无线遥控多路抢答器的设计.doc

目 录引言第一章 编码解码芯片PT2262/PT2272芯片原理简介1.1概述1.2 PT2262芯片介绍 1-1： pt2262芯片的特点、引脚图、用途及其功能1-2: PT2262 的信号发送格式1-3： 芯片工作的相关参数 1-4： 编码PT2262的电路发射原理图1-5: 位脉冲宽度1.3 PT2272芯片介绍1-6 引 脚 图及引脚功能1-7相关工作参数14：PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改 第二章 AT89C20512.1 AT89C2051内部结构与功能 2-1 AT89C2051主要性能2-2 AT89C2051的结构图2-3 AT89C2051的引脚明2.2 指令约束条件和CPU的工作方式2-4指令约束条件2-5程序存储器加密位2-6 CPU工作方式第三章 六路抢答器的制作3.1 遥控系统结构图3.2系统的组成结构原理与设计3.3 系统硬件电路的设计3-1电源电路的设计3-2 发射系统电路的设计3-3 接收控制系统设计3.4 系统软件的设计题目无线遥控多路抢答器的设计 中文摘要目前在应用中大多采用的抢答器都是有线形式的，这样在实际实用中就比较的烦琐，也造成了一些不必要的元器件让费等。为此特设计了无线遥控多路抢答器。这是对抢答器的进一步改进，本设计有效的解决了一些抢答器的不足之处。此电路由PT2262/PT2272编/译码芯片组成发射和接收电路，利用编码芯片PT2262构成发射电路，来发射信号。再由译码芯片PT2272解码读出信号，送单片机，由单片机AT89C2051控制数码管显示相应按键的编号，同时蜂鸣器鸣叫。达到实现无线遥控抢答器的目的。再PT2262芯片最多可提供六路输入信号,所以设计的是六路无线遥控抢答器。此电路操作简单等。关键词 PT2262编码芯片、PT2272译码芯片、AT89C2051单片机、蜂鸣器、LED数码。引 言当代大学生在即将步入社会时，在校的毕业设计可以说是综合性较强的设计制作项目，相当于一项小型科研，它综合了我们整个大学阶段所学的知识，也需要较为扎实的理论知识等，同时也使理论知识在实践中得到了应用和巩固。也得到了进一步的更新。电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使遥控技术有了日新月异的发展，遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发 到现在的单片机微型计算机，智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。由于无线电波是由发射是由发射点向四面八方传播，可以穿过阻挡物，而且可以传播到很远的距离，因此它的控制可以在很大区域和空间内实现，成为遥控的主要方式，在国防、军事、生产、建设和日常生活中有极为广泛的应用。本设计的特点为：1：每章节先对各芯片基本电路及原理进行一般的介绍，再综合制作所需电路，进行硬件和软件的设计等。2：采用的编/译码芯片PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。3：注重内容的实用性、先进性。本设计还介绍了类似芯片的引脚图及电路等。结合本人所学的专业知识特撰写了本设计书，在此我相信自己的设计是可行的，可达到要求的，在实际中可得到很好的效果，也是抢答器的发展趋势。本设计的编写过程中，得到了田拥军老师、文其知老师、葛庆老师、实习指导员的指导和帮助。在此表示衷心的感谢！限于本人的水平，设计中难免有缺点和不足之处，还望各位老师批评指正！设计者2006年4月于湖南理工职业技术学院第一章：编码解码芯片PT2262/PT2272芯片原理简介1.1 概述PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出。可用于无线遥控发射电路。发射的每一组数据都由12个位脉冲组成，顺序是从A0、A1到A11，由于每个地址端有3种接法，故数据端输出的波形有312种形式。PT2262/2272必须用相同地址码配对使用，当需要增加一个通讯机时，用户不得不求助于技术人员或厂家来设置相同地址码，客户自己设置相对比较麻烦，尤其对不懂电子的人来说。随着人们对操作的要求越来越高，PT2262/2272的这种配对使用严重制约着使用的方便性，人们不断地要求使用一种无须请教专业人士，无须使用特殊工具，任何人都可以操作的方便的手段来弥补PT2262/2272的缺陷。 1.2 PT2262芯片介绍1-1：pt2262芯片的特点、用途、引脚图、及其功能等。 一： PT2262特点： 1 CMOS工艺制造，低功耗 2 外部元器件少 3 RC振荡电阻 4 工作电压范围宽：2.6-15v 5 数据最多可达6位 6 地址码最多可达531441种 二： 应用范围 l 遥 控 玩 具 2 其他电器遥控 三： 引 脚 图： (图1-1) 图1-1四： 管脚说明：各引脚功能如下(图1.1)名称 管脚说 明 A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),D0-D57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端； Dout17编码输出端（正常时为低电平） 图1.11-2 PT2262 的信号发送格式 每当按键有效时，PT2262 发送四次编码。每发送一次编码都有5ms 宽度的低电平分开，而16ms的编码是由A0A11十二个码组成，低位在前，高位在后,如图1-2所示。 