紅外抄表電度表抄表器

1、太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計設(shè)計題目：紅外抄表電度表一一抄表器學(xué)生：專業(yè)：測控技術(shù)與儀器班級：學(xué)號：指導(dǎo)教師:設(shè)計日期:太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：紅外抄表電度表一一抄表器原始資料：近年來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，無線技術(shù)正在向各個領(lǐng)域滲透，特別是紅外線無線技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)以及人們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。本文詳細描述了該紅外抄表系統(tǒng)的設(shè)計方案、硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計，并利用keil仿真軟件對所開發(fā)的C語言程序進行了驗證。在本文的第五章討論了系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和改進，為系統(tǒng)的進一步開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。本系統(tǒng)關(guān)鍵部分主要是紅外通信原理。

2、系統(tǒng)在分析可行性、可靠性的基礎(chǔ)上，參照工程設(shè)計方法，確定了模塊化設(shè)計的思路。本系統(tǒng)主要由控制模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊4個模塊組成。38kHz頻率作為數(shù)據(jù)通信的載波，發(fā)射和接收模塊對數(shù)字信號進行調(diào)制和解調(diào)，通過LCD液晶顯示屏將收到的數(shù)據(jù)顯示出來。該系統(tǒng)還具備掉電保護和數(shù)據(jù)存儲功能。利用一個紅外抄表器來完成瑣碎的抄表工作。從而從根本上杜絕“肉眼觀察”所帶來的隨機誤差，并大大提高了抄表的效率。畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：本文主要介紹以AT89S5曲片機為核心控制的紅外抄表系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)主要由控制模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊4個模塊組成。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)由發(fā)射板的3個按鍵按一定的計算規(guī)則所

3、得。發(fā)射管發(fā)射的38kHz»率載波由單片機編程控制產(chǎn)生。發(fā)射模塊是對發(fā)送的數(shù)字信號進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)制編碼，后經(jīng)發(fā)射管的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外光脈沖并發(fā)射到空中；接收模塊對接收到的紅外光脈沖進行光電轉(zhuǎn)換、解調(diào)譯碼后恢復(fù)原數(shù)字信號。收到的數(shù)據(jù)通過LCD160蔽晶顯示屏顯示出來。主要參考文獻：1 胡漢才，單片機原理及其接口技術(shù)M,北京，清華大學(xué)出版社，1996,48622 沈德金,MCS-51系列單片機接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗齅,北京，北京航空航天大學(xué)出版社，1990,21843 祁偉，楊婷，單片機C51程序設(shè)計教程與實驗M,北京航空航天出版社，20064 凌志浩，儀表原理與設(shè)計技術(shù)M5 許曉平，孫

4、曉彥，程傳勝.PCB設(shè)計標準教程M,北京，北京郵電大學(xué)出版社，20086 胡偉，季曉衡，單片機C程序設(shè)計與應(yīng)用實例M,人民郵電出版社，20037 程道喜，傳感器的信號處理及接口M,北京，科學(xué)出版社，19898 楊將新，李華軍，劉東駿，單片機程序設(shè)計及應(yīng)用從基礎(chǔ)到實踐M,北京，電子工業(yè)出版社，20019 胡漢才，單片機原理及其接口技術(shù)M,北京，清華大學(xué)出版社，1995,(6),11212610 蘇長贊，紅外線與超聲波遙控M,北京，人民郵電出版社，199711 張玉香，新型遙控接收模塊HS0038J,無線電，1998學(xué)生須提交的文件：1、畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書2、畢業(yè)設(shè)計中期檢查表3、畢業(yè)論文設(shè)計成績評定

5、表4、論文進度安排：第一周到第三周：查閱資料，文獻綜述。第四周：提交開題報告。第五周到第六周：總體方案設(shè)計。第七周到第十一周：數(shù)據(jù)采集。第十二周到第十四周：完善系統(tǒng)設(shè)計，撰寫畢業(yè)論文。第十五周：修改完善畢業(yè)論文，準備畢業(yè)答辯。專業(yè)班級測控技術(shù)與儀器學(xué)生設(shè)計（論文）工作起止日期指導(dǎo)教師簽字日期專業(yè)（系）主任簽字日期紅外抄表電度表抄表器摘要近年來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，無線技術(shù)正在向各個領(lǐng)域滲透，特別是紅外線無線技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)以及人們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。本文詳細描述了該紅外抄表系統(tǒng)的設(shè)計方案、硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計，并利用keil仿真軟件對所開發(fā)的C語言程序進行了

