智能光電導(dǎo)盲器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、目 錄1 緒論11.1課題來(lái)源11.2 課題目的和意義11.3課題研究方法11.4論文主要研究?jī)?nèi)容12 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)23系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì)33.1單片機(jī)基本知識(shí)33.1.1簡(jiǎn)介33.1.2引腳介紹43.1.3 AT89C51單片機(jī)的主要組成部分63.1.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器83.2紅外發(fā)射模塊電路設(shè)計(jì)93.2.1紅外發(fā)射概述93.2.2 發(fā)射信號(hào)調(diào)制103.2.3 555多諧振蕩器電路103.3紅外接收電路設(shè)計(jì)133.4耳機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)154 單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)16結(jié)論17致 謝18參考文獻(xiàn)19附錄A 硬件電路圖20附錄B 系統(tǒng)控制程序211 緒論1.1課題來(lái)源據(jù)國(guó)家權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，中國(guó)是世界盲人

2、最多的國(guó)家，約占世界盲人的18%，隨著社會(huì)的發(fā)展，政府越來(lái)越關(guān)心殘障人士。 殘疾人是社會(huì)中主要的弱勢(shì)群體，他們要面對(duì)更多的困難和壓力。近些年來(lái)，社會(huì)和政府越來(lái)越關(guān)注弱勢(shì)群體，給予盲人的關(guān)懷也越來(lái)越多。本課題主要是根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求設(shè)計(jì)，目標(biāo)是完成一套盲人導(dǎo)盲光電器械，固定在實(shí)驗(yàn)者身上，引導(dǎo)他依次通過(guò)一個(gè)放置平板障礙的直通道。1.2 課題目的和意義 在導(dǎo)盲方面，市場(chǎng)上也有一些相關(guān)產(chǎn)品，如盲杖，導(dǎo)盲犬等，這些產(chǎn)品對(duì)盲人的幫助并不很理想，導(dǎo)盲犬由于訓(xùn)練困難，價(jià)格昂貴，很難普及。 隨著光電技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是光探測(cè)技術(shù)以及光信息處理技術(shù)的完善，設(shè)計(jì)出高效，實(shí)用的光電導(dǎo)盲器已水到渠成。1.3課題

3、研究方法在老師指導(dǎo)下，對(duì)智能光電導(dǎo)盲器的原理做深入理解，然后根據(jù)原理設(shè)計(jì)出原理框圖, 在原理框圖的基礎(chǔ)上,對(duì)各部分電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后把各部分電路組合起來(lái)，便得到了總體電路的設(shè)計(jì)。 1.4論文主要研究?jī)?nèi)容本文課題具體技術(shù)要求為：裝置通過(guò)三個(gè)紅外發(fā)射接收探頭從而探測(cè)左、右、前三個(gè)風(fēng)向是否有障礙物。左側(cè)探頭探測(cè)到信號(hào)則左側(cè)耳機(jī)發(fā)出提示音；右側(cè)探頭探測(cè)到信號(hào)則右側(cè)耳機(jī)發(fā)出提示音；前方探頭探測(cè)到信號(hào)則兩個(gè)耳機(jī)一起發(fā)出提示音，從而提醒盲人哪個(gè)方位有障礙物起到引導(dǎo)作用。2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)智能光電導(dǎo)盲器的控制電路，其原理框圖如圖2.1所示。當(dāng)打開電源時(shí)NE555構(gòu)成多諧振蕩器，使第三腳輸

4、出38K方波驅(qū)動(dòng)三極管使紅外發(fā)射器發(fā)出紅外線遇到障礙物反射回來(lái)。當(dāng)左側(cè)接收頭接收到返回的紅外線時(shí)，返回致單片機(jī)控制器。單片機(jī)獲知左側(cè)接收頭收到信息后，發(fā)出指令讓左邊的耳機(jī)發(fā)出提示音；當(dāng)右側(cè)接收頭接收到返回的紅外線時(shí)，返回致單片機(jī)控制器。單片機(jī)獲知右側(cè)接收頭收到信息后，發(fā)出指令讓右邊的耳機(jī)發(fā)出提示音；當(dāng)前方接收頭接收到返回的紅外線時(shí)，返回致單片機(jī)控制器。單片機(jī)獲知前方接收頭收到信息后，發(fā)出指令讓兩邊的耳機(jī)同時(shí)發(fā)出提示音。圖2.1 系統(tǒng)硬件電路框圖3系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)基本知識(shí)簡(jiǎn)介AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)。片內(nèi)含有2KB可反復(fù)擦寫的只讀存儲(chǔ)器（EPROM）和1

