基于單片機(jī)的紅外檢測(cè)盲人避障系統(tǒng)

PAGE1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)摘要 針對(duì)盲人行走過(guò)程中無(wú)法了解到前方是否存在障礙物的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種新型的基于單片機(jī)控制的盲人避障裝置，且該裝置帶有語(yǔ)音和振動(dòng)提示功能。本方案通過(guò)超聲波發(fā)送接收來(lái)檢測(cè)前方一段距離內(nèi)是否有障礙物存在，若有則振動(dòng)提醒模塊發(fā)出提醒信息。本文是在基于單片機(jī)控制的超聲波原理的基礎(chǔ)上，配以比較電路，來(lái)確定目標(biāo)范圍內(nèi)障礙物的存在，相關(guān)部分附有硬件電路圖，程序流程圖。此裝置簡(jiǎn)單實(shí)用且便攜，設(shè)計(jì)在很多程度上解決了盲人行走中的安全問(wèn)題，具有實(shí)用意義。目錄第一章緒論 11.1課題研究的前景 11.2課題研究的意義和目的 21.3課題研究的方案 3第二章系統(tǒng)組成及工作原理 32.1功能要求 32.2系統(tǒng)組成及原理 32.3系統(tǒng)檢測(cè)原理 4第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 53.1系統(tǒng)框圖 53.2單片機(jī)芯片介紹 53.2.1主要性能特點(diǎn) 53.2.2引腳功能 63.2.3中斷及定時(shí) 73.2.4存儲(chǔ)空間 113.3各單元電路設(shè)計(jì) 133.3.1低通濾波電路 133.3.2施密特整形電路 143.3.3放大電路 143.3.4單片機(jī)最小系統(tǒng) 153.3.4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)組成 153.3.4.2時(shí)鐘電路 153.3.4.3復(fù)位電路 163.3.5控制驅(qū)動(dòng)電路 163.3.6讀鍵電路 163.3.7各單元電路之間的連接 17第四章軟件流程設(shè)計(jì) 194.1系統(tǒng)主程序流程圖 194.2讀鍵程序的設(shè)計(jì) 20第五章總結(jié) 21致謝 22參考文獻(xiàn) 22第一章緒論1.1課題研究的前景世界衛(wèi)生組織估計(jì)全世界有盲人4000萬(wàn)到4500萬(wàn)，低視力是盲人的3倍，約1.4億人，其中75%即１億多患者可以通過(guò)手術(shù)及屈光矯正得以恢復(fù)或提高視力，尚有25%的低視力患者需要低視力保健，如需配戴助視器及視覺(jué)康復(fù)儀等。我國(guó)曾在上世紀(jì)80年代進(jìn)行過(guò)視力殘疾狀況調(diào)查。結(jié)果顯示，我國(guó)有視力殘疾患者近1300萬(wàn)，其中盲約550萬(wàn)，低視力約７750萬(wàn)。14歲以下兒童盲及低視力的主要病因?yàn)橄忍煨赃z傳性眼病，如先天性白內(nèi)障、先天性小眼球小角膜、視網(wǎng)膜色素變性、白化病、視神經(jīng)萎縮等。60歲以上老年人盲或低視力的主要病因?yàn)榘變?nèi)障。我國(guó)每年會(huì)出現(xiàn)新盲人大約45萬(wàn)，低視力135萬(wàn)，即約每分鐘就會(huì)出現(xiàn)1個(gè)盲人，3個(gè)低視力患者。如果不采取有力措施，到2020年我國(guó)視力殘疾人數(shù)將為目前的4倍，即將達(dá)到5000余萬(wàn)。世界盲人聯(lián)盟（WORLDBLINDUNION）是一個(gè)國(guó)際性的非政府組織，成立于１９８４年，前身是國(guó)際盲人聯(lián)合會(huì)和世界盲人福利會(huì)，現(xiàn)有會(huì)員國(guó)７２個(gè)（截至２００４年１０月）。該會(huì)的宗旨是以使全世界的盲人以平等的機(jī)會(huì)和權(quán)利參與社會(huì)生活。世界盲人聯(lián)盟總部設(shè)在巴黎。中國(guó)盲人聾啞人協(xié)會(huì)是該組織的創(chuàng)始組織之一。世界盲人聯(lián)盟在聯(lián)合國(guó)各有關(guān)組織中具有咨詢(xún)地位，自成立以來(lái)在防盲、促進(jìn)各國(guó)制定保障盲人合法權(quán)益的法律和政策，加強(qiáng)盲人自立精神、開(kāi)發(fā)盲人潛力和促進(jìn)國(guó)際間交流與合作等方面起重要作用。由于生理上的缺陷，盲人在生活、工作等方面有著諸多不便，其中，如何安全行走是盲人生活中最大的問(wèn)題。為此導(dǎo)盲機(jī)器人、無(wú)線電紅外線、盲人電子眼鏡、衛(wèi)星導(dǎo)盲系統(tǒng)等現(xiàn)代化導(dǎo)盲手段正逐步走進(jìn)盲人的生活，增強(qiáng)了盲人的行走能力，提高了盲人的生活質(zhì)量而傳統(tǒng)的盲人導(dǎo)航設(shè)施都有局限性，以往的設(shè)計(jì)中常使用紅外線探測(cè)障礙物的存在與否，但是在實(shí)際應(yīng)用中，紅外干擾源較多；而且在有反射光的情況下，由于光線的干擾，很容易判斷失誤，出現(xiàn)虛警。因此，有些設(shè)備在發(fā)射信號(hào)時(shí)，改進(jìn)為發(fā)送一串連續(xù)的紅外脈沖，然后接收反射的信號(hào)。如果接收到的紅外脈沖數(shù)量超過(guò)某一門(mén)限值時(shí)，就判斷障礙存在。這種方法盡管在一定程度上可以降低虛警率，但實(shí)驗(yàn)表明，在較強(qiáng)的反射光和使用電子鎮(zhèn)流器方式的日光燈起輝時(shí)，仍很容易出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。為了避免使用紅外線自動(dòng)感知障礙設(shè)備時(shí)出現(xiàn)的接收設(shè)備本身主動(dòng)發(fā)送信號(hào)的干擾問(wèn)題,本文致力于設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)易便攜裝置，盲人在行走時(shí)把此裝置戴在拐杖上，該裝置能夠?qū)崟r(shí)探測(cè)前方一段距離內(nèi)是否有障礙物存在，并由振動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出振動(dòng)提醒，可以有效地避免盲人撞到障礙物而受傷的情況。由于超聲波具有方向性強(qiáng)、能量易于集在中、傳播距離較遠(yuǎn)，以及對(duì)障礙物定位具有一定的精確性、體積相對(duì)較小、方便攜帶、價(jià)格低廉等特點(diǎn)本文采用超聲波測(cè)距實(shí)現(xiàn)盲人導(dǎo)航器的設(shè)計(jì)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。1.2課題研究的意義和目的隨著人類(lèi)知識(shí)的積累和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)自然的控制與加工能力越來(lái)越強(qiáng)。在人類(lèi)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，從工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、國(guó)防、通信、交通運(yùn)輸、科學(xué)技術(shù)直到文化娛樂(lè)、教育、醫(yī)療乃至家庭生活的每一個(gè)角落，自動(dòng)化設(shè)備、智能儀器儀表正延展著人們的感官，精確地執(zhí)行人的命令，實(shí)現(xiàn)著人們過(guò)去可望而不可及的愿望單片機(jī)是一類(lèi)特殊的微處理器，它內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)與一般為微處理器相同的是都有控制器、運(yùn)算器和各種專(zhuān)用寄存器?？刂破鲗r(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生的方波脈沖按固定的時(shí)間順序分配給芯片內(nèi)的各個(gè)部件，即產(chǎn)生節(jié)拍。在節(jié)拍的作用下控制器按程序計(jì)數(shù)器中的地址從程序存儲(chǔ)器中取回指令進(jìn)行譯碼，運(yùn)算器和各種專(zhuān)用寄存器則根據(jù)譯碼在控制器的控制下有條不紊地進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞和運(yùn)算處理。由于微處理器生產(chǎn)成本的下降，目前各種自動(dòng)化設(shè)備和智能儀器儀表的核心部件通常是由專(zhuān)用的微處理器構(gòu)成。這些專(zhuān)用的微處理器在我國(guó)一般稱(chēng)為單片機(jī)，國(guó)外稱(chēng)為微控制器。單片機(jī)廣泛用于自動(dòng)化控制設(shè)備、消費(fèi)電子產(chǎn)品、智能儀器儀表等領(lǐng)域，尤其是在新型智能化小產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面，幾乎是單片機(jī)一統(tǒng)天下。單片機(jī)的應(yīng)用，打破了人們的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想。原來(lái)需要使用模擬電路、脈沖數(shù)字電路等部件來(lái)實(shí)現(xiàn)的功能，在應(yīng)用了單片機(jī)以后，無(wú)需使用諸多的硬件，可以通過(guò)軟件來(lái)解決問(wèn)題。目前單片機(jī)已經(jīng)成為科技、自控等領(lǐng)域的先進(jìn)控制手段，在人類(lèi)日常生活中的應(yīng)用也非常廣泛。(1)工業(yè)過(guò)程控制中的應(yīng)用。單片機(jī)的I/O口線多，操作指令豐富，邏輯操作功能強(qiáng)大，特別適用于工業(yè)過(guò)程控制。單片機(jī)可作主機(jī)控制，也可作分布或控制系統(tǒng)的前端機(jī)。單片機(jī)具有豐富的邏輯判斷和位操作指令，因此廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)量控制、順序控制以及邏輯控制。(2)家用、民用電器中的應(yīng)用單片機(jī)價(jià)格低廉、體積小巧、使用方便，廣泛應(yīng)用在人類(lèi)生活中的諸多場(chǎng)合，如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器等。(3)智能化儀器、儀表中的應(yīng)用單片機(jī)可應(yīng)用于各類(lèi)儀器、儀表和設(shè)備中，大大地提高了測(cè)試的自動(dòng)化程度與精度，如智能化的示波器、計(jì)價(jià)器、電表、水表等。(4)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及通信技術(shù)中的應(yīng)用單片機(jī)中集成了通信接口，因而能在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用。如Intel公司的8044，它由8051單片機(jī)與SDLC通信接口組合而成，用高性能的串行接口單元SIU代替?zhèn)鹘y(tǒng)的UART,其傳送距離可達(dá)1200米，傳送速率為2.4Mbit/s。此外，單片機(jī)還在小型背負(fù)式通信機(jī)、自動(dòng)撥號(hào)無(wú)線電話(huà)網(wǎng)、串行自動(dòng)呼叫應(yīng)答設(shè)備、程控電話(huà)、無(wú)線遙控等方面均有廣泛的應(yīng)用。紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這種技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類(lèi)：一.輻射計(jì)，用于輻射和光譜測(cè)量；二．搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；三．熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；四．紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)；五．混合系統(tǒng)，是指以上各類(lèi)系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。紅外傳感器工作原理：（1）待測(cè)目標(biāo)。根據(jù)待測(cè)目標(biāo)的紅外輻射特性可進(jìn)行紅外系統(tǒng)的設(shè)定

