电子工程设计3选题参考

1、电子工程设计-3选题参考电子工程设计训练中心2013.2电子工程设计-3题目选择参考电子工程设计-3提供12个设计项目，另外学生还可以自拟设计项目，经任课教师审核合格予以实施。所有设计项目根据技术含量高低及工作量大小分配0.8-1.2之间的难度系数，供成绩评定时参考。经过电子工程设计-1、电子工程设计-2的基本训练，学生已经具备了一定的项目实施能力。电子工程设计-3的教学中，学生需要根据个人已有的基础及兴趣爱好选择设计项目，并按照个人的情况进行项目实施的内容及时间安排。在课表规定的上课时间，任课教师负责答疑、解决问题，材料室发放材料。实验室提供的设计项目分为系统设计和系统扩展二大类，共计12个

2、。系统设计类的项目需要从头开始设计一个全新的项目，系统扩展类项目是在已完成的闭环温度控制系统的基础上进行功能扩展设计。所有设计项目均围绕“闭环温度控制系统”的内容展开，以便继承电子工程设计1、电子工程设计2完成的“闭环温度控制系统”的概念和经验，同时实验室也能够提供完善的调试与评价手段。为便于学生选择与实施设计项目，下面对各项目的内容、要求及知识背景等做简要的介绍，作为学生的选题参考。一、系统设计类项目系统设计类项目仍然以“闭环温度控制”为主题，但是在传感器信号处理、数据访问方式、数据处理方式、输出控制方式等方面与已完成的“闭环温度控制系统”相比有所不同。1、基于SPI/I2C总线的闭环温度控

3、制系统设计1-1项目简介全部采用串行数据访问方式进行各部件之间的数据交换，实现闭环温度控制的功能。控温范围0-100，控制执行部件仍然为半导体制冷片。串行数据访问以具有串行数据访问接口的部件为基础，主要包括三个部分，模/数转换、数/模转换、人机交互。对比电子工程设计-1、电子工程设计-2完成的闭环温度控制系统，该项目主要完成的工作是将并行数据访问模/数转换、数/模转换、静态人机交互等电路替换为相应的串行数据访问电路的设计。另外为保证项目具有满足教学要求的难度和工作量，要求采用T型热电偶作为测温元件。1-2知识背景：串行数据传输是电子系统中主要的数据访问方式之一。可以简化电路设计，缩小系统规模、

4、降低项目成本。因此在并行数据访问的应用系统中使用的大多数器件都有相应的串行数据接口版本。例如：TLC0831即是ADC0804的串行数据接口版本；TLC5620是一款串行数据接口的4通道电压输出型DAC；CH452则是一款串行数据接口的人机交互控制专用集成电路；还有DS18B20 是一款数字化串行接口的温度传感器等等。用串行器件实现一个应用系统与并行器件相比仅仅是程序设计上有区别，电路设计则大同小异，“同”是外围的信号处理电路相同，“异”是数据接口由并行改为串行。1-3基本要求 使用T型热电偶测温，范围：0-100。 模/数、数/模、人机交互等主要电路采用串行数据访问的集成电路。 所有串行数据

5、访问采用C8051F023单片机支持的SPI 总线或MSBus（I2C）总线实现。 实现闭环温度控制，2以内。1-4 实验室提供的开发条件 主要元器件TLC0831单通道8Bit ADC支持SPI接口数据访问TLC56204通道8Bit DAC支持SPI接口数据访问CH452人机交互控制集成电路支持I2C接口数据访问PCF8563实时钟电路支持I2C接口数据访问C8051F023单片机模块支持SPI 、I2C串行总线数据访问 调试环境EDT08B 闭环温度控制调试环境Silab IDE C8051F系列单片机程序集成开发环境1-5 主要工作内容 设计并实现测温范围为0-100的热电偶信号处理电

6、路。 熟悉串行数据访问总线SPI和I2C的操作方法。 设计各串行接口器件利用SPI和I2C总线的访问方法及程序。 重新进行C8051F023 单片机的接口配置使之具备SPI、I2C接口的访问能力。并更新设备配置文件Init_Device。1-6 主要难点 SPI和I2C总线数据访问的实现。 需要阅读较多英文芯片资料。 难度系数1.1。1-7 成绩评定标准 热电偶变送器15 CH452人机交互或PCF8563 定时启动温度控制 采用CH452（I2C总线）设计人机交互单元或使用PCF8563扩展定时启动温度控制的功能。10 串行接口ADC实现温度显示15 串行接口DAC手动控制度温10 闭环温度