5、28B的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)大。AT89C51只有20個(gè)雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是完整的8位雙向I/O口，兩個(gè)外中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，兩個(gè)全雙向串行通信口，一個(gè)模擬比較放大器此外，AT89C51的時(shí)鐘頻率可為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入工作狀態(tài)，省電模式中，片內(nèi)RAM將被凍結(jié)，時(shí)鐘停止震蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件系統(tǒng)復(fù)位方可繼續(xù)工作 。主要特性： 圖3.1 系統(tǒng)單元電路設(shè)

6、計(jì) ·4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128×8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路特性概述:AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口

7、，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51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的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)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RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位1。引腳介紹VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部

8、必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出

9、地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1）

10、 P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖

11、。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取值期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12

12、V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出2。3.1.3 AT89C51單片機(jī)的主要組成部分1CPU CPU是單片機(jī)的核心部分,他的作用是讀入和分析每條指令,根據(jù)每條指令的功能要求,控制各個(gè)部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)8位的CPU，它是由運(yùn)算器和控制器組成。A運(yùn)算器運(yùn)算器主要包括算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件ALU、累加器ACC、寄存器B、暫存器YMP1、YMP2、程序狀態(tài)寄存器PSW、布爾處理器及十進(jìn)制調(diào)整電路等。運(yùn)算器主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和位變量處理等。B控制器控制器包括時(shí)鐘發(fā)生

13、器、定時(shí)控制邏輯、指令寄存器指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器PC、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR和堆棧指針SP等?？刂破魇怯脕?lái)統(tǒng)一指揮和控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作的部件。它的功能是從程序存儲(chǔ)器中提取指令，送到指令寄存器，再進(jìn)入指令譯碼器進(jìn)行譯碼，并通過(guò)定時(shí)和控制電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需要的全部?jī)?nèi)部控制信息及CPU外部所需要的控制信號(hào)，如ALE、PSEN、RD、WR等，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的各種操作14。2存儲(chǔ)器A程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序、表格和常數(shù)。CPU的控制器專門提供一個(gè)控制信號(hào)EA來(lái)區(qū)分內(nèi)部ROM和外部ROM的公用地址區(qū)：當(dāng)EA為無(wú)效電平時(shí)，單片機(jī)從片內(nèi)ROM的

14、2KB存儲(chǔ)器取指令，而當(dāng)指令超過(guò)07FFH后，就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROM取指令；當(dāng)EA為有效電平時(shí)，CPU只從片外ROM取指令。在程序存儲(chǔ)器中，有6個(gè)單元具有特殊存儲(chǔ)功能。0000H0002H：是所有執(zhí)行程序的入口地址，2051單片機(jī)復(fù)位后，CPU總是從0000H單元開始執(zhí)行程序。0003H：外部中斷0入口。000BH：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0溢出中斷入口。0013H：外部中斷1入口。001BH：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1溢出中斷入口。0023H：串行口中斷入口。使用時(shí)，通常在這些入口地址處存放一條絕對(duì)跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷程序起始地址，或者從0000H起始地址跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計(jì)的初始程序上。B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)

15、據(jù)存儲(chǔ)器的8位地址共可尋址256B單元，51單片機(jī)將其分為兩個(gè)區(qū)：00HFFH的128B單元為片內(nèi)RAM區(qū)，可以讀、寫任何數(shù)據(jù)；80HFFH的高128B單元為專用寄存器區(qū)。在低128B的內(nèi)部RAM中，前32個(gè)單元（地址為00H1FH）為通用工作寄存器區(qū)，共分為四組（寄存器0組、1組、2組、3組），每組8個(gè)工作寄存器由R0R7組成，共占32個(gè) 單元。選用哪一組由程序狀態(tài)字PSW中的RS1、RS0這兩位的設(shè)置決定，若程序并不需要四個(gè)4組工作寄存器，那么剩下的工作寄存器可作一般的存儲(chǔ)器來(lái)使用。CPU在復(fù)位時(shí)自動(dòng)選中0組20H2FH的16個(gè)單元為位尋址區(qū)，每個(gè)單元8位，共128位。其位尋址范圍為00H