6、驗證。在本文的第五章討論了系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和改進，為系統(tǒng)的進一步開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。本系統(tǒng)關(guān)鍵部分主要是紅外通信原理。系統(tǒng)在分析可行性、可靠性的基礎(chǔ)上，參照工程設(shè)計方法，確定了模塊化設(shè)計的思路。本系統(tǒng)主要由控制模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊4個模塊組成。38kHz頻率作為數(shù)據(jù)通信的載波，發(fā)射和接收模塊對數(shù)字信號進行調(diào)制和解調(diào)，通過LCD液晶顯示屏將收到的數(shù)據(jù)顯示出來。該系統(tǒng)還具備掉電保護和數(shù)據(jù)存儲功能。利用一個紅外抄表器來完成瑣碎的抄表工作。從而從根本上杜絕“肉眼觀察”所帶來的隨機誤差，并大大提高了抄表的效率。關(guān)鍵詞：通信，紅外抄表，單片機，調(diào)制，解調(diào)14INFRAREDMETERREADING

7、METERMETERREADERSABSTRACTInrecentyears,withtherapiddevelopmentofinformationtechnology,wirelesstechnologyistopermeateallareas,especiallyintheinfraredwirelesstechnology,inindustrialproduction,householdappliances,security,andhasbeenwidelyusedinPeople'sDailylife.Thispaperdescribesindetailtheinfrared

8、meterreadingsystemdesignscheme,hardwarecircuitdesignandsoftwaredesign,andusethekeilsimulationsoftwaredevelopedbyClanguageprogramareverified.Inthefifthchapterofthisarticlediscussesthedevelopmenttrendofthesystemandimproved,andlaidasolidfoundationforthefurtherthedevelopmentofthesystem.Thesystemkeypartm

9、ainlyistheprincipleofinfraredcommunication.Systembasedontheanalysisofthefeasibility,reliability,andreferencetoengineeringdesignmethodofdeterminetheideaofmodulardesign.Thissystemmainlyconsistsofcontrolmodule,thetransmittingmoduleandreceivingmodule,displaymoduleoffourmodules.38KHZfrequencyascarrierofd

10、atacommunication,transmittingandreceivingmodulesofdigitalsignalmodulationanddemodulation,anddisplayedthroughtheLCDscreenwillreceivethedata.Thesystemalsohavepowerlostprotectionanddatastoragefunction.Usinganinfraredmeterreadingdevicetodotrivialmeterreading.Tofundamentallyeliminatethe"nakedeye&quo

11、t;broughtaboutbytherandomerror,andgreatlyimprovetheefficiencyofmeterreading.KEYWORDScommunication,Infraredmeterreading,Singlechipmicrocomputer,Modulation,demodulation目錄1 緒論61.1 課題的背景和意義.6.1.2 課題總體設(shè)計方案.6.2系統(tǒng)硬件設(shè)計82.1 控制模塊8.2.2 發(fā)射模塊9.2.3 接收模塊1.12.4 顯示模塊1.33系統(tǒng)軟件設(shè)計173.1 38kHz頻率的產(chǎn)生及發(fā)射程序設(shè)計183.2 數(shù)據(jù)計算程序203.3

12、 顯示模塊程序設(shè)計213.3.1 數(shù)碼管顯示213.3.2 LCD液晶顯示程序223.4 接收模塊程序設(shè)計264電路板的制作284.1 原理圖的繪制284.2 PCB圖的生成284.3 電路板到印制和焊接295系統(tǒng)調(diào)試305.1 硬件調(diào)試305.2 軟件調(diào)試30總結(jié)語32參考文獻33致謝34附錄一：發(fā)射原理圖363738附錄二：接收原理圖附錄三：源程序1緒論1.1 課題的背景和意義眾所周知，電表是一種非常重要的計量儀表，它的計量準確與否直接關(guān)系到千家萬戶的利益。為此，國家制訂嚴格的標準，各電表生產(chǎn)廠家在嚴格遵守國家標準基礎(chǔ)上，實行更嚴格的內(nèi)控標準。事實上，每一臺出廠的合格表，都經(jīng)過了嚴格的校驗

13、及誤差處理，這些誤差處理通常包括硬件和軟件的處理。因而，用戶最終使用的電表其自身的計量精度是達到國家標準的。然而，在電表的實際應(yīng)用過程中，由于人為的操作給其計量帶來種種的隨機誤差，尤為突出的便是抄表。目前在我國，抄表工作大多數(shù)還是采用“肉眼觀察”。即抄表人員挨家挨戶上門讀取電能表計度器示值?？上攵@種抄表方法效率是多么低下、花費人力大、抄表不準確，而它卻仍在全國占據(jù)主流位置。所以“人眼”抄表帶來了很多不便。目前，我國城鄉(xiāng)居民用戶抄電表、水表和煤氣表的方式基本上都是人工抄表，即由抄表人員每月逐戶查抄水表、電表、煤氣表。這種落后的方式，消耗大量的人力、物力，而且采集數(shù)據(jù)的時間跨度大、采集數(shù)據(jù)的