PT2262每组发送12位三态数据，要把三态码转换成二进制形式，每位数据(0，1，高阻态)由两个脉冲位组成(具体编码格式见图1-3)，接收端的信号与发送的信号高低电平正好相反。在接收端，把负电平的脉冲作为有效信号，这样的脉冲有两种，一种为宽脉冲，长度约490s，一种为窄脉冲，宽度约165s。每一个数据位的宽度约为1.3ms，每组12位数据的宽度约为16ms。如果把宽脉冲看作二进制“0”，窄脉冲看作二进制“1”，那么接收到的二进制码和发送的三态码的对应关系如表1所示。这样,解码的对象实际上就是与12位三态码对应的24位的二进制码。图1-2: PT2262发送格式图1-3 PT2262编码格式在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长. 推荐值：2262/4.7M/2272/820K、2262/3.3M/2272/680K、 2262/1.2M/2272/200K、2262/1.5M/2272/270K。网站上大部分产品都是用2262/1.2M/2272/200K组合的，少量产品用2262/4.7M/2272/820K。1-3 芯片工作的相关参数 图1.1-4 编码PT2262的电路发射原理图： 下图为PT2262构成的六路发射硬件电路原理图(1-4)，在后在设计中我们将其分别分解成六个单元电路，分别供六位选手抢答。具体原理在后面详解。 图1-41-5 位脉冲宽度：PT2262的地址引脚有3种接法，即悬空（高阻态）、高电平及低电平，不同接法的输出波形不同，如图1所示。从图中可知，若振荡周期为a，则窄脉冲的宽度是4a，间隔是12a；宽脉冲的宽度是12a，间隔是4a，从而一个完整的位脉冲宽度是32a。使用时，PT2262振荡电阻大约是与它成对的解码芯片PT2272振荡电阻的4倍，即若取PT2272振荡电阻为470k， PT2262的振荡电阻可取2M。这种条件下，经多次实验测得PT2262发射的窄脉冲宽度约为250s，宽脉冲约为750s，而2组数据之间的间隔约为6ms。 PT2262的位脉冲波形如图：（1-5）图1-5地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”2262每次发射时至少发射4组字码，2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。 因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃处理。13 PT2272芯片介绍1-2：解码电路PT2272的芯片图、引脚等功能，相关参数。1-6引 脚 图及引脚功能： 名称 管脚说 明 A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不解码 D0-D57-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换 Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端； VT17解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）1-7相关工作参数：PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4)，对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。14 PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改：在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要第1脚也接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。 设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。至于设置什么样的地址码完全随客户喜欢。第二章AT89C20512.1 AT89C2051内部结构与功能2-1 AT89C2051主要性能AT89C2051是ATMEL公司生产的带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPROM)的8位单片机，它具有如下主要特性： 和MCS-51产品的兼容 2K字节可重编程闪速存储器 耐久性：1,000写擦除周期 2.7V6V的操作范围 全静态操作：0Hz24MHz 两级加密程序存储器 1288位内部RAM 15根可编程I/O引线 两个16位定时器/计数器 六个中断源 可编程串行UART通道 直接LED驱动输出 片内模拟比较器 低功耗空载和掉电方式图10.1 AT89C2051的结构框图2-2 AT89C2051的结构框图AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的低电压，高性能8位CMOS微型计算机。如图2.2所示。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存储器，ATMEL AT89C2051是一强劲的微型计算机，它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。 