7、控制 该项完成-项自动得分。10 报告+答辩30+101-8 电路接口说明图1-1.单片机电路板接口定义图1-1是单片机电路板接口的完整定义，题目1主要使用其中的SPI和I2C串行总线接口信号。如果前期并未使用这些信号，这些引脚可能还没有与单片机相应的口线相连，在使用之前需要先将单片机的SPI和I2C串行总线接口信号与这些引脚连通。其中NSS1-NSS3为SPI总线设备的片选信号，可以取自单片机的I/O引脚。如果没有空余的I/O引脚供使用，则需要更改配置文件，去掉一些不用的信号，释放足够的I/O引脚供片选信号使用。2、采用多种测温元件的3通道闭环温度控制系统设计2-1项目简介采用3种测温元件同

8、时对3个温度控制执行部件实施闭环温度控制，控温范围：0-100。3种测温元件分别为铂电阻温度传感器pt100、T型热电偶测温传感器和数字式一线温度计DS18B20。温度控制执行部件为半导体制冷片。对比电子工程设计第1、2阶段已经完成的温度控制系统，该项目工作内容的不同之处在于：为新采用的测温元件设计信号处理电路和数据采集方法，增加2个模/数转换通道和3个数/模转换通道的设计。2-2 知识背景测温元件有很多种类，本项目要求使用的是较为典型的类型，分别为电压型（T型热电偶），电抗型（pt100），数字型（DS18B20），除去数字型之外均需要设计信号处理电路。不同类型的测温元件应用是本项目的重点之

9、一。多通道模/数转换和数/模转换的实现是本项目的另一个重点。多通道模/数转换通常使用分时复用技术，并辅以模拟多路开关进行通道切换。多通道数/模转换必须使用多个具有独立输出的DAC部件实现。实验室提供的单片机C8051F023内建二个带8路模拟开关的ADC部件，可用于多通道模/数转换。C8051F023还内建有二个独立的ADC部件，可实现二路独立的DAC转换。另外C8051F023提供的可编程计数器阵列PCA还可以产生5路PWM输出作为模拟量输出的功能选项。可以从成本、难易、个人特长等方面综合考虑，制订多通道模拟量输入/输出的方案。2-3基本要求 使用Pt100、T型热电偶、DS18B20进行测

10、温，范围：0-100。 3个测温元件与3个半导体制冷片各组成1个闭环系统实现温度的平稳控制，误差2以内。2-4实验室提供的开发条件 主要元器件ADC0804并行接口，8bit，单路ADCDAC0832并行接口，8bit，单路DACTLC5620串行接口，8bit，四路电压输出 DACCD40518选1模拟开关C8051F0238bit ADC （8通道）1个， 10bit ADC （8通道）1个10bit DAC （单路） 2个， PCA（可产生PWM波）5个 调试环境EDT08B 闭环温度控制调试环境Silab IDE C8051F系列单片机程序集成开发环境2-5主要工作内容 设计并实现热电

11、偶、铂电阻的信号处理电路。 设计DS18B20的访问方法及操作程序。 设计并实现多通道模拟量输入/输出电路。 设计三路闭环温度控制程序。 如有必要，对C8051F023的接口重新配置，使之具有多路模拟输入/输出的能力，并更新设备配置文件 Init_Device。2-6 主要难点 掌握多种测温元件的性能及其测温信号的处理。 如果使用C8051F023内建模拟量输入/输出部件的话，需掌握这些部件的使用方法。 硬件实现工作量较大。 不使用C8051F内建模拟I/O部件：难度系数1.1。 使用C8051F内建模拟I/O部件： 难度系数1.2。2-7 成绩评定标准 1路数字测温显示 202路模拟测温显示

12、20 3路手动温度控制10 闭环温控 该项完成-项自动得分。10 报告+答辩30+102-8 电路接口说明图2-1.单片机电路板接口定义图2-1是单片机电路板接口的完整定义，题目2使用了一线温度计DS18B20作为测温元件，DS18B20不需要变送器和摸/数转换电路，其信号输出直接与单片机电路板右侧插座的“18B20”引脚相连，单片机直接从该引脚获得DS18B20的温度数据输出。如果使用单片机内部的ADC或DAC，则需要更改配置文件，去掉一些不用的信号，释放足够的I/O引脚供ADC输入信号和DAC输出信号使用。3、采用FPGA/CPLD设计并实现闭环温度控制系统3-1项目简介采用超大规模可编程

