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1、诚信申明本人申明：我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 年 月 日红外发射和接收电路设计摘要 由于单片机具有集成度高、体积小、可靠性高、价格便宜等优点，其在机电一体化、工业控制、仪器仪表和家用电器等领域得到了广泛应用。当前单
2、片机对家用电器控制呈现出外形简单化、功能多样化、产品智能化的发展趋向。红外遥控技术具有使用方便、功耗低、抗干扰能力强、价格便宜的特点， 因此它的应用前景十分广阔。本课题以延伸红外无线遥控技术为目的，提出了一种红外遥控器集中控制的方案，核心是设计出一个红外多路遥控发射/接收系统。本设计以红外线作为传递信息的载体，可对15个LED的工作状态进行短距离无线控制，适用于遥控工业、医疗、家用电器等设备的开闭状态。课题的重点在于通过软件实现二进制数据的编码与解码工作，然后通过红外收发头进行数据传输。关键词：单片机红外遥控LED键盘控制The Design Of Infrared Emitting and
3、Receiving Circuit AbstractAlong with the rapid development of the communications industry and Internet of Things, the telephone has spread to millions of households, the use of the telephone remote control technology has also made certain development using the Proteus software to design a telephone
4、remote intelligent control system simulation,the system microcontroller AT89S52, LCD liquid crystal display circuit, the keyboard circuit basis, divided into two single-chip transmitter and receiver, transmitter input numbers, passwords, and control instructions, and send, the use of single-chip ser
5、ial communication, the receiver receives the number, password, and control command and the checksum is correct, and control of home appliances. Relay analog hook and hang up the process of using the LCD display so that the system has good man-machine interface.Keywords: Micro Control UnitInfrared Re
6、mote ControlLEDKeyboard Control 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文
7、）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关
8、保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目录前言1第1章概 述3第1.1节基于单片机的红外遥控系统概述3第1.2节设计方案思路4第1.3节研发方向和技术关键5第1.4节主要技术指标5第2章总体设计6第2.1节红外遥控发射部分7第2.2节红外遥控接收部分8第2.3节红外编码标准9第3章硬件设计12第3.1节主控芯片AT89S
9、5112第3.2节显示模块18第3.3节键盘模块21第3.4节红外发射电路23第3.5节红外遥控接收电路23第3.6节家电控制模块25第3.7节电源模块25第4 章软件设计27第4.1节总体方案27第五章仿真与调试32结论32附 录35参考文献42致谢43 前言近年来随着计算机在社会各领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时也带动传统的控制、检测等工作日益更新。传统的遥控器大多采用无线电遥控技术，随着科技的进步，红外线遥控技术的进一步成熟，红外遥控也逐步成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。为了方便实用，传统的家庭电器逐渐采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等有害环
10、境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。红外线的光谱位于红色光之外， 波长是0.761.5m，比红光的波长还长。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制方式，红外遥控具有抗干扰，电路简单，容易编码和解码，功耗小，成本低的优点。红外遥控几乎适用所有家电的控制。红外遥控是以调制的方式发射数据，就是把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样既可以提高发射效率又可以降低电源功耗。目前有很多种芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗芯片所用的晶振
11、应该有足够的耐物理撞击能力。红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf以上。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。红外遥控虽然被广泛应用，但各产商的遥控器不能相互兼容。当今市场上的红外线遥控装置一般采用专用的遥控编
