毕业设计（论文）-基于单片机控制的音乐节奏灯设计.docx

北京林业大学本科毕业论文(设计)基于单片机控制的音乐节奏灯设计摘要随着人类文明的不断发展，人类对生活水平的要求不断提高，越来越追求方便快捷的高质量生活。无线技术的发展无疑是对生产生活的一大便利，无线技术在无线数据传输和无线遥控方面得到了广泛应用。红外遥控技术作为无线技术中的重要的组成部分，凭借其低成本、低功耗、安全性强等特点广泛应用于近距离的无线数据传输。本文所展示的即基于单片机的无线遥控技术的应用，以 AT89C52芯片为核心，搭载IR1838一体化红外接收器，并以继电器作为执行电路，实现对灯的控制。硬件方面，选择AT89C52作为核心芯片，配置1602液晶显示器，搭载IR1838一体化红外接收器，用继电器作为执行电路；软件方面，将C语言写入单片机，对 1602液晶显示器及IR1838一体化红外接收器初始化，IR1838一体化红外接收器对收到的遥控的数据进行解码，实现对投影灯的遥控操作，同时在1602液晶显示器显示写入数据寄存器的字符代码所代表的当前状态。关键词：AT89C52，IR1838，1602液晶显示器全套设计加扣3012250582 The Design of Remote Control Projection lamp Based on Single Chip Microcomputer AbstractWith the human progress and the development of human civilization, peoples demands for living standards are improving, they more and more pursue the high quality life of convenient and quick. The development of wireless technology is undoubtedly a great convenience for the production and living. Wireless technology has been widely used in wireless data transmission and wireless remote control. Infrared remote control technology as an important part of wireless technology, with its low cost, low power consumption, security and other characteristics, has been widely used in the short-range wireless data transmission. This article has shown that the application of the wireless remote control technology based on single chip microcomputer, which takes AT89C52 chip as the core, carrys IR1838 integrated infrared receiver, and takes the relay as the executive circuit to realize the control of the light.On the hardware side, I choose AT89C52 as the core chip, configure 1602 LCD, equipped with IR1838 integrated infrared receiver, with the relay as the executive circuit. In the aspect of software, to write the C language into the single chip microcomputer, to initialize the 1602 liquid crystal display and integration of IR1838 infrared receiver, IR1838 integrated infrared receiver will decode the remote data which received to implement the operation of the remote control projection lamp, also in 1602 liquid crystal display show the current status of the write data register represents the character code.Key