13、器件（FPGA/CPLD）设计闭环温度控制系统的核心单元。换句话说，用超大规模可编程器件（FPGA/CPLD）代替闭环温度控制系统的单片机，完成数据采集、数据处理、人机交互、控制输出等工作，实现闭环温度控制。除去模拟量输出之外，原温度控制系统已实现的所有单元均可沿用。3-2 知识背景超大规模可编程器件（FPGA/CPLD）是一种可以由用户决定其最终功能的数字集成电路产品。在专用的开发平台上，借助EDA技术，采用专用的硬件描述语言，可以实现超大规模专用数字集成电路（ASIC）的设计。超大规模可编程器件具有足够的集成度，完全可以设计成为一款功能齐全的单片机产品，替代单片机完成过程控制的工作。3-3

14、基本要求 采用FPGA/CPLD设计闭环温度控制系统，控温范围：0-100，误差2。 采用PWM作为模拟输出量，控制半导体制冷片的制冷/制热功率，实现温度控制。3-4实验室提供的开发条件 主要元器件：暂无法提供 调试环境 EDT08B 闭环温度控制调试环境Quartus II FPGA/CPLD集成开发环境3-5主要工作内容 学习Quartus II FPGA/CPLD集成开发环境的使用。 掌握FPGA/CPLD芯片性能，为其设计与已有电路模块的接口方案。 采用硬件描述语言实现全部控制逻辑，完成对所有外围电路模块的控制。 设计PWM输出功能，代替原温度控制系统中的DAC模块对半导体制冷片实施控

15、制。3-6 主要难点 FPGA/CPLD与外围部件进行数据交换的设计。 需要掌握英文开发环境的使用。 难度系数1.2。3-7成绩评定标准 LED显示及键盘控制20 温度测量及显示15 采用PWM实现温度控制15 闭环温度控制该项完成-项自动得分。10 报告303-8 电路接口说明图3-1.单片机电路板接口定义图3-1是单片机电路板接口的完整定义，题目3仅使用FPGA/CPLD替换单片机的功能，原有信号完全满足设计需要，不需要补充或更新信号引脚。二、系统扩展类项目系统扩展类项目分为在原有系统上的电路与程序的追加设计和依托原有系统的子系统设计，核心任务都是对原有系统的功能进行扩展。系统扩展类项目中

16、，大部分是对原有系统通信能力的扩展，涵盖有线点对点、无线点对点、有线网络、无线网络等4种主要的通信技术。4、温度控制系统的定时测量、定时控制、数据记录功能扩展4-1项目简介该项目在已经完成的闭环温度控制系统上增加一些新的功能。包括定时温度测控和数据记录二个方面。定时温度测控指的是按一定时间间隔刷新温度的测量结果显示和在规定的时间点上启动温度控制过程。数据记录指的是温度测量的文字数据存档和温度变化过程的图形数据输出。4-2知识背景实时钟电路为能够实时提供精确的日期、时间数据的专用电路，可用于以时间作为动作参考的测控系统之中。实时钟电路均带有标准的处理器接口，可以通过简单的数据访问操作实时获得所需

17、的日期、时间信息。非易失存储器可用于掉电数据不丢失的数据保存需要。非易失存储器常用的有EPROM、EEPROM、Flash ROM、FRAM等，其中EEPROM是低成本、使用简单的非易失存储器，可用于几百KB规模的数据掉电不丢失存储。微型打印机是一种低成本记录设备，可用于文字、图形的存档记录。4-3 基本要求 采用实时钟电路进行温度测量与控制的精确定时设计。 对温度测量结果进行掉电不丢失存储。 用微型打印机记录测温结果及温度变化趋势曲线。4-4实验室提供的开发条件 元器件及设备 PCF8563 I2C串行接口实时钟电路 DS12887 并行接口实时钟电路 AT24C64 I2C串行接口EEPR

18、OMTH40-PC微型打印机C8051F023单片机模块，支持SPI 、I2C串行总线数据访问 调试环境 EDT08B 闭环温度控制调试环境 Silab IDE C8051F系列单片机程序集成开发环境4-5主要工作内容 学习、掌握实时钟电路、非易失存储电路的性能及使用方法，学习掌握微型打印机的指令集及其使用方法。 掌握串行数据总线（PCF8563、AT24C64均有I2C接口）的使用方法。 设计日期及时间的显示方法，实现实时钟电路的数据访问和日期、时间显示。 设计以时间为参考启动温度控制的程序。 设计EEPROM的数据读/写访问程序。 设计使用微型打印机记录温度数据的格式及操作程序。 利用微型

19、打印机的曲线输出命令设计输出温度变化趋势曲线的程序。4-6主要难点 多种集成电路及设备的性能及使用方法的掌握。 使用微型打印机输出温度变化趋势曲线的设计。 需要阅读多种集成电路的资料，部分为英文资料。 难度系数1.1。4-7成绩评定标准 日期、时间的实时显示20 温度控制的定时启动10 温度测量结果的掉电不丢失存储及查询10 微型打印机输出测温数据10 微型打印机输出温度变化曲线10 报告+答辩30+104-8 电路接口说明图4-1. 多功能控制器电路板接口定义图4-1是多功能控制器电路板接口的完整定义，题目4使用了部分串行接口器件和微型打印机。串行接口器件需要使用I2C总线，微型打印机需要用