12、码及解码集成电路，但编程灵活性较低，且产品多相互绑定，不能复用，故应用范围有限。而本文采用单片机进行遥控系统的应用设计，遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、功耗低、功能强、成本低、可靠性高等特点，因此采用单片机的红外遥控技术具有广阔的发展前景。红外线是一种光线，具有普通光的性质，可以以光速直线传播，强度可调，可以通过光学透镜聚焦，可以被不透明物体遮挡等等。特别制造的半导体发光二极管，可以发出特定波长（通常是近红外）的红外线，通过控制二极管的电流可以很方便地改变红外线的强度，达到调制的目的，因此，在现代电子工程应用中，红外线常常被用做近距离视线范围内的通讯载波，最典型的应用就是家电遥
13、控器。使用红外线做信号载波的优点很多：成本低、传播范围和方向可以控制、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。因此被广泛地应用在各种技术领域中。第1章概述第1.1节基于单片机的红外遥控系统概述当今社会科学技术的发展与日俱增，人们生活水平也是日益提高，为了减少人们的工作量，所以对各种家用电器、电子器件的非人工控制的要求越来越高，针对这种情况，设计出一种集成度比较高的控制体系是必然的。现代科技的飞速发展在许多危险、不可近场合也对远程控制提出了越来越高的要求。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内
14、部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机的集成度很高，它体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化、使用方便等突出特点，尤其耗电少，又可使供电电源体积小、质量轻。所以特别适用于“电脑型产品”，它的应用已深入到工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活用品（家电、玩具）等各种领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机特别适合把它做到产品的内部，取代部分老式机械、电子零件或元器件。可使产品缩小体积，增强功能，实现不同程度的智能化1。红外线是一种光
15、线，具有普通光的性质，可以以光速直线传播，强度可调，可以通过光学透镜聚焦，可以被不透明物体遮挡等等。特别制造的半导体发光二极管，可以发出特定波长（通常是近红外）的红外线，通过控制二极管的电流可以很方便的改变红外线的强度，以达到调制的目的，因此，在现代电子工程应用中，红外线常常被用做近距离视线范围内的通讯载波。使用红外线做信号载波的优点很多：成本低、传播范围和方向可以控制、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。因此被广泛地应用在各种技术领域中。由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电设备。最典型的应
16、用就是家电遥控器。红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否则，就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器)。同类产品的红外线遥控器，也可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方面。本设计主要研究并设计一个基于单片机的红外发射及接收系统，实现对八路开关的隔离控制并对工作状态设备计数。控制系统主要是由 MCS-51 系列单片机、电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LED 显示电路等部分组成，
17、单片机编码发射遥控信号经红外接收处理传送给单片机，单片机根据不同的信息码控制四路 LED 发光二极管各个状态，并完成相应的状态指示2（如图 1.1）。按键编码和调制红外发射红外接收解码并响应红外遥控红外接收图 1.1红外线遥控系统框图第1.2节设计方案思路本设计主控芯片采用目前比较通用的MCS-51系列单片机。此类单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大，市场上比较多见，价格便宜且技术比较成熟容易实现。红外传输利用载波对信号进行调制从而减少信号传输过程中的光波干扰,提高数据传输效率。由单片机AT89S51定时器 T0 产生周期性的 26.3 的矩形脉冲,即每隔13us，定时器 T0 产生中断
18、输出一个相反的信号使输出端产生周期的 38KHz 脉冲信号。再由单片机将键盘信息及系统识别码等数据调制在红外载波上经红外发射头发射出去。接收方由红外一体化接收头实现对接收信号的放大解调并还原为数据流，经由单片机解码后对相关IO口进行操作3（如图 1.1）。第1.3节研发方向和技术关键随着电子技术的发展，当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积重量轻的方向发展。在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。（1）合理设计硬件电路，使各模块功能协调；（2）红外发射信号的脉冲
19、波形；（3）红外发射信号的编解码；（4）单片机对IO口的操作；第1.4节主要技术指标（1）遥控距离4到6m；（2）遥控路数为 8路，即可对 8 个受控设备同时进行开关控制；（3）工作频率为 38KHz，即红外发射和接收的载频为 38KHz；（4）接收端可显示受控状态。第2章总体设计红外遥控系统是集中集光、电于一体的系统。其工作原理是用户按键信号经单片机编码处理后转化为脉冲信号，经由红外发射头发送出去；接收端由红外一体化接收头实现对接收信号的放大解调并还原为数据流，经由单片机解码后对相关IO口进行操作，从而完成整个遥控操作。整个系统主要是由电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LED 指示电路和