words：AT89C52，IR1838, 1602 liquid crystal display目录1 绪论11.1红外遥控系统简介11.1.1红外遥控的重要性11.1.2红外遥控的发展过程及国内外现状11.2项目介绍31.2.1项目设计思路31.2.2项目意义32 硬件设计52.1项目材料准备52.2项目材料概况52.2.1红外接收装置52.2.2 遥控器52.2.3继电器62.2.4步进电机72.2.5驱动器ULN200382.3硬件设计工作准备92.3.1 51开发板简介92.3.2硬件设计方框图102.3.3模块电路113 软件设计143.1项目环境搭建143.1.1 keil uVision4安装143.1.2程序流程图173.2模块设计183.2.1 LCD显示控制183.2.2 红外解码213.2.3继电器控制224 小结234.1项目结果234.2项目缺陷27致谢28参考文献29附录31IV1 绪论自20世纪20年代以来，无线通讯技术逐步在军事及海洋船舰上运用起来，此时遥控技术初具雏形，当时人们试图用无线遥控技术来控制无人飞机，但由于技术限制，并没有得到实际运用。红外遥控作为一种无线的非接触式的遥控技术，在60年代以后逐渐发展起来。1.1红外遥控系统简介1.1.1红外遥控的重要性红外遥控系统作为一种非接触式无线控制技术，广泛应用在近距离（小于10米）无线数据传输中。基于红外遥控技术抗干扰能力强、功耗低、成本低、传输信息可靠、易实现等优点，已被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并逐渐越来越多地应用到计算机系统中。基于大规模集成电路和计算机技术的巨大进步，遥控技术迅猛发展 吴媛媛，叶茂森.红外遥控技术浅析J.广西轻工业，2009,20（1）:72-73.。在遥控方式上，遥控技术大体经历了3个阶段，即从有线到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控。不管采用何种方式，准确无误地传输信号、取得满意的控制效果是殊途同归的。使用电磁波传输信号是最初的无线遥控装置采用的方式，但是电磁波极易产生干扰，也容易受到干扰。因此，采用超声波和红外线介质来传输信号的方式逐渐发展起来。与红外线相比，超声波传感器频带窄，可以携带的信息量少，容易受到干扰而引起错误操作。所以相对而言，较为理想的是红外线遥控方式，并且在某些领域，红外遥控方式逐步取代了超声波遥控方式，红外线多功能遥控逐步发展成为当今时代的主流。1.1.2红外遥控的发展过程及国内外现状 红外光是一种人眼不可见的光波，又称红外辐射或红外线，它是由物质内部分子和原子的运动所产生的电磁辐射，因而是电磁频谱的一部分，波段为0.761000m，介于可见光和微波波段之间。按波长通常把红外光谱分成4个波段：近红外（0.763m）、中红外（36m）、中远红外（620m）及远红外（201000m）。我们知道，自然界中的一切物体，只要其温度高于绝对零度（虽然绝对零度在现实中还没有实现），分子和原子就会不停地无规则地运动，其表面源源不断地辐射红外线，且辐射红外线的强度与温度成正比。1800 年，英国天文学家FWHerschel发现红外辐射，截止目前，红外技术的发展已经经历了两个多世纪。红外辐射和红外元器件的科学研究也从那时起逐步发展，但是发展速度一直比较缓慢，真正现代意义上的红外技术直至1940 年前后才出现。当时，德国研制出硫化铅以及其它几种红外透射元件，并利用这些研制出的元件制作了一些早期的军用红外器件。红外探测器是红外技术发展过程的领先成果。1800年，FWHerschel通过水银温度计最原始的热敏型红外探测器，发现了红外辐射 赵利俊，欧文，闫建华，等.一种与CMOS工艺兼容的热电堆红外探测器J，红外技术，2012，34（2）：89-94.。在1830年以后，测辐射热计、温差电偶的热敏探测器等被相继研制出来，值得一提的是，1940年以前研制出来的红外探测器主要都是热敏探测器。19 世纪，科学家们通过热敏型红外探测器认识到了红外线的物理性质与可见光具有相同的规律，证明了它们都是电磁波之一，具有波动性，波长是它们的参数并可测量，传播速度都是光速。到了20世纪初，通过测量大量有机物质和无机物质对光谱的吸收、发射以及反射，科学家们发现了红外技术在物质分析中的价值 韩金良.Hg1-xCdxTe材料几种p型掺杂的第一性原理研究D.湖南，湘潭大学，2009.。众所周知，红外光谱是物质分析中不可或缺的技术，首次出现是在20世纪30年代。40年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的红外探测器因其性能优良、结构牢靠而广泛流行。50年代，光电型红外探测器发展得到新的动力半导体物理学、量子力学等学科迅速发展，许多可用于红外探测的物理现象和效应都因这些学科的巨大进步被发现出来。