16、7FH。位尋址區(qū)的每一位都可當(dāng)作軟件觸發(fā)器，由程序直接進(jìn)行處理。程序中通常把各種程序狀態(tài)標(biāo)志、位控變量設(shè)在位尋址區(qū)。同樣，位尋址區(qū)的RAM單元也可作為一般的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器按字節(jié)單元使用。3特殊功能寄存器A累加器A累加器A是一個(gè)最常用的8位特殊功能寄存器，它既可用于存放操作數(shù)，也可用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果。大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)就取自累加器。用ACC表示A的符號(hào)地址。B寄存器B寄存器B是一個(gè)8位寄存器，主要用于乘法和除法的運(yùn)算。乘法運(yùn)算時(shí)，B中存放乘法，乘法操作后，乘積的高8位又存于B中；除法運(yùn)算時(shí)，B中存放除數(shù)，出發(fā)操作后，B中又存放余數(shù)。在其他指令中，寄存器B可作為一般的寄存器使用，用于暫存數(shù)

17、據(jù)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（1） AT89C51單片機(jī)有兩個(gè)可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1，可有程序選擇作為定時(shí)器用或作為計(jì)數(shù)器用，定時(shí)時(shí)間或記數(shù)值也可由程序設(shè)定。（2） 每一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器具有4種工作方式，可用程序選擇。（3） 任一定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在定時(shí)時(shí)間到或記數(shù)值到時(shí)，可有程序安排產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)或不產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)。特殊功能寄存器TMOD和TCON分別是定時(shí)/計(jì)數(shù)器0和1的控制和狀態(tài)寄存器，用于控制和確定各定時(shí)/計(jì)數(shù)器的功能和工作模式。TMOD用于控制T0和T1的工作方式和4種工作模式。其中低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。其格式如下：GATE C/T非 M1

18、M0GATEC/T非 M1 M0GATE位：門控位。當(dāng)GATE=1時(shí)，只有INTO非或INT1非引腳為高電平且TR0或TR1置1時(shí)，相應(yīng)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器才被選通工作；當(dāng)GATE=0，則只要TR0和TR1置1，定時(shí)/計(jì)數(shù)器就被選通，而不管INT0非或INT1非的電平是高還是低C/T非位：計(jì)數(shù)/定時(shí)功能選擇位。C/T非=0，設(shè)置為定時(shí)器方式，計(jì)數(shù)器的輸入是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，其周期等于機(jī)器周期。C/T非=1，設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式，計(jì)數(shù)器的輸入來(lái)自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脈沖。M1、M0位：工作模式選擇位。2位可形成4中編碼，對(duì)應(yīng)4種工作模式，見(jiàn)下表：M1 M0功 能 描 述00 方式0：13

19、位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 01方式1：16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 10方式2：具有自動(dòng)重裝初值的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 11方式3：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0分為兩個(gè)8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1在此方式無(wú)實(shí)用意義3.2紅外發(fā)射模塊電路設(shè)計(jì)紅外發(fā)射概述從光學(xué)的角度而言，紅外是頻率低于紅色光的不可見(jiàn)光，的無(wú)線光譜的整個(gè)頻率中占有很小一個(gè)頻率段，波長(zhǎng)為0.75100微秒之間，其中0.753微秒之間的紅外光稱為近紅外，330微秒之間的紅外光稱為中紅外，30100微秒之間的稱為遠(yuǎn)紅外。紅外光就其性質(zhì)而言很簡(jiǎn)單，與普通光線的頻率特性沒(méi)有很大的區(qū)別，但是，由于任何有熱量的物體均有能量產(chǎn)生，所以紅外的利用非常廣泛，而且不可取代，能否檢

