智能光电导盲器的设计毕业论文.doc

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黄河科技学院毕业设计说明书第III页

目录

1绪论 1

1.1课题来源 1

1.2课题目的和意义 1

1.3课题研究方法 1

1.4论文主要研究内容 1

2系统硬件电路设计 2

3系统单元电路设计 3

3.1单片机基本知识 3

3.1.1简介 3

3.1.2引脚介绍 4

3.1.3AT89C51单片机的主要组成部分 6

3.1.4定时器/计数器 8

3.2红外发射模块电路设计 9

3.2.1红外发射概述 9

3.2.2发射信号调制 10

3.2.3555多谐振荡器电路 10

3.3红外接收电路设计 13

3.4耳机模块电路设计 15

4单片机软件系统设计 16

结　论 17

致谢 18

参考文献 19

附录A硬件电路图 20

附录B系统控制程序 21

黄河科技学院毕业设计说明书第23页

1绪论

1.1课题来源

据国家权威部门统计，中国是世界盲人最多的国家，约占世界盲人的18%，随着社会的发展，政府越来越关心残障人士。

残疾人是社会中主要的弱势群体，他们要面对更多的困难和压力。

近些年来，社会和政府越来越关注弱势群体，给予盲人的关怀也越来越多。

本课题主要是根据毕业设计任务书的要求设计，目标是完成一套盲人导盲光电器械，固定在实验者身上，引导他依次通过一个放置平板障碍的直通道。

1.2课题目的和意义

在导盲方面，市场上也有一些相关产品，如盲杖，导盲犬等，这些产品对盲人的帮助并不很理想，导盲犬由于训练困难，价格昂贵，很难普及。

随着光电技术的迅猛发展，尤其是光探测技术以及光信息处理技术的完善，设计出高效，实用的光电导盲器已水到渠成。

1.3课题研究方法

在老师指导下，对智能光电导盲器的原理做深入理解，然后根据原理设计出原理框图,在原理框图的基础上,对各部分电路进行设计，最后把各部分电路组合起来，便得到了总体电路的设计。

1.4论文主要研究内容

本文课题具体技术要求为：

装置通过三个红外发射接收探头从而探测左、右、前三个风向是否有障碍物。

左侧探头探测到信号则左侧耳机发出提示音；右侧探头探测到信号则右侧耳机发出提示音；前方探头探测到信号则两个耳机一起发出提示音，从而提醒盲人哪个方位有障碍物起到引导作用。

2系统硬件电路设计

本次设计的任务是设计智能光电导盲器的控制电路，其原理框图如图2.1所示。

当打开电源时NE555构成多谐振荡器，使第三脚输出38K方波驱动三极管使红外发射器发出红外线遇到障碍物反射回来。

当左侧接收头接收到返回的红外线时，返回致单片机控制器。

单片机获知左侧接收头收到信息后，发出指令让左边的耳机发出提示音；当右侧接收头接收到返回的红外线时，返回致单片机控制器。

单片机获知右侧接收头收到信息后，发出指令让右边的耳机发出提示音；当前方接收头接收到返回的红外线时，返回致单片机控制器。

单片机获知前方接收头收到信息后，发出指令让两边的耳机同时发出提示音。

图2.1系统硬件电路框图

3系统单元电路设计

3.1单片机基本知识

3.1.1简介

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机。

片内含有2KB可反复擦写的只读存储器（EPROM）和128B的随机存取存储器（RAM），器件采用ATMEL的高密度、非易失性存储技术生产，片内置通用8位中央处理器和Flash存储器，功能强大。

AT89C51只有20个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是完整的8位双向I/O口，两个外中断，2个16位可编程定时/计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器

此外，AT89C51的时钟频率可为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入工作状态，省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止震荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件系统复位方可继续工作。