到60年代初期，随着光学、电子学、固体物理、精密器械和微型制冷器等方面的迅猛发展，使红外技术在军用、民用两方面都得到了更加广泛的应用。60年代初在一些发达国家出现了民用产品方面的遥控技术，但由于当时技术条件有限，遥控技术的发展还很缓慢 王玉凤.基于红外、无线通信和语音识别的智能家电网络控制系统D.湖南，长沙理工大学，2005.。遥控技术随着计算机技术和大规模集成电路的迅猛进步而快速发展则是在70年代末。在遥控方式上，遥控技术大体经历了3个阶段，即从有线到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控。60年代出现的激光技术在红外技术的发展过程中对其产生了极大的影响。很多重要的激光器件的光波都在红外波段，红外光的相干性使得外差接收技术得以应用导致雷达和通信技术都可以在红外波段实现，同时可以获得更大的信息容量和更高的分辨率 马鑫. 远距离红外激光无线通信系统设计与实现D.天津：天津大学，2008.。在此之前，红外技术只能探测出非相干红外光，外差接收技术在红外探测中的应用使红外探测性能比功率探测高出了好几个数量级。另外，新的辐射传输方式和新的探测器件由于这类应用发展的需要出现，更加推动了红外技术向更先进的方向发展。下面总结一下红外技术的优点：（1）环境适应性良好，在恶劣天气和夜间的工作能力强于可见光；（2）隐蔽性能好，不易被干扰，；（4）红外系统的重量轻、体积小、功耗低，在很多行业、领域收到青睐；（5）成本低、速度快。红外线的频谱在可见光之外，使其抗干扰性强，同时，红外线具有光波的直线传播特性，不易相互间产生干扰，是很好的信息传输媒介 李俊华. 基于Matlab的红外串行通信研究J.现代电子技术，2011,32（3）:59-60,64.。信息可以直接对红外光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的强弱进行传输，也可以用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进调制，接收端再去掉载波，取到信息 叶茂森. 红外遥控接收芯片设计D.贵州，贵州大学，2008.。从信息传输的可靠性来说，后一种方法更好，这也是我们今天大多数红外遥控器所采纳的方法。由于红外线的波长远远小于无线电波的波长，因此在使用红外遥控方式时，不会对临近的无线电设备产生影响，也不会对其他电器的正常工作产生干扰。同时，红外技术遥控工作电压低，功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛 郭慧芳. 红外线遥控开关电路的设计J.科技与生活，2012,3（2）：108-109.。红外遥控技术在近十年来得到了迅猛发展，尤其在家电领域譬如空调、彩电等，也在其它电子领域得到广泛应用。随着人们生活水平的大大提高，对产品的追求是使用更加方便智能化，红外遥控技术正是一个重点的发展方向 张望喜. 数字化X线摄影机遥控系统的研究D.北京，北京化工大学，2008.。集成电路的快速发展带来了红外遥控装置价格低廉的新局面，市面上各生产厂商纷纷生产了大量专用集成电路用于红外遥控技术。例如电视机、音响设备、安全保卫报警器、空调、自动水龙头、自动门等均可通过红外遥控技术来为方便快捷的生活增添动力，红外遥控在现今室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。红外遥控技术在家用电器、安全保卫和人们的日常生活中的应用随着红外电器的大量出现变得更加广泛。1.2项目介绍1.2.1项目设计思路以 AT89C52芯片为核心，搭载IR1838一体化红外接收器，并以继电器作为执行电路，实现对遥控灯的控制。硬件方面，选择AT89C52作为核心芯片，配置1602液晶显示器，搭载IR1838一体化红外接收器，用继电器作为执行电路；软件方面，将C语言写入单片机，对 1602液晶显示器及IR1838一体化红外接收器初始化，IR1838一体化红外接收器对收到的遥控的数据进行解码，实现对灯的遥控操作，同时在1602液晶显示器显示写入数据寄存器的字符代码所代表的当前状态。1.2.2项目意义通过设计此遥控音乐灯，深刻理解基于单片机的红外遥控技术在生产生活中的应用。在越来越追求方便快捷的生活的时代，运用现代科学技术已成为生活发展的主流，红外遥控技术目前已广泛应用在近距离的无线数据传输中，同时也有运用于近距离无线网络接入。现代家庭生活中，运用红外遥控技术的屡见不鲜，电视空调自动水龙头自动门等。伴随现代科学的进步，这种市场需求越来越大，能运用的领域更加广泛，商机无限，越来越多的厂商推出自己的产品。通过此项目，我们能清晰认识到，红外遥控技术的的关键就在于硬件和软件设计。硬件方面就在于基于单片机芯片的核心电路的设计，事实上，这并不存在什么较大的难点，重点在于选择继电器作为执行电路。软件方面，主要实现的是通过红外装置对灯的遥控操作，通过for循环实现三个小灯的5种不同闪烁方式及亮灯顺序，另外，搭载1602字符型显示器，显示每种亮灯方式时的状态则主要由液晶显示器内控制器的RS、RW、E等共同决定。