20、測(cè)紅外、能測(cè)到多少紅外或者紅外檢測(cè)的技術(shù)是否可以應(yīng)用于任何自然的或想象的場(chǎng)合是紅外應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵。 當(dāng)今紅外技術(shù)的一個(gè)重要分支是紅外通信技術(shù)的應(yīng)用，這個(gè)應(yīng)用的發(fā)展非常迅速，尤其是紅外通信應(yīng)用于計(jì)算機(jī)設(shè)備中，近幾年的發(fā)展已經(jīng)表現(xiàn)出其非常成熟的特性3。紅外遙控是目前家用電器中用得較多的遙控方式，在講紅外線遙控之前，首先講一講什么是紅外線。我們知道，人的眼睛能看到的可見(jiàn)光按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長(zhǎng)范圍為0.620.76m；紫光的波長(zhǎng)范圍為0.380.46m。比紫光波長(zhǎng)還短的光叫紫外線，比紅光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的光叫紅外線。紅外線遙控就是利用波長(zhǎng)為0.761.5m之間的

21、近紅外線來(lái)傳送控制信號(hào)的4。目前有很多種芯片可以實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射，可以根據(jù)選擇發(fā)出不同種類的編碼。由于發(fā)射系統(tǒng)一般用電池供電，這就要求芯片 的功耗要很低，芯片大多都設(shè)計(jì)成可以處于休眠狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)才工作，這樣可以降低功耗芯片所用的晶振應(yīng)該有 足夠的耐物理撞擊能力，不能選用普通的石英晶體，一般是選用陶瓷共鳴器，陶瓷共鳴器準(zhǔn)確性沒(méi)有石英晶體高，但通常 一點(diǎn)誤差可以忽略不計(jì)5。紅外線通過(guò)紅外發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出去，紅外發(fā)光二極管（紅外發(fā)射管）內(nèi)部構(gòu)造與普通的發(fā)光二極管基本相同，材料和普通發(fā)光二極管不同，在紅外發(fā)射管兩端施加一定電壓時(shí)，它發(fā)出的是紅外線而不是可見(jiàn)光。如圖3.2所示是LED的驅(qū)動(dòng)

22、電路是最簡(jiǎn)單電路， 選用元件時(shí)要注意三極管的開關(guān)速度要快，還要考慮到LED的正向電流和反向漏電流，一般流過(guò)LED的最大正向電流為100mA，電流越大，其發(fā)射的波形強(qiáng)度越大。圖 3.2 紅外發(fā)射 發(fā)射信號(hào)調(diào)制紅外遙控是以調(diào)制的方式發(fā)射數(shù)據(jù)，就是把數(shù)據(jù)和一定頻率的載波進(jìn)行“與”操作，這樣既可以提高發(fā)射效率又可以降低電源功耗。調(diào)制載波頻率一般在30khz到60khz之間，大多數(shù)使用的是38kHz，占空比1/3的方波，如圖3.3所示，這是由發(fā)射端所使用的 455kHz晶振決定的。在發(fā)射端要對(duì)晶振進(jìn)行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12，所以455kHz÷1237.9 kHz38kHz。 &

23、#160;圖 3.3 調(diào)制3.2.3 555多諧振蕩器電路555定時(shí)器電路主要由電壓比較器、分壓器基本RS觸發(fā)器、泄放三極管和反相器構(gòu)成。其電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，引腳圖如圖3.4所示5。圖3.4 555電路結(jié)構(gòu)圖555定時(shí)器含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器C1同相比較端和低電平比較器C2的反相輸入端的參考電平為和。C1和C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過(guò)時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3

24、腳輸出高電平，同時(shí)放電，開關(guān)管截止6。圖3.5 555引腳圖是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開路或接。Vco是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路7。555電路構(gòu)成的多諧振蕩器是常用的矩形脈沖產(chǎn)生電路。它是一種自激振蕩器，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，就能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖或方波。由于矩形波中除基波外還包括了豐富的高次諧

25、波，因此習(xí)慣稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器工作沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，屬于無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。電路的輸出高電平和低電平的切換是自動(dòng)進(jìn)行的，常把這兩個(gè)狀態(tài)分別稱為暫穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)8。1、電路組成和工作原理接通電源后，VCC經(jīng)R1 R2給電容C充電。由于電容上電壓不能突變，電源剛接通時(shí)Vc<，所以555內(nèi)部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，即RD=1，SD=0，基本RS觸發(fā)器置1，輸出端Q為高電平。此時(shí)Q=O，使內(nèi)部放電管截止。當(dāng)C上升到大于時(shí)，RD=1，SD=1，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，即輸出端Q仍為高電平，當(dāng)VC上升到略大于時(shí)，Rn=0，SD=1，基本RS觸發(fā)器置0，輸出端Q為低電平。這時(shí)Q=1，使內(nèi)部

