件设计

1.选择芯片8255A

1）芯片8255A在本设计中的作用

8255A是可编程并行接口，本实验通过A口输出来作为位选，实现LED数码管的动态显示，通过B口输出做为显示在LED数码管的数值，从C口读入操作信息来控制LED上的数据移动。

2）芯片8255A的功能分析

a）8255引脚图：

8255是可编程并行接口，内部有3个相互独立的8位数据端口，即A口、Ｂ口和Ｃ口。

三个端口都可以作为输入端口或输出端口。

Ａ口有三种工作方式：

即方式０、方式１和方式２，而Ｂ口只能工作在方式０或方式１下，而Ｃ口通常作为联络信号使用。

8255的工作只有当片选CS有效时才能进行。

而控制逻辑端口实现对其他端口的控制。

b）CPU接口（数据总线缓冲器和读/写控制逻辑）

数据总线缓冲器:

这是一个8位双向三态缓冲器，三态是由读/写控制逻辑控制的。

这个缓冲器是8255A与CPU数据总线的接口。

所有数据的输入/输出，以及CPU用输出指令向8255A发出的控制字和用输入指令从8255A读入的外设状态信息，都是通过这个缓冲器传递的。

读/写控制逻辑:

它与CPU的6根控制线相连，控制8255A内部的各种操作。

控制线RESET用来使8255A复位。

和地址线A1及A0用于芯片选择和通道寻址。

控制线和用来决定8位内部和外部数据总线上信息传送的方向，即控制把CPU的控制命令或输出的数据送到相应的通道，或把状态信息或输入数据送到CPU。

8255A的读/写控制逻辑的作用，是从CPU的地址和控制总线上接受输入的信号，转变成各种命令送到A组或B组控制电路进行相应的操作。

c）8255A的引脚信号

与外设相连的

PA7~PA0：

A口数据信号线。

PB7~PB0：

B口数据信号线。

PC7~PC0：

C口数据信号线。

与CPU相连的

RESET：

复位信号。

当此信号来时，所有寄存器都被清除。

同时三个数据端口被自动置为输入端口。

D7~D0：

它们是8255A的数据线和系统总线相连。

CS:

