現(xiàn)代電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告范文

1、0 / 18 文檔可自由編輯打印綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告 2012 年 5 月課程名稱：課程名稱： 現(xiàn)代電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)名稱： 數(shù)顯定時(shí)器設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 吳志斌 班級：班級： 09 電科 學(xué)號：學(xué)號： 29010201033 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)： 32 文檔可自由編輯打印摘要摘要本課題以 STC89C52 單片機(jī)和數(shù)碼管為主要器件，設(shè)計(jì)出一個(gè)通電時(shí)顯示“99”，以后每分鐘減 1；時(shí)間減到零時(shí)，蜂鳴器鳴響 10 秒鐘；定時(shí)過程中可通過兩個(gè)控制按鈕動(dòng)態(tài)調(diào)整定時(shí)時(shí)間的數(shù)顯定時(shí)器。關(guān)鍵詞：單片機(jī)； LED 數(shù)碼管顯示器；定時(shí)

2、器 ；三極管II / 18 文檔可自由編輯打印目錄目錄1 項(xiàng)目的主要任務(wù)12 總體設(shè)計(jì)方案23 硬件設(shè)計(jì)33.1 STC89C52 單片機(jī)簡介33.2 一體化紅外接收器簡介33.3 紅外發(fā)射機(jī)硬件設(shè)計(jì)43.4 紅外接收機(jī)硬件設(shè)計(jì)54 軟件設(shè)計(jì)64.1 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)的一般原則64.2 紅外發(fā)射機(jī)軟件設(shè)計(jì)64.3 紅外接收機(jī)軟件設(shè)計(jì)85 系統(tǒng)調(diào)試106 設(shè)計(jì)總結(jié)11參考文獻(xiàn)12附錄 1 紅外遙控系統(tǒng)實(shí)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(xiàng)目的主要任務(wù)定時(shí)器的應(yīng)用極其廣泛，涉及日常生活、工業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生、文體活動(dòng)等領(lǐng)域。數(shù)字顯示定時(shí)器就更加突出了

3、它的優(yōu)勢與先進(jìn)。本課題的主要任務(wù)就是以STC89C52單片機(jī)控制數(shù)碼管和蜂鳴器，通電時(shí)數(shù)碼管顯示“99”，以后每分鐘減1；時(shí)間減到零時(shí)，蜂鳴器鳴響10秒鐘；定時(shí)過程中可通過兩個(gè)控制按鈕動(dòng)態(tài)調(diào)整定時(shí)時(shí)間等等2 / 18 文檔可自由編輯打印2 總體設(shè)計(jì)方案一般的紅外遙控系統(tǒng)多使用專用控制芯片實(shí)現(xiàn)，這樣的系統(tǒng)要求其發(fā)射、接收機(jī)的編、解碼必須遵循特定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而本課題所設(shè)計(jì)的紅外遙控系統(tǒng)，只要求發(fā)射、接收機(jī)的編、解碼規(guī)則一致即可，可不受專用芯片信號標(biāo)準(zhǔn)的限制，因而增加了設(shè)計(jì)的靈活性。圖 2-1 為四通道紅外遙控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。圖中紅外發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都以STC89C52 單片機(jī)為核心，用戶按下發(fā)射

