1、0 / 18 文檔可自由編輯打印綜合性實驗設計報告綜合性實驗設計報告 2012 年 5 月課程名稱：課程名稱： 現代電子技術綜合實驗 實驗名稱：實驗名稱： 數顯定時器設計 學生姓名：學生姓名： 吳志斌 班級：班級： 09 電科 學號：學號： 29010201033 實驗地點：實驗地點： 電子設計實驗室 實驗學時：實驗學時： 32 文檔可自由編輯打印摘要摘要本課題以 STC89C52 單片機和數碼管為主要器件，設計出一個通電時顯示“99”，以后每分鐘減 1；時間減到零時，蜂鳴器鳴響 10 秒鐘；定時過程中可通過兩個控制按鈕動態調整定時時間的數顯定時器。關鍵詞：單片機； LED 數碼管顯示器；定時

2、器 ；三極管II / 18 文檔可自由編輯打印目錄目錄1 項目的主要任務12 總體設計方案23 硬件設計33.1 STC89C52 單片機簡介33.2 一體化紅外接收器簡介33.3 紅外發射機硬件設計43.4 紅外接收機硬件設計54 軟件設計64.1 單片機軟件設計的一般原則64.2 紅外發射機軟件設計64.3 紅外接收機軟件設計85 系統調試106 設計總結11參考文獻12附錄 1 紅外遙控系統實物圖13附錄 2 元器件清單14附錄 3 C51 源程序清單15文檔可自由編輯打印1 項目的主要任務定時器的應用極其廣泛，涉及日常生活、工業控制、醫療衛生、文體活動等領域。數字顯示定時器就更加突出了

3、它的優勢與先進。本課題的主要任務就是以STC89C52單片機控制數碼管和蜂鳴器，通電時數碼管顯示“99”，以后每分鐘減1；時間減到零時，蜂鳴器鳴響10秒鐘；定時過程中可通過兩個控制按鈕動態調整定時時間等等2 / 18 文檔可自由編輯打印2 總體設計方案一般的紅外遙控系統多使用專用控制芯片實現，這樣的系統要求其發射、接收機的編、解碼必須遵循特定的行業標準，而本課題所設計的紅外遙控系統，只要求發射、接收機的編、解碼規則一致即可，可不受專用芯片信號標準的限制，因而增加了設計的靈活性。圖 2-1 為四通道紅外遙控系統的總體結構框圖。圖中紅外發射機和接收機都以STC89C52 單片機為核心，用戶按下發射

4、機上 4 個按鍵中的某個時，通過紅外發射管發出相應的調制代碼，被接收機上的一體化紅外接收芯片 PC3388 接收并解調后，通過單片機發出控制信號，使接收機 4 個輸出通道中相應的一個產生開關動作。圖2-1 紅外遙控系統總體結構框圖3 / 18 文檔可自由編輯打印3 硬件設計3.1 STC89C52 單片機簡介紅外遙控系統中的發射機和接收機都采用 STC89C52 單片機作為主控器。STC89C52 為增強型 80C51 內核單片機，它的基本結構、引腳和指令系統都與標準80C51 單片機兼容，另外又增加了很多資源，如程序存儲器和數據存儲器分別為 8KB 和512B，多一個定時/計數器 T2，內置

5、看門狗等。STC89C52 支持 IAP，可利用串口直接下載程序代碼，提高了開發效率。以下是 STC89C52 單片機的主要特性： 兼容 80C51 系列 雙 DPTR 指針 8KB Flash 程序存儲器 支持 IAP（在應用編程） 512 字節片內 RAM 4KB EEPROM 存儲器 四個 8 位 I/O 口 全雙工增強型 UART 三個 16 位定時器/計數器 八個中斷源，四個中斷優先級 可編程看門狗定時器（WDT） 降低 EMI 模式（禁止 ALE 輸出時鐘） 兩種省電模式（Idle、Power-down） 工作電壓 3.35.5V 頻率范圍 080MHz（5V 時） 三種封裝形式：

6、PDIP-40、PLCC-44 、TQFP-443.2 一體化紅外接收器簡介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器，其內部電路包括紅外接收管、AGC 放大器、限幅器、帶通濾波器、解調器、輸出驅動器等。30KHz 到60KHz（常用 38KHz）的紅外載波信號被紅外接收管所接收，經 AGC 放大和限幅處理后，再經過帶通濾波器進入解調電路，解調后得到的高電平信號使輸出反相放大器導通，從而對外輸出有效的低電平信號，沒有收到紅外載波時，一體化接收器對外輸出高電平。一體化紅外接收器的種類很多，載波頻率和引腳定義各不相同，不過一般都有三個引腳，包括供電腳、接地腳和信號輸出腳。根據發射

