通信工程应用设计实训指导书

1通信工程应用设计——红外遥控显示系统设计实训指导书一、设计目标1.完成红外控制现实系统的设计，即以单片机位核心微处理器，完成接收处理红外遥控信号和控制点阵LED显示两部分功能电路的设计；2.学会使用Protel系列软件，完成红外遥控显示系统的电路原理图绘制和PCB版图绘制；3.掌握通用版焊接工艺，完成红外遥控显示系统的硬件结构搭建，并调通硬件部分；4.掌握基于C语言编程的单片机控制技术，完成实现红外遥控显示系统功能的控制程序设计（信号的接收、信息的处理及点阵LED显示控制程序）；5.软硬件联调，完成系统的最终功能。二、设计任务1.完成基于单片机的红外遥控显示系统设计，利用红外接收装置接收遥控器发射的控制信号，利用单片机对接收的控制信号进行处理并通过应用程序控制使与单片机I/O相连的8X8点阵LED输出显示与遥控器控制信号相应的内容。2.具体要求完成内容：1）电路原理图绘制；2）PCB版图绘制；3）硬件电路焊接调试；4）系统应用程序编写与编译调试；5）软硬件联调实现完整系统设计要求；6）撰写实训报告。三、设计要求1.信号接收部分利用红外线接收器HS0038实现。HS0038采用黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高，在采用小功率发射管2发射信号的情况下，其接收距离可达35m，能与TTL、COMS电路兼容。HS0038为直立侧面收光型，接收红外信号频率为38kHz，周期约26μs，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号。HS0038的三个管脚分别是地、＋5V电源、解调信号输出端，其具体器件图如图1所示，器件手册见参考资料。图1HS0038器件图红外一体化接收头的测试可以利用图1所示的电路进行，在HS0038的电源端与信号输出端之间接上一只二极管及一只发光二极管后，再配上规定的工作电源（为＋5V），当手拿遥控器对着接收头按任意键时，发光二极管会以闪烁提示红外接收头和遥控器工作都正常，如果发光二极管不闪烁发光，说明红外接收头和遥控器至少有一个损坏。只要确保遥控器工作正常，很容易判断红外接收头的优劣。2.单片机最小系统单片机最小系统的响应配置是为了保证最为核心微处理器的单片机能够正常工作，其中包括电源和地的连接、晶振的连接、复位控制的电路连接等，具体连接方式可参见各类单片机应用开发书籍和资料。3.点阵LED电路显示控制部分点阵LED的显示控制部分采用单片机I/O引脚输出适当的高低电平控制8X8点阵LED的具体行列电平，进而实现对8X8点阵LED具体显示形式的控制。为了减少引脚且便于封装，各种点阵LED显示模块都采用阵列形式排布，即在行列线的交点处接有现实LED（发光二极管）。点阵LED显示模块的显示驱动只能采用动态驱动方式，每次最多只能点亮一行LED（共阳形式点阵LED3显示模块，即每行行列线交点处的发光二极管正极共同接高电平）或一列LED（共阴形式点阵LED显示模块，即每列行列线交点处的发光二极管负极共同接地）。8X8点阵LED显示模块结构原理及引脚图如图2所示。图28X8点阵LED显示模块结构原理及引脚图点阵LED的显示控制部分的电路连接方式可分为三种。第一种方法是将点阵LED显示模块的所有管脚都与单片机的I/O相连，控制显示编程时同时对两个I/O赋值对相应位置的发光二极管亮灭进行控制。第二种方法是将点阵LED显示模块连接成共阴形式，即将点阵LED显示模块的所有列接地、所有行接单片机I/O，控制显示编程时只对对应行的I/O赋值控制相应位置发光二极管的亮灭。第三种方法是将点阵LED显示模块连接成共阳形式，即将点阵LED显示模块的所有行接高电平、所有列接单片机I/O，控制显示编程时只对对应列的I/O赋值控制相应位置发光二极管的亮灭。四、使用软件1.ProtelDXP——电路原理图及PCB版图绘制软件；2.KeiLC（uvsion2）——基于单片机的C语言编译环境。4五、设计方案1.系统框图图3系统框图如图3所示，单片机作为本系统的核心控制单元，承担了从红外接收器接收输入信号并对该输入信号进行处理、产生相应的点阵LED显示模块控制信号的全部工作。串口可作为调试接口，用于开发者从上位机（PC机）向单片机下载控制程序对整个系统进行软件调试。电源模块用于向核心微处理器（单片机）和点阵LED及其他外围电路供电。2.器件选型单片机芯片选用STC公司的51单片机STC89C51，其引脚图如图4所示。图4STC89C51引脚图5红外接收器采用HS0038，基本电路参考文档；下载调试接口选用串口，串口与单片机的连接需要电平转换芯片MAX232辅助完成，具体电路参考单片机说明文档。3.电路设计红外遥控显示系统的主要功能包括通过核心微处理器（单片机）对与单片机I/O相连的HS0038红外接收器进行输入信号读取，并对与单片机I/O相连的LED进行相应的驱动显示控制。主要功能电路模块包括：1）单片机最小系统单片机选用STC公司的51单片机STC89C51，该芯片与MCS51兼容，具有4KB的Flash存储器，控制程序即写在此存储器中。单片机最小体统对应的是单片机能够工作的基本配置，其具体连接如图5所示。图5STC89C51最小系统电路图图5为驱动51系列单片机正常工作的基本电路配置，主要包括电源、地和晶振部分的电路连接，同学可参见本图以及其它的单片机参考书确定电路中各电阻、电容的大小以及晶振的频率。对于单片机的复位引脚，可以参考如图6所示的电路设计，图6所示电路可以通过按钮的断开或来连接实现单片机的复位。6图6STC89C51复位引脚（RST）的电路设计注意：51系列单片机有4组I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口），每组包含8个独立的I/O接口（P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7、P3.0～P3.7、），其中P1口、P2口和P3口三组I/O接口可以直接与外围要应用单片机I/O的电路或设备相连，但要使用P0口时，则需要给每个独立的I/O加上拉电阻。2）点阵LED显示电路点阵LED显示电路部分比较简单，同学只需要合理的为设计中所用到的各LED分配I/O即可，具体连接方法可参见前文对点阵LED显示模块的介绍，选择I/O设计连接电路时要注意前面提到的关于P0口的注意事项。在这部分的电路设计过程中，同学要注意两个问题。第一，要注意点阵LED显示模块每点的正负极。第二，要注意每个连接LED的支路是否需要添加限流电阻，以保护LED不被烧坏。3）电源模块系统需要DC5V的电源为核心微处理器（单片机）和LED供电，电源模块的参考电路图如图7所示。图7电源电路7在设计该部分电路时，要注意为电源模块添加LED提示系统上电的情况是否正常，减少系统供电问题被忽略的可能。4）红外接收模块该部分主要用来从外界的红外遥控器接收红外控制信号并将该信号发送至核心微处理器，具体连接方法可参见前文对HS0038的介绍和有关开发资料。5）调试接口模块调试接口选用的串口调试下载接口，使用电平转换芯片MAX232，具体连接方法参考单片机说明文档。