4、機(jī)上 4 個(gè)按鍵中的某個(gè)時(shí)，通過紅外發(fā)射管發(fā)出相應(yīng)的調(diào)制代碼，被接收機(jī)上的一體化紅外接收芯片 PC3388 接收并解調(diào)后，通過單片機(jī)發(fā)出控制信號，使接收機(jī) 4 個(gè)輸出通道中相應(yīng)的一個(gè)產(chǎn)生開關(guān)動(dòng)作。圖2-1 紅外遙控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖3 / 18 文檔可自由編輯打印3 硬件設(shè)計(jì)3.1 STC89C52 單片機(jī)簡介紅外遙控系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都采用 STC89C52 單片機(jī)作為主控器。STC89C52 為增強(qiáng)型 80C51 內(nèi)核單片機(jī)，它的基本結(jié)構(gòu)、引腳和指令系統(tǒng)都與標(biāo)準(zhǔn)80C51 單片機(jī)兼容，另外又增加了很多資源，如程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分別為 8KB 和512B，多一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T2，內(nèi)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(fā)效率。以下是 STC89C52 單片機(jī)的主要特性： 兼容 80C51 系列 雙 DPTR 指針 8KB Flash 程序存儲(chǔ)器 支持 IAP（在應(yīng)用編程） 512 字節(jié)片內(nèi) RAM 4KB EEPROM 存儲(chǔ)器 四個(gè) 8 位 I/O 口 全雙工增強(qiáng)型 UART 三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源，四個(gè)中斷優(yōu)先級 可編程看門狗定時(shí)器（WDT） 降低 EMI 模式（禁止 ALE 輸出時(shí)鐘） 兩種省電模式（Idle、Power-down） 工作電壓 3.35.5V 頻率范圍 080MHz（5V 時(shí)） 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(gè)元件中，成為一體化紅外接收器，其內(nèi)部電路包括紅外接收管、AGC 放大器、限幅器、帶通濾波器、解調(diào)器、輸出驅(qū)動(dòng)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(jīng) AGC 放大和限幅處理后，再經(jīng)過帶通濾波器進(jìn)入解調(diào)電路，解調(diào)后得到的高電平信號使輸出反相放大器導(dǎo)通，從而對外輸出有效的低電平信號，沒有收到紅外載波時(shí)，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(gè)引腳，包括供電腳、接地腳和信號輸出腳。根據(jù)發(fā)射

7、端調(diào)制載波的不同應(yīng)選用相應(yīng)解調(diào)4 / 18 文檔可自由編輯打印頻率的接收器。紅外接收器內(nèi)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(shí)物圖片3.3 紅外發(fā)射機(jī)硬件設(shè)計(jì)圖 3-2 為紅外發(fā)射機(jī)的具體電路。要使 STC89C52 單片機(jī)正常工作，必須要有系統(tǒng)時(shí)鐘，圖中兩個(gè) 30pF 電容和 11.0592Mhz 晶振與單片機(jī)內(nèi)部電路配合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的時(shí)鐘。另外，4.7F 電解電容和 5K 電阻構(gòu)成復(fù)位電路，系統(tǒng)上電時(shí)為單片機(jī)提供一個(gè)正向復(fù)位脈沖，需要時(shí)還可以在電解電容兩端并聯(lián)一個(gè)按鈕用于手動(dòng)復(fù)位。圖3

8、-2 紅外發(fā)射機(jī)電路圖 3-2 中，控制按鍵 K1K4 分別連接到單片機(jī) P2 口的 4 根口線上，由于除 P0 口以外的其它 3 個(gè) I/O 口都具有內(nèi)部上拉電阻，故每個(gè)按鍵不需要再接上拉電阻。紅外發(fā)射管 D1 受單片機(jī) P1.0、TXD 兩個(gè)口線控制，有鍵按下時(shí)，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(fā)出 38KHz 調(diào)制編碼信號。圖中三極管 T1 用于紅外發(fā)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(jī)硬件設(shè)計(jì)圖 3-3 為紅外接收機(jī)的具體電路。圖中，一體化紅外接收器

9、IRx（型號為 PC3388）的數(shù)據(jù)輸出端接到單片機(jī)的 RXD 口線，正常情況下，發(fā)射機(jī) TXD 端發(fā)出的數(shù)據(jù)編碼就可以通過接收機(jī)的 RXD 端，被單片機(jī)的串口所接收，簡化了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。一體化接收器 3 腳所接的 100 電阻和 0.1F 電容實(shí)現(xiàn)電源濾波，以提高接收器的抗干擾能力。圖 3-3 中 4 個(gè)發(fā)光管 L1L4 受單片機(jī) P2 口 4 根口線獨(dú)立控制。當(dāng)按下發(fā)射機(jī)上的Ki（i=14）鍵時(shí)，發(fā)射機(jī)發(fā)出的第 i 種編碼信號被接收機(jī)所接收，接收機(jī)上的單片機(jī)即輸出相應(yīng)的控制信號，使發(fā)光管 Li 的狀態(tài)發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)。實(shí)際上，只要再加上隔離驅(qū)動(dòng)電路（此處略） ，就可以使大功率負(fù)載設(shè)備的狀態(tài)受