7、端調制載波的不同應選用相應解調4 / 18 文檔可自由編輯打印頻率的接收器。紅外接收器內部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此常需要在其供電腳加上電源濾波電路。一體化紅外接收器的外觀如圖 3-1 所示。圖3-1 一體化紅外接收器實物圖片3.3 紅外發射機硬件設計圖 3-2 為紅外發射機的具體電路。要使 STC89C52 單片機正常工作，必須要有系統時鐘，圖中兩個 30pF 電容和 11.0592Mhz 晶振與單片機內部電路配合產生系統所需的時鐘。另外，4.7F 電解電容和 5K 電阻構成復位電路，系統上電時為單片機提供一個正向復位脈沖，需要時還可以在電解電容兩端并聯一個按鈕用于手動復位。圖3

8、-2 紅外發射機電路圖 3-2 中，控制按鍵 K1K4 分別連接到單片機 P2 口的 4 根口線上，由于除 P0 口以外的其它 3 個 I/O 口都具有內部上拉電阻，故每個按鍵不需要再接上拉電阻。紅外發射管 D1 受單片機 P1.0、TXD 兩個口線控制，有鍵按下時，由 TXD 輸出 RS232 格式的串行編碼信號，P1.0 輸出 38KHz 載波，兩路信號共同作用，就可使 D1 發出 38KHz 調制編碼信號。圖中三極管 T1 用于紅外發射信號的功率放大，以增加紅外遙控距離。5 / 18 文檔可自由編輯打印3.4 紅外接收機硬件設計圖 3-3 為紅外接收機的具體電路。圖中，一體化紅外接收器

9、IRx（型號為 PC3388）的數據輸出端接到單片機的 RXD 口線，正常情況下，發射機 TXD 端發出的數據編碼就可以通過接收機的 RXD 端，被單片機的串口所接收，簡化了系統的軟件設計。一體化接收器 3 腳所接的 100 電阻和 0.1F 電容實現電源濾波，以提高接收器的抗干擾能力。圖 3-3 中 4 個發光管 L1L4 受單片機 P2 口 4 根口線獨立控制。當按下發射機上的Ki（i=14）鍵時，發射機發出的第 i 種編碼信號被接收機所接收，接收機上的單片機即輸出相應的控制信號，使發光管 Li 的狀態發生一次翻轉。實際上，只要再加上隔離驅動電路（此處略） ，就可以使大功率負載設備的狀態受

10、紅外發射機所控制。時鐘元件和復位元件的參數及連接方式與發射機相同，此處不再贅述。圖3-3 紅外接收機電路6 / 18 文檔可自由編輯打印4 軟件設計4.1 單片機軟件設計的一般原則單片機應用系統的重要特征就是硬件和軟件相結合，硬件的任務是為軟件提供運行資源和條件，而系統的功能主要還是通過軟件來實現的。為提高編程效率，同時便于日后維護、升級，軟件設計在滿足系統功能要求的前提下，還應特別重視程序結構、數據結構、注釋文檔以及語言選擇等問題。在設計軟件的總體結構時，就應該考慮將復雜的程序按層次劃分為若干個模塊，模塊之間通過入口參數和出口參數進行數據交換，當然，經常也通過一些全局標志變量來實現不同模塊之

11、間的通信。好的數據結構不但可增加程序的可讀性，也有利于數據的安全使用，這在相當程度上又關系到程序運行的穩定性。注釋也是程序的重要組成部分，不但有利于軟件的交流，對自己以后的軟件維護和升級也有很大幫助。同樣，如果程序中的標識符（變量名、函數名、標號名等）都能準確反映它在程序中所起的作用的話，也能取得類似的效果。單片機軟件設計中存在一個編程語言選擇的問題。每種單片機出廠時廠家都會免費提供匯編語言開發工具。匯編語言代碼緊湊、執行效率高，但可讀性差，編程效率低，這一點對復雜的程序尤為明顯。值得慶幸的是，大多數8位及8位以上的單片機都有第三方的高級語言開發環境可供選用，這里的高級語言主要是C語言。C語言

12、可讀性和可移植性遠遠超過匯編語言，而其代碼執行速度和內存占用也能做到非常接近匯編語言的水平。另外，C語言還可以通過嵌入匯編語句進一步提高執行效率。目前，使用C語言開發單片機程序已成為一種趨勢。紅外遙控系統的軟件設計采用了C51高級語言。下面分別介紹紅外發射、接收機幾個主要模塊的功能和流程結構，完整的源程序參見附錄3。4.2 紅外發射機軟件設計紅外發射機上電復位后，首先進行系統初始化（主要是設置串口的工作方式和波特率），然后就進入無限循環結構。在循環過程中，不斷調用按鍵掃描子程序，發現有鍵按下時，隨即通過P1.0和TXD口線分別輸出38KHz紅外載波信號和按鍵對應的控制編碼，使接收機作出相應的控