14、準確度低。因此，國家有關(guān)部門規(guī)定以后將逐步以計算機為基礎(chǔ)的自動抄表系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的人工抄表。利用一個紅外抄表器來完成瑣碎的抄表工作。從而從根本上杜絕“肉眼觀察”所帶來的隨機誤差，并大大提高了抄表的效率。本設(shè)計是一個基于單片機的紅外抄表系統(tǒng),利用紅外線這種非電信號作為傳輸介質(zhì)來傳送數(shù)據(jù)信息,可以在那些不適合或不方便架設(shè)電纜線及電磁干擾較強的工作環(huán)境下來實現(xiàn)電度表的抄表，并通過LC懿晶顯示屏顯示讀數(shù)，完成電度表用電量的抄錄工作。1.2 課題總體設(shè)計方案本文主要介紹以AT89S5曲片機為核心控制的紅外抄表系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)主要由控制模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊4個模塊組成。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)由發(fā)射板的3個

15、按鍵按一定的計算規(guī)則所得。發(fā)射管發(fā)射的38kHz»率載波由單片機編程控制產(chǎn)生。發(fā)射模塊是對發(fā)送的數(shù)字信號進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)制編碼，后經(jīng)發(fā)射管的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外光脈沖并發(fā)射到空中；接收模塊對接收到的紅外光脈沖進行光電轉(zhuǎn)換、解調(diào)譯碼后恢復(fù)原數(shù)字信號。收到的數(shù)據(jù)通過LCD160蔽晶顯示屏顯示出來。J112電池11，COM2DUVCCDIODE圖1-1電源、電池供電電路設(shè)計圖圖1-2系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)具有掉電保護功能，以便在停電時保護所儲存的數(shù)據(jù)信息。如圖1-1所示為電源、電池供電電路設(shè)計圖。當(dāng)有外接電源時VCCfe壓高于電池電壓，二級管處于截止狀態(tài)，電池不給單片機供電；當(dāng)VC(fe壓低于電池電壓時

16、，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池給單片機供電，以保證數(shù)據(jù)不丟失。還具有數(shù)據(jù)存儲功能，可以按整體鍵查看之前所收到的數(shù)據(jù)。如圖1-2所示為系統(tǒng)工作的整體框圖。2系統(tǒng)硬件設(shè)計硬件電路主要由兩個單片機控制模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊以及一些外圍驅(qū)動電路組成。2.1 控制模塊圖2-1AT89S51實體圖AT89S51是美國ATME公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS8單片機，片內(nèi)含4K的可編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATME公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片機芯片中，AT

17、ME公司的功能強大，低價位。AT89S51單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。89S51單片機實物圖如圖2-1所示。AT89S51提供以下標準功能：4K字節(jié)閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM32個I/O口，看門狗（WDT,兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU勺工作，但允許RAM定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAMfr到內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有工作部件直到下一個硬件復(fù)

18、位。AT89S51在平時的應(yīng)用時比較多，同樣對它的最基本電路驅(qū)動電路也是比較熟悉的。首先必須有5V的驅(qū)動直流電源，現(xiàn)在有現(xiàn)有的5V直流電源模塊，就可以直接應(yīng)用5V直流電源模塊做為驅(qū)動單片機AT89S51的電源。這就是在VCCt腳處接上5V電源。GN限地，同時EA管腳現(xiàn)在不用下載程序也接上5V電源。其次要給AT89S51一個時鐘電路，為了方便計算時鐘頻率設(shè)計了在引腳XTAT1和XTAL2外接12M的晶振構(gòu)成內(nèi)部振蕩方式。再加上2個30pF的電容就組成了時鐘電路。最后要有復(fù)位電路，單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，斯

19、密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路用10K?電阻，加上一個10uF的電解電容和一個復(fù)位按鈕來組成復(fù)位電路。由于AT89S51的存儲器以足夠，這就不需要我再設(shè)計外部擴展存儲器的電路了。具體設(shè)計的AT89S51的最基本外圍電路就設(shè)計完成了，如圖2-2所示為最小系統(tǒng)原理圖。e12_£12-riaa哥工同10T130PF 02_ T卜= 3D?F口 CRY3T 虬-IiP10FOUPUP01P12P01?13F03FM?15FO：?16POtf?17PO：PJLP3HTXDP"P520NT0P2詡INTIP23?54TT0P24F

20、25F2tfXIP21劉，陽一X2-町儂.UBPFDGETP5EKu._J二1 -.6nr更）rr嵬0*LOii圖2-2最小系統(tǒng)原理圖2.2 發(fā)射模塊紅外發(fā)射模塊是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)送經(jīng)過調(diào)制的紅外光波。紅外發(fā)射器發(fā)出的紅外光轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，再送前置放大器放大。紅外發(fā)射電路的信號一般采用兩級調(diào)制。在紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘栒{(diào)制方式上，采用脈沖調(diào)制的二進制不歸零碼。這種調(diào)制方式比較簡單，編碼、解碼都比較方便，有利于電路簡化。紅外線發(fā)射管在LED封裝行業(yè)中主要有三個常用的波段，如下850nm875nm>940nm。根據(jù)波長的特性運用的產(chǎn)品也有很大的差異，850nm波長的主要用于紅外線監(jiān)控設(shè)