10、紅外發(fā)射機(jī)所控制。時(shí)鐘元件和復(fù)位元件的參數(shù)及連接方式與發(fā)射機(jī)相同，此處不再贅述。圖3-3 紅外接收機(jī)電路6 / 18 文檔可自由編輯打印4 軟件設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)的一般原則單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的重要特征就是硬件和軟件相結(jié)合，硬件的任務(wù)是為軟件提供運(yùn)行資源和條件，而系統(tǒng)的功能主要還是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的。為提高編程效率，同時(shí)便于日后維護(hù)、升級，軟件設(shè)計(jì)在滿足系統(tǒng)功能要求的前提下，還應(yīng)特別重視程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、注釋文檔以及語言選擇等問題。在設(shè)計(jì)軟件的總體結(jié)構(gòu)時(shí)，就應(yīng)該考慮將復(fù)雜的程序按層次劃分為若干個(gè)模塊，模塊之間通過入口參數(shù)和出口參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，當(dāng)然，經(jīng)常也通過一些全局標(biāo)志變量來實(shí)現(xiàn)不同模塊之

11、間的通信。好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不但可增加程序的可讀性，也有利于數(shù)據(jù)的安全使用，這在相當(dāng)程度上又關(guān)系到程序運(yùn)行的穩(wěn)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(hù)和升級也有很大幫助。同樣，如果程序中的標(biāo)識(shí)符（變量名、函數(shù)名、標(biāo)號名等）都能準(zhǔn)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(jī)軟件設(shè)計(jì)中存在一個(gè)編程語言選擇的問題。每種單片機(jī)出廠時(shí)廠家都會(huì)免費(fèi)提供匯編語言開發(fā)工具。匯編語言代碼緊湊、執(zhí)行效率高，但可讀性差，編程效率低，這一點(diǎn)對復(fù)雜的程序尤為明顯。值得慶幸的是，大多數(shù)8位及8位以上的單片機(jī)都有第三方的高級語言開發(fā)環(huán)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過匯編語言，而其代碼執(zhí)行速度和內(nèi)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?yún)R編語句進(jìn)一步提高執(zhí)行效率。目前，使用C語言開發(fā)單片機(jī)程序已成為一種趨勢。紅外遙控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用了C51高級語言。下面分別介紹紅外發(fā)射、接收機(jī)幾個(gè)主要模塊的功能和流程結(jié)構(gòu)，完整的源程序參見附錄3。4.2 紅外發(fā)射機(jī)軟件設(shè)計(jì)紅外發(fā)射機(jī)上電復(fù)位后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化（主要是設(shè)置串口的工作方式和波特率），然后就進(jìn)入無限循環(huán)結(jié)構(gòu)。在循環(huán)過程中，不斷調(diào)用按鍵掃描子程序，發(fā)現(xiàn)有鍵按下時(shí)，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(yīng)的控制編碼，使接收機(jī)作出相應(yīng)的控

13、制動(dòng)作。圖4-1為紅外發(fā)射機(jī)主程序的流程結(jié)構(gòu)。7 / 18 文檔可自由編輯打印圖4-1 紅外發(fā)射機(jī)主程序流程圖圖4-2為按鍵掃描子程序的流程結(jié)構(gòu)。采用查詢方式依次檢測按鍵所對應(yīng)口線的電平狀態(tài)，某根口線為低電平，表示相應(yīng)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(tài)。圖4-2 按鍵掃描子程序流程圖系統(tǒng)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(shí) 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(nèi)部含有三個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2的功能比T0和T1要強(qiáng)很多。這里38KHz紅外載波就是利用T2的波形輸出功能產(chǎn)生的，其流程結(jié)構(gòu)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(shí)作用到紅外發(fā)射管上的。為簡化發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，控制代碼由STC89C52的異步串口產(chǎn)生，主程序在系統(tǒng)初始化部分對串口進(jìn)行初始化設(shè)置（采用工作方式1，波特率設(shè)為1200bps），要發(fā)送串行控制代碼時(shí)，只需要將代碼送入串口發(fā)送緩沖器SBUF就可以了。4.3 紅外接收機(jī)軟件設(shè)計(jì)紅外接收機(jī)上電復(fù)位后，先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，設(shè)置串口的工作方式及波特率，并開放串口