（2）大氣衰減。待測(cè)目標(biāo)的紅外輻射通過(guò)地球大氣層時(shí)，由于氣體分子和各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰減。（3）光學(xué)接收器。它接收目標(biāo)的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當(dāng)于雷達(dá)天線，常用是物鏡。

（4）輻射調(diào)制器。對(duì)來(lái)自待測(cè)目標(biāo)的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標(biāo)方位信息，并可濾除大面積的干擾信號(hào)。又稱(chēng)調(diào)制盤(pán)和斬波器，它具有多種結(jié)構(gòu)。

（5）紅外探測(cè)器。這是紅外系統(tǒng)的核心。它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來(lái)的物理效應(yīng)探測(cè)紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學(xué)效應(yīng)。此類(lèi)探測(cè)器可分為光子探測(cè)器和熱敏感探測(cè)器兩大類(lèi)型。

（6）探測(cè)器制冷器。由于某些探測(cè)器必須要在低溫下工作，所以相應(yīng)的系統(tǒng)必須有制冷設(shè)備。經(jīng)過(guò)制冷，設(shè)備可以縮短響應(yīng)時(shí)間，提高探測(cè)靈敏度

（7）信號(hào)處理系統(tǒng)。將探測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并從這些信號(hào)中提取出信息。然后將此類(lèi)信息轉(zhuǎn)化成為所需要的格式，最后輸送到控制設(shè)備或者顯示器中。

（8）顯示設(shè)備。這是紅外設(shè)備的終端設(shè)備。常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。

依照上面的流程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應(yīng)的物理量的測(cè)量。紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測(cè)器，按照探測(cè)的機(jī)理的不同，可以分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類(lèi)。本盲人避障系統(tǒng)是以盲人行走常帶的手杖為載體，80C51單片機(jī)為控制核心，加以高亮度發(fā)光二極管閃爍、紅外發(fā)射、紅外接收、紅外發(fā)射、接收、ISD1760語(yǔ)音模塊和電源電路以及其他電路構(gòu)成。系統(tǒng)由三大部分組成在紅綠燈控制箱內(nèi)加入了紅外發(fā)射系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)。本課題為紅外檢測(cè)盲人避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)，研究的是一種基于單片機(jī)的紅外測(cè)控系統(tǒng)，它采用了單片機(jī)控制技術(shù)和紅外感應(yīng)技術(shù)，集成了光學(xué)、電子、單片機(jī)和機(jī)械等技術(shù)于一體。在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行靈活的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)程序包括：初始化、功能處理與定時(shí)器中斷等功能。開(kāi)機(jī)后，初始化完成軟件系統(tǒng)所用的標(biāo)志區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的清零、中斷初始化、設(shè)置定時(shí)器參數(shù)、啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)、定時(shí)中斷服務(wù)程序完成定時(shí)參數(shù)的復(fù)位、發(fā)出避障信號(hào)等，使之達(dá)到讓盲人避障的功能。該系統(tǒng)應(yīng)用在盲人手杖上，該系統(tǒng)采用單片機(jī)作為其核心，結(jié)合不同的測(cè)控方法，可以完成不同的測(cè)控功能，因此也可用于自動(dòng)門(mén)、自動(dòng)烘干機(jī)、紅外報(bào)警、紅外遙控以及工業(yè)生產(chǎn)在線檢測(cè)等方面，并可開(kāi)發(fā)各種類(lèi)型的相關(guān)產(chǎn)品。由此可見(jiàn)，本課題的研究在方便盲人的日常生活方面，提高盲人們的行動(dòng)方便方面都有很重要的意義。1.3課題研究的方案紅外測(cè)控系統(tǒng)主要包括紅外發(fā)射、紅外接收、單片機(jī)處理與控制系統(tǒng)以及控制信號(hào)放大與驅(qū)動(dòng)等幾個(gè)部分。本系統(tǒng)采用單片機(jī)控制技術(shù)和紅外感應(yīng)技術(shù)，集成了光學(xué)、電子、單片機(jī)和機(jī)械等技術(shù)于一體。系統(tǒng)的原理是：紅外發(fā)射部分經(jīng)過(guò)調(diào)制后載有測(cè)量信號(hào)的紅外光波，如果有人或物體靠近，則紅外光波受到障礙的反射，反射回來(lái)的紅外光波由紅外接收部分接收，然后經(jīng)由單片機(jī)進(jìn)行處理并做出相應(yīng)的控制決策，輸出相應(yīng)的動(dòng)作指令，控制信號(hào)經(jīng)過(guò)控制信號(hào)放大與驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)之后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的提示避障功能。該方案主要運(yùn)用到了單片機(jī)原理和傳感器原理，科學(xué)證明是確實(shí)可行的。第二章系統(tǒng)組成及工作原理2.1功能要求本設(shè)計(jì)為紅外檢測(cè)盲人避障手杖器，其智能化功能設(shè)計(jì)要求如下：（1）正常情況下，人來(lái)后或有障礙后，第一階段自動(dòng)報(bào)警說(shuō)明有人或障礙，人或障礙移動(dòng)后，第二階段自動(dòng)報(bào)警說(shuō)明前方無(wú)障礙；（2）如果遇到人或障礙太頻繁，如使用間隔小于1min，則在第二個(gè)人或有障礙后，不進(jìn)行二次的報(bào)警，避開(kāi)障礙后，報(bào)警說(shuō)明前方無(wú)人或障礙；（3）無(wú)障礙后自動(dòng)進(jìn)入省電模式。

2.2系統(tǒng)組成及原理由圖2.1可見(jiàn)，本系統(tǒng)主要包括紅外發(fā)射、紅外接收、單片機(jī)處理與控制系統(tǒng)以及控制信號(hào)放大與驅(qū)動(dòng)等幾個(gè)部分。紅外發(fā)射部分裝有紅外發(fā)光二極管，由紅外發(fā)光二極發(fā)射紅外光波，如果有障礙靠近，則紅外光波受到人體的反射，反射回來(lái)的紅外光波由紅外接收部分接收。紅外接收部分接收到反射回來(lái)的紅外光波后，紅外光電傳感器將此紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，此電信號(hào)經(jīng)放大、整形后傳送到單片機(jī)。單片機(jī)接收到驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要做出相應(yīng)的控制決策，輸出相應(yīng)的動(dòng)作指令，由此來(lái)指揮執(zhí)行部分執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。單片機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，傳送給放大與驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)，由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)手杖報(bào)警器的控制。放大驅(qū)動(dòng)部分執(zhí)行部分圖2.1系統(tǒng)組成框圖說(shuō)明：為了防止紫外線進(jìn)入紅外傳感器的收發(fā)頭而帶來(lái)干擾，應(yīng)該在收發(fā)頭前安裝一個(gè)深色玻璃。2.3系統(tǒng)檢測(cè)原理宇宙間的任何物體只要其溫度超過(guò)絕對(duì)零度就能產(chǎn)生紅外輻射，事實(shí)上同可見(jiàn)光一樣，其輻射能夠進(jìn)行折射和反射，這樣便產(chǎn)生了紅外技術(shù)。紅外檢測(cè)技術(shù)利用紅外光波（又稱(chēng)紅外線）作為載波來(lái)傳送測(cè)量信號(hào)或者控制指令，如紅外遙控電視開(kāi)關(guān)、紅外報(bào)警器、自動(dòng)玻璃門(mén)、自動(dòng)沖水器等。之所以采用紅外光波作為控制光源，是由于紅外發(fā)射器件與接受器件的發(fā)光與受光峰值波長(zhǎng)一般為0.88um～0.94um，落在近紅外波段內(nèi)，而且兩者的光譜恰好重合，能很好的匹配，可獲得較高的傳輸效率較高的可靠性。紅外感應(yīng)原理：如果有人或障礙靠近該設(shè)備，則紅外光波受障礙的反射，反射回來(lái)的紅光波由紅外接收部分接收，然后經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行處理，并做出相應(yīng)的控制決策，輸出相應(yīng)的動(dòng)作指令，控制信號(hào)經(jīng)過(guò)控制信號(hào)放大與驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)之后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警提示功能。紅外感應(yīng)裝置是靠探測(cè)人體和障礙發(fā)射的紅外線而進(jìn)行工作的。探頭收集外界的紅外輻射通過(guò)聚集到紅外感應(yīng)源上面。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收了紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)向外釋放電荷，檢測(cè)處理后發(fā)出信號(hào)。