21、備、875nm主要用于醫(yī)療設(shè)備、940nm波段的主要用于紅外線控制設(shè)備。本系統(tǒng)采用的是紅外的940nm波段。如圖2-3所示為紅外發(fā)射二極管實物圖。圖2-3發(fā)射二極管實物圖在紅外發(fā)射模塊設(shè)計中選擇紅外發(fā)射二極管時，要注意以下幾個問題：第一，由于紅外發(fā)射二極管的PN吉電容的存在，影響了它的工作頻率，選型時應(yīng)選擇響應(yīng)時在錯誤!未找到引用源。一錯誤！未找到引用源。S的紅外發(fā)射二極管，以適應(yīng)數(shù)據(jù)通信的要求；第二，由于現(xiàn)在大多數(shù)紅外發(fā)射二極管為球面透鏡封裝，紅外發(fā)射二極管的發(fā)射指向角較小，為改善發(fā)射光線的指向特性，使之在較寬的偏移臣離內(nèi)正常工作，應(yīng)采用多管并發(fā)的方法.但對本系統(tǒng)綜合考慮還是采用了一個紅外發(fā)

22、射管。D12IVCC/丁產(chǎn)？,1LED1470Q61/口1P10P1I圖2-4發(fā)射管連接圖本系統(tǒng)的紅外發(fā)射模塊連接方式如圖2-4所示，接單片機的P1.0引腳。兩個電阻是限流的作用，R121是防止電流過大燒壞三極管，R122是防止電流過大燒壞紅外發(fā)射管D121,三極管起到放大電流的主要作用，使得紅外發(fā)射的更遠，當(dāng)單片機的P1.0口賦值1時，三極管工作，紅外發(fā)射管工作發(fā)射紅外線，當(dāng)單片機的P1.0賦值0的時候三極管不工作，紅外發(fā)射管不工作。如圖2-5所示為發(fā)射管內(nèi)部工作流程圖。信號發(fā)生信號緩沖信號放大tfT一，.直流驅(qū)動紅外發(fā)射管信號調(diào)頻圖2-5發(fā)射管內(nèi)部工作流程圖2.3 接收模塊一體化的紅外接收

23、模塊將數(shù)據(jù)信號的接收、放大、檢波、整形集于一體，并且輸出可以讓單片機識別的信號，這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計工作，方便使用。本系統(tǒng)采用紅外一體化的接收頭（HS0038。如圖2-6所示為接收模塊實物圖。HS0038I色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽、功耗低、靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達35ml它能與TTL、COMS路兼容。HS003的直立側(cè)面收光型。它接收紅外信號頻率為38kHz，周期約為26仙s,同時能對信號進行放大、檢波、整形，得到TTL電平的編碼信號。三個管腳分別是地、+5V電源、解調(diào)信號輸出端。接收模塊實物圖圖2-6圖2-

24、7接收模塊測試圖表2-1紅外接收模塊的主要參數(shù)工作電壓4.8-5.3V工作電流1.7-2.7mA接收頻率38kHz峰值波長940nm靜態(tài)輸出高電平輸出低電平W0.4V輸出高電平接近工作電壓紅外一體化接收頭的好壞測試可以利用圖2-7所示的電路進行，在HS0038勺電源端2與信號輸出端3之間接上一只二極管及一只發(fā)光二極管后，再配上規(guī)定的工作電源（為+5V）,當(dāng)手拿遙控器對著接收頭按任意鍵時，發(fā)光二極管會閃爍，說明紅外接收頭和遙控器工作都正常；如果發(fā)光二極管不閃爍發(fā)光，說明紅外接收頭和遙控器至少有一個損壞。只要確保遙控器工作正常，很容易判斷紅外接收頭的優(yōu)劣。在使用紅外接收模塊時應(yīng)保證HS003胺收模

25、塊接地良好以防止干擾，由于此模塊抗連續(xù)脈動光干擾的特性，在進行數(shù)據(jù)通訊時應(yīng)發(fā)送一個字節(jié)后停頓大小為一個字節(jié)所占用的時寬，以滿足此模塊的脈動占空比要求。如果發(fā)送一個字節(jié)后不作停頓，接收器將會認為是光噪聲，將造成通訊失敗。如圖2-8所示為接收模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖2-8接收模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)在使用接收模塊時在電源端和地端之間加了個電容，主要是因為電源波形影響信號的輸入，而加個電容有濾波的效果和提高靈敏度。如圖2-9所示為接收模塊連接原理圖。JllllVCCC11113丁1I12U1，p32104CON3圖2-9接收管原理連接圖2.4顯示模塊液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，液晶顯

26、示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣就可以顯示出圖形。本系統(tǒng)發(fā)射板用到的顯示模塊為4位共陽LED數(shù)碼管，采用的是動態(tài)掃描方式顯示所需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。用數(shù)碼管顯示信息時，由于每個數(shù)碼管至少需要8個I/O口，如果需要多個數(shù)碼管，則需要太多I/O口，而單片機的I/O口是有限的。所以在實際應(yīng)用中，一般采用動態(tài)顯示的方式來解決此問題。下面對數(shù)碼管進行簡單的介紹，數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管，數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼

27、管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（COM?勺數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COMS到+5V,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM珀數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM8到地線GNDh,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。本系統(tǒng)用LCD1602M晶顯示器來顯示U到的數(shù)據(jù)信息。LCD1602可以顯示2行16個字符，有8

28、位數(shù)據(jù)總線D0-D7和RSR/WE三個控制端口，工作電壓為5V。LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H）,顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A"。LCD1602內(nèi)部結(jié)構(gòu)由DDRAMCGRQMIR、DRBF、AC等大規(guī)模集成電路組成。（1）DDRAMfe數(shù)據(jù)顯示用的RAM用以存放要LCD顯示的數(shù)據(jù)，只要將標準的ASQI碼放入DDRAM內(nèi)部控制線路就

29、會自動將數(shù)據(jù)傳送到顯示器上，并顯示出AS6對應(yīng)的字符。（2）CGROM為字符產(chǎn)生器ROM可供使用者存儲特殊造型的字符碼，CGROM多可存放8個字符。（3）IR為指令寄存器，負責(zé)存儲MC頃寫個LCD的指令碼。當(dāng)RS及R/W5l腳信號為0且E引腳信號為由1變?yōu)?時，D0D7引腳上的數(shù)據(jù)便會存入到IR寄存器中。（4）DR為數(shù)據(jù)寄存器，負責(zé)存儲單片機要寫到CGRA或DDROM數(shù)據(jù)。因此，可將DR視為一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。當(dāng)RS及R/W引腳信號為1且E引腳信號為由1變?yōu)?時，讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)RS引腳信號為1,R/W引腳信號為0且E引腳信號為由1變?yōu)?時，存入數(shù)據(jù)。511LCM5pO29pQjiu口041113？p

30、咆3酬方4VWT0煌pll5VP_，-LU6兒,3喻mGNDLC|J4I6O2GISTS圖2-10LCD液晶顯示原理圖如圖2-10所示為液晶顯示原理圖，8位數(shù)據(jù)總線由單片機的I/O口P2控制，RS腳的高低電平控制數(shù)據(jù)和指令的寫入，R/W腳的高低電平控制數(shù)據(jù)的讀取和寫入。如圖2-11為模擬接線方式圖。LCD液晶屏的第三引腳接了個滑動變阻，目的是對LCD對比度進行調(diào)節(jié)，使顯示達到合適的效果。當(dāng)電阻器滑到最靠近電源端時對比度最弱，當(dāng)滑到最靠近地端時對比度最高。但對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，因此用一個滑動變阻來調(diào)整對比度。表2-2為LCD1602夜晶顯示屏的主要技術(shù)參數(shù)。圖2-12所示為讀操作時序的控

31、制器接口圖。表2-2LCD1602的主要技術(shù)參數(shù)顯示容量16X2個字符芯片工作電壓4.5-5.5V工作電流2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.95X4.35(VKH)mm表2-3LCD1602液晶顯示屏接口信號的說明編R符號引腳說明編R符號引腳說明1VSS電源地9D2DataI/O2VDD電源正極10D3DataI/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4DataI/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端12D5DataI/O5R/W讀/寫選擇端13D6DataI/O6E使能信號14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光源正極8D1DataI/O16BLK背光源負極圖2-11模擬

32、接線圖16JT5PIQKs1908圖2-12讀操作時序的控制器接口圖373系統(tǒng)軟件設(shè)計程序的編寫就要涉及到程序語言的選擇，下面先看看匯編語言和C語言的特性，再進行語言的選擇。（1）C語言：C語言是國內(nèi)外廣泛使用的計算機語言，是計算機應(yīng)用人員應(yīng)掌握的一種程序設(shè)計工具。C語言功能豐富，表達能力強，使用靈活方便，應(yīng)用面廣，目標程序效率高，可移植性好，既具有高級語言的優(yōu)點，又具有低級語言的許多特點。因此，C語言特別適合編寫系統(tǒng)軟件。除了這些特點外，C語言還具有以下優(yōu)越性：在不需要完全了解單片機系統(tǒng)具體硬件的情況下，也能夠編出符合硬件實際的專業(yè)水平的程序；以適應(yīng)片上存儲器的大??；中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場保護和

33、恢復(fù)，中斷向量表的填寫，是直接與單片機相關(guān)的，都由C編譯器代辦；提供常用的標準函數(shù)庫，以供用戶直接使用；頭文件中定義宏、說明復(fù)雜數(shù)據(jù)類型和函數(shù)原型，有利于程序的移植和支持單片機的系列化產(chǎn)品的開發(fā)；有嚴格的句法檢查，錯誤很少，可容易地在高級語言的水平上迅速地被排除掉；可方便地接受多種實用程序的服務(wù)：如片上資源的初始化有專門的實用程序自動生成；再如，有實時多任務(wù)操作系統(tǒng)可調(diào)度多道任務(wù)，簡化用戶編程，提高運行的安全性等等。（2）匯編語言：匯編語言是計算機能提供給用戶的最快而又最有效的語言，也是能夠利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的唯一語言，因而在對于程序的空間和時間要求很高的場合，匯編語言是必