由此可见，红外遥控技术并不复杂，基于此原因，红外遥控技术才能以低成本广泛应用在生活的各个方面。2 硬件设计2.1项目材料准备项目材料见表2.1。表2.1项目材料Table2.1The germplasm materials编号器件名称核心G1单片机AT89C52RC、IR1838一体化红外接收器G2遥控器G3继电器SRD-05VDC-SL-C2.2项目材料概况基于项目需求，首先需要具有红外功能的51开发板。红外遥控技术分为两部分，即发射和接收，一般用红外发光二极管作为红外遥控系统的发射部分；在接收方面，现在市面多采用一体化红外接收头 刘同法，陈忠平，彭继卫，等.单片机外围接口电路与工程实践M.北京：北京航空航天大学出版社，2009：565-589.。在执行电路上，选择使用继电器。继电器具有很好的逻辑记忆功能，能组成复杂的逻辑控制电路。2.2.1红外接收装置一体化红外接收头是将红外接收管、放大器、滤波器及解调器集成封装，其封装分为塑料封装和铁皮封装，铁皮封装以间隔行驶解调输出收到的红外信号，会产生延时，塑料封装以连续形式解调输出收到的红外信号。一体化红外接收头不仅尺寸小，封装良好，不需要外部元件，而且接收角度宽，抗光电干扰性能良好（无需外加磁屏蔽和滤光片）。一体化红外接收头的载波频率一般在37.9KHZ（约38KHZ），当然，也有一些采用36KHZ、40KHZ、56KHZ等 徐江.基于实时脑机接口的无线遥控车系统D.重庆，重庆大学，2010.。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mw左右），因此红外接收二极管接收到的信号会比较微弱，需要高增益放大电路增强信号 刘晓鑫.基于AT89C52单片机的遥控电扇J.电子设计工程，2012，。2.2.2 遥控器在此项目中，由于是对灯的遥控，因此我们无需使用红外发射系统，而是将红外数据编码写进遥控器，对每个不同的数值赋予不同的指令，以此来达到最终的目的。遥控器具有功能多、使用方便的特点，目前已广泛应用在电视机、VCD、空调等各种家用电器中，且价格低廉，市场上非常容易买。将遥控器上的按键解码出来后用作单片机系统的输入，通过此方法解决了常规矩阵线路板过大、占用I/O口过多、布线复杂等弊端。并且通过使用遥控器，操作时因实现了人与设备的分离而更加方便使用。目前常用的遥控器有两种编码格式，即PPM（脉冲位置调制）和PWM（脉冲宽度调制）两种。PPM编码格式中，脉冲宽度和周期都不变，改变脉冲位置来表示“0”和“1”；PWM编码格式中，脉冲宽度不发生改变，改变周期来表示“0”或“1”。一般遥控器发射的红外数据编码五部分，包括引导码、系统识别码、系统识别反码、数据原码和数据反码；同时，遥控器还具有用户识别码，用来区分不同产家生产的遥控器，防止不同类型的遥控器互相干扰；数据反码则用来验证数据原码的正确性，验证通过时，表示接收的数据有效，验证不通过时，表示接收的的数据无效，应放弃本组数据。目前对红外遥控信号的解码方式有两种，即外部中断方式和查询方式。采用外部中断方式时，只要I/O口变低，即进入外部中断服务程序对遥控信号进行解码，此时的I/O只能是INT0引脚或者INT1引脚；采用查询方式时，需要在主程序体中对信号输出端的电平状态不断予以判断。我们可以看出，外部中断方式节省了CPU处理时间，但进入外部中断程序后解码方式还是以查询方式进行。下面以外部中断方式为例，其解码具体过程如下：（1）初始化外部中断0（或者1）为下降沿中断；（2）进入外部中断服务程序，并关闭外部中断；（3）对引导码进行判断，如果引导码正确，则准备接收下一帧遥控数据，以查询方式判断接收的0还是1，如果非引导码，则退出外部中断；（4）先后依次接收地址码、地址反码、数据原码、数据反码；（5）当接收到32位数据时，说明一帧数据接收完毕。比较数据原码和数据反码，若数据原码取反后与数据反码不相同，则放弃本组数据。（6）开启外部中断，准备下一次数据接收 刘同法，陈忠平，彭继卫，等.单片机外围接口电路与工程实践M.北京：北京航空航天大学出版社，2009：565-589.。2.2.3继电器通过以上，我们会发现，在整个项目设计思路过程中，现在已具备核心系统51开发板（搭载了一体化红外接收器），因此，在这种情况下我们需要选择用继电器、mosfet、晶闸管、三极管，等待等作为控制电路的执行电路，而市场上以及项目研究中，最常采用的就是继电器。继电器是一种电控制器件，是一种当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在输出电路中使被控量按预定的阶跃变化。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间相互关联的关系 张梅钦.电子产品硬件设计与实用性探讨J.电子制作，2014，21（2）：258.。