片选信号。

在系统中，一般根据全部接口芯片来分配若于低位地址（比如A5、A4、A3）组成各种芯片选择码，当这几位地址组成某一个低电平，于8255A被选中。

只有当有效时，读信号写才对8255进行读写。

RD：

读信号。

当此信号有效时，CPU可从8255A中读取数据。

WR：

写信号。

当此信号有效时，CPU可向8255A中写入数据。

A1、A0：

端口选择信号。

8255A内部有3个数据端口和1个控制端口，共4个端口。

规定当A1、A0：

为00时，选中A端口；为01时，选中B端口；为10时，选中C端口；为11时，选中控制口。

8255的基本操作如下表2-1所示：

表2-18255的基本操作

3）芯片8255A的技术参数如下图2-2所示：

参数名称

符号

测试条件

规范值

最大

最小

输入低电平电压

VIL

0.8v

-0.5v

输入高电平电压

VIH

Vcc

2.0v

输入低电平电压

<数据总线>

VOL

IOL=2.5mA

0.45v

——

输入低电平电压

<外部端口>

VOL

IOL=1.7mA

0.45v

——

输入高电平电压

<数据总线>

VOH

IOH=-400μA

——

2.4v

输入高电平电压

<外部端口>

VOH

IOH=-200μA

——

2.4v

达林顿驱动电流

IDAR

REXT=750

VEXT=1.5v

-0.4mA

1.0mA

电源电流

ICC

——

120mA

——

输入负载电流

IIL

I=VCC~0v

+10mA

-10mA

8255A的方式控制字如图2-3所示：

图2-38255A的方式控制字

方式0的工作特点

这种方式通常不用联络信号，不使用中断，三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。

其功能为：

①两个8位通道：

通道A、B。

两个四位通道：

通道C高4位和低四位；

②任何一个通道可以作输入/输出；

③输出是锁存的；

④输入是不锁存的；

⑤在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。

置位/控制字如图2-4所示：

图2-4置位/控制字

2.选择LED七段数码管

1）LED七段数码管在本设计中的作用

LED发光二级管（Light-EmittingDiode），在本设计中采用7段发光二级管，做为终端显示。

2）LED七段数码管的功能分析

物理构造：

LED发光二级管，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。

工作原理：

当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现。

数字成像：

将七个发光管进行组合，排列成数字图形8，再根据需要控制七个管的亮与灭，即可显示出定义数字。

3）LED七段数码管的技术参数

发光二极管的压降一般为1.5~2.0V，其工作电流一般取10~20mA为宜。

发光二极管的发光颜色有：

红色光、黄色光、绿色光、红外光等。

发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。

LED发光二极管的压降一般为1.5-2.0V，其工作电流一般取10-20Ma，发光二极管可应用于直流驱动电路、交流驱动电路和脉冲驱动电路。

由于8255A的最大驱动电流为4.0mA，而LED的工作电流一般为10-20mA，所以需要加一个驱动器74LS244。

LED显示管段选码编码表:

2-7LED显示管段选码编码表

数字

二进制编码（字形）

3FH

03H

5BH

4FH

66H

6DH

7DH

07H

7FH

6FH

77H

7CH

69H

5EH

79H

71H

LED数字显示原理：

如下图2-8为LED数码管及其框图

图2-8LED数字显示原理

上面两图分别为外形图和原理图，当七段数码管点亮其中几段可显示数字和简单的西文字符，将七段数码管负极连接到一起称为公共端，而发光二极管的正极则分别由引脚引出，便于控制哪个发光二极管点亮，在右图中如果在COM端接低电平，而在其他引出线上施加不同的电平，则对高电平的发光二极管就会点亮，由于将8个发光二极管负极全部连接在一起，称为共阴极数码管，还有将8个发光二极管的正极连接在一起，故称之为共阳极数码管。

本次实验用的数码管需动态扫描显示，其接口电路将所有数码管的笔画控制段与a~h同名端连在一起，接到一个并行端口，每个公共极COM端由独立的I/O线控制，CPU向字模输出口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码，究竟哪个数码管显示，取决于每个LED的COM端，所谓动态扫描，就是显示一位信息时，其他位不能显示，必须采用分时方法，轮流控制COM端。

3.选择8251A

1）8251A在本设计中的作用

程序运行后，检查状态寄存器，若为01H，则是允许发送，则将左移或右移信息码发送至红外，否则持续读状态寄存器。

接收时，读状态寄存器，若为02H，则是接收准备好，则从红外接收数据。

2）芯片8251A的功能分析

图2-98251A引脚排列图

图2-108251A内部构造图

b）CPU接口

（1）I／O缓冲器

这是三态双向的缓冲器，引脚D0～D7是8251A和CPU接口的三态双向数据总线，用于向CPU传递命令、数据或状态信息。

与CPU互相交换的数据和控制字就存放在这个区域，共有三个缓冲器。

①接收缓冲器：

串行口收到的数据变成并行字符后，存放在这里，以供CPU读取。

②发送／命令缓冲器：

这是一个分时使用的双功能缓冲器，CPU送来的并行数据存放在这里，准备由串行口向外发送。

另外，CPU送来的命令字也存放在这里，以指挥串行接口的工作。

由于命令一输入就马上执行，不必长期存放，所以不会影响存放发送数据。

③状态缓冲器:

存放8251A内部的工作状态,供CPU查询。

（2）读／写控制逻辑。

本模块功能是接收CPU的控制信号,控制数据传送方向。

（3）接收器及接收控制。

接收器的功能是从RXD引脚接收串行数据,按指定的方式装配成并行数据。

（4）发送器及发送控制。

这个模块的功能是从CPU接收并行数据,自动地加上适当的成帧信号后转换成串行数据从TXD引脚发送出去。

（5）调制解调控制器。

该模块提供和调制解调器的联络信号。

8251A是一个采用NMOS工艺制造的28脚双列直插式封装的组件，其外部引脚如图2-9所示。

c）8251A的引脚信号

（1）与CPU接口的引脚。

D7～D0：

数据线。

CLK：

时钟信号输入线，用于产生8251A内部时序。

CLK的周期为0.42～1.35μs。

CLK的频率至少应是接收、发送时钟的30倍（对同步方式）或4.5倍（对异步方式）。

RESET：

复位信号输入线，高电平有效。

复位后8251A处于空闲状态直至被初始化编程。

CS:

片选信号输入线,CS低电平有效。

仅当CS为低电平时，CPU才能对8251A操作。

C/D:

信息类型信号输入线。

为0时传输的是数据,为1时传输的是控制字或状态信息。

RD:

读选通信号输入线,低电平有效。

WR:

写选通信号输入线，低电平有效。

CPU对8251A的读写控制如表2-11所示。

C/D

操作

任意

无操作,D0-D7呈高阻

写控制字

写数据

读状态

读数据

RXRDY:

接收准备好状态输入线,高电平有效。

当接收器接到一个字符并准备送给CPU时,RXRDY为1;当字符被CPU读取后RXRDY恢复为0。

RXRDY可作为8251A向CPU申请接收中断的请求源。

SYNDET/BRKDET:

同步状态输出线或者外同步信号输入线。

此线仅对同步方式有意义。

TXRDY:

发送准备好状态输出线,高电平有效。

当发送寄存器空闲且允许发送（CTS脚电平为低、命令字中TXEN位为1）时,TXRDY为高电平。

当CPU给8251A写入一个字符后TXRDY恢复为低电平。

TXRDY可作为8251A向CPU申请发送中断的请求源。

TXE：

发送缓冲器空闲状态输出线。

高电平有效，TXE=1，表示发送缓冲器中没有要发送的字符，当CPU将要发送的数据写入8251A后，TXE自动复位。

（2）与外设或调制解调器接口的引脚

RXD:

串行数据输入线，高电平表示数字1，低电平表示数字0。

RXC:

接收器时钟输入线。

它控制接收器接收字符的速率，在上升沿采集串行数据输入线。

RXC的频率应等于波特率（同步方式）或等于波特率的1倍、16倍或64倍（异步方式）。

TXD：

发送数据输出线。

CPU并行输入给8251A的数据从这个引脚串行发送出去。

TXC:

发送器时钟输入线，在TXC的下降沿数据由8251A移位输出。

对TXC频率的要求同RXC。

DTR:

数据终端准备好状态输出线，低电平有效。

当8251A命令字位D1为1时，有效,用于向调制解调器表示数据终端已准备好。

DSR:

数据设备准备好状态输入线，低电平有效。

当调制解调器准备好时，有效，用于向8251A表示Modem（或DCE）已准备就绪。

CPU可通过读取状态寄存器的D7位检测该信号。

RTS请求发送信号输出线,低电平有效。

当8251A命令字位D5为1时，RTS有效，请求调制解调器作好发送准备（建立载波）。

CTS:

清除发送（允许传送）信号输入线，低电平有效。

当调制解调器作好送数准备时，CTS有效，作为对8251A的RTS信号的响应。

如果8251A不使用调制解调器而直接和外界通讯，一般应将DSR、CTS脚接地。

3）芯片8251A的技术参数

（1）控制字寄存器。

控制字寄存器寄存方式控制字和命令控制字。

①方式控制字。

方式控制字确定8251A的通讯方式（同步／异步）、校验方式（奇校验、偶校验、不校验）、数据位数（5、6、7或8位）及波特率参数等。

方式控制字的格式如图2-12所示。

它应在复位后写入，且只需写入一次。

②命令控制字。

命令控制字使8251A处于规定的状态以准备发送或接收数据。

命令控制字的格式如图2-13所示。

它应在写入方式控制字后写入，用于控制8251A的工作，可以多次写入。

图2-13

（2）状态寄存器

状态寄存器存放8251A的状态信息,供CPU查询,状态字各位的意义如图2-14所示。

图2-14

4.选择芯片8253A

1）芯片8253A在本设计中的作用

8253作为频率发生器，选用通道0，控制字为35H，工作在方式2，并且将计数初值设为26H，因为2000000/26=16*4800。

这是为了将产生的频率送至8251的RXC和TXC，为了和红外数据传送一致。

2）芯片8253A的功能分析

a）8253A引脚图：

8253是一片具有3个独立通道的16位计数器/定时器芯片，使用单一+5V电源，24引脚双列直插式封装

图2-15

图2-168253的内部结构示意图

b）CPU接口

（1）读/写控制逻辑

决定三个计数器和控制字寄存器中哪一个能进行工作，并控制内部总线上数据传送的方向。

（2）控制寄存器

接收从CPU来的控制字，并由控制字的D7、D6位的编码决定该控制字写入哪个计数器的控制寄存器，控制寄存器只能写入，不能读出。

（3）计数器

当8253用作计数器时，加在CLK引脚上脉冲的间隔可以是不相等的；当它用作定时器时，则在CLK引脚应输入精确的时钟脉冲，8253所能实现的定时时间，取决于计数脉冲的频率和计数器的初值，即：