34、不可少的，至于對于很多需要直接控制硬件的應(yīng)用場合，更是非用匯編語言不可。除了這些特性，匯編語言還具有下列特性： 占用的內(nèi)存單元和cpuK源少，能直接對硬件進行控制； 程序簡短執(zhí)行速度快； 可直接調(diào)用單片機的全部資源，并可有效地利用單片機的專有特性； 能準確地掌握指令的執(zhí)行時間，適用于實時控制系統(tǒng)。紅外抄表系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計主要由主程序、發(fā)射程序、顯示程序、接收程序組成。通過對以上兩種語言的分析，由于c語言程序有利于實現(xiàn)較復(fù)雜的算法，同時該程序也比較復(fù)雜，要控制多個部件模塊。為了能簡單有條理的編輯程序。兩種語言都有其獨有的特性，結(jié)合自身的情況，對c語言比匯編語言要熟悉，并且應(yīng)用c的時間比匯編長，

35、所以我最終選擇了以C語言來編寫系統(tǒng)的程序。如圖3-1所示為紅外抄表系統(tǒng)的整體程序流程圖，系統(tǒng)開始工作時進行初始化操作。由按鍵控制數(shù)據(jù)是否發(fā)送。圖3-1系統(tǒng)軟件流程圖3.138kHz頻率的產(chǎn)生及發(fā)射程序設(shè)計38kHz頻率可以有效防止日光和燈光的干擾，使得通信距離更遠。現(xiàn)討論產(chǎn)生38kHz頻率的兩種方案。方案一：分頻電路產(chǎn)生如圖3-2所示455kHz晶振經(jīng)12分頻得到38kHz。由455kHz的晶振CRY反相器74HC04&電阻、電容構(gòu)成的振蕩器產(chǎn)生455kHz的方波信號。經(jīng)脈沖分頻器74LS92,六分頻成為75.83kHz的脈沖信號。再經(jīng)過D觸發(fā)器構(gòu)成的2分頻/整形電路變成38kHz的方

36、波信號。本方案的振蕩器采用了晶振，因晶振頻率十分穩(wěn)定。RC振蕩器的穩(wěn)定性差，往往由于偏差很大而縮短控制距離。方案二：軟件生成38kHz頻率f=38kHzT=1/f計算得T=26.3us如圖3-5所示發(fā)射管接在單片機的P1.0引腳上，所以只要控制單片機P1.0引腳的高、低電平周期為26.3uso程序如下：for(a=aa;a>0;a-)out=1;i=7;while(i>0)i-;out=0;如下程序首先發(fā)送3.028ms38kHz頻率，再停止發(fā)送2.012ms。這兩個段是為了讓接收模塊識別防止其他信號的干擾。接著開始發(fā)送數(shù)據(jù)，kHz(40)(發(fā)送時間為1m§后判斷數(shù)據(jù)的最

37、后一位是“1”還是“0”。如果數(shù)據(jù)是“1”則停止發(fā)送delayms(93),否則停止發(fā)送delayms(65)(1m§。一個數(shù)據(jù)為發(fā)送完畢，num=num>>數(shù)據(jù)位右移一位后判斷發(fā)送。如此循環(huán)8次數(shù)據(jù)就發(fā)送完畢。發(fā)送完畢指令kHz(20),后停止發(fā)送。如圖3-3所示發(fā)射和接收波形圖。發(fā)射被形軍LJMLTLJVkKJVl接收波形圖a=2msb=1msc=1.5ms圖3-3發(fā)射接收波形圖khz(116);delayms(125);for(num1=8;num1>0;num1-)khz(40);if(num&0x001)delayms(93);/delay1.5m

38、selsedelayms(65);/delay1msnum=num>>1;如圖3-4所示為38kHz的載波頻率：低電平17us、高電平9us,17+9=26us比26.3快一點點。高、低電平時間不是固定值，只要相加等于26us就是發(fā)送38khz的頻率。圖3-4計算得出的載波頻率3.2 數(shù)據(jù)計算程序本系統(tǒng)用發(fā)射板的三個按鍵來設(shè)置需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，三個按鍵分別是個、十、百位控制鍵，數(shù)值計算規(guī)則如下：每按一個按鍵對應(yīng)位加一。利用軟件編程對各位進行相加計算。每位最大只能按到9，當(dāng)超過9，則返回到0并且蜂鳴器響一聲，如此反復(fù)循環(huán)計算。如個、十、百位各按一下，則得數(shù)據(jù)111。計算規(guī)則十分簡單，如

