红外遥控器的设计与开发

计算机科学与技术系微型计算机原理与接口技术课程设计报告20092010 学年第一学期2010 年 4 月一.题义分析及解决方案课程 微型计算机原理与接口技术 课程设计名称 红外遥控器的设计与实现学生姓名学号专业班级指导教师1.题义需求分析根据设计内容要求可知：1）用 STAR ES598PCI 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 8255A1）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：11223344D DC CB BA ATitleNumber RevisionSizeADate: 2006-4-11 Sheet of File: Sheet1.SchDoc Drawn By:D034D133D232D331D430D529D628D727PA0 4PA1 3PA2 2PA3 1PA4 40PA5 39PA6 38PA7 37PB0 18PB1 19PB2 20PB3 21PB4 22PB5 23PB6 24PB7 25PC0 14PC1 15PC2 16PC3 17PC4 13PC5 12PC6 11PC7 10RD5WR36A09A18RESET35CS68255U36D0D1D2D3D4D5D6D7WRRDRSTA0A1PC5PC6PC7PC2PC3PC4PC0PC1CS12345678JP5612345678JP5312345678JP52PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB78255 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、口和口。三个端口都可以作为输入端口或输出端口。口有三种工作方式：即方式、方式和方式，而口只能工作在方式或方式下，而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PA7PA0：A 口数据信号线。PB7PB0：B 口数据信号线。PC7PC0：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。D7D0：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 2-1 8255 的基本操作3）芯片 8255A 的技术参数如下图 2-2 所示：规范值参数名称 符号 测试条件最大 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VOL IOL=2.5mA 0.45v 输入低电平电压VOL IOL=1.7mA 0.45v 输入高电平电压VOH IOH=-400A 2.4v输入高电平电压VOHIOH=-200A 2.4v达林顿驱动电流 IDARREXT=750VEXT=1.5v-0.4mA 1.0mA电源电流 ICC 120mA 输入负载电流 IIL I=VCC0v +10m -10mAA8255A 的方式控制字如图 2-3 所示：图 2-3 8255A 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：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；任何一个通道可以作输入/输出；输出是锁存的；输入是不锁存的；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-Emitting Diode），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 1.52.0 V，其工作电流一般取 1020 mA 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:2-7 LED显示管段选码编码表数字DP g f e d c b a 二进制编码（字形）0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH1 0 0 0 0 0 0 1 1 03H2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H5 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH6 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FHA 0 1 1 1 0 1 1 1 77HB 0 1 1 1 1 1 0 0 7CHC 0 0 1 1 1 0 0 1 69HD 0 1 0 1 1 1 1 0 5EHE 0 1 1 1 1 0 0 1 79HLED 数字显示原理：如下图 2-8 为 LED 数码管及其框图图 2-8 LED 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 ah 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 8251A1）8251A 在本设计中的作用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。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，F 0 1 1 1 0 0 0 1 71H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 2-9 8251A 引脚排列图图 2-10 8251A 内部构造图b)CPU 接口(1) IO 缓冲器1122334455667788991010111112121313141415151616D DC CB BA ATitleNum ber RevisionSizeA0Date: 2005-12-19 Sheet of File: F:Inovation.STAR.SCHDOC Drawn By :D21D32RxD3GND4D45D56D67D78TxC9WR10CS11C/D12RD13RxRDY14 TxRDY 15SYNDET 16CTS 17TxEMPTY 18TxD 19CLK 20RESET 21DSR 22RTS 23DTR 24RxC 25VCC 26D0 27D1 288251U38WRRDVCCRSTD0D1D2D3D4D5D6D7TXDRXDCLKTxCCSC/DRxCRxRDY TxRDY这是三态双向的缓冲器，引脚 D0D7 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。 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。 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，C