1、通信系統原理課程設計基于51單片機和紅外遙控的點陣貪食蛇院系：惠州學院電子科學系 班級：11電子信息工程1班組員： 翁銖煒 110703131林貴玉 110703122目錄第一章方案設計與論證 11、 穩壓電源模塊方案論證 12、單片機的選擇論證 23、點陣驅動方案論證 2第二章系統總體設計 3第三章紅外遙控系統介紹 41、紅外通訊原理 42、紅外遙控系統結構 53、調制 54、發射系統 65、一體化紅外接收頭 76、紅外編碼格式 8第四章 硬件設計 101、8X8 LED單色點陣的原理說明102、LED陣列驅動電路 103、 穩壓電源電路 104、 蜂鳴器及其驅動電路 115、紅外接收模塊電

2、路 116、單片機最小系統 127、系統總原理圖 12第五章 軟件設計 141、主程序工作流程 142、 LED點陣初始化 143、 貪吃蛇的移動 154、食物的隨機出現 155、紅外遙控 15第六章測試與調試 17第七章總結 19附錄一系統源程序20緒論：本文根據貪食蛇的游戲規則，主要闡述基于 51 單片機和紅外遙 控的點陣貪食蛇的設計方案及思路。本文以 ATMEL AT89S5單片機 為控制核心， 使用 8*8 點陣為顯示模塊， 設計并實現貪食蛇最基本的 功能。文章詳細介紹了紅外遙控貪食蛇的硬件電路和軟件設計。 硬件部 分利用紅外接收頭的輸出接在 AT89C52單片機INT1中斷口，通過跳

3、 變沿觸發的方式來觸發單片機 INT1 中斷，從而可以對編碼脈沖進行 接收、存儲和解碼， 然后根據對應的鍵值實現點陣上貪食蛇的各種運 動變換。貪吃蛇，是一種益智小游戲。其游戲背景：蛇引誘夏娃吃了蘋果 之后，就被貶為毒蟲， 陰險的象征，而蛇吃東西是整只動物吞進去的， 大概在文藝復興的時候就有人發明了這么一種游戲， 是現在貪吃蛇的 前身，后來慢慢地發展成了現有的貪吃蛇游戲。 其游戲規則比較簡單， 就是一條小蛇， 不停地在屏幕上游走去吃屏幕上出現的食物， 越吃越 長，到了一定的長度之后， 就可以進入下一關，越到后面的關卡蛇移 動的速度越快， 只要蛇頭碰到四周的墻壁或者碰到自己的身體， 小蛇 就立即斃

4、命并結束游戲。第一章 方案設計與論證：1、穩壓電源模塊方案論證：常用的電源有串聯型線性穩壓電源( LM2940、7805 等)和開關型穩壓電源(LM2596 LM2575等)兩大類。前者具有紋波小、電路結構簡單的優點，但是 效率較低，功耗大；后者功耗小，效率高，但電路卻比較復雜，電路的紋波大。 對于單片機，需要提供穩定的5V電源，由于LM2940的穩壓的線性度非常好，所 以選用LM2940對其進行供電。在本設計中，51單片機使用5V電源，電池使用 7.2V電源?？紤]到電源為充電電池組，額定電壓為 7.2V，實際充滿電后電壓則 為7.0-7.3V，所以單片機及紅外遙控模塊需采用穩壓后的 5V電源

5、供電。方案一：使用三端穩壓電路78XX系列，如7805。工作原理：是電流源型穩 壓電路，是通過調節輸出電流來保證輸出端電壓的， 其反饋量是電壓， 基準量也 是電壓，經過內部電路轉化成反饋電流和基準旁路電流， 其差值又去旁路內部電 流源使輸出電流滿足端電壓的穩定。方案二：使用LM2940氐壓差三端穩壓路綜合兩種方案考慮，LM2940比7805的轉換效率高。7805直接輸入不接輸 出的情況下，其內部還會有3mA的電流消耗（靜態電流）。而 LM2940的靜態電 流就比它遠遠小得多了。 最終采用方案二。2、單片機的選擇論證 ：方案一：AT89S52單片機是一種高性能8位單片微型計算機。它把構成計 算機

6、的中央處理器CPU、存儲器、寄存器、I/O接口制作在一塊集成電路芯片中， 從而構成較為完整的計算機、而且其價格便宜。方案二：C8051F005單片機是完全集成的混合信號系統級芯片， 具有與8051 兼容的微控制器內核，與 MCS-51 指令集完全兼容。除了具有標準 8052的數字 外設部件，片內還集成了數據采集和控制系統中常用的模擬部件和其他數字外設 及功能部件，而且執行速度快。但其價格較貴以上兩種方案綜合考慮，選擇方案一。3、點陣驅動方案論證 ：正向點亮一顆LED至少也得1020毫安，若電流不夠大，則 LED不夠亮。而不管是8051的輸入/輸出口，還是TTL CMOS的輸出端，其高態輸出電流