（1）紅外感應(yīng)裝置是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的。所以輻射敏感元件對(duì)波長(zhǎng)為10μm左右的紅外輻射必須敏感。

（2）為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。

（3）一旦人到達(dá)探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)單片機(jī)處理而作出相應(yīng)的動(dòng)作。

（4）多視場(chǎng)的獲得，一是多法線小鏡面組成的反光聚焦，聚光到傳感器上稱(chēng)之為反射式光學(xué)系統(tǒng)。另一種是透射式光學(xué)系統(tǒng)，是多面組合一起的透鏡——菲涅爾透鏡聚焦在紅外傳感器上。

第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)框圖如圖3.1所示，本設(shè)計(jì)主要由光電傳感器、信號(hào)處理電路、AT89C51單片機(jī)、控制電路等硬件組成。電信號(hào)由光電傳感器傳輸過(guò)來(lái)，經(jīng)過(guò)濾波、放大、整形后傳送給單片機(jī)，單片機(jī)接收到處理過(guò)的電信號(hào)后，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)報(bào)警器工作的控制信號(hào)控制報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。光電傳感器信號(hào)處理單片機(jī)AT89C51光電傳感器信號(hào)處理單片機(jī)AT89C51報(bào)警器控制電路圖3.1系統(tǒng)框圖3.2單片機(jī)芯片介紹自單片機(jī)誕生以來(lái)的近30年中，單片機(jī)已有70多個(gè)系列、近500個(gè)機(jī)種。比較有名的有Intel公司的MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列產(chǎn)品。本系統(tǒng)中選用了51系列中的AT89C51。3.2.1主要性能特點(diǎn)MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品為8051、8751、8031。它們的基本組成和基本性能都是相同的。常用的MCS-51這個(gè)術(shù)語(yǔ)，泛指以8051為內(nèi)核的單片機(jī)。8051是ROM型單片機(jī)，內(nèi)部有4KB的掩膜ROM，即單片機(jī)出廠時(shí)程序已由生產(chǎn)廠家固化在程序存儲(chǔ)器中；8751片內(nèi)含有4KB的EPROM，用戶(hù)可以把編寫(xiě)好的程序用開(kāi)發(fā)機(jī)或編程器寫(xiě)入其中，需要修改時(shí)，可以先用紫外線擦除器擦除，然后再寫(xiě)入新的程序；8031片內(nèi)沒(méi)有ROM，使用時(shí)需在片外接EPROM;；AT89C51帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器。本設(shè)計(jì)采用AT89C51作為整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分，

AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低功耗、高性能CMOS8位微處理器。具有如下資源：兼容MCS—51指令系統(tǒng)4k可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次）FlashROM32個(gè)雙向I/O口可編程UARL通道兩個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器全靜態(tài)操作1個(gè)串行中斷128x8bit內(nèi)部RAM兩個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源可直接驅(qū)動(dòng)LED3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式3.2.2引腳功能本設(shè)計(jì)采用的AT89C51單片機(jī)如圖3-2-1 。1．電源引腳：VCC：正常運(yùn)行時(shí)為+5V電源VSS：電源接地端2．I/O總線(1)P0.0～P0.7：P0口是一個(gè)8位雙向I/O口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。在訪問(wèn)外部貯存器，分時(shí)進(jìn)行工作，在指令前半周期，P0口作為地址總線，在指令的后半周期作為數(shù)據(jù)總線。(2)P1.0～P1.7：P1口是一個(gè)帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，當(dāng)向P1口鎖存器中寫(xiě)入1時(shí)，P1口為輸入方式。(3)P2.0～P2.7：P2口也是一個(gè)帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪問(wèn)外部貯存器時(shí)，它輸出高8位地址。(4)P3.0～P3.7：P3口也是一個(gè)帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，同時(shí)P3口還有一些特殊功能，以后將被介紹。I/O總線的使用：P0口：由于8051內(nèi)部有程序存貯器，因而P0口能作為地址/數(shù)據(jù)總線，分時(shí)輸出外部存貯器的低8位地址A0—A7和傳送數(shù)據(jù)D0—D7，所有地址由地址允許鎖存信號(hào)ALE鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器中。P1口：P1口作為準(zhǔn)雙向口，它的每一位可作為輸入線或輸出線，用戶(hù)可以把P1口的某些位作為輸出線使用。另外的一些位作輸入線使用。輸出時(shí)，將“1”寫(xiě)入P1口的某一位口鎖存器，則Q端上的輸出場(chǎng)效應(yīng)管T截止，該位的輸出引腳由內(nèi)部的拉高電路拉成高電平。輸出“0”時(shí)，將“0”寫(xiě)入口鎖存器，輸出場(chǎng)效應(yīng)管T導(dǎo)通，引腳輸出低電平，即輸出“0”。P2口：同樣是由于8051內(nèi)部有程序存貯器，因此P2口能作為外部設(shè)備的輸入/輸出口。一般情況下P2口只能作為系統(tǒng)擴(kuò)展的高8位地址總線口。CPU訪問(wèn)外部程序存貯器時(shí)，P2口輸出程序存貯器的地址A8—A15，該地址來(lái)源于內(nèi)部的程序計(jì)數(shù)器PC的高8位。P3口：P3口為多功能口，它的第一功能為準(zhǔn)雙向口，其特性和P0口相似，第二功能為特殊輸入/輸出線，其定義如表3.1所示：表3.1P0口引腳第二功能表引腳第二功能引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入線)P3.4T0(定時(shí)器T0外部輸入線)P3.1TXD(串行輸出線)P3.5T1(定時(shí)器T1外部輸入線)P3.2/INT0(外部中斷0輸入線)P3.6/WR(外部數(shù)據(jù)存貯器寫(xiě)脈沖輸入線)P3.3/INT1(外部中斷1輸入線)P3.7/RD(外部數(shù)據(jù)存貯器寫(xiě)脈沖輸入線)3.2.3中斷及定時(shí)1．中斷：中斷是工業(yè)過(guò)程控制及智能儀器用微型機(jī)或單片機(jī)應(yīng)用最多的一種數(shù)據(jù)傳送方式。所謂中斷就是由于外部或內(nèi)部事件而改變?cè)瓉?lái)CPU正在執(zhí)行順序的一種工作機(jī)制。在通常情況下，單片機(jī)執(zhí)行主程序，只要當(dāng)正常狀態(tài)出現(xiàn)故障或發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，單片機(jī)才暫時(shí)停止執(zhí)行主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行或處理中斷服務(wù)程序。執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，再返回主程序繼續(xù)運(yùn)行。一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中斷能力的強(qiáng)弱，是衡量計(jì)算機(jī)能力的重要標(biāo)志之一。而8051正是因?yàn)橛泻軓?qiáng)的中斷能力而被廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)的中斷機(jī)制涉及到三個(gè)內(nèi)容：中斷源、中斷控制和中斷響應(yīng)。中斷源是指引起中斷的事件；中斷控制是指中斷的允許/禁止、優(yōu)先和嵌套等處理方式；中斷響應(yīng)是指確定中斷入口、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、進(jìn)行中斷服務(wù)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)和中斷返回等過(guò)程。中斷的作用：中斷機(jī)制常用于計(jì)算機(jī)與外部數(shù)據(jù)的傳送。利用中斷機(jī)制可以較好的實(shí)現(xiàn)CPU與外部設(shè)備的同步工作，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。一些重要的實(shí)時(shí)信號(hào)通常要求CPU做出快速響應(yīng)，如本系統(tǒng)中輸入單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如果CPU通過(guò)程序查詢(xún)來(lái)監(jiān)視這些信號(hào)不僅會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間，而且很難做到快速響應(yīng)。采用了中斷機(jī)制后，實(shí)時(shí)信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，使CPU快速進(jìn)入中斷響應(yīng)狀態(tài)，執(zhí)行特定的中斷服務(wù)程序，而平時(shí)CPU則執(zhí)行實(shí)時(shí)性要求不高的程序。