红外遥控及点阵式显示器件的应用.docx
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红外遥控及点阵式显示器件的应用
1软件介绍
1.1protues仿真软件介绍
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051ARM、8086和MSP430等。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：
multisim）的功能。
这些功能是：
（1）原理布图
（2）PCB自动或人工布线
（3）SPICE电路仿真
Proteus软件的特点是：
（1）互动的电路仿真
用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
（2）仿真处理器及其外围电路
可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。
还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。
配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。
Proteus软件资源丰富：
（1）Proteus可提供的仿真元器件资源：
仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。
（2）Proteus可提供的仿真仪表资源：
示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。
理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。
（3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。
这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。
这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
（4）Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。
这些测试信号包括模拟信号和数字信号。
1.2Keil软件
Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。
运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
（1）KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。
另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
下面详细介绍KeilC51开发系统各部分功能和使用。
（2）C51工具包的整体结构，uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境（IDE），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。
然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件（.OBJ）。
目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件（.ABS）。
ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
（3）优点，KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。
用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。
2.主要元器件简介
2.1AT89C51简介
AT89C52单片机的内部结构与MCS-51系列单片机的构成基本相同。
CPU是由运算器和控制器所构成的。
运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作的。
控制器是单片机的指挥控制部件，主要任务的识别指令，并根据指令的性质控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。
它的程序存储器为8K字节可重擦写Flash闪速存储器，闪烁存储器允许在线+5V电擦除、电写入或使用编程器对其重复编程。
数据存储器比51系列的单片机相比大了许多为256字节RAM。
AT89C52单片机的指令系统和引脚功能与MCS-51的完全兼容。
图1单片机AT89C52结构框图
2.1.1AT89C52管脚说明
VCC：
电源
GND：
接地
P0口：
P0口是一个8位漏级开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0口端口写“1”时，引脚作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接受指令字节：
在程序效验时，输出指令字节。
程序效验时，需要外部上拉电阻。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位是双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电平。
对P1口写“1”时，内部上拉电阻的原因，将输出电流ILL。
此外，与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输出（P1.1/T2EX），具体
如下表所示
引脚号
功能特性
P1.0
T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出
P1.1
T2EX定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制
图2AT89C52外部引脚
表1P1.0和P1.1的第二功能
在Flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑电平。
对P2口写“1”时，通过内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流ILL。
在访问外部好曾许存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在Flash编程和校验时，P2口接收低8位地址字节和一些控制信号。
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电平。
对P3口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入端口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流ILL。
P3口除了作为一般、的I/O口线外，更重要的是它的第二功能，如下表所示。
引脚号
第二功能
P3.0
RXD（串行输入）
P3.1
TXD（串行输出）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT1（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器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）
表2P3口引脚第二功能
在Flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
晶振工作时，RST脚持续2个机器周期以高电平将使用单片机复位。
ALE/
：
地址锁存器控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在Flash编程时，此引脚（
）也使用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