定时时间=时钟脉冲周期Tc×预置的计数初值n。

对8253来讲，外部输入到CLK引脚上的时钟脉冲频率不能大于2MHZ，否则需分频后才能送到CLK端。

c）8253A的引脚信号

D0～D7——三态双向数据线。

与CPU数据总线相连，用于传递CPU与8253之间的数据信息、控制信息和状态信息；

CS——片选信号（ChipSelect），输入，低电平有效；

WR——写信号，输入，低电平有效，用于控制CPU对8253的写操作，可与A1，A0信号配合以决定是写入控制字还是计数初值；

RD——读信号，输入，低电平有效。

用于控制CPU对8253的读操作，可与A1，A0信号配合读取某个计数器的当前计数值；

A0，A1——地址输入线。

用于8253内部寻址的4个端口，即3个计数器和一个控制字寄存器。

一般与CPU低位的地址线相连。

CLK0（CLK1，CLK2）——时钟脉冲输入端，用于输入定时脉冲或计数脉冲信号。

CLK可以是系统时钟脉冲，也可以是由其他脉冲源提供。

8253规定加在CLK引脚的输入时钟周期不得小于380ns；

GATE0（GATE1，GATE2）——门控输入端，用于外部控制计数器的启动或停止计数的操作。

当GATE为高电平时，允许计数器工作，当GATE为低电平时，禁止计数器工作；

OUT0（OUT1，OUT2）——计数输出端。

在不同工作方式中，当计数器计数到0时，OUT引脚上必输出相应的信号。

3）芯片8253A的技术参数

（1）控制字格式。

8253的控制字有4个主要功能：

选择计数器；

确定计数器数据的读写格式；

确定计数器的工作方式；

确定计数器计数的数制。

5.选择芯片TSAL6200

1）TSAL6200的在本设计中的作用

TSAL6200是一种高效率的红外发光二极管,将收到数字信息转换成红外信号发送出。

2）TSAL6200的功能分析

IN端口控制整个发射过程。

其中，红外载波信号采用频率为38KHz的方波，由CLK端口传输到三极管Q3的基极。

待发送到数据由IN端口以串行方式送出并驱动三极管Q2，当IN为“0”时使Q2管导通，通过Q2管采用脉宽调制（PWM）方式调制成38KHz的载波信号，并由红外发射管TSAL6200以光脉冲的形式向外发送。

当IN为“1”时使Q2管截止，Q3管也截止，连接Q2和Q3的两个上拉电阻R32和R36把三极管的基极拉成高电平，分别保证两个三极管可靠截止，红外发射管TSAL6200不发射红外光。

因此通过待发送数据的“0”或“1”就可控制调制后两个脉冲串之间的时间间隔，即调制PWM的占空比。

比如若传送数据的波特率为1200bps，则每个数位“0”就对应32个载波脉冲调制信号。

红外发射管DS12采用TSAL6200红外发射二极管，其实现将电信号转变成一定频率的红外光信号，它发射一种时断时续的高频红外脉冲信号，由于脉冲串时间长度是恒定的，根据脉冲串之间的间隔大小就可以确定传输的数据是“0”还是“1”。

3）芯片TSAL6200的功能参数

常用参数值（Tamb=25℃）

参数及符号典型值最大值单位

正向电流IF100mA

正向压降VF1.351.6V

光功率Φe35mW

峰值波长λp940nm

光辐射半角φ±17deg

（1）伏安特性

红外发光二极管TSAL6200的伏安特性与普通二极管相似.正向工作电流IF是指红外发射二极管长期工作时,允许通过的最大平均正向电流.若发射二极管长期超过IF运行,会因过热而烧坏.一般小功率红外发光二极管的正向压降VF=1～1.3V,中功率管VF=1.6～1.8V,大功率管VF≥2V.在驱动电路设计中应注意驱动电压大于红外发光管的正向压降VF,以克服死区电压产生正向电流IF。

（2）光功率Φe

红外发射二极管的电功率转化为红外光输出功率的那一部分.光功率越大,发射距离越远.

（3）峰值波长λp

红外发光二极管所发出的红外光中,光强最大值所对应的发光波长.在远距离红外通讯中,一般选用波长为940nm或950nm的红外发射二极管.TSAL6200的峰值波长为940nm,如图1所示.

（4）光辐射半角φ

是指相

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