39、下程序為百位控制：key1為百位控制鍵，首先進行按鍵掃描，當(dāng)按鍵引腳為低電平時說明按鍵沒有按下，繼續(xù)等待；當(dāng)引腳為高電平時說明按鍵已按下，則蜂鳴器響一聲，百位加一。百位計算部分程序如下：if(key1=0)delay_ms(10);if(key1=0)while(!key1);bai+;if(bai=10)bai=0;beer=1;delay_ms(100);beer=0;上述為百位計算程序，同理十位和個位也是一樣。掃描一遍按鍵后進行總和計算程序，并由數(shù)碼管顯示?？偤陀嬎愎綖椋簔ong=bai*100+shi*10+ge。3.3 顯示模塊程序設(shè)計3.3.1 數(shù)碼管顯示數(shù)碼管動態(tài)顯示程序中，各

40、個位的延時時間長短非常重要，如果延時時間長，則會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象；如果延時時間太短，則會出現(xiàn)顯示暗且有重影。所有數(shù)碼管的段選全部連接在一起，動態(tài)顯示是多個數(shù)碼管，交替顯示，利用人的視覺暫留作用使人看到多個數(shù)碼管同時顯示。在編程時，需要輸出段選和位選信號，位選信號選中其中一個數(shù)碼管，然后輸出段碼，使該數(shù)碼管顯示所需要的內(nèi)容，延時一段時間后，再選中另一個數(shù)碼管，再輸出對應(yīng)的段碼，高速交替。例如需要顯示數(shù)字“12”時，先輸出位選信號選中第一個數(shù)碼管，輸出1的段碼延時一段時間后選中第二個數(shù)碼管，輸出2的段碼。把上面的流程以一定的速度循環(huán)執(zhí)行就可以顯示出“12”，由于交替的速度非常快，人眼看到的就是連續(xù)的“

41、12”。先顯示百位，延時一段時間后顯示十位，最后顯示各位。一直按照設(shè)置時間循環(huán)顯示。交替顯示，利用人的視覺暫留作用使人看到多個數(shù)碼管同時顯示。使得看到連續(xù)的3位數(shù)。部分程序如下：P2=dispcodebai;P0=dispbitcode0;delay_ms(10);P0=dispbitcode3;P2=dispcodeshi;P0=dispbitcode1;delay_ms(10);P0=dispbitcode3;3.3.2 LCD液晶顯示程序液晶顯示屏的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以

42、分為靜態(tài)驅(qū)動(Static)、單純矩陣驅(qū)動(SimpleMatrix)和主動矩陣驅(qū)動(ActiveMatrix)三種。(1)線段的顯示點陣圖形式液晶由MKN個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16X8=128個點組成，屏上64X16個顯示單元與顯示RAMK1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAMK的000HH00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)(000H)=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當(dāng)(3FFH)=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)(000H)=

43、FFH(001H)=00H,(002H)=00H,(00EH)=00H,(00FH)=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。(2)字符的顯示用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由6X8或8X8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM寸應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。(3)

44、漢字的顯示漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼(一般用字模提取軟件)，每個漢字占32B,分左右兩半，各占16B,左邊為1、3、5右邊為2、4、6根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示RAM寸應(yīng)的地址，設(shè)立光標，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加1,送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)直到32B顯示完就可以LCD上得到一個完整漢字。如表3-1所示為1602液晶模塊內(nèi)部控制器的控制指令。如圖3-5所示為LCD液晶顯示流程圖。表3-11602液晶模塊內(nèi)部控制器指令序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返

45、回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)至ijCGRA喊DDRAM10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11CCGRA或DDRAlMt數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復(fù)位到地址00H位置指令2:光標復(fù)位，光標返回到地址00H指令3:光標和顯

46、示模式設(shè)置指令4:顯示開關(guān)控制指令5:光標或顯示移位指令6:功能設(shè)置命令指令7：字符發(fā)生器RAM4址設(shè)置指令8:DDRAMfc址設(shè)置指令9:讀忙信號和光標地址指令10:寫數(shù)據(jù)指令11:讀數(shù)據(jù)圖3-5液晶顯示流程圖液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3-6為LCD1602夜晶屏的內(nèi)部顯示地址。LCDiCXSfT圖3-6LCD1602液晶屏內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個字符的地址是40H,那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行

47、，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入白數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)在對液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。LCD1602夜晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器(CGRQM已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，

48、我們就能看到字母“A”。部分程序如下：voidadr_write(unsignedcharadr)delay(20);e=0;rs=0;rw=0;e=1;lcd_data=adr;e=0;等等。部分程序如下：adr_write(0x38); / adr_write(0x01);/ adr_write(0x0c); / adr_write(0x06);adr_write(0x80);/使用時都要進行初始化操作，如兩行顯示、清顯示、是否需光標，從哪里開始顯示兩行顯示，5*7模式清顯示整體顯示打開，不顯示光標從第一行的第一個位置開始顯示開機時，首先從坐標的(0,0)開始顯示"PleaseP

49、owerOn!",(1,0)顯示為空接著按照同樣顯示定位顯示"HasBoot!"和"ThinkYou!"。最后顯示收到的數(shù)據(jù)，第行顯示"DianDuShuZhi:"加數(shù)值，第二行顯示為空。voiddisplay_init()str_write("PleasePowerOn!");str_write("");voiddisplay_on()str_write("HasBoot!");str_write("ThinkYou!");voiddis_pl