20、LCD液晶显示电路等部分组成。系统硬件由以下几部分组成：红外数据发射电路，键盘采用普通按键键盘，按键统一接在单片机P1口。整体设计思路为：根据扫描到不同的按键值对发射脉冲编码赋值后 AT89S51 将按照数据处理要求从 P3.4 输出控制脉冲与 T0 产生的 8KHz 的载波（周期是 26us）进行调制，经 NPN 三极管对信号放大驱动红外发光管将控制信号发送出去。红外数据接收则是采用 SM0038 一体化红外接收头，内部集成红外接收、数据采集、解码的功能，只要在接收端 INT0 检测头信号低电平的到来，就可完成对整个串行的信号进行分析得出当前控制指令的功能。然后根据所得的指令去操作相应的用电
21、器件工作，如图 2.1所示。遥控按键编码单片机红外发射管红外传输红外一体化接收头解码单片机执行部分图2.1图2.1系统总体结构框图第2.1节红外遥控发射部分红外遥控发射部分系统框图见图2.2。发送端采用单片机的定时中断功能，由定时器 T0 产生周期为 26us 的矩形脉冲,即每隔13us定时器 T0 产生中断输出一个相反的信号使单片机输出端产生周期为38KHz的脉冲信号。脉冲图如图 4所示。系统通过直连单片机的按键获取用户遥控信息，经按键扫描确认，然后交由单片机对将要发射数据进行整理，将待发送的二进制信号编码调制在38kHz脉冲基波上，生成脉冲发射信号,最后通过红外发射管发射红外信号。红外发射
22、电路的作用是当接收到外界信号时，驱动红外发光二极管发出调制红外光4。发射系统一般要求芯片的功耗要很低，芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗。红外线通过红外发光二极管（LED）发射出去，红外发光二极管内部材料和普通发光二极管不同，在其两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光5。单片机红外遥控发射器主要有单片机、行列式键盘、低功耗空闲方式控制电路、红外管发射电路以及单片机的一些电源、复位、震荡子电路组成6。单片机不工作时一直处于低功耗状态，采用了空闲节电工作方式。当遥控器的某一按键被按下以后，外部中断1产生中断，唤醒单片机进入工作状态，查询键盘按下的是哪
23、一个按键，当确认按键后，控制软件启动定时器T0、T1，T1作为发射时间控制器，T0作为红外线发射频率控制器，T0定时溢出时中断程序使红外管接口电平反转一次，写入定时器的初值不同，在输出端口就得到不同的发射频率。T1定时溢出时中断程序关闭关闭T0定时器，停止红外线发射7。按键部分单片机89S51编码红外发射电源5V驱动图2.2 红外遥控发射电路框图图2.338KHz 载波信号第2.2节红外遥控接收部分红外遥控接收电路框图见图 2.4。红外接收端普遍采用价格便宜,性能可靠的一体化红外接收头(SM0038 , 它接收红外信号频率为38KHz ,周期约26s)。它能同时对信号进行放大、检波、整形,得到
24、TTL 电平的编码信号。红外接收头收到信号后单片机立即产生中断，开始接收红外信号。接收到的信号经单片机解码得到用户遥控信息并转至IO口执行,同时单片机还完成对处于工作状态的设备进行计数并显示。红外接收电路的作用是接收红外发光二极管发出的调制红外光，并通过运算放大器放大后输入到音频锁相环译码器集成电路进行选频。单片机红外遥控接收器主要有单片机、红外遥控接收电路、状态指示电路、控制电路以及单片机的一些外围电路组成。利用单片机中的T0作为红外脉冲计数器，T1作为计数时间控制器。当电路中红外接收管接收到第一个红外脉冲时，外部中断1被触发，启动计数器T0和定时器T1。定时溢出，中断程序关闭计数器T0，读
25、入计数值并进行判断，确定操作对象（遥控按键）对其进行反转操作，控制电路对所控制的负载进行开或关。还可对接收电路实行上锁功能，对控制电路上锁后，遥控器不能对控制电路实施遥控功能。红外线接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。红外线接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf以上。有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻，进一步降低电源干扰。接收电路可以使用一种集红外线接收和放大于一体的一体化红外线接收器，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收
26、到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。5V红外接收单片机89S51解码设备数显示受控设备电源5V光电隔离图2.4红外遥控接收电路框图第2.3节 红外编码标准本设计中采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码,编码由发送单片机来完成。以间隔0.56ms、脉宽为0.565ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“1”；以间隔1.685ms、脉宽为0.565ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“0”，其波形如图2.5所示。Bit“1”1.125ms0.56ms2.25ms1.685msBit“0”图 2.5二进制信号“
27、1”和“0”的编码遥控编码脉冲信号由引导码、识别码、识别反码、控制码、控制反码信号组成。引导码也叫起始码，由宽度为5ms的高电平和宽度为3ms的低电平组成，用来标志遥控编码脉冲信号的开始。如图2.6所示。3ms 低电平5ms 高电平图 2.6信号引导码图识别码也叫系统码，它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防止各遥控系统的误动作。控制码也叫功能码，它代表了相应的控制功能，接收机可根据功能码的数值完成各种功能操作。识别反码与控制反码分别是识别码与控制码的反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差错。脉冲位置表示的“0”和“1”组成的 32 位二进制码前 16 位控制指