20、到特殊的数据接口。I2C总线信号可以从多功能控制器电路板左侧插座上获得，微型打印机的特殊数据接口则在多功能控制器电路板的右侧插座上。如果实时钟电路采用并行接口的DS12887，则所有的数据信号和控制信号均来自多功能控制器的左侧插座。5、分布式温度控制系统下位机的设计与实现5-1项目简介在已经完成的温度控制系统上扩展串行通信接口，具备与上位机进行远程数据交换的能力。按照约定的通信协议，接收上位机的控制指令实现温度的测量与控制功能。同时使用实时钟电路，在原温度控制系统中扩展定时温度测量与控制功能。5-2知识背景分布式控制系统是一种自动控制系统组成的典型模式，由上位机和下位机二部分组成。下位机负责现

21、场的信号采集及控制实施工作，上位机负责数据处理和控制管理工作。采用单片机作为下位机，通过点对点通信与上位机组成分布式控制系统是一种低开发成本的分布式控制系统实施方案。UART通用异步收发器，是一种通用的点对点有线通信接口，可以在一定距离上实现二个设备之间以字节为单位的串行数据传输，是组成分布式控制系统的通信手段之一。几乎所有的单片机都内建有UART通信接口，很容易与上位机组成分布式控制系统。5-3基本要求 与上位机建立通信联系，实现串行数据收发功能。 实现以时间作为参考的温度测量与控制操作。 按照上位机的命令要求，进行现场温度数据传送与温度控制操作。5-4 通信协议 传输协议 a. 波特率 9

22、600bps 。 b. 传输格式 8个数据位，1个起始位，1个停止位，无校验位。 命令格式UART通信采用定长命令，每个命令由6个字节组成，其中3个字节为同步字，1个字节为操作码，2个字节为操作数。a. 同步字：串行数据收发的最小单位为字节，基本单位为命令。每个命令为若干字节称为一个数据包。一包数据以由若干字节组成的同步字开头称为包头。UART通信的同步字为 C O M。b. 操作码：分为二部分，前4位用16进制数A、B、C、D表示受控的4个通道或4个不同的下位机，后4位16进制数0F表示不同的操作内容。c. 操作数：为不同操作过程的数据，范围、格式随操作内容而定。仅有1个操作数或没有操作数的

23、命令，空缺的部分用16进制数FFH填充。 操作命令表上位机发送命令下位机应答数据命 令同步字操作码操作数1操作数2同步字操作码数据1数据2温度设定C O MA(B,C,D)000H63H(整数)00H63H(小数)温度设定值增1A(B,C,D)1FFHFFH温度设定值减1A(B,C,D)2FFHFFH温度控制启动/停止A(B,C,D)3FFHFFH延时启动时间设置A(B,C,D)400H3BH(分)00H3BH(秒)延时停止时间设置A(B,C,D)500H3BH(分)00H3BH(秒)定时启动时间设置A(B,C,D)600H17H(时)00H3BH(分)定时停止时间设置A(B,C,D)700H

24、17H(时)00H3BH(分)当前温度查询A(B,C,D)8FFHFFHC O MA(B,C,D)800H63H(整数)00H63H(小数)延时启动时间查询 延时时间为启动延时操作以后的倒计时剩余时间。A(B,C,D)AFFHFFHA(B,C,D)A00H3BH(分)00H3BH(秒)延时停止时间查询A(B,C,D)BFFHFFHA(B,C,D)B00H3BH(分)00H3BH(秒)当前时间查询ACFFHFFHAC00H17H(时)00H3BH(分)控制工作状态查询A(B,C,D)EFFHFFHA(B,C,D)E00HF8H D7：1-启动/0-停止 D6：延时启动 1-有效/0-无效 D5：

25、延时停止 1-有效/0-无效 D4：定时启动 1-有效/0-无效 D3：定时停止 1-有效/0-无效 D2-D0保留FFH5-5实验室提供的开发条件 元器件及设备 MAX232 RS232-TTL电平转换电路 PCF8563 I2C串行接口实时钟电路 DS12887 并行接口实时钟电路 C8051F023单片机模块，支持UART串行数据通信，支持I2C串行数据访问 调试环境 EDT08B 闭环温度控制调试环境 EDT08B UART通信调试环境 EDTCOM 分布式温度控制系统上位机运行环境 Silab IDE C8051F系列单片机程序集成开发环境5-6主要工作内容 使用RS232-TTL电