实际上是一种用小电流去控制大电流运作的 “自动开关”，在电路中具有安全保护、自动调节、转换电路等功能，是很多控制电路中不可或缺的一部分。继电器的种类分为很多种，并且分类依据多样化。最常见的是电磁继电器，而在本课题中，也选择使用电磁式继电器。电磁式继电器结构简单、价格低廉、体积小、使用和维护方便、触电容量小（一般在5A以下）、无灭弧装置、动作迅速准确控制灵敏且可靠、触点数量多且无主辅之分。因而在低压控制系统中广泛应用。继电器按用途划分可分为控制继电器和保护继电器。控制继电器用于电路的逻辑控制。继电器具有逻辑记忆功能，可以组成复杂的逻辑控制电路，可以用于将某种电量（如电压、电流）或非电量（温度、压力、转速、时间等）的变化量转为开关量，以便实现对电路的自动控制功能，控制电路的接通和断开。在单片机控制系统中，继电器控制电路包括电磁继电器、干簧管以及接触器。继电器由线圈及动片、定片组成。线圈未通电（继电器处于未吸合状态）时，与动片接触的触点称为常闭触点；当线圈通电时，与动片接触的触点称为常开触点。继电器的工作原理是通过通电线圈产生磁场吸引继电器内部的铁片，使动片离开常闭触点，与常开触点接触，实现电路的通与断 潘永雄.新编单片机原理与应用（第三版）M.西安：西安电子科技大学出版社，2011：298-300.。在本项目中，使用的继电器型号为SRD-05VDC-SL-C松乐继电器，它具有以下4种特性：1. 具有一组常开，一组转换触点形式2. 10A 触点切换功能3. 超小型，标准印刷制版引出交4. 具有塑封型、防焊剂型两种封装形式下面给出这种型号继电器的典型使用场合及性能曲线图图2.1 SRD-05VDC-SL-C继电器Fig2.1 SRD-05VDC-SL-C relay2.2.4步进电机步进电机是一种以脉冲控制的转动器件，一种将电脉冲转化成角位移的执行器件。由于是用脉冲驱动，所以很适合用数字或微型计算机来控制。步进电机会在步进驱动器接接收到一个脉冲信号后按照规定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。因此可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度、加速度以实现调速的目的，以达到准确定位的目的；同时也可以通过控制脉冲个数来控制角位移量。步进电机分三种，即反应式（VR）、永磁式（PM）和混合式（HB）。反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，缺点在于噪声和振动都很大，80年代左右在欧美等发达国家就已被淘汰；永磁式步进电机一般为两相，体积和转矩都较小，步进角一般为7.5度 或15度；混合式步进电机的应用是最为广泛的。它混合了永磁式和反应式两者的优点。它分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度，而五相步进角则一般为 0.72度。 刘艳.数码发电机整流电源的控制技术研究D.重庆，重庆大学，2010.步进电机的结构与一般电机结构类似，具有托架、转子、定子以及外壳。比较特殊的是，转子和定子上有很多细小的齿轮，转子是永久性磁铁，线圈绕在定子上。根据线圈的配置，可以分为2相、4相和5相等，分别由2组、4组、5组线圈构成。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A）、双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-）、八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）。此项目选用的是28BYJ-48步进电机，步进电机28BYJ48是四相八拍型电机，它的电压为DC5VDC12V。对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号会使步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，对应转子则会转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态完成一个循环变化时，转子转过一个齿距。2.2.5驱动器ULN2003在自动化密集的场合会有很多被控元件如继电器、风机、电磁阀、微型电机等，这些元件一般情况下由CPU集中控制，但由于控制系统不能直接驱动被控元件，故需要功率电路来扩展输出电流以满足被控元件的电流、电压上的要求 郭建.多参数水质检测仪测控系统设计与实验D.重庆，重庆大学，2012.。ULN2003由七个硅NPN 复合晶体管（达林顿管）组成，是大电流、高耐压复合晶体管阵列。它是一个7路反相器电路，即输入端为低电平时，ULN2003输出端为高电平；输入端为高电平时，ULN2003的输出端为低电平。它具有工作电压高、电流增益高、温度范围宽、带负载能力强等特点，可适应于各类要求大功率驱动的系统。