表3.28051單片機(jī)中斷系統(tǒng)表：中斷源中斷入口地址說(shuō)明外部中斷/INT00003H從P3.2引腳上來(lái)的外部中斷申請(qǐng)定時(shí)器0中斷T0000BH從定時(shí)器0的溢出使TF0置位,發(fā)出申請(qǐng)外部中斷/INT10013H從P3.3引腳上來(lái)的外部中斷申請(qǐng)定時(shí)器1中斷T1001BH從定時(shí)器1的溢出使TF1置位,發(fā)出申請(qǐng)串行通道中斷0023H完成操作后,中斷申請(qǐng)標(biāo)志T1或RI置位（1）中斷源MCS-51單片機(jī)有三類(lèi)中斷源：外部中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷和串行口中斷。由于本設(shè)計(jì)只用到了前兩種中斷，所以這里主要介紹外部中斷和定時(shí)器中斷。外部中斷：外部中斷源是由外部引腳INT0、INT1引入的。INT0為外部中斷0請(qǐng)求信號(hào)。編程者預(yù)先設(shè)置好哪些為有效的中斷請(qǐng)求信號(hào)，一旦出現(xiàn)有效的中斷請(qǐng)求信號(hào)，會(huì)使專(zhuān)用寄存器TCON中的IE0位置位，由此向CPU提出INT0的中斷請(qǐng)求。INT1為外部中斷1請(qǐng)求信號(hào)。與INT0類(lèi)似，一旦出現(xiàn)有效的中斷請(qǐng)求信號(hào)，會(huì)使專(zhuān)用寄存器TCON中的IE1位置位，由此向CPU提出INT1的中斷請(qǐng)求。CPU響應(yīng)中斷后會(huì)自動(dòng)清除TCON中的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。定時(shí)器中斷：定時(shí)器中斷的中斷源是由其溢出位引入的。當(dāng)定時(shí)器到達(dá)設(shè)定的時(shí)間后，其溢出位置位。TF0和TF1分別為定時(shí)器0和定時(shí)器1的溢出位，它們位于專(zhuān)用寄存器TCON的bit5和bit7。當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，相應(yīng)的TF0和TF1就會(huì)置1，由此向CPU提出定時(shí)器中斷請(qǐng)求。CPU響應(yīng)中斷后會(huì)自動(dòng)清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。（2）中斷控制發(fā)生中斷請(qǐng)求后，CPU通過(guò)中斷控制方式響應(yīng)中斷請(qǐng)求，編程者可根據(jù)設(shè)計(jì)需求設(shè)置不同的中斷控制方式。8051中斷的控制方法：8051單片機(jī)中的中斷方式的選擇，中斷的允許和禁止，以及中斷優(yōu)先權(quán)的約定等等，都是由相應(yīng)的寄存器來(lái)控制。設(shè)計(jì)時(shí)，只要將相應(yīng)的寄存器根據(jù)中斷要求進(jìn)行置位或復(fù)位即可。CPU執(zhí)行中斷處理程序一直到RETI指令為止。RETI指令是表示中斷服務(wù)程序的結(jié)束。CPU執(zhí)行完這條指令后，清“0”響應(yīng)中斷時(shí)所置位的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器，然后從堆棧重彈出頂上的兩個(gè)字節(jié)到程序計(jì)數(shù)器PC，CPU從原來(lái)被中斷處重新執(zhí)行被中斷的程序。由此可見(jiàn)，用戶(hù)的中斷服務(wù)程序末尾必須安排一條返回指令RETI，CPU現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)和恢復(fù)必須由用戶(hù)的中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)。（3）中斷響應(yīng)CPU響應(yīng)中斷的過(guò)程可分為設(shè)置標(biāo)志、保護(hù)斷點(diǎn)、選擇中斷入口、進(jìn)行中斷服務(wù)和中斷返回五個(gè)部分。響應(yīng)中斷后，硬件自動(dòng)設(shè)置與中斷有關(guān)的標(biāo)志。中斷的斷點(diǎn)保護(hù)是由硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后，硬件把當(dāng)前的PC寄存器的內(nèi)容壓入堆棧。根據(jù)不同的中斷源，選擇不同的中斷入口地址送入PC，從而轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。由于各中斷入口地址間隔較近，通?？砂才乓粭l絕對(duì)轉(zhuǎn)移指令，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。不同的中斷請(qǐng)求會(huì)有不同的中斷服務(wù)要求，中斷服務(wù)程序也各不相同。中斷服務(wù)程序最后執(zhí)行中斷返回指令RETI，標(biāo)志著中斷響應(yīng)的結(jié)束。（一）本設(shè)計(jì)需要用到MCS—51單片機(jī)的外部中斷INT0和INT1由于外部中斷INT0和INT1都有兩種觸發(fā)方式：低電平觸發(fā)和下降沿觸發(fā)。這兩種方式的選擇由中斷控制器TCON中的中斷類(lèi)型控制位IT0和IT1決定。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為IT0=1，下降沿觸發(fā)的方式，INT0引腳上為負(fù)跳變（由高到低下降沿）有效，當(dāng)有人來(lái)的時(shí)候INT0引腳接收到負(fù)跳變信號(hào)并產(chǎn)生中斷信號(hào)；同樣設(shè)定IT1=1，下降沿觸發(fā)的方式，INT1引腳上為負(fù)跳變（由高到低下降沿）有效，當(dāng)人離開(kāi)時(shí)INT1引腳接收到負(fù)跳變信號(hào)并產(chǎn)生中斷信號(hào)。IT0、IT1可由軟件置位或清零。2．定時(shí)器：MCS-51單片機(jī)有兩個(gè)定時(shí)器，分別為T(mén)0和T1。每個(gè)定時(shí)器有兩個(gè)外部輸入端（T0和T1）、兩個(gè)8位的二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器（TH0和TH1）。由兩個(gè)內(nèi)部特殊功能寄存器（TMOD、TCON）控制定時(shí)器的工作，其中TMOD是定時(shí)器模式控制寄存器，其格式如下表：表3.3TMOD格式表寄存器名：TMOD位名稱(chēng)GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0地址：89H位地址————————TMOD被分成兩部分，每部分四位，分別用于定時(shí)器0和定時(shí)器1。