红外遥控及点阵式显示器件的应用

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1、1 / 31 红外遥控及点阵式显示器件的应用 目录 绪论2 1 设计原理或方法 4 1.1 主要元器件介绍4 1.1.1 MCS-51 单片机的结构及编程方法4 1.1.2 16*16 点阵 LED 7 1.1.3 红外控制相关介绍 8 1.2 设计方案介绍 9 2 系统硬件线路设计图11 3 程序框图12 4 资源分配13 5 源程序14 6 性能分析35 7总结与心得36 8 参考文献38 2 / 31 绪论 单片机也被称为微控制器（Microcontroller Unit） ，常用英文字母的缩写 MCU 表示 单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发

2、展而 来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更 小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL 的 Z80 是最早按照这 种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠而 性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。基于这一 系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90 年代后随着消费电子

3、产品 大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广 泛应用，32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了数百倍。目前，高端的 32 位单片机主频已经超过 300MHz，性能直追 90 年代中期的专用处理器，而普通的型号 出厂价格跌落至 1 美元，最高端1的型号也只有 10 美元。当代单片机系统已经不再只 在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。 而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用

4、的 Windows 和 Linux 操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上 单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中 都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等 电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车 上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！ 单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系

5、统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了 I/O 设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学 习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最 佳选择。 3 / 31 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如 CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作 用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价 钱也是低的，一般不超过 10 元即可.用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作 足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD 等等的家电里面都可以看到它的 身影！.它主要是

6、作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰 能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用 PC）的主要区别。 单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是 特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气 也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的 74 系列，或者 60 年代 的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 PCB 板！但是如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写 的程序

7、可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 4 / 31 1 设计原理或方法 1.1 主要元器件介绍 1.1.1 MCS-51 单片机的结构及编程方法 51 单片机内包含下列几个部件： 一个 8 位 CPU； 一个片内振荡器及时钟电路； 4KB ROM 程序存储器； 128B RAM 数据存储器； 可寻址 64KB 外部数据存储器和 64KB 外部程序存储器空间的控制电路； 32 条可编程的 I/O 线（4 个 8 位并行 I/O 端口） ； 两个 16 位的定时/计数器； 一个可编程全双工串行口； 5 个中断源、两个优先级嵌套中断结构。 图 1 8051 单片机的组成框图 （1）cpu 中央处理

8、器 运算器 运算器的功能是进行算数、逻辑运算。它可以对半字、单字节等数据进行操作。 运算器还包含有一个布尔处理器，用来处理位操作。 程序计数器 PC 程序计数器 PC 是一个自动加 1 的 16 位寄存器，用来存放即将要取出的指令码的地 址，可对 64KB 程序存储器直接寻址。 指令寄存器 指令寄存器用于存放指令代码。CPU 执行指令时，由程序存储器中读出的指令代码送 入指令寄存器，经指令译码器后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。 （2）存储器 MCS-51 单片机按程序存储器可分为内部无 ROM 型（如 8031）和内部有 ROM 型（如 8051）两种， 5 / 31 连接

9、时 引脚有区别。程序存储器结构如右图所示： 程序存储器 ：一般将只读存储器（ROM）用做程序 存储器。可寻址空间为 64KB，用于存放用户程序、 数据和表格等信息。 数据存储器：一般将随机存储器（RAM）用做数据存储器。可寻址空间为 64KB。MCS-51 数据存储器可分为片内和片外两部分。 （3）特殊功能寄存器（SFR） MCS-51 有 21 个特殊功能寄存器（也称为专用寄存器） ，包括算术运算寄存器、指针 寄存器、I/O 口锁存器、定时器/计数器、串行口、中断、状态、控制寄存器等，它们被 离散地分布在内部 RAM 的 80HFFH 地址单元中（不包括 PC） ，共占据了 128 个存储单