多用于单片机、PLC、数字量输出卡、智能仪表等控电路中，直接驱动继电器、步进电机等负载器件。ULN2003驱动电路的特点如下：ULN2003的每一对达林顿都串联了一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它可以与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原本需要标准逻辑缓冲器来处理的数据 胡永胜.多语种的同声传译训练系统的研究与开发D.江苏，东南大学，2009.。当输入5V TTL电平时，其输出可达500mA/50V。其芯片引脚图如下。图2.2 ULN2003芯片引脚图Fig2.2 ULN2003 chip pin diagram2.3硬件设计工作准备2.3.1 51开发板简介本次项目选用的单片机开发板如图2.3所示4位共阴极数码管IR18384个独立按键电源及输出out5-out7输出out1-out4图2.3 51开发板Fig2.3 51 development board 此开发板集成7中扩展功能：1. 4位共阴极数码管，P0口段码输出，P2.3-P2.5位码输出。2. ULN2003驱动芯片，可驱动步进电机、继电器等。3. DS18B20数字温度传感器接口。4. 4 个独立按键，接P3.2-P3.5，可进行中断操作。5. IR1838一体化红外接收器，可进行遥控操作。6. LCD12864/1602接口，带对比度调节。7. PL2303芯片，可USB转串口，直接用miniUSB数据线（需安装驱动）即可下载程序。在选取了合适的开发板之后，首先我进行了单片机的焊接与电路测试，并配置LCD液晶显示屏，选择合适的步进电机和继电器。2.3.2硬件设计方框图为了实现对灯的遥控控制，设计出如图2.2的系统组成框图，由图2.2可知，该系统主要由遥控器、红外接收装置（IR1838一体化红外接收器）、ULN2003驱动器、继电器、步进电机、LCD显示器以及灯模块组成。整个系统以AT89C52芯片为核心，遥控器发送编码给IR1838一体化红外接收器，接收器进行接收、放大、滤波及解调等工作，并送至单片机控制器，从而完成对灯的遥控操作。其中，在执行电路部分选择ULN2003作为驱动电路，来驱动继电器以及步进电机。LCD显示器则用来显示当前灯状态。电机继电器灯模块LCD显示器模块ULN2003驱动器AT89C52模块（单片机控制器）IR1838模块串口通信模块遥控器图2.4 系统组成框图Fig2.4 System block diagram2.3.3模块电路（1）AT89C52，完成对步进电机、继电器等的控制方式，状态监测。图2.5 AT89C52模块电路Fig 2.5 AT89C52 module circuit（2）LCD显示器，显示当前状态等。图2.6 LCD显示器模块电路Fig2.6 LCD display module circuit（3）IR1838，一体化红外接收器，完成对遥控信号的解码等操作。图2.7 IR1838模块电路Fig2.7 IR1838 module circuit（4）ULN2003，驱动继电器。图2.8 ULN2003模块电路Fig2.8 ULN2003 module circuit3 软件设计3.1项目环境搭建3.1.1 keil uVision4安装第1步：运行安装程序图3.1 exe安装文件Fig3.1 Exe installation file第2步：在下面图中勾上agree然后点Next（下一步）图3.2 exe安装（1）Fig3.2 the installation of keil（1）第3步：选择安装目录。图3.3 exe安装（2）Fig3.3 the installation of keil（2）等待几秒钟安装完成图3.4 exe安装（3）Fig3.4 the installation of keil（3）安装完后为图3.5图3.5 exe安装（4）Fig3.5 the installation of keil（4）这是这个软件的启动文件快捷方式图3.6 exe安装（5）Fig3.6 the installation of keil（5）第4步：破解，打开Keil uVision4，点击fileLicense Management图3.7 exe安装（6）Fig3.7 the installation of keil（6）出现图3.8图3.8 exe安装（7）Fig3.8 the installation of keil（7）复制CID，然后打开破解注册机图3.9 exe安装（8）Fig3.9 the installation of keil（8）打开之后为图3.10图3.10 keil安装（9）Fig3.10 the installation of keil （9）将之前复制的CID放到注册机CID栏中，点击Generate生成注册码，复制注册码到License Management窗口下部的New License ID Code，点击右侧的Add LIC。