28、令，控制不同的红外遥控设备。而不同的红外家用电器又有不同的脉冲调控方式，后 16位分别是 8 位的控制码和 8 位的控制反码。2.3.1二进制信号的调制二进制信号的调制仍由发送单片机来完成,如图2.7所示,A是二进制信号的编码波形,B 是频率为38KHz (周期为26s) 的连续脉冲,C 是经调制后的间断脉冲串(相当于C = A B) ,用于红外发射二极管发送的波形。图2.7 中,待发送的二进制数据为101。图中脉冲个数仅为示意非真实情况。图2.7二进制信号的调制2.3.2二进制信号的解调二进制信号的解调由一体化红外接收头SM0038来完成,它把接收到的红外信号(图2.8 中波形D ,也是图9
29、 中波形C) 经内部处理并解调复原,在输出脚输出图2.8 中波形E (正好是对图2.7 中波形A 的取反) ,SM0038 的解调可理解为:在输入有脉冲串时,输出端输出低电平,否则输出高电平。可直接与单片机串行输入口及外中断相联，以实现随时接收遥控信号并产生中断，然后由单片机对编码还原。图 2.8红外接收头接收及输出波形2.3.3二进制信号的解码解码是指用特定方法把数码还原成它所代表的内容或将电脉冲信号、光信号、无线电波等转换成它所代表的信息、数据等的过程。解码在无线电技术和通讯等方面广泛应用8。进而二进制信号的解码由接收单片机来完成,它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码,还原出发送端发
30、送的数据。如图2.8 ,把波形E 解码还原成原始二进制数据信息101。第3章硬件设计第3.1节主控芯片AT89S51AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中9。3.1.1主要特性8031 CPU与MCS-51 兼容4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)4.05.5V的工作电压范围全静态工作：0Hz-
31、33MHz三级程序存储器保密锁定128*8位内部RAM32条可编程I/O线 图3.1 AT89S51两个16位定时器/计数器6个中断源全双工串行UART通道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 低功耗空闲和掉电模式 灵活的在系统编程3.1.2功能概述AT89S51 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IO 口线，看门狗（WDT），两个数据指针，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，AT89S51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C
32、PU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。AT89S51其他主要功能列举如下：(1)为一般控制应用的 8 位单芯片(2)晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）(3)内部程式存储器（ROM）为 4KB(4)内部数据存储器（RAM）为 128B(5)外部程序存储器可扩充至 64KB(6)外部数据存储器可扩充至 64KB(7)32 条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O 的控制(8)5 个中断向量源(9)2 组独立的 16 位定时器(10)1 个全多工串行通信端口
33、(11)8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能(12)单芯片提供位逻辑运算指令AT89S51方框图如图3.2所示：图 3.2AT89S51内部功能框图3.1.3引脚功能说明Vcc：电源电压（5V）。GND：电源接地。P0 ：P0口是一组8位漏极开路型双向I0口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在F1ash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 ：Pl
34、是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。P2 ：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向IO 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序
35、存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRi 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3 ：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I0 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口还接收一些用于Flash闪速存储
36、器编程和程序校验的控制信号。P3口除了作为一般的I0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表3.1所示：表3.1P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断0）P3.3（外部中断1）P3.4T0（定时/计数器0外部输入）P3.5T1（定时/计数器1外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT 溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为R