13、制動作。圖4-1為紅外發射機主程序的流程結構。7 / 18 文檔可自由編輯打印圖4-1 紅外發射機主程序流程圖圖4-2為按鍵掃描子程序的流程結構。采用查詢方式依次檢測按鍵所對應口線的電平狀態，某根口線為低電平，表示相應的按鍵被按下，所有口線均為高電平，表示沒有按鍵按下。按鍵掃描子程序通過返回不同的鍵值表示不同的按鍵狀態。圖4-2 按鍵掃描子程序流程圖系統初始化開始按鍵掃描有鍵按下嗎？N通過P1.0輸出載波通過TXD輸出控制碼YYN延時 10ms 消抖按鍵掃描4根口線全為1嗎？K=0YN4根口線全為1嗎？K=0YNP2.0=0？K=1YNP2.6=0？K=4返回K=08 / 18 文檔可自由編輯

14、打印STC89C52內部含有三個定時/計數器，其中定時/計數器T2的功能比T0和T1要強很多。這里38KHz紅外載波就是利用T2的波形輸出功能產生的，其流程結構如圖4-3所示。圖4-3 紅外載波輸出子程序流程圖紅外載波信號是與串行控制代碼同時作用到紅外發射管上的。為簡化發射機和接收機的軟件設計，控制代碼由STC89C52的異步串口產生，主程序在系統初始化部分對串口進行初始化設置（采用工作方式1，波特率設為1200bps），要發送串行控制代碼時，只需要將代碼送入串口發送緩沖器SBUF就可以了。4.3 紅外接收機軟件設計紅外接收機上電復位后，先進行系統初始化，設置串口的工作方式及波特率，并開放串口

15、中斷，然后就進入無限循環。在循環過程中，若發生串口中斷，即進入中斷服務程序，讀取收到的遙控代碼。回到主程序后，再按照遙控代碼的要求，通過口線產生相應的控制輸出（例如使發光管的狀態翻轉等）。圖4-4為紅外接收機主程序的流程結構。圖4-4 紅外接收機主程序流程圖T2CON設為00H紅外載波輸出T2MOD設為02H設RCAP2H初值設RCAP2L初值返回開始系統初始化收到控制碼？N產生控制輸出Y9 / 18 文檔可自由編輯打印圖4-5為串口中斷服務子程序的流程結構。圖4-5 紅外接收機串口中斷子程序流程圖串口中斷是RI中斷？N讀出控制代碼Y中斷返回置“收到代碼”標志10 / 18 文檔可自由編輯打印

16、5 系統調試調試是電路與系統設計中的重要環節，通過調試，逐步排除電路連接、元件裝配、程序運行過程中可能存在的各種故障，使系統在滿足功能要求的前提下穩定、可靠地工作。焊好電路板后先用萬用表檢測是否存在短路故障，有的話一定要找到短路點，否則，一旦通電，極有可能損壞電源或電路板。在沒有短路存在的情況下，初次上電也一定要細心，不要接反電源極性，否則很容易燒壞芯片。電路板除短路或斷路外還可能存在其它故障，如元器件老化失效或管腳接錯等，為了驗證電路板硬件的正確性，可先編寫一些針對硬件各單元的基本測試程序，經編譯、連接、轉換后下載到單片機運行，發現硬件故障要及時排除，直到各部分硬件都能獨立正常工作。根據系統

17、功能要求編寫完整的控制程序，并經編譯、連接、轉換后下載到單片機運行。若發現軟件當中的邏輯錯誤（BUG），則需要對源程序進行修改，并重新進行調試，直到系統可以正確可靠地實現要求的功能為止。單片機最小系統雖然結構簡單，但如果不細心的話，可能很簡單的程序都不能正確運行。最常出現的問題包括：兩個30pF電容另一端忘記接地，復位電容和電阻位置顛倒，管腳沒有接到電源正極等。EA11 / 18 文檔可自由編輯打印6 設計總結經過努力，四通道紅外遙控系統樣機終于設計并調試成功。按下發射機上的某個按鍵時，接收機上的單片機即輸出相應的控制信號，使對應的發光管發生一次電平翻轉。實測結果，該遙控系統的遙控距離不小于1

18、0米。通過本次課題設計，不但掌握了紅外遙控系統的工作原理和實現方法，也對單片機應用系統的一般結構和開發流程有了較深刻的認識。單片機具有豐富的片內資源、較高的性能價格比和軟、硬件結合的靈活結構，不僅可用于設計紅外遙控系統，在各種自動控制系統和消費類數碼產品設計中也大有用武之地。12 / 18 文檔可自由編輯打印參考文獻1 麥山.基于單片機的協議紅外遙控系統J.電子技術,1998(5):22-242 蔡美琴.MSC-51 單片機系統及其應用M.高等教育出版社，19923 何立民.單片機應用系統設計M.北京航空航天大學出版社，19934 李建華.實用遙控器原理與制作M.人民郵電出版社,19965 寧生,周哨山.脈沖與數字電路M.中國廣播電視出版社,19956 康光華,陳大欽.電子技術基礎（模擬部分）M.高等教育出版社,19997 陳汝全.電子技術常用器件手冊M.機械工業出版社,199413 / 18 文檔