26、平转换电路，为原有温度控制系统扩展与上位机进行串行通信的接口。编写程序，实现与上位机之间的串行数据通信。 使用实时钟电路，为原有温度控制系统增加温度控制动作执行的时间参考。 编写程序，对上位机发出的各种命令进行解析，完成相应的控制操作。5-7主要难点 与上位机建立通信联系，正常收发数据。 掌握UART和I2C两种串行通信方法。 难度系数1.0。5-8成绩评定标准 与上位机建立通信联系，实现简单控制20 读取实时钟电路数据，实现时、分显示20 接收上位机的控制命令，完成全部控制操作10 按控制命令要求，回发温度测量结果及运行状态数据10 报告+答辩30+105-8 电路接口说明图5-1是单片机电

27、路板接口的完整定义，题目5需要通过UART接口的Tx和Rx信号与PC机之间进行数据交换，单片机UART接口的Tx和Rx信号需要经过电平转换变换为RS232标准的信号才能与PC机相连。单片机右插座的TX和RX引脚指的是来自单片机UART接口并且经过电平转换的数据发、收信号，该引脚可视为直接与PC机相连。图5-1.单片机电路板接口定义、上、下位机结构的温度控制系统的设计与实现6-1项目简介在原有温度控制系统上扩展串行通信接口，在PC机上进行高级语言程序设计，通过有线点对点通信实现温度控制系统的运行管理。单片机负责现场的温度测量与控制执行操作，PC机负责数据处理和控制管理工作，组成典型的上下位机控制

28、系统。6-2知识背景分布式控制系统是一种自动控制系统组成的典型模式，由上位机和下位机二部分组成。下位机负责现场的信号采集及控制实施工作，上位机负责数据处理和控制管理工作。采用单片机作为下位机，通过点对点通信与上位机组成分布式控制系统是一种低开发成本的分布式控制系统实施方案。UART通用异步收发器，是一种通用的点对点有线通信接口，可以在一定距离上实现二个设备之间以字节为单位的串行数据传输，是组成分布式控制系统的通信手段之一。几乎所有的单片机都内建有UART通信接口，很容易与上位机组成分布式控制系统。6-3基本要求 建立上位机与下位机之间的通信联络，实现串行数据收发功能。 设计PC机操作界面，向下

29、位机发送控制命令、接收下位机回传的现场测控数据。 在下位机原温度控制程序中添加串行通信功能，接收上位机的控制命令，按照上位机命令的要求进行现场温度数据传送与温度控制操作。6-4 通信协议 传输协议 a. 波特率 9600bps 。 b. 传输格式 8个数据位，1个起始位，1个停止位，无校验位。 命令格式UART通信采用定长命令，每个命令由6个字节组成，其中3个字节为同步字，1个字节为操作码，2个字节为操作数。a. 同步字：串行数据收发的最小单位为字节，基本单位为命令。每个命令为若干字节称为一个数据包。一包数据以由若干字节组成的同步字开头称为包头。UART通信的同步字为 C O M。b. 操作码

30、：分为二部分，前4位用16进制数A、B、C、D表示受控的4个通道或4个不同的下位机，后4位16进制数0F表示不同的操作内容。c. 操作数：为不同操作过程的数据，范围、格式随操作内容而定。仅有1个操作数或没有操作数的命令，空缺的部分用16进制数FFH填充。 操作命令表上位机发送命令下位机应答数据命 令同步字操作码操作数1操作数2同步字操作码数据1数据2温度设定C O MA(B,C,D)000H63H(整数)00H63H(小数)温度设定值增1A(B,C,D)1FFHFFH温度设定值减1A(B,C,D)2FFHFFH温度控制启动/停止A(B,C,D)3FFHFFH延时启动时间设置A(B,C,D)40

31、0H3BH(分)00H3BH(秒)延时停止时间设置A(B,C,D)500H3BH(分)00H3BH(秒)定时启动时间设置A(B,C,D)600H17H(时)00H3BH(分)定时停止时间设置A(B,C,D)700H17H(时)00H3BH(分)当前温度查询A(B,C,D)8FFHFFHC O MA(B,C,D)800H63H(整数)00H63H(小数)延时启动时间查询 延时时间为启动延时操作以后的倒计时剩余时间。A(B,C,D)AFFHFFHA(B,C,D)A00H3BH(分)00H3BH(秒)延时停止时间查询A(B,C,D)BFFHFFHA(B,C,D)B00H3BH(分)00H3BH(秒)