若上方的Product显示的是PK51 Prof. Developers Kit，即表示注册成功。3.1.2程序流程图主程序流程图如图3.1所示：开始LCD初始化写数据到LCD开启外部中断关闭外部中断，收集4组共32位数据开启外部中断，允许收集新的数据显示数据到LCD图3.11 程序流程图Fig3.11 Program flow chart3.2模块设计3.2.1 LCD显示控制液晶显示器简称LCD，其信息的显示是利用液晶经过处理后能改变光线的传输方向的特性来实现的。LCD具有功耗低、小而轻便、能显示丰富内容等特点，因而正被广泛应用于智能仪器、便携式仪器仪表、消费类电子产品等领域。在电子专业，只要学习单片机，LCD的应用则一定是必不可少的。液晶显示是通过液晶显示模块来实现的，液晶显示模块是一种将液晶显示器、控制器、驱动器装配在一起的组件。LCD液晶显示器按功能可以分为三类：笔段式液晶显示器、字符点阵式显示器和图形点阵式显示器 许祖茂. 固体激光多普勒测速仪研究D.辽宁，大连理工大学，2005.。前两种可现实数字、字符、符号等。后一种还能显示汉字及任意图形。目前用的比较多的是1602或者1604字符点阵型显示器。在本项目中采用的是1602，1602显示屏是由16列2行58点阵组成，可显示162个字符 Ni, Sha .Design of multi-point wireless temperature measuring systemA./Modelling, Identification & Control, 2012 proceedings of International conference onC/2012.6.24-2012.6.26:422-425. Steven F .Barrett, Daniel J. Pack. Atmel AVR microcontroller primer: programming and interfacingM. Morgan & Claypool Publishers .2012.6.25:56-80. Tunlasakun, Khanchai.MCS51 - Based carbon monoxide alarmJ.SICE-ICASE International Joint Conference, 2006：1635-1638.。 1602字符点阵式显示器使用标准的16接口，各引脚情况如下：第1脚，VSS，地；第2脚，VDD，+5V电源；第3脚，VO，液晶显示偏压信号；第4脚，RS，数据/命令寄存器选择端，在低电平时选择命令寄存器，在高电平时选择数据寄存器；第5脚，RW，读写信号选择端，在高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS与RW同时时低电平时，可以写入指令或者显示地址；当RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据；当RS为低电平，RW为高电平时，可以进行读忙操作；第6脚：E端为使能端，当E端由高电平变为低电平时，液晶模块执行命令；第7-14脚：D0D7，8位双向数据线；第15脚：BLA，背光源正极；第16脚：BLK，背光源负极 万隆，巴奉丽.单片机原理及应用技术M.北京：清华大学出版社，2010：255-267.。LCM内部寄存器的选用是通过RS和RW共同作用决定的，其选择结果见表3.1。表3.1LCM内部寄存器选择表Table3.1 LCM internal register selection tableRSRW寄存器及操作00指令寄存器写入01忙标志和指令寄存器读出10数据寄存器写入11数据寄存器读出LCM的内部操作由RS、RW、使能端E以及数据信号DB决定，一共有11条指令集，包括清屏、光标复位等，具体不再赘述。LCD使用之前需要对它进行初始化操作，初始化工作可以通过复位完成，也可以在复位之后完成 Parab, J.Practical Aspects of Embedded System Design using MicrocontrollersJ.Springer Science+Business Media,2008. Yeager Brent.How to troubleshoot your electronic scaleJ.Powder and Bulk Engineering,1995.26 Li Wenchen, Zhang Zhiguang, Zhang Yanxin. The control, drive and display circuits and devices in opto-electronic 2-D programmable neural networkJ.Journal of Electronics,1997,14(1).27潘永雄.新编单片机原理与应用（第三版）M.