26、放電管飽合導(dǎo)通。于是電容C經(jīng)R2和內(nèi)部放電管放電，c按指數(shù)規(guī)律減小9。當(dāng)Vc下降略小于時(shí)，內(nèi)部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，輸出高電平。這時(shí)，Q=0，內(nèi)部放電管截止。于是C結(jié)束放電并重新開始充電。如此循環(huán)不止，輸出端就得到一系列矩形脈沖，如圖3.6所示10。圖3.6 多諧振蕩器的組成和波形2、主要參數(shù)計(jì)算電路輸出矩形脈沖的周期為： T=t1+t2=0.7(R1+R2)C+0.7R2C=0.7(R1+2R2)C 改變、和的值，就可以改變振蕩器的頻率。如果利用外接電路改變端(5號(hào)端)的電位，則可以改變多諧振蕩器高觸發(fā)端的電平，從而改變振蕩周期T。 在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要

27、調(diào)節(jié)和。在此，引進(jìn)占空比的概念。輸出脈沖的占空比為： 本設(shè)計(jì)由NE555構(gòu)成多諧振蕩器，使第三腳輸出38K方波驅(qū)動(dòng)三極管使紅外發(fā)射器發(fā)出紅外線，為了使第三腳輸出的波形為38K，占空比盡量為1:2，令C=103，R1=R2，RV1=RV211。由震蕩周期T=ln2（R1+RV1+R2+RV2）C得，R1+RV1=1.9K,R1+RV2=1.9K。所以取R1=R2=1K，RV1=RV2=0.9K。電路如圖3.7所示。實(shí)際應(yīng)用中調(diào)節(jié)RV3可以改變紅外探頭反射功率，直接影響紅外接收頭的響應(yīng)距離。圖3.7 NE555構(gòu)成的多諧振蕩器3.3紅外接收電路設(shè)計(jì)發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實(shí)際上是一只

28、特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時(shí)，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見(jiàn)光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為940nm左右，外形與普通發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍(lán)、透明三種顏色。判斷紅外發(fā)光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣：用萬(wàn)用表電阻擋量一下紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻即可。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率要用專門的儀器才能精確測(cè)定，而業(yè)余條件下只能用拉距法來(lái)粗略判定12。接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實(shí)際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時(shí)是反向運(yùn)用，這

29、樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種13。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?00mW左右），所以紅外接收二極管接收到的信號(hào)比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。前些年常用PC1373H、CX20106A等紅外接收專用放大電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。均有三只引腳，即電源正（VDD）、電源負(fù)（GND）和數(shù)據(jù)輸出（VO或OUT）。紅外接收頭的引腳排列因型號(hào)不同而不盡相同，可參考廠家的使用說(shuō)明。成品紅外接收頭的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來(lái)如同一只三極管，

30、非常方便。但在使用時(shí)注意成品紅外接收頭的載波頻率。紅外遙控常用的載波頻率為38kHz，這是由發(fā)射端所使用的455kHz晶振來(lái)決定的。在發(fā)射端對(duì)晶振進(jìn)行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12，所以455kHz÷1237.9 kHz38kHz。也有一些遙控系統(tǒng)采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來(lái)決定。紅外線的光譜位于紅色光之外， 波長(zhǎng)是0.761.5m，比紅光的波長(zhǎng)還長(zhǎng)。紅外遙控是利用紅外線進(jìn)行傳遞信息的一種控制方式，紅外遙控具有抗干擾，電路簡(jiǎn)單，容易編碼和解碼，功耗小，成本低的優(yōu)點(diǎn)。紅外遙控幾乎適用所有家電的控制14。 當(dāng)紅外線遇到障礙物時(shí)，部分紅外線經(jīng)障礙物反