32、当前时间查询ACFFHFFHAC00H17H(时)00H3BH(分)控制工作状态查询A(B,C,D)EFFHFFHA(B,C,D)E00HF8H D7：1-启动/0-停止 D6：延时启动 1-有效/0-无效 D5：延时停止 1-有效/0-无效 D4：定时启动 1-有效/0-无效 D3：定时停止 1-有效/0-无效 D2-D0保留FFH6-5实验室提供的开发条件 元器件及设备 MAX232 RS232-TTL电平转换电路C8051F023单片机模块，支持UART串行数据通信 调试环境 EDT08B 闭环温度控制调试环境 EDT08B UART通信调试环境 EDTCOM 分布式温度控制系统上位机运

33、行环境 Silab IDE C8051F系列单片机程序集成开发环境6-6主要工作内容 使用RS232-TTL电平转换电路，为原有温度控制系统扩展与上位机进行串行通信的接口。编写程序，实现与上位机之间的串行数据通信。 编写程序，对上位机发出的各种命令进行解析，完成相应的控制操作。 通过高级语言程序设计，创建PC机操作界面，发送温度控制命令、接收并显示下位机传送的温度数据。6-7主要难点 与上位机建立通信联系，正常收发数据。 需要掌握一种高级语言程序设计方法。 难度系数1.1。6-8成绩评定标准 在上、下位机间建立通信联系，正常收发数据20 上位机正常发送控制命令20 下位机正常接收上位机命令，完

34、成全部控制操作10 上位机接收并显示下位机传送的温度控制结果及工作状态数据10 报告+答辩30+106-8 电路接口说明图6-1是单片机电路板接口的完整定义，题目6需要通过UART接口的Tx和Rx信号与PC机之间进行数据交换，单片机UART接口的Tx和Rx信号需要经过电平转换变换为RS232标准的信号才能与PC机相连。单片机右插座的TX和RX引脚指的是来自单片机UART接口并且经过电平转换的数据发、收信号，该引脚可视为直接与PC机相连。图6-1.单片机电路板接口定义7、红外线遥控温度控制系统的设计与实现7-1项目简介在已经完成的温度控制系统上扩展红外线通信接口，使之具备与红外线遥控器之间的数据

35、交换能力，按照约定的通信协议接收遥控器的控制命令，实现温度的测量与控制功能。7-2知识背景红外线通信是一种常见的短距离点对点的无线通信方式。红外线无线通信与电磁波无线通信一样，红外线仅仅是信号传送的载体，需要承载含有消息的信号才能传送有用信息。红外线通信易受自然界的干扰，通常也需要载波的调制，只是由于常用的光电转换元件的频率响应能力差，载波调制频率较低，最常用的频率是38KHz。因此，红外线通信通常只用于传送低速率的数据信号，无法传送实时性要求高的音频和视频信号。红外线通信的特点是具有很强的指向性，不产生发散性辐射，仅在二个光电元件之间传递信号，不会对可视范围之外或距离稍远的其他同类通信造成干

36、扰。因此，调制红外线的载波信号以及二次调制的数据信号，均可以为方波。这样就可以采用数字逻辑电路进行方波调制，简化了调制电路。红外线通信的接收电路通常采用集成有光电转换和已调波解调功能的电路模块，直接得到基带数据信号。红外线通信电路与异步串行接收器（UART）相结合，可以很容易地在二个带有UART接口的系统之间进行低速率无线异步串行数据传送，实现红外线遥控操作。7-3基本要求 在温度控制系统与红外线遥控装置之间建立红外线通信联系。 接收红外线遥控装置传送的控制命令完成要求的温度控制操作。7-4 通信协议 传输协议 a. 波特率 1200bps 。 b. 传输格式 8个数据位，1个起始位，1个停止

37、位，无校验位。 命令格式红外线通信采用定长命令，每个命令由5个字节组成，其中2个字节为同步字，1个字节为操作码，2个字节为操作数。a. 同步字：串行数据收发的最小单位为字节，基本单位为命令。每个命令为若干字节称为一个数据包。一包数据以由若干字节组成的同步字开头称为包头。红外线通信的同步字为 I、R。b. 操作码：分为二部分，前4位用16进制数A、B、C、D表示受控的4个通道，后4位16进制数0F表示不同的操作内容。c. 操作数：为不同操作过程的数据，范围、格式随操作内容而定。仅有1个操作数或没有操作数的命令，空缺的部分用16进制数FFH填充。 操作命令表遥控器发送命令温度控制系统应答数据命 令