图2.2 AT89C2051内部结构图此外，从AT89C2051内部结构图也可看出，其内部结构与8051内部结构基本一致（除模拟比较器外），引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致，但P1口、P3口有其独特之处。2-3 AT89C2051的引脚说明 AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，引脚如图10.1所示，与8051内部结构进行对比可发现，AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），使它最大可能地减少了对外引脚，因而芯片尺寸有所减少。 AT89C2051芯片的20个引脚功能为： 1. Vcc：电源电压。 2. GND：地。 3 . P1口：P1口是一8位双向I/O口。口引脚P1.2P1.7提供内部上拉电阻。 P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1）。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。当P1口引脚写入“1”时，其可用作输入端。当引脚P1.2P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而流出电流(IIL)。 P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。 4. P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口引脚写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时，被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流(IIL)。 P3口还用于实现AT89C2051的各种功能，如下表10-1所示。 P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 5. RST：复位输入。RST一旦变成高电平，所有的I/O引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时，持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。 6. XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。 7. XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。 表10-1 P3口的功能 P3口引脚 功能 P3.0 RXD(串行输入端口) P3.1 TXD(串行输出端口) P3.2 INT0(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时器0外部输入) P3.5 T1(定时器1外部输入) 从上述引脚说明可看出，AT89C2051没有提供外部扩展存储器与I/O设备所需的地址、数据、控制信号，因此利用AT89C2051构成的单片机应用系统不能在AT89C2051之外扩展存储器或I/O设备，也即AT89C2051本身即构成了最小单片机系统。 2.2 指令约束条件和CPU的工作方式2-4指令约束条件 AT89C2051是ATMEL微控制器家族经济中低价成员。它含有2K字节的闪速程序存储器，完全和MCS51结构兼容并可用MCS51指令集进行编程。但是在使用有关指令进行编程时，程序员必须记住些注意事项。 跳转或分支相关的全部指令必须进行空间约束，这样目的地址就会落在AT89C2051 2K字节的物理程序存储器空间内。这一点编程人员必须注意。例如，对于2K字节存储器的AT89C2051来说，LJMP 7E0H是一有效的指令而LJMP 900H则是无效的。 1. 分支指令 对于LCALL、LJMP、ACALL、AJMP、SJMP、JMP A+DPTR等指令，只要编程人员记住这些分支指令的目的地址落在程序存储器大小的物理范围内(89C2051的00H至7FFH单元)，这些无条件分支指令就会正确执行。违背物理空间的限制会引起不可知的程序出错。CJNE，DJNZ，JB，JNB，JC，JNC，JBC，JZ，JNZ这些条件分支指令适用以上相同的规则。同样，违背存储器范围限制也会引起不定的程序出错。至于包含中断的应用，80C51硬件结构中已保留标准中断服务子程序的地址。 2. 和MOVX相关的指令，数据存储器 AT89C2051包含128字节内部数据存储器。这样，AT89C205l中的堆栈深度局限于内部RAM的128字节范围内。它既不支持外部数据存储器的访问，也不支持外部程序存储器的执行。因此，程序中不应包括MOVX指令。 一般的80C51汇编程序即使在违背上述的限制写指令时仍对指令进行汇编。用户应了解正在使用的微控制器89C2051的物理功能和受限范围并相应地调整所用指令的寻址范围以适合89C2051。 2-5程序存储器加密位可对芯片上的两个加密位不进行编程（U）或进行编程（P）来获得下表10-3所列的功能： 表10-3 加密位程序加密位 保护类型 方式 LB1 LB2 1 2 3 U P P U U P 没有程序加密功能。 禁止进一步进行闪速编程。 同方式2，还禁止校验。 注意：加密位只能用片擦除操作进行擦除。2-6 CPU工作方式AT89C2051有两种低功耗工作方式：空闲方式与掉电方式。 