31、射回來(lái)，此時(shí)紅外接收頭將接收到38K的信號(hào)。如果接收到的是38K的信號(hào)，經(jīng)解調(diào)輸出邏輯“0”，否則輸出邏輯“1”。具有性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。如圖3.8所示紅外接收頭與單片機(jī)對(duì)應(yīng)管腳相連使探測(cè)的信息及時(shí)反饋到單片機(jī)。圖3.8 紅外接收電路3.4耳機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用12MHZ晶振，左、前、右三個(gè)接收器分別連接單片機(jī)P1.0、P1.1、P1.2三個(gè)管腳，進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)輸入，經(jīng)單片機(jī)處理，再由P0.0和P0.1兩個(gè)管腳分別連接左右耳機(jī)輸出音頻信號(hào)，當(dāng)有障礙物時(shí)對(duì)應(yīng)的接收頭接收到信號(hào)傳送到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理使連接耳機(jī)的對(duì)應(yīng)端口為高電平“1”，進(jìn)而導(dǎo)通三極管使耳機(jī)發(fā)出提示音。耳機(jī)接收模塊電路如圖3.

32、9所示。單片機(jī)端口P0.0與三極管相連從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)端口控制三極管導(dǎo)通斷開繼而控制耳機(jī)是否發(fā)出提示音。 圖3.9 耳機(jī)模塊4 單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用AT89C51作為控制芯片，上電后硬件電路自動(dòng)發(fā)射紅外線，此時(shí)單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)進(jìn)行不斷的檢測(cè)端口是否接收到返回的紅外線，當(dāng)沒(méi)有紅外線返回則三個(gè)接收頭都接收不到信號(hào)那么單片機(jī)不作任何事情；當(dāng)有障礙物時(shí)則接收頭接收到返回的信號(hào)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)端口檢測(cè)到有返回信息，此時(shí)單片機(jī)把對(duì)應(yīng)端口置“1”，使對(duì)應(yīng)的端口輸出高電平從而使對(duì)應(yīng)的耳機(jī)發(fā)出提示音。圖4.1 程序流程圖結(jié)論在實(shí)踐過(guò)程中我們不斷地摸索與學(xué)習(xí),在之前，我們只是在課本上學(xué)到了那些理論知識(shí)，在實(shí)踐過(guò)

33、程中需要把它們具體的體現(xiàn)出來(lái)，我們遇到了一些麻煩，還有的就是只靠書本上的知識(shí)是不夠的，我們還去圖書館查了一些書籍，在不斷的探索中，我們體會(huì)到了學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的純理論的學(xué)習(xí)，而是讓我們真正地體會(huì)到了知識(shí)不是以往那般虛幻，它是有真正地實(shí)際價(jià)值。我們有能力用我們的努力讓它真正地體現(xiàn)出來(lái)。讓知識(shí)學(xué)以致用，我們想這應(yīng)該是吧。 這次我們的設(shè)計(jì)中包含了光信號(hào)的發(fā)射與吸收，光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，以及51單片機(jī)的應(yīng)用。我們?cè)趹?yīng)用的知識(shí)有模擬電路，數(shù)字電路，單片機(jī)，程序編程，Altium Designer軟件等，在試驗(yàn)過(guò)程中我們對(duì)電路的分析、設(shè)計(jì)電路，用軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真和編寫程序，我們體驗(yàn)了設(shè)計(jì)過(guò)程的艱辛，

34、這次設(shè)計(jì)我們并沒(méi)有學(xué)到很多的新知識(shí)，主要是鍛煉了我們對(duì)以往所學(xué)的知識(shí)的掌握和應(yīng)用，以前那些不大懂得的一些知識(shí)點(diǎn)在我們?cè)O(shè)計(jì)的過(guò)程中深深地記憶在我們的腦海中。讓我們知識(shí)。 這次設(shè)計(jì)導(dǎo)盲器的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)讓我們都明白了我們是可以用我們所學(xué)到的知識(shí)去幫助那些需要幫助的人，我想這才是我們學(xué)習(xí)的真諦。致 謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用了將近兩個(gè)月的時(shí)間，在董老師帶領(lǐng)下終于完成這個(gè)設(shè)計(jì)，過(guò)程是辛苦的，但是收獲卻是很大的。回顧起此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多。的確，從理論到實(shí)踐，在將近兩個(gè)月的日子里，可以說(shuō)是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次

35、畢業(yè)設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從實(shí)踐中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟是實(shí)踐，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故。參考文獻(xiàn)1 朱志偉，基于AT89C51的紅外遙控解碼的實(shí)現(xiàn)J，科技信息，2009（34）241-244.2 周二民.555定時(shí)器的應(yīng)用J.電子產(chǎn)品世界，2007（5）150-16

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