其中GATE和C/T用于控制計(jì)數(shù)信號(hào)的輸入：C/T=0時(shí)，計(jì)數(shù)信號(hào)取自于內(nèi)部，其計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12，此時(shí)工作于定時(shí)器模式；C/T=1時(shí)，計(jì)數(shù)信號(hào)來(lái)自于外部，此時(shí)工作于計(jì)數(shù)器模式。M1和M0用于定義定時(shí)器的工作方式。TCON是定時(shí)器控制寄存器，其格式如下表：表3.4TCON格式表寄存器名：TCON位名稱(chēng)TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0地址：88H位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTCON也被分成兩部分，高四位用于定時(shí)器。其中TR1、TR0用于控制計(jì)數(shù)信號(hào)的輸入，TF1、TF0為計(jì)數(shù)器的溢出位。TR0和TMOD中的GATE用于控制計(jì)數(shù)脈沖的接通，通常有兩種使用方法：GATE=0時(shí)，僅僅由程序設(shè)置TR0=1來(lái)控制接通計(jì)數(shù)脈沖，由程序設(shè)置TR0=0來(lái)停止計(jì)數(shù)。GATE=1時(shí)，先由程序設(shè)置TR0=1，然后由外部TINT0=1來(lái)控制接通計(jì)數(shù)脈沖，INT0=0則停止計(jì)數(shù)。所以，GATE位是專(zhuān)門(mén)用來(lái)選擇計(jì)數(shù)去啟動(dòng)方式的控制位，GATE=0時(shí)可由程序來(lái)啟動(dòng)計(jì)數(shù)，GATE=1時(shí)可由外部硬件通過(guò)INT0端來(lái)啟動(dòng)計(jì)數(shù)。兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器均為加法計(jì)數(shù)器，它們的級(jí)聯(lián)和計(jì)數(shù)范圍是由TMOD中的M1和M0來(lái)控制的。M1和M0可設(shè)置四種內(nèi)部計(jì)數(shù)的工作方式，如3.5表：表3.5四種工作方式表工作方式M1M0功能計(jì)數(shù)范圍00013位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器8192-初值10116位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器65536-初值210可重置初值的8位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器256-初值3112個(gè)獨(dú)立的8位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器（對(duì)T0）256-初值工作方式0特點(diǎn)是：主要為兼容早期的MCS-48單片機(jī)所保留，一般可用方式1代替。工作方式1特點(diǎn)是：計(jì)數(shù)范圍寬，但每次的初值都要由程序來(lái)設(shè)置。工作方式2特點(diǎn)是：初值只需設(shè)置一次，每次溢出后，初值自動(dòng)會(huì)從TH0加載到TL0或從TH1加載到TL1，但計(jì)數(shù)范圍較方式1小。工作方式3特點(diǎn)是：增加了一個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，但只能適用于定時(shí)器0，而且占用了定時(shí)器1的TR1和TF1，此時(shí)的定時(shí)器1只能用于不需要中斷的應(yīng)用。四種工作方式對(duì)溢出處理均相同，加法計(jì)數(shù)超出范圍后，溢出信號(hào)將使TCON中的TF0或TF1置位，計(jì)數(shù)值回到0或初值，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。TF0或TF1置位后，可向CPU提出中斷請(qǐng)求。TF0和TF1在CPU響應(yīng)中斷后會(huì)自動(dòng)復(fù)位，而在禁止中斷響應(yīng)時(shí)，也可由軟件來(lái)復(fù)位。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的中斷由TF0和TF1置位產(chǎn)生。當(dāng)兩定時(shí)器的計(jì)數(shù)器回零時(shí)產(chǎn)生溢出，使TF0和TF1置位向CPU申請(qǐng)中斷。CPU響應(yīng)后，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，由硬件清除中斷標(biāo)志TF0或TF1。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟停：T0為定時(shí)方式1,在置TR0=1以后,定時(shí)立即開(kāi)始,但在定時(shí)時(shí)間到后,還必須用軟件再次裝入初值、重新啟動(dòng)才能開(kāi)始新的定時(shí)。例如：T1為定時(shí)方式1,在置TR1=1以后,定時(shí)立即開(kāi)始,但在定時(shí)時(shí)間到后,還必須用軟件再次裝入初值、重新啟動(dòng)才能開(kāi)始新的定時(shí)。（二）本設(shè)計(jì)需要用到定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1：（1）定時(shí)器工作方式的選擇：定時(shí)器有4種工作方式,選擇哪一種，首先要看這幾種工作方式所允許的最大時(shí)間間隔。本設(shè)計(jì)所用的時(shí)鐘為12MHz時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期為1μs由于定時(shí)器是對(duì)機(jī)器周期計(jì)數(shù)的，所以：8位定時(shí)器最大定時(shí)間隔：28×1μS=256μS13位定時(shí)器最大定時(shí)間隔：213×1μS=8.192ms16位定時(shí)器最大定時(shí)間隔：216×1μS＝65.535ms本系統(tǒng)要求定時(shí)間隔為2秒（及以上），這三種方式都不能滿(mǎn)足。對(duì)于較長(zhǎng)的定時(shí)間隔應(yīng)采取復(fù)合的辦法。例如，可將T0設(shè)成定時(shí)間隔為50ms，將R1設(shè)為循環(huán)次數(shù)40，就能完成2秒的定時(shí)：50ms×40=2s。由于系統(tǒng)設(shè)定定時(shí)間隔為50ms，所以只能用方式1。（2）TMOD（Timer/CounterModeControl）—方式控制字的設(shè)定：系統(tǒng)用到兩個(gè)定時(shí)器T0、T1，并將T1定時(shí)器設(shè)成方式1，T0定時(shí)器設(shè)成定時(shí)方式1，按這種方案考慮：TMOD的初值應(yīng)該是：11H00010001（3）定時(shí)/計(jì)數(shù)初值的計(jì)算與裝入：當(dāng)T0定時(shí)時(shí)間到后，產(chǎn)生溢出標(biāo)志TF0=1，如果此時(shí)中斷開(kāi)放，可以產(chǎn)生中斷；若不采用中斷，也可用軟件查詢(xún)這個(gè)標(biāo)志。