1. 空闲方式 当利用软件使空闲方式位IDL(PCON0)1时，单片机进入空闲方式。此时，CPU处于休眠状态，而片内所有其他外围设备保持工作状态，片内RAM和所有特殊功能寄存器内容保持不变。 在空闲方式下，当晶振fosc12 MHz、电源电压Vcc6V时，电源电流Ic从20mA降至5mA，而Vcc3V时，Ic由5.5mA降至1 mA。 中断或硬件复位可以终止空闲方式。 当空闲方式由硬件复位终止时，CPU要从休眠处恢复程序的执行，执行2个机器周期后，内部复位算法才起作用。此时，硬件禁止访问内部RAM，但允许访问端口引脚。为了防止休眠被复位终止时对端口引脚意外写入的可能性，在生成空闲方式的指令后不应紧跟对端口引脚的写指令。 如果不采用外部上拉，P1.0和P1.1应置“0”；如果采用外部上拉，则应置“1”。 2. 掉电方式 掉电方式由掉电方式位PD(PCON.1)1设置。此时，振荡器停止工作，设置掉电方式的指令成为最后执行的1条指令，片内RAM和特殊功能寄存器内容保持不变。 在掉电方式下，VCCmin2V。当VCC6V时，ICCmax100A；当VCC3V时，ICCmax20A。 退出掉电方式的唯一方法是硬件复位。 硬件复位将重新定义特殊功能寄存器，但不影响片内RAM。复位的保持时间应足够长，以便振荡器能重新开始工作并稳定下来。在Vcc没有恢复到正常工作电压之前，不应进行复位。 如果不采用外部上拉，P1.0和P1.1应置“0”；否则置“1”。第三章 六路抢答器的制作3.1 遥控系统结构图及系统的组成结构原理与设计图1 遥控系统结构图 整个系统由发射系统和接收控制系统两部分组成。系统组成结构框图如图1所示。系统的工作原理是首先通过按键输入所需控制电路的位号，同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号，再通过无线电发射电路将该信号发射出去。而无线电接收电路将接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认，确认是哪路按钮遥控系统地址。再由单片机电路产生相应的信号控制LED数码管显示相应的按钮编号。3.2系统硬件电路的设计3-1电源电路的设计：市电经降压变压器输出9V电压，经桥式整流变成直流，电容滤波，再由CW7805输出5V电压，给电路供电。如图（3-1） 图（3-1）3-2 发射系统电路的设计: 现在我们要制作一个可供六位选手进行抢答的发射器。因PT2262提供了6个信号输入端，所以可分别制作出6个发射不同信号的6个按键集成电路。下图（3-2）由图（1-4）分解而得到的，该发射系统只供一个选手进行抢答。其余5 个电路图与图（3-2）大部分相似，只是分别以数据输入端8、10、11、12、13脚作为接线端， 图(3-2) 发射系统主要由按键、编码电路、无线电发射电路组成。发射系统的电路原理图见图（3-2）。发射系统主要功能是当有键按下时进行编址，对应数据通道输入高电平为“1”，输入低电平为“0”，再将编址信息进行编码后得到一编码脉冲信号，此信号调制无线电发射电路并发射出去。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100的调幅。当编码芯片PT2262的发送控制端（14脚 ）有效时，数据输出端输出带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号。无线电发射电路中采用一种新型射频发射模块F05C，它具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，内含隔离调制电路消除对射频电路的影响，信号直接耦合，性能稳定。F05C输入端平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不应超过F05C的工作电压。如需更远的可靠距离，可在F05C的输出端增加一级射频功率放大器。编码芯片PT2262的数据输出端无信号输出时，F05C不工作，发射电流为零。PT2262的发送控制端（14脚）有效时，17脚输出的编码脉冲信号对F05C进行调制发射。本设计中编码芯片PT2262的发送控制端 （14脚）直接接有效电平（低电平），这样当按下s1s6任何一键时，电路发送16通道相应的控制数据。3-3接收控制系统设计接收控制系统主要由无线电接收电路、解码电路、单片机电路、LED数码显示管等。电路原理图如图（3-3）所示。接收控制系统主要完成的功能是首先对接收进来的信号解调后进行解码，解码后的数据送单片机，由单片机根据此数据去控制相应的动作。 无线电接收电路采用与射频发射模块F05C相配套的射频接收模块J04E。J04E具有较宽的接收带宽，极低功耗，可长期处于守机状态。J04E输出端口直接与PT2272的数据输入端口连接。 解码芯片PT2272地址码就好比是一张身份识别的证书，只有接收端的地址码和发射端的地址码设置完全相同，输出端才有输出信号。解码芯片PT2272将数据输入端接收到的信号，经内部电路解码辨识确认。如果所接收到的信号地址码与本机地址编码相同，D0D5输出与无线电发射系统所发射的相对应的信息给单片机电路，由单片机控制相应的电路动作。单片机电路采用AT89C2051来实现对输入信号的处理和相应的显示控制。AT89C2051的P3.0P3.5、P3.7端作为数据输入端口，分别和解码芯片PT2272的数据输出D0D5端连接。PT2272的有效输出端输出的信号作为单片机外部中断的触发信号。当外部中断采样到有效触发信号时，它对P3.