主要特性：

图3.1系统单元电路设计

·4K字节可编程FLASH存储器

·寿命：

1000写/擦循环

　　·数据保留时间：

10年

　　·全静态工作：

0Hz-24MHz

　　·三级程序存储器锁定

　　·128×8位内部RAM

　　·32可编程I/O线

　　·两个16位定时器/计数器

　　·5个中断源

　　·可编程串行通道

　　·低功耗的闲置和掉电模式

　　·片内振荡器和时钟电路

特性概述:

AT89C51提供以下标准功能：

4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位[1]。

3.1.2引脚介绍

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

　　P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能　　

P3.0RXD（串行输入口）　　

P3.1TXD（串行输出口）　　

P3.2/INT0（外部中断0）　　

P3.3/INT1（外部中断1）　　

P3.4T0（记时器0外部输入）　

　P3.5T1（记时器1外部输入）　　

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取值期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出[2]。

3.1.3AT89C51单片机的主要组成部分

1．CPU

CPU是单片机的核心部分,他的作用是读入和分析每条指令,根据每条指令的功能要求,控制各个部件执行相应的操作。

AT89C51单片机内部有一个8位的CPU，它是由运算器和控制器组成。

A．运算器

运算器主要包括算术、逻辑运算部件ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存器YMP1、YMP2、程序状态寄存器PSW、布尔处理器及十进制调整电路等。

运算器主要用来实现数据的传送、数据的算术运算、逻辑运算和位变量处理等。

B．控制器

控制器包括时钟发生器、定时控制逻辑、指令寄存器指令译码器、程序计数器PC、程序地址寄存器、数据指针寄存器DPTR和堆栈指针SP等。

控制器是用来统一指挥和控制计算机进行工作的部件。

它的功能是从程序存储器中提取指令，送到指令寄存器，再进入指令译码器进行译码，并通过定时和控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需要的全部内部控制信息及CPU外部所需要的控制信号，如ALE、PSEN、RD、WR等，使各部分协调工作，完成指令所规定的各种操作[14]。

2．存储器

A．程序存储器

程序存储器用于存放编好的程序、表格和常数。

CPU的控制器专门提供一个控制信号EA来区分内部ROM和外部ROM的公用地址区：

当EA为无效电平时，单片机从片内ROM的2KB存储器取指令，而当指令超过07FFH后，就自动转向片外ROM取指令；当EA为有效电平时，CPU只从片外ROM取指令。

在程序存储器中，有6个单元具有特殊存储功能。

0000H—0002H：

是所有执行程序的入口地址，2051单片机复位后，CPU总是从0000H单元开始执行程序。

0003H：

外部中断0入口。

000BH：

定时/计数器0溢出中断入口。

0013H：

外部中断1入口。

001BH：

定时/计数器1溢出中断入口。

0023H：

串行口中断入口。

使用时，通常在这些入口地址处存放一条绝对跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断程序起始地址，或者从0000H起始地址跳转到用户设计的初始程序上。

B．数据存储器

片内数据存储器的8位地址共可寻址256B单元，51单片机将其分为两个区：

00H—FFH的128B单元为片内RAM区，可以读、写任何数据；80H—FFH的高128B单元为专用寄存器区。

在低128B的内部RAM中，前32个单元（地址为00H—1FH）为通用工作寄存器区，共分为四组（寄存器0组、1组、2组、3组），每组8个工作寄存器由R0—R7组成，共占32个单元。

选用哪一组由程序状态字PSW中的RS1、RS0 这两位的设置决定，若程序并不需要四个4组工作寄存器，那么剩下的工作寄存器可作一般的存储器来使用。

CPU在复位时自动选中0组20H—2FH的16个单元为位寻址区，每个单元8位，共128位。

其位寻址范围为00H—7FH。

位寻址区的每一位都可当作软件触发器，由程序直接进行处理。

程序中通常把各种程序状态标志、位控变量设在位寻址区。

同样，位寻址区的RAM单元也可作为一般的数据存储器按字节单元使用。

3．特