50、ay()str_write("DianDuShuZhi:");當(dāng)按整體鍵時，顯示之前所存儲的數(shù)據(jù)。由于本設(shè)計顯示屏比較小，所以只設(shè)置顯示4個讀數(shù)。第一行顯示兩個數(shù)，第二行顯示兩個數(shù)，顯示方式為：第一行：DS1:+數(shù)值DS2:+數(shù)值第二行：DS3:+數(shù)值DS4:+數(shù)值部分程序如下：str_write("DS1:");ddr_write(tablenum1/100);ddr_write(tablenum1/10%10);ddr_write(tablenum1%10);str_write("DS2:");ddr_write(tablenum

51、2/100);ddr_write(tablenum2/10%10);ddr_write(tablenum2%10);3.4接收模塊程序設(shè)計紅外接收頭在接收數(shù)據(jù)時首先要對脈沖信號進行識別，判斷是不是所要的那個信號。系統(tǒng)采用外部中斷方式來進行數(shù)據(jù)的識別和解碼。當(dāng)收到一個紅外信號時，立即對其他紅外信號進行屏蔽并對此信號進行識別。部分識別程序如下：voidsieasdf()interrupt0EX0=0;for(a=5;a>0;a-)delayms(35);/延時0.5ms判斷5次5*0.5=2.5ms進行5次判斷，如圖3-7所示：發(fā)射*g塊發(fā)射了3ms38kHZ1率，接收模塊進行了2.5ms時

52、間的判斷。如是正確信號即執(zhí)行解碼程序，否則跳出解碼程序。解碼部分程序如下：if(fleg)delayms(72);/延時1ms判斷是不是高電平了if(in)delayms(115);/延時讓它超過2ms;2.5+1+1.623=5.123ms孩收被形圖圖3-7波形識別for(a=10;a>0;a-)while(!in);delayms(86);/延時1.188ms判斷IO高低num=num>>1;if(in)delayms(31);/延時0.6msmun=num;解碼完畢如不是正確信號，則跳出。跳出程序：if(in)fleg=0;4電路板的制作4.1 原理圖的繪制本次設(shè)計的紅

53、外通信系統(tǒng)的原理是通過查閱大量的資料，在圖書館以及網(wǎng)上查找資料所得到的，經(jīng)過綜合的分析其可行性，經(jīng)濟性等方面要求前提下做出的電路原理圖。而在有可靠的電路原理圖之后，我需要再做的就是將電路原理圖變成一個硬件，使其實現(xiàn)預(yù)定的功能。如果使用的是萬能板，則不需要繪制電路圖，只要根據(jù)原理圖的元器件在萬能板上擺放好，用導(dǎo)線將其焊接起來即可。但是在使用萬能板時有許多的不便之處，比如說在焊接的過程中需要跳線，而板子本身也不夠美觀，好看。所以為了獲得更好的效果，我們一般都使用腐蝕板，這樣我們就首先的步驟就是在protel99SE中繪制電路原理圖。在本設(shè)計的電路圖中的元器件，在protel99SE的標準元件庫里基

54、本上都有，但是四位七段的共陽數(shù)碼管在標準庫里沒有找到，所以在繪制電路圖時就需要自己畫一個數(shù)碼管，同時也要做一個它的封裝圖，還有用到的LCD160純在庫中沒有找到元件和封裝，這也同樣需要我測量該元件的管腳和找出它的原件參數(shù)，做出它的原件圖和封裝庫。做好了這個基本上就可以了畫出完整的電路原理圖了。首先我們先要在元器件庫中調(diào)入各個元器件，將各個模塊的元器件放在一起，然后用線將其連接起來其可完成原理圖的基本繪制。4.2 PCB圖的生成由前面一節(jié)我提到在protel99SE里繪制的原理圖，如果要生成制作電路板所用的PCBS的話，首先要確認我們前面畫的電路原理圖的正確性，確定每個元器件的連線都連接上，所以

55、在生成PCB前我們要對每個元器件進行封裝，封裝庫沒有的元器件要自己做一個，比如前面講到的四位七段數(shù)碼管的封裝。在對每個元器件封裝的同時定義每個元器件的編號，編號要一一對應(yīng)，不能有重復(fù)。電阻：AXIAL0.3AXIAL0.7其中0.40.7指電阻的長度，一般用AXIAL0.4瓷片電容：RAD0.1RAD0.3其中0.10.3指電容大小，一般用RAD0.1電解電容：RB.1/.2RB.4/.8其中.1/.2.4/.8指電容大小。一月5<100uF用RB.1/.2,100uF470uF用RB.2/.4,>470uF用RB.3/.6二極管：DIODE0.4DIODE0.7其中0.40.7指二極管長短，一般用DIODE0.4集成塊：DIP8DIP40,其中840指有多少腳，8腳的就是DIP8貼片電阻石英晶體振蕩器：XTAL1單排多針插座：SIP雙列直插元件：DIP然后是進行元器件的電氣檢測，檢測沒有