7、都 不是很高，不過12毫安而已，因此，很難直接高態驅動 LED這時候就需要額 外的驅動電路。QB EoIfr) VI C3) stQt I74HCS95國OEQI U因RCKQG叵tj回 9CLR可 5QII方案一：采用74HC595芯片驅動LED有以下特 點：速度較快，功耗較小，LED的數目多少隨意，既 可以控制共陰極的LED顯示器，也可以控制共陽極 的LED顯示器，可以軟件控制LED的亮度，還可以 在必要的時候關斷顯示（數據保留），以減小功耗， 并可隨時喚醒顯示。用它設計的電路，不僅軟硬件 設計簡單，而且功耗低，驅動能力強，占用的I/O 口T37OtHt20DO*2.-CM-D518010

8、2-I17S-05&4-615亠CHre-?u05-13osC7-u-7END-107線較少,是一種造價低廉，應用靈活的設計方案。方案二：74HC573是 8位三態鎖存器。可鎖存地址、數 據、可作緩沖器用。當鎖存器的輸入端出現有效信號，輸入狀態被鎖存到輸 出端，直到下一個鎖存信號到來時刷新。這里的三態，是指 它的輸出可以是“ 0”或“ 1”狀態，又可以是高阻狀態。高阻態相當于隔斷狀態，沒有邏輯控制功能。74HC573有驅動能力.每個口輸出電 流可達正負35MA。綜上考慮，74HC573然占用的IO 口比74HC595多，但其輸出電流較大, 最終選擇方案二。第二章系統總體設計:本系統是基于紅外遙

9、控的點陣貪食蛇。主要實現以下幾個功能：1、通過紅外遙控器上的指定按鍵（上、下、左、右）控制點陣上的貪食蛇 的前進方向；2、遙控器上有七個檔位可以調節貪食蛇運動的速度，已達到調整游戲難度 的效果；3、貪食蛇每前進一步，蜂鳴器響一次；4、貪食蛇且前進的方向不同，蜂鳴器響的聲音不同（即頻率不同）；5、貪食蛇撞上 墻”或者蛇本身”，游戲結束，回到初始頁面；6、貪食蛇每 “吃掉 ”一個食物，蛇本身長度加一個單位。本系統電路主要分為五個模塊：穩壓電源模塊、紅外遙控模塊、單片機最 小統模塊、點陣及其驅動模塊、蜂鳴器及其驅動模塊。圖 2.1 系統總框圖第三章 紅外遙控系統介紹1、紅外通訊原理：紅外遙控是單工的

10、紅外通信方式， 本設計的紅外遙控采用以通信方式為基礎 的紅外遙控， 而且本設計也使用了紅外通信技術， 故著重分析紅外通信的基本原 理。紅外通信是利用紅外技術實現兩點間的近距離保密通信和信息轉發。 它一般 由紅外發射和接收系統兩部分組成。 發射系統對一個紅外輻射源進行調制后發射 紅外信號，而接收系統用光學裝置和紅外探測器進行接收， 就構成紅外通信系統。紅外線是波長在750nm至1mn之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可 見光，是一種人的眼睛看不到的光線。 紅外通信一般采用紅外波段內的近紅外線， 波長在0.75um至25um之間。紅外數據協會（IrDA）成立后，為了保證不同廠 商的紅外產品能夠獲

11、得最佳的通信效果， 紅外通信協議將紅外數據通信所采用的 光波波長的范圍限定在 850 至 900nn 之內。紅外通信的基本原理是發送端將基帶二進制信號調制為一系列的脈沖串信 號（載波信號），通過紅外發射管發射紅外信號。常用的有通過脈沖寬度來實 現信號調制的脈寬調制（PWM和通過脈沖串之間的時間間隔來實現信號調制的 脈時調制（PPM兩種方法。脈時調制（PPM是紅外數據協會（IrDA）和國際電子 電工委員會（IEEE）都推薦的調制方式，本設計采用PPMS制方法，即用兩個脈沖圖3.1 PPM調制波形圖普通的紅外遙控采用面向指令的幀結構， 數據幀由同步碼，地址碼和指令碼 組成，指令碼長度多為816個比