38、同步字操作码操作数1操作数2同步字操作码数据1数据2温度设定I RA(B,C,D)000H63H(整数)00H63H(小数)温度设定值增1A(B,C,D)1FFHFFH温度设定值减1A(B,C,D)2FFHFFH温度控制启动/停止A(B,C,D)3FFHFFH延时启动时间设置A(B,C,D)400H3BH(分)00H3BH(秒)延时停止时间设置A(B,C,D)500H3BH(分)00H3BH(秒)当前温度查询A(B,C,D)8FFHFFHI RA(B,C,D)800H63H(整数)00H63H(小数)延时启动时间查询 延时时间为启动延时操作以后的倒计时剩余时间。A(B,C,D)AFFHFFHA

39、(B,C,D)A00H3BH(分)00H3BH(秒)延时停止时间查询A(B,C,D)BFFHFFHA(B,C,D)B00H3BH(分)00H3BH(秒)当前时间查询ACFFHFFHAC00H17H(时)00H3BH(分)工作状态查询A(B,C,D)EFFHFFHA(B,C,D)E00HF8H D7：1-启动/0-停止 D6：延时启动 1-有效/0-无效 D5：延时停止 1-有效/0-无效 D4：定时启动 1-有效/0-无效 D3：定时停止 1-有效/0-无效 D2-D0保留FFH7-5实验室提供的开发条件 元器件及设备 HS0038A 38KHz载波红外线通信接收、解调模块HF51 红外线发射

40、二极管 CD4060 振荡器/分频器C8051F023单片机模块，支持UART串行数据通信 调试环境 EDT08B 闭环温度控制调试环境 EDT08B 红外线通信调试环境 EDTCOM 红外线遥控器模拟运行环境 Silab IDE C8051F系列单片机程序集成开发环境7-6主要工作内容 使用红外线发射管，时钟发生器、数字逻辑电路等，设计红外线调制信号发送电路。 使用红外线已调波接收、解调电路模块，设计红外线调制信号的接收电路。 编写基于UART的红外线通信程序。 编写温度控制命令的解析、执行程序，完成要求的温度测量与控制操作。7-7主要难点 实现基于UART的红外线调制信号发送、接收操作。

41、难度系数0.9。7-8成绩评定标准 设计红外线调制信号发送电路，传送38KHz 红外线ASK信号20 接收红外线遥控命令，实现1种简单的控制操作20 接收上位机的控制命令，完成全部控制操作10 按控制命令要求，回发温度测量结果及运行状态数据10 报告+答辩30+107-8 电路接口说明图7-1是单片机电路板接口的完整定义，题目7需要为单片机扩展红外线通信接口，红外线数据通信借用了单片机的UART接口，如果扩展的红外线通信电路不能与单片机处于同一块电路板上，则需要解决单片机UART接口的Tx和Rx信号与红外线收、发电路之间连接的问题。单片机电路板左右插座的定义是人为确定的，有些不使用的信号其引脚

42、也就废弃了，其中有很多引脚仅仅在少数几个插座的引脚之间有连接，例如：单片机右侧插座的SID、SOD、CLK、IO0-IO7等。所以，这些信号引脚如果没有使用的话完全可以用于其它信号的连接，当然也可以用于解决单片机UART接口的Tx和Rx信号与红外线收、发电路之间连接的问题。另外，调试红外线通信电路需要与调试台内部的红外线通信电路进行信号双向传送。内部红外线通信电路的接收/发送元件在调试台左下部的红色有机玻璃窗口后面，元件的布局是红外线发射管在下，红外线接收模块在上，在进行自己的红外线通信电路元件布局时应该参考调试台红外线通信电路接收/发射元件的摆放位置。图7-1.单片机电路板接口定义8、红外线

43、遥控装置的设计与实现8-1项目简介采用红外线通信技术设计一个遥控装置，使之具备与带有红外线通信接口的温度控制系统之间进行数据交换的能力。按照约定的通信协议发送控制命令，以点对点无线通信的方式实现温度控制系统的遥控操作。8-2知识背景红外线通信是一种常见的短距离点对点的无线通信方式。红外线无线通信与电磁波无线通信一样，红外线仅仅是信号传送的载体，需要承载含有消息的信号才能传送有用信息。红外线通信易受自然界的干扰，通常也需要载波的调制，只是由于常用的光电转换元件的频率响应能力差，载波调制频率较低，最常用的频率是38KHz。因此，红外线通信通常只用于传送低速率的数据信号，无法传送实时性要求高的音频和

44、视频信号。红外线通信的特点是具有很强的指向性，不产生发散性辐射，仅在二个光电元件之间传递信号，不会对可视范围之外或距离稍远的其他同类通信造成干扰。因此，调制红外线的载波信号以及二次调制的数据信号，均可以为方波。这样就可以采用数字逻辑电路进行方波调制，简化了调制电路。红外线通信的接收电路通常采用集成有光电转换和已调波解调功能的电路模块，直接得到基带数据信号。红外线通信电路与异步串行接收器（UART）相结合，可以很容易地在二个带有UART接口的系统之间进行低速率无线异步串行数据传送，实现红外线遥控操作。8-3基本要求 在红外线遥控装置与温度控制系统之间建立红外线通信联系。 发送控制命令，实现对温度