西安：西安电子科技大学出版社，2011：298-300.28吴戈，李玉峰.案例学单片机C语言开发M.北京，人民邮电出版社，2008：200-214.29张义和，陈敌北.例说8051（第3版）M.北京，人民邮电出版社，2010：206-222.30王阿根.电气可编程控制原理与应用（第二版）M.北京：清华大学出版社，2010：14-22.31姜建芳.电气控制与S7-300 PLC工程应用技术M.北京：机械工业出版社，2014：25-36.32张华宇，谢凤芹，李跃辉.AVR单片机基础与实例进阶M.北京：清华大学出版社，2012：374-384.33童长飞.C8051F系列单片机开发与C语言编程M.北京：北京航空航天大学出版社，2005：493-499,510-543.34吉涛，李明辉，黄勋.单片微型计算机原理及工程应用M.北京：化学工业出版社，2010：227-231.35李宝营，赵永生，祁建广.基于单片机的红外遥控系统设计J.机电工程技术，2008,37（12）：77-79.36黄仕凰，林炜滨.基于单片机的遥控电子钟系统的设计J.实验科学与技术，2014,12（4）：62-64.37李美艳.基于89C51 单片机的步进电动机控制系统设计J.电子设计工程，2014,22（23）：125-127.。具体初始化过程如下：（1）清屏；（2）功能设置；（3）开/关显示设置；（4）输入方式设置。软件流程图如图3.1所示：LCD初始化LCD显示换行写字符“IR-CODE：”到第1行LCD定位到首行首列写字符“Display_Data:”到第2行图3.12 LCD软件流程图Fig3.12 LCD software flow chart其中对LCD的初始化包括对LCD的功能设置、显示开关设置和模式设置。LCD定位到首行首列通过定位指令“lcd_wcmd(pos | 0x80)”实现，其数据指针=80+地址变量，即设定DDRAM地址，也就是设定字符显示的地方，执行指令向控制器写入0x80|pos（表示POS变量与0X80相或，0x80是LCD控制器内部指令的关键字，表示指定DDRAM首地址）的值，此时需设置RS为0，RW为1。在对LCD进行显示控制时，需要用到写控制命令和写数据命令。定义LCD的端口为：sbit LCD_RS = P20; sbit LCD_RW = P21;sbit LCD_EN = P22;写指令与数据到LCD之前需要先进行查忙操作，定义lcd_busy函数为bit型，当lcd-busy为0时，闲，可以进行写指令与数据操作。当lcd_busy为1时，表示当前状态为忙状态，需要等待。当lcd-busy为0，先写指令数据到LCD，再写显示数据到LCD。3.2.2 红外解码在前面介绍过，红外遥控信号的解码方式有外部中断方式和查询方式两种，一般来说，外部中断方式更加节省CPU的处理时间，更有效率。在本项目中，我也采用了外部中断方式1用来检测红外遥控器按键，允许总中断中断，使能 INT0 外部中断；触发方式为脉冲负边沿触发，下降沿有效。红外解码的核心在于处理红外遥控器按键值，首先需要开启外部中断，确认红外信号出现，当红外信号变为，则跳过9ms的引导。然后则检测有效数据，收集4组数据，每组数据有8位。取键码的低四位，右移4次，高四位变为低四位。然后依次显示第一位数和第二位数。核心程序如下所示：while (!IRIN) /等IR变为高电平，跳过9ms的前导低电平信号。 delay(1);for (j=0;j4;j+) /收集四组数据 for (k=0;k=30) EX1=1; return; /0.14ms计数过长自动离开。 /高电平计数完毕 IRCOMj=IRCOMj 1; /数据最高位补“0” if (N=8) IRCOMj = IRCOMj | 0x80; /数据最高位补“1” N=0; /end for k /end for j 红外遥控主程序流程如下所示：开始中断口初始化，清引导码标识，清用户码标识收到引导码标识N Y收到码长为32位N Y收到码组与遥控编码结果相符N置用户码，将其放入RAM Y转到操作码功能键清码长、引导码、用户码标志图3.13 红外遥控程序流程图Fig3.13 Infrared remote control program flow chart3.2.3继电器控制继电器端口定义如下：sbit MOTOR1=P11；sbit MOTOR2=P10；由于在本项目选用的继电器为模块电路，故不多做赘述。4 小结4.1项目结果通过本次项目设计，实现了对灯的红外遥控操作，可以通过遥控器来选择灯的亮灭状态，遥控器上不同的码值对应了不同的亮灭方式，目前实现了5种状态。设计结果如图4.1-4.6所示：图4.1 结果展示Fig4.1 The results图4.2 工作状态1Fig4.2 The first working state图4.3 工作状态2Fig4.3 The second working state图4.4 工作状态3Fig4.4 The third working