12、特，傳送多字節遙控協議時效率偏低，而增 加指令碼的長度不利于接收器同步，為此本設計選用一種面向字節的幀結構， 采 用類似于異步串行通信的幀結構，每幀由一個起始位（二進制數0） 、8個數據位和2個停止位（二進制數1 ）構成，如圖3.2所示。每幀傳送1個字節 的數據，幀與幀間隔大于2ms，幀結構不含地址信息，尋址問題由高層協議解決 8。圖3.2數據幀結構示意圖由于紅外光存在反射，在全雙工的方式下發送的信號也可能會被本身接收, 因此，紅外通信應采用異步半雙工方式，即通信的某一方發送和接收是交替進行 的。2、紅外遙控系統結構：紅外遙控系統主要分為調制、發射和接收三部分，如圖3.3所示:圖3.33、調制

13、:紅外遙控發射數據時采用調制的方式，即把數據和一定頻率的載波進行 與”操作，這樣可以提高發射效率和降低電源功耗。調制載波頻率一般在30khz到60khz之間，大多數使用的是38kHz，占 空比1/3的方波，如圖3.4所示，這是由發射端所使用 455kHz晶振決定的。 在發射端要對晶振進行整數分頻，分頻系數一般取12，所以455kHz十1237.9 kHz 38kHz。4、發射系統：目前有很多種芯片可以實現紅外發射，可以根據選擇發出不同種類的編碼。 由于發射系統一般用電池供電，這就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都設計成可以處于休眠狀態，當有按鍵按下時才工作， 這樣可以降低功耗芯片所用的晶振應該有

14、足夠的耐物理撞擊能力，不能選用普通的石英晶體，一般是選用陶瓷共鳴器，陶 瓷共鳴器準確性沒有石英晶體高，但通常點誤差可以忽略不計紅外線通過紅外發光二極管(LED)發射出去，紅外發光二極管內部材料和普通發光二極管不同，在其兩端施加一定電壓時，它發出的是紅外線而不是可見光圖3.5A簡單驅動電路圖3.5B射擊輸出驅動電路如圖3.5A和圖3.5B是LED的驅動電路，圖3a是最簡單電路，選用元件時要注意三極管的開關速度要快，還要考慮到LED的正向電流和反向漏電流，一般流過 LED的最大正向電流為100mA，電流越大，其 發射的波形強度越大。圖3.5A電路有一點缺陷，當電池電壓下降時，流過LED的電流會降低

15、，發射波形強度降低，遙控距離就會變小。圖2.5B所示的射極輸出電路可以解決這個問題，兩個二極管把三級管基極電壓鉗位在 1.2V左 右，因此三級管發射極電壓固定在 0.6V左右，發射極電流IE基本不變，根據IEIC所以流過LED的電流也基本不變，這樣保證了當電池電壓降低時還可以保證一定的遙控距離。5、一體化紅外接收頭：紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。內部電路包括紅外監測二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路， 比較器等。紅外監測二極管監測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器， 限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發射器和接收器的距離遠近。 交流信號

16、進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負載波，通 過解調電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發射端的信號 波形。注意輸出的高低電平和發射端是反相的， 這樣的目的是為了提高接收的靈 敏度。一體化紅外接收頭，如圖3.6所示：圖3.6紅外接收頭紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個引腳，包括供 電腳，接地和信號輸出腳。根據發射端調制載波的不同應選用相應解調頻率的接收頭。本設計選擇HX1383，因為其性價比較高，且易于購得，如圖3.7 :1838體比力能搖應決紅外樓攻述7T金屬盍圖3.7紅外接收頭內部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電

17、腳上須加上濾波電容，一般在 22uf以上。有的廠家建議在供電腳和電源之間接入 330歐電阻，進一步降低電源干擾。6、紅外編碼格式：遙控發射器專用芯片很多，紅外遙控的編碼目前廣泛使用的是：NEC Protocol的PWM（脈沖寬度調制）和Philips RC-5 ProtocoI的PPM,本設計基于NEC協議。 其編碼特征如下： 、8位地址和8位指令長度； 、地址和命令2次傳輸（確?？煽啃裕?、PWM脈沖位置調制，以發射紅外載波的占空比代表“ 0”和“1”； 、載波頻率為38Khz ; 、位時間為1.125ms 或2.25ms ;NEC碼的位定義：一個脈沖對應560us的連續載波，一個邏輯 1傳輸需要2.25ms（560us脈沖+1680us 低電平），占空比1/4 ;一個邏輯0的傳輸需要1.125ms（560us 脈沖+560us 低電平），占空比1/2。而遙控接收頭在收到脈沖的時候為低電平，在沒有脈沖的時候為高電平，這樣，我們在接收頭端收到的信號為：邏輯1應該是560us低+1680us高，邏輯0應該是560us低+560us 高。如圖 3.8圖3.8NEC遙控指令的數據格式為：同步碼頭、地址碼、地址反碼、控制碼、控制反碼。同步碼由一個9ms的低電平和一個4.5ms的高電平組成，地址碼、地址反碼、控制碼、控制反碼 均是8位數據格式。按照低