智能光电导盲器的设计毕业论文.doc

1、黄河科技学院毕业设计说明书 第III页目 录1 绪论11.1课题来源11.2 课题目的和意义11.3课题研究方法11.4论文主要研究内容12 系统硬件电路设计23系统单元电路设计33.1单片机基本知识33.1.1简介33.1.2引脚介绍43.1.3 AT89C51单片机的主要组成部分63.1.4定时器/计数器83.2红外发射模块电路设计93.2.1红外发射概述93.2.2 发射信号调制103.2.3 555多谐振荡器电路103.3红外接收电路设计133.4耳机模块电路设计154 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

2、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

3、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

4、，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

5、压，高性能CMOS 8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

6、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1288位内部RAM32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

7、，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

8、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

9、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 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器

10、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， A

11、LE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

12、部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出2。3.1.3 AT89C51单片机的主要组成部分1CPU 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

13、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

14、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。0000H0002H：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

15、个区：00HFFH的128B单元为片内RAM区，可以读、写任何数据；80HFFH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00H1FH）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R0R7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20H2FH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00H7FH。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