：
外部程序储存器选通信号（
）是外部程序存储器选通信号。
当AT89C52从外部程序存储器执行外部代码时，
在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据储存器时，
将不被激活。
：
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H—FFFFH的外部程序存储器读取指令，
端必须保持低电平（接地）。
为了执行内部程序指令，
应该接VCC。
在flash编程期间，
也接受12伏VPP电压。
XTAL1：
振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
2.1.2存储器结构
MCS-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。
外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。
1.程序存储器
如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。
对于89C52，如果EA接VCC，程序先从内部存储器（地址为0000H~1FFFFH）开始，接着从外部寻址，寻址范围为：
2000H~FFFFH。
2.数据存储器
AT89C52有256字节RAM。
高128字节与特殊功能寄存器重叠。
也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。
当一条指令访问高于7FH的地址时，寻址方式决定CPU访问高字节RAM还是特殊功能寄存器空间。
直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）。
2.1.3定时器
1.定时器0和定时器1
在AT89C52中，定时器0和定时器1都是16位加法计数结构，分别由TH0（地址8CH）和TL0（地址8AH）及TH1（地址8DH）和TL1（地址8BH）两个8位计数器组成。
这4个计数器均属于专用寄存器之列。
每个定时器/计数器都有定时和计数两种功能。
2.计数功能
所谓的计数功能是指对外部事件进行计数。
外部事件的发生以输入脉冲表示，因此计数功能的实质就是对外脉冲进行计数。
MCS-51系列的芯片有T0（P3.4）和T1（P3.5）两个信号引脚，分别就是这两个计数器的计数输入端。
外部输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数器加1。
计数方式下，单片机在每个机器周期的S5P2拍节对外部计数脉冲进行采样。
如果前一个机器周期采样为高电平，后一个机器周期采样为低电平，即为一个有效计数脉冲。
在下一个机器周期的S3P1进行计数。
可见采样计数脉冲是在2个机器周期进行的。
鉴于此，计数脉冲的频率不能高于振荡脉冲的频率不能高于振荡脉冲频率的1/24。
3.定时功能
定时器也是通过计数器的计数来实现的，不过此时的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲。
也就是每个机器周期计数加1。
由于一个机器周期等于12个振荡脉冲周期，因此计数频率为振荡频率的1/12。
如果单片机采用12MHz晶体，则计数频率为1MHz。
即每微秒计数器加1。
这样不但可以根据计数值计算出定时时间，也可以反过来按定时时间的要求计算出计数器的预置值。
4.定时器2
定时器2是一个16位定时器/计数器，它既可以作定时器，又可以做事件计数器。
其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位选择（如表2所示）。
定时器2有三种工作模式：
捕捉方式、自动重载（向上或向下计数）和波特率发生器。
如表3.3所示，工作模式由T2CON中的相关为选择。
定时器2有2个8位寄存器：
TH2和TL2。
在定时工作方式中，每个机器周期，TL2寄存器都会加1。
由于一个机器周期由12个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的1/12。
CP/RL2
TR2
MODE
0
0
1
16位自动重载
0
1
1
16位捕捉
1
×
1
波特率发生器
×
×
0
不用
表3定时器2工作模式
在计数工作方式下，寄存器在相关外部输入角T2发生1至0的下降沿时增加1。
在这种方式下，每个机器周期的S5P2期间采样外部输入。
一个周期采样到高电平，而下一个周期采样到低电平，计数器加1。
在检测到跳变的这个周期的S3P1期间，新的计数值出现在寄存器中。
因为识别1—0的跳变需要2个机器周期（24个晶振周期），所以，最大的计数频率不高于晶振频率的1/24。
为了确保给定的电平在采样前采样到一次，电平应该至少在一个完整的机器周期内保持不变。
-
-
-
-
-
-
T2OE
DCEN
7
6
5
4
3
2
1
0
符号
功能
—
无定义，预留扩展
T2OE
定时器2输出允许位
DCEN
置1后，定时器2可配置向上或向下计数
表4T2MOD-定时器2控制寄存器
2.1.4中断
AT89C52有6个中断源：
两个外部中断（INT0和INT1），三个定时中断定时器0、1、2和一个串行中断。
每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。
IE还包括一个中断总控制位EA，它能禁止所有中断。
如表3.5所示，IE.6位是不可用的。
对于AT89S52，IE.5位也是不能用的。
用户软件不应给这些位写1。
它们为AT89系列新产品预留。
定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。
程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。
实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2或EXF2激活中断。
标志位也必须由软件清0。
符号
位地址
功能
EA
IE.7
中断允许控制位，EA=0，中断总禁止；EA=1，各中断由各自的控制位设定
-
IE.6
预留
ET2
IE.5
定时器2中断允许控制位
ES
IE.4
串行口中断允许控制位
ET1
IE.3
定时器1中断允许控制位
EX1
IE.2
外部中断1允许控制位
ET0
IE.1
定时器0中断允许控制位
EX0
IE.0
外部中断0允许控制位
定时器0和定时器1标志位TF0和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。
它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。
然而，定时器2的标志位TF2在计数溢出的那个周期被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。
表5中断允许控制位
2.216*16点阵LED
16*16点阵实际上就是四块8*8的点阵LED级联而成，因此在此给出8*8点阵的工作原理。
下图为8×8点阵LED外观及引脚图，其等效电路如下图所示，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。
例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。
应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。
图316*16点阵
LED点阵显示一般有静态和动态显示两种方案，静态方案虽然设计简单，但其使用的管脚太多，如本设计中16ｘ16的点阵共有256个发光二极管，这个数字很庞大，因为我们仅仅是16ｘ16的点阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在成本将是一个很庞大的数字。
因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。