同樣，當(dāng)T1計(jì)數(shù)次數(shù)到時(shí)，置TF1=1，即可用于中斷請(qǐng)求，也可用于查詢(xún)。T0與T1初值應(yīng)按補(bǔ)碼計(jì)算。實(shí)際計(jì)算方法是：假定初值為X，由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定時(shí)間隔50ms，所以應(yīng)該有：(216-X)×1μS＝50msX=15536=3CB0H把3CH裝入TH0，B0H裝入TL0。3.2.4存儲(chǔ)空間MCS-51系列單片機(jī)在物理上有4個(gè)存儲(chǔ)空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。從邏輯地址空間分析，MCS-51有3個(gè)存儲(chǔ)器空間：片內(nèi)外統(tǒng)一的64KB的程序存儲(chǔ)器地址空間、256B的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間以及64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間。下面主要介紹一下內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物理上又可以分為2塊：00H-07FH單元組成的低128字節(jié)的RAM塊，如下圖3-5-1；80H-0FFH高128字節(jié)的專(zhuān)用寄存器塊（SFR）。MCS-51的內(nèi)部RAM結(jié)構(gòu)如下圖。其中00H-1FH單元共32個(gè)字節(jié)是四個(gè)通用工作寄存器區(qū)，每個(gè)區(qū)還有8個(gè)工作寄存器，編號(hào)為R0-R7。專(zhuān)用寄存器PSW中有2位專(zhuān)門(mén)用來(lái)確定使用哪個(gè)工作寄存器區(qū)。7FH80B30H位尋址區(qū)16B2FH位地址20H00H-7FH1FH3區(qū)低128BRAM18HR0-R717H2區(qū)10HR0-R7工作寄存器區(qū)32B0FH1區(qū)08HR0-R707H0區(qū)00HR0-R73.3各單元電路設(shè)計(jì)單片機(jī)所需要的控制信號(hào)不能是原始信號(hào)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)對(duì)其控制信號(hào)有一定的要求。本系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的處理使用了低通濾波電路、施密特整形電路以及正反放大等電路，下面做簡(jiǎn)單介紹。3.3.1低通濾波電路圖3.1低通濾波本系統(tǒng)采用的一階RC低通濾波電路，如圖3.1所示。傳遞函數(shù)電路的微分方程為：進(jìn)行S域變換后可得RC低通電路的傳遞函數(shù)是：（2）幅頻響應(yīng)令=RC，帶入微分方程并取拉氏變換可得或者由此可得幅頻關(guān)系為：由上式可知w=1/為該濾波器的截止頻率，紅外信號(hào)的頻率是已知的，而=RC，因此，可以通過(guò)設(shè)定R和C的值來(lái)設(shè)定濾波器的截止頻率，使紅外信號(hào)能通過(guò)濾波器而高于截至頻率的信號(hào)被濾除。3.3.2施密特整形電路施密特觸發(fā)器是最常用的脈沖整形電路之一，其功能是可以將緩慢變化的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫呇囟盖偷木匦蚊}沖。施密特觸發(fā)器的兩個(gè)顯著的特點(diǎn)是：（1）具有連個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即輸出端Q或要么為“1”要么為“0”，這連個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)在在一定條件下能互相轉(zhuǎn)換。（2）具有滯后電壓特性，即正向和負(fù)向翻轉(zhuǎn)的閾值電壓不一樣，正向閾值電壓大于負(fù)向閾值電壓，當(dāng)輸入電壓上升到正向閾值電壓時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，當(dāng)輸入電壓下降到負(fù)向閾值電壓時(shí)，觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)。滯后電壓為正負(fù)向閾值電壓的差值。處了專(zhuān)門(mén)的施密特觸發(fā)器集成電路外，施密特觸發(fā)器還可由門(mén)電路或時(shí)基電路構(gòu)成。這里介紹由555定時(shí)器構(gòu)成的觸發(fā)器。555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路，利用它能極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。如圖3.2所示，將555定時(shí)器的置“1”輸入端（2腳）和置“0”輸入端（6腳）并接在一起作為施密特觸發(fā)器的輸入端，其輸出端（3腳）作為施密特觸發(fā)器的輸出端。圖3.2施密特整形電路當(dāng)輸入信號(hào)Ui≥2/3Vcc時(shí)，輸出信號(hào)Vo=0；當(dāng)輸入信號(hào)Ui≤1/3Vcc時(shí)，輸出信號(hào)Vo=1。輸出信號(hào)Uo與輸入信號(hào)Ui相位相反。3.3.3放大電路經(jīng)過(guò)施密特整形后的信號(hào)還不能直接驅(qū)動(dòng)單片機(jī)進(jìn)行工作，需要經(jīng)過(guò)放大調(diào)理后才可以。本系統(tǒng)中采用反向放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，下面做簡(jiǎn)單介紹。電壓增益圖3.3所示為反向輸入放大電路。由圖利用虛短和虛斷概念有：Av=Vo/Vi=－Rf/R1圖3.3放大電路可以看出，該電路的電壓增益就是電阻Rf和R1的簡(jiǎn)單比值，負(fù)號(hào)說(shuō)明，輸出信號(hào)電壓Vo相對(duì)于輸入信號(hào)電壓Vi相位相差180度，所以這種接法稱(chēng)為反向輸入。輸入電阻和輸出電阻當(dāng)輸入信號(hào)電壓加到放大電路的輸入端時(shí)，放大電路就相當(dāng)于信號(hào)源的一個(gè)負(fù)載電阻。這個(gè)負(fù)載電阻就是放大電路的輸入電阻Ri。對(duì)于上圖所示電路，有Ri=Vi/Ii=R1由于理想運(yùn)算放大器的輸出電阻ｒｏ為零，因此，反向比例運(yùn)算放大器電路在理想情況下輸出電阻為零。3.3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3.4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)組成單片機(jī)最小系統(tǒng)主要以AT89S51為核心，外加復(fù)位電路及時(shí)鐘電路組成，系統(tǒng)框圖如圖3.3所示：