37、ESET输出高电平打开状态。ALE/：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的16 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。：程序储存允
38、许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。F1ash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程电压Vpp。XTALl：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。3.1.4时钟电路AT
39、89S51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容Cl、C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路10。对外接电容Cl、C2 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF10F。本设计中我们采用的是石英晶体，电容为30Pf。电路中的电容C1和C2的典型值通常取为30
40、pF左右，对外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响石英晶体振荡器频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的振荡器的频率范围通常是在1.2 MHz-12 MHz之间，晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快，晶振和电容应该尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定，可靠地工作，为了提高温度稳定性，应该采用温度稳定性能好的电容。3.1.5复位电路单片机复位电路包括片内、片外两部分，片外复位电路通过引脚加到内部复位电路上，内部复位电路在每个机器周期S5P2对片外信号采样一次，当RST引脚上出现连续两个机器周期的高电平时，单片机就完
41、成一次复位。外部复位电路就是为内部复位电路提供两个机器周期以上的高电平而设计的，AT89C2051通常采用上电自动复位和按键手动复位两种方式11。上电复位电路在通电瞬间，在RC电路充电过程中，RST端出现正脉冲，从而使单片机复位。按键手动复位又分为按键电平复位和按键脉冲复位，按键电平复位是将复位端通过电阻与Vcc相连，按键脉冲复位是利用RC微分电路产生正脉冲来达到复位的目的。复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号直至系统电源稳定后撤销复位信号，为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。复位是单片机初始化操作，其主要功能是把PC
42、初始化为0000H，使单片机从0000H单元执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。 复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。本设计采用了按键手动复位方式。图3.4 所示的RC 复位电路可以实现上述基本功能。图3.3按钮开关为手动复位开关， C3 可避免高频谐波对电路的干扰。图 3.3复位电路第3.2节显示模块在模拟电子和数字电子中，经常用到的显示方法有LED数码管显示和LCD显示。方案一：显示器主要考虑需要显示的位数和相应的辅助字符，根据这些因素和数字多用表的实际显示功能分析，LED比较适宜。LED是单片
43、机应用系统中简单而常用的输出设备，通常用来指示机器的状态或其他信息。它的优点是：显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长等。单片机应用系统中，通常需要进行人机对话。这包括人对系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示运行状态和结果等。显示器和键盘电路就是用来完成人机对话活动的人机通道。LED显示器有两种不同的形式分为共阴极和共阳极。根据LED的显示控制方式有分为静态显示和动态显示两种，因此在选择LED显示时，一定先要确定显示的方式。将显示的数字或字符转换成段码的过程可以通过硬件译码和软件译码来实现。根据分析，我采用硬件译码BCD数码管与8051单片机的接口电路，这种显示器内部集成了硬件段译码
44、器，能自动将输入的BCD数转换成7段LED译码，直接点亮显示器的段。方案二：LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。LCD液晶显示器具有显示质量高、没有电磁辐射、可视面积大、应用范围广、画面效果好、数字式接口、“身材”匀称小巧、功率消耗小等优点，具有优良的人机交互界面设计。结果比较和综合考虑，决定采用LCD作为显示器件，在比较了市场上的LCD显示器件后，决定采用LCD1602作为显示器件，LCD1602可
45、显示16*2个英文字符，控制简单且价格便宜，完全满足系统设计的需要。1602是指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，1602采用标准的16脚接口，电路图如图3.4所示，其中： 第1脚：VSS为电源地 第2脚：VDD接5V电源正极 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。 第714脚：D0D7为8位双向数据端。 第1516脚：空脚或背灯电源。15脚