动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套驱动器。
具体就16ｘ16的点阵来说，把所有同1行的发光管的阳极连在一起，把所有同1列的发光管的阴极连在一起（共阳极的接法），先送出对应第一行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第1行使其燃亮一定时间，然后熄灭；再送出第二行的数据并锁存，然后选通第2行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；以此类推，第16行之后，又重新燃亮第1行，反复轮回。
当这样轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能够看到显示屏上稳定的图形了。
采用扫描方式进行显示时，每一行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个驱动器。
显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。
显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输的问题。
从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并列方式或串行方式。
显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。
当列数很多时，并列传输的方案是不可取的。
所以本设计采用串行输出。
2.3红外控制相关介绍
红外线遥控是目前使用很广泛的一种通信和遥控技术。
由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。
工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可以而且能有效地隔离电气干扰
红外遥控系统主要由遥控发射器、一体化接收头、单片机、接口电路组成，遥控器用来产生遥控编码脉冲，驱动红外发射管输出红外遥控信号，遥控接收头完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲。
遥控编码脉冲是一组串行二进制码，对于一般的红外遥控系统，此串行码输入到微控制器，由其内部CPU完成对遥控指令解码，并执行相应的遥控功能。
使用遥控器作为控制系统的输入，需要解决如下几个关键问题：
如何接收红外遥控信号；如何识别红外遥控信号以及解码软件的设计、控制程序的设计。
通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1所示。
发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。
采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如下图所示。
图4红外线系统波形
3设计方案介绍
3.1.设计总体思路
本次课程设计的要求是利用红外遥控器控制，在16×16点阵的显示器件上循显示“武汉理工大学”6个汉字，控制项目：
循环显示的速度可调，循环显示进入方向（从左至右、从右至左、从上到下、从下往上）。
本课设需要一个16*16的点阵（在proteus仿真中可以用4个相同的8*8点阵级连代替），由于单片机的I/O口有限，需要同时用一个74HC154（4线-16译码器）来拓展单片机的串行口同时做为点阵的行驱动，单片机上的P0和P2口作为数据口分别点亮点阵的上下半块。
汉字的显示：
采用行扫描的方式，先使一个I/O口产生一个选行信号（通过74HC154），先选中一行，对选中的行进行扫描，然后用另外2组I/O口输送数据，这样一个字的1/16就送到LED点阵上了，接着选下一行，这样经过16次就可以显示一个字了，再适当延时使显示的字清晰。
汉字的移动：
在LED上显示一个汉字并延时后，可以通过增加所取表的地址（一次取两个值分别送P0和P2口），这样下一次LED上显示的字就移动了一个点阵，可以通过适当的设计来控制汉字移动循环的的次数。
汉字的左右上下移动：
可以通过建立不同的表，来实现汉字的各种移动，或者改变查表的方式来实现。
改变数字移动的速度，可以通过改变数字的显示时间来改变。
3.2程序框图
图5程序框图
4资源分配
P1.0—P1.3接74HC154为点阵提供选行信号。
P0.0—P0.7接16*16点阵的上半块作为数据线，给16*16点阵上部提供数据，点亮相应的LED。
P2.0—P2.7接16*16点阵的下半块作为数据线，给16*16点阵下部提供数据，点亮相应的LED。
红外接外部中断P3.2口，P3.0、P3.1、P3.6、P3.7分别接四个矩阵按键，分别控制字幕的左移、右移、上移、下移，P3.2、P3.3分别接四个矩阵按键，控制字幕移动速度的增加和降低。
5硬件连线图及仿真结果
5.1硬件连线图
图5硬件连线图
5.2性能分析
将不加红外控制部分的程序通过keil软件编译生成.hex文件加载到proteus软件的原理原理图中进行仿真，点阵可以显示汉字左移，下移，右移，上移。
再将带有红外控制部分的完整程序通过keil软件编译生成.hex文件烧到单片机中，通过红外可以完成左移，下移，右移，上移，加速，减速的控制，并且点阵上的显示很清楚。
5.3仿真结果图
图6仿真图
（2）
图7仿真图
（2）
6源程序
#include
#defineucharunsignedchar
sbitk1=P3^0;//左
sbitk2=P3^1;//右
sbitk3=P3^6;//上
sbitk4=P3^7;//下
ucharz1,z2,z3,z4,z,speed;
ucharcodehz[]={
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
//"武",
0x20,0x40,0x20,0xC0,0x24,0x7E,0x24,0x40,
0x24,0x40,0xA4,0x3F,0x24,0x22,0x24,0x22,
0x20,0x20,0xFF,0x03,0x20,0x0C,0x22,0x10,
0x2C,0x20,0x20,0x40,0x20,0xF8,0x00,0x00,
//"汉",
0x10,0x04,0x60,0x04,0x02,0x7C,0x0C,0x03,
0xC0,0x80,0x02,0x80,0x1E,0x40,0xE2,0x20,
0x02,0x13,0x02,0x0C,0x02,0x13,0xE2,0x20,
0x1E,0x40,0x00,0x80,0x00,0x80,0x00,0x00,
//"理",
0x04,0x20,0x84,0x60,0x84,0x20,0xFC,0x1F,
0x84,0x10,0x84,0x10,0x00,0x40,0xFE,0x44,
0x92,0x44,0x92,0x44,0xFE,0x7F,0x92,0x44,
0x92,0x44,0xFE,0x44,0x00,0x40,0x00,0x00,
//"工",
0x00,0x20,0x04,0x20,0x04,0x20,0x04,0x20,
0x04,0x20,0x04,0x20,0x04,0x20,0xFC,0x3F,
0x04,0x20,0x04,0x20,0x04,0x20,0x04,0x20,
0x04,0x20,0x04,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00,
//"大",
0x20,0x80,0x20,0x80,0x20,0x40,0x20,0x20,
0x20,0x10,0x20,0x0C,0x20,0x03,0xFF,0x00,
0x20,0x03,0x20,0x0C,0x20,0x10,0x20,0x20,
0x20,0x40,0x20,0x80,0x20,0x80,0x00,0x00,
//"学",
0x40,0x04,0x30,0x04,0x11,0x04,0x96,0x04,
0x90,0x04,0x90,0x44,0x
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