時(shí)鐘電路AT89S51

時(shí)鐘電路AT89S51復(fù)位電路圖3.3最小單片機(jī)框圖

3.3.4.2時(shí)鐘電路89C51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容C1和C2就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容C1和C2取30pF，取12MHZ石英晶體，則時(shí)鐘頻率為12MHZ。3.3.4.3復(fù)位電路復(fù)位操作采用上電自動(dòng)復(fù)位方式。上電自動(dòng)復(fù)位是在加電瞬間通過(guò)電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖所示。在通電瞬間，電容C通過(guò)電阻R充電，RST端復(fù)位高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)便可復(fù)位。復(fù)位電路如圖3.4所示，晶體采用12MHZ，電容取10μF，電阻取8.2kΩ。圖3.4復(fù)位電路3.3.5控制驅(qū)動(dòng)電路如圖3.4所示．此時(shí)，輸入信號(hào)Vi直接加到同向輸入端，而運(yùn)算放大器的反向輸入端通過(guò)電阻R1接地．由虛短和虛斷可得：Av=Vo/Vi=1+Rf/R1如圖3.4驅(qū)動(dòng)電路此式表明Av為正值，說(shuō)明輸出電壓Vo與輸入電壓Vi相位相同．它的一個(gè)重要的特性是，由于信號(hào)接到同向輸入端，因此放大電路的輸入電阻實(shí)際上趨于無(wú)窮大，同時(shí)和上述反向放大電路一樣，同向放大電路的輸出電阻也為零．所以同相放大電路在電路中可用作緩沖放大器，以高阻抗和信號(hào)源連接，低阻連接負(fù)載．3.3.6讀鍵電路如下圖所示，在AT89C51的P1.0口上安裝一個(gè)開(kāi)關(guān)、一個(gè)電阻和一個(gè)支流電源就構(gòu)成了讀鍵電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合的時(shí)候，P1.0位低電平；當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)的時(shí)候，P1.0位高電平。因此，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)一條指令檢測(cè)P1.0的電平，由此可控制單片機(jī)的啟動(dòng)與否。圖3.5按鈕電路3.3.7各單元電路之間的連接

圖3.6信號(hào)調(diào)理電路通過(guò)上圖可以清楚地看到從光電傳感器輸出的信號(hào)的處理過(guò)程，首先由低通濾波器濾除掉高頻信號(hào)的干擾，然后由整形電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形，使之變成脈沖信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)兩極放大電路把信號(hào)放大使之能達(dá)到驅(qū)動(dòng)單片機(jī)的要求。圖3.7單片機(jī)與輸入設(shè)備的連接調(diào)理過(guò)的信號(hào)分成兩路，一路直接接單片機(jī)的INT0端，另一路經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)后接單片機(jī)的INT1