15、中斷，然后就進(jìn)入無限循環(huán)。在循環(huán)過程中，若發(fā)生串口中斷，即進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀取收到的遙控代碼?；氐街鞒绦蚝?，再按照遙控代碼的要求，通過口線產(chǎn)生相應(yīng)的控制輸出（例如使發(fā)光管的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)等）。圖4-4為紅外接收機(jī)主程序的流程結(jié)構(gòu)。圖4-4 紅外接收機(jī)主程序流程圖T2CON設(shè)為00H紅外載波輸出T2MOD設(shè)為02H設(shè)RCAP2H初值設(shè)RCAP2L初值返回開始系統(tǒng)初始化收到控制碼？N產(chǎn)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(wù)子程序的流程結(jié)構(gòu)。圖4-5 紅外接收機(jī)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(biāo)志10 / 18 文檔可自由編輯打印

16、5 系統(tǒng)調(diào)試調(diào)試是電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，通過調(diào)試，逐步排除電路連接、元件裝配、程序運(yùn)行過程中可能存在的各種故障，使系統(tǒng)在滿足功能要求的前提下穩(wěn)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(diǎn)，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(xì)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(cuò)等，為了驗(yàn)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(jīng)編譯、連接、轉(zhuǎn)換后下載到單片機(jī)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)硬件故障要及時(shí)排除，直到各部分硬件都能獨(dú)立正常工作。根據(jù)系統(tǒng)

17、功能要求編寫完整的控制程序，并經(jīng)編譯、連接、轉(zhuǎn)換后下載到單片機(jī)運(yùn)行。若發(fā)現(xiàn)軟件當(dāng)中的邏輯錯(cuò)誤（BUG），則需要對源程序進(jìn)行修改，并重新進(jìn)行調(diào)試，直到系統(tǒng)可以正確可靠地實(shí)現(xiàn)要求的功能為止。單片機(jī)最小系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但如果不細(xì)心的話，可能很簡單的程序都不能正確運(yùn)行。最常出現(xiàn)的問題包括：兩個(gè)30pF電容另一端忘記接地，復(fù)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(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過努力，四通道紅外遙控系統(tǒng)樣機(jī)終于設(shè)計(jì)并調(diào)試成功。按下發(fā)射機(jī)上的某個(gè)按鍵時(shí)，接收機(jī)上的單片機(jī)即輸出相應(yīng)的控制信號，使對應(yīng)的發(fā)光管發(fā)生一次電平翻轉(zhuǎn)。實(shí)測結(jié)果，該遙控系統(tǒng)的遙控距離不小于1

18、0米。通過本次課題設(shè)計(jì)，不但掌握了紅外遙控系統(tǒng)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法，也對單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)和開發(fā)流程有了較深刻的認(rèn)識(shí)。單片機(jī)具有豐富的片內(nèi)資源、較高的性能價(jià)格比和軟、硬件結(jié)合的靈活結(jié)構(gòu)，不僅可用于設(shè)計(jì)紅外遙控系統(tǒng)，在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)和消費(fèi)類數(shù)碼產(chǎn)品設(shè)計(jì)中也大有用武之地。12 / 18 文檔可自由編輯打印參考文獻(xiàn)1 麥山.基于單片機(jī)的協(xié)議紅外遙控系統(tǒng)J.電子技術(shù),1998(5):22-242 蔡美琴.MSC-51 單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用M.高等教育出版社，19923 何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京航空航天大學(xué)出版社，19934 李建華.實(shí)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(shù)字電路M.中國廣播電視出版社,19956 康光華,陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M.高等教育出版社,19997 陳汝全.電子技術(shù)常用器件手冊M.機(jī)械工業(yè)出版社,199413 / 18 文檔