45、控制系统的遥控操作。8-4 通信协议 传输协议 a. 波特率 1200bps 。 b. 传输格式 8个数据位，1个起始位，1个停止位，无校验位。 命令格式红外线通信采用定长命令，每个命令由5个字节组成，其中2个字节为同步字，1个字节为操作码，2个字节为操作数。a. 同步字：串行数据收发的最小单位为字节，基本单位为命令。每个命令为若干字节称为一个数据包。一包数据以由若干字节组成的同步字开头称为包头。红外线通信的同步字为 I、R。b. 操作码：分为二部分，前4位用16进制数A、B、C、D表示受控的4个通道，后4位16进制数0F表示不同的操作内容。c. 操作数：为不同操作过程的数据，范围、格式随操作

46、内容而定。仅有1个操作数或没有操作数的命令，空缺的部分用16进制数FFH填充。 操作命令表遥控器发送命令温度控制系统应答数据命 令同步字操作码操作数1操作数2同步字操作码数据1数据2温度设定I RA(B,C,D)000H63H(整数)00H63H(小数)温度设定值增1A(B,C,D)1FFHFFH温度设定值减1A(B,C,D)2FFHFFH温度控制启动/停止A(B,C,D)3FFHFFH延时启动时间设置A(B,C,D)400H3BH(分)00H3BH(秒)延时停止时间设置A(B,C,D)500H3BH(分)00H3BH(秒)定时启动时间设置A(B,C,D)600H17H(时)00H3BH(分)

47、定时停止时间设置A(B,C,D)700H17H(时)00H3BH(分)当前温度查询A(B,C,D)8FFHFFHI RA(B,C,D)800H63H(整数)00H63H(小数)温度设定值查询A(B,C,D)9FFHFFHA(B,C,D)900H63H(整数)00H63H(小数)延时启动时间查询 延时时间为启动延时操作以后的倒计时剩余时间。A(B,C,D)AFFHFFHA(B,C,D)A00H3BH(分)00H3BH(秒)延时停止时间查询A(B,C,D)BFFHFFHA(B,C,D)B00H3BH(分)00H3BH(秒)定时启动时间查询A(B,C,D)CFFHFFHA(B,C,D)C00H17H

48、(时)00H3BH(分)定时停止时间查询A(B,C,D)DFFHFFHA(B,C,D)D00H17H(时)00H3BH(分)控制工作状态查询A(B,C,D)EFFHFFHA(B,C,D)E00HF8H D7：1-启动/0-停止 D6：延时启动 1-有效/0-无效 D5：延时停止 1-有效/0-无效 D4：定时启动 1-有效/0-无效 D3：定时停止 1-有效/0-无效 D2-D0保留FFH8-5实验室提供的开发条件 元器件及设备 HS0038A 38KHz载波红外线通信接收、解调模块HF51 红外线发射二极管 CD4060振荡器/分频器C8051F023单片机模块，支持UART串行数据通信 调

49、试环境 EDT08B 闭环温度控制调试环境 EDT08B 红外线通信调试环境 EDTCOM 红外线通信温度控制系统模拟运行环境 Silab IDE C8051F系列单片机程序集成开发环境8-6主要工作内容 设计简易的按键读取及LED显示电路，实现简单的人机交互功能。 使用红外线发射管，时钟发生器、数字逻辑电路等，设计红外线调制信号发送电路。 使用红外线已调波接收、解调电路模块，设计红外线调制信号的接收电路。 编写基于UART的红外线通信程序。 设计命令发送程序实现对温度控制系统的红外线遥控操作。8-7主要难点 实现基于UART的红外线调制信号发送、接收操作。 难度系数0.9。8-8成绩评定标准 设计红外线调制信号发送电路，传送38KHz 红外线ASK信号20 发送控制命令实现通信协议规定的一种简单的遥控操作。20 完成通信协议规定的全部遥控操作10 接收温度控制系统回发的温度数据并显示10 报告+答辩30+108-8 电路接口说明图8-1是单片机电路板接口的完整定义，题目8需要为单片机设计红外线通信接口，红外线数据通信借用了单片机的UART接口，如果扩展的红外线通信电路不能与单片机处于同一块电路板上，则需要解决单片机UART接口的Tx和Rx信号与红外线收、发电路之间连接的问题。单片机电路板左右插座的定义是人为确定的，有些不使用的信号其引脚也就废弃了，其中