10、 元，构成了 SFR 存储块。其字节地址可被 8 整除的 SFR 可位寻址。 图 2 80C51 内部结构 （4）I/O 接口 I/O 接口是 MCS-51 单片机对外部实现控制和信息交换的必经之路，用于信息传送过 程中的速度匹配和增加它的负载能力。8051 内部有 4 个 8 位并行接口 P0, P1, P2, P3， 有 1 个全双工的可编程串行 I/O 接口。 （5）定时器/计数器 8051 内部有两个 16 位可编程序的定时器/计数器，均为二进制加 1 计数器，分别命 名为 T0 和 T1。 （6）中断系统 8051 可处理 5 个中断源（2 个外部，3 个内部）发出的中断请求，并可对

11、其进行优先 权处理。外部中断的请求信号可以从 P3.2, P3.3 引脚上输入，有电平或边沿两种触发方 式；内部中断源有 3 个，2 个定时器/计数器中断源和 1 个串行口中断源。8051 的中断系 统主要由中断允许控制器 IE 和中断优先级控制器 IP 等电路组成。 1.1.2 16*16 点阵 LED 88 单色点阵共需要 64 个发光二极管组成，且每个二极管是放置在行线与列线的叉 点上。下图为 88 点阵 LED 外观及引脚图，其等效电路如下图所示，只要其对应的 X、Y 轴顺向偏压，即可使 LED 发亮。 6 / 31 图 3 88 点阵外观及引脚图 图 4 8X8 LED 点阵等效电路

12、 LED 驱动显示采用动态扫描方法，动态扫描方式是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电 路就可以实现多行的同名列共用一套列驱动器。以 1616 点阵为例，把所有同一行的发 光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法） ，先送出对 应第 1 行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第 1 行使其燃亮一定的时间，然后熄灭； 再送出第 2 行的数据并锁存，然后选通第 2 行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；.第 16 行之后，又重新燃亮第 1 行，反复轮回。当这样轮回的速度足够快（每秒 24 次以上） ， 由于人眼的视觉暂留现象，就能看到显示屏上稳定的图形。该方法能驱动较多的 LED，控 制方

13、式较灵活，而且节省单片机的资源。 显示数据传输采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位 一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但串行传输过程较长，数据按顺序 一位一位地输出给列驱动器，只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列 才能并行地进行显示。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描 周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了，以致影响到 LED 的亮度。 采用串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾，可以采用重叠处理的方法。即 在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据 7 / 31 的显示就需要有锁

14、存功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能。这 样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串行移位寄存器就可以准备下一 行的列数据，而不会影响本行的显示。 LED 点阵显示模块进行的方法有两种： （1）水平方向（X 方向）扫描，即逐列扫描的方式（简称列扫描方式）：此时用一 个 P 口输出列码决定哪一列能亮（相当于位码） ，用另一个 P 口输出行码（列数据） ，决 定该行上那哪个 LED 亮（相当于段码） 。能亮的列从左到右扫描完 16 列（相当于位码循 环移动 16 次）即显示出一个完整的图像。 （2）竖直方向（Y 方向）扫描，即逐行扫描方式（简称行扫描方式）：此时用一个

15、P 口输出决定哪一行能亮（相当于位码） ，另一个 P 口输出列码（行数据，行数据为将列 数据的点阵旋转 90 度的数据）决定该行上哪些 LED 灯亮（相当于段码） 。能亮的行从上 向下扫描完 16 行（相当于位码循环移位 16 次）即显示一帧完整的图像。 1.1.3 红外控制相关介绍 红外遥控系统由发射和接收两大部份组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控 制操作，如图1 所示。发射部份包括键盘矩阵、编码调制、LED 红外发送器；接收部份包 括光、电转换放大器、解调、解码电路。 图5 红外遥控系统框图 HT6221 键码的形成： 当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同

16、。这种遥控 码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为 1.125ms 的组合表示二进制的“0” ；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms 的 组合表示二进制的“1” 。 1.2 设计方案介绍 1.2.1 设计总体思路 本次课程设计的要求是利用红外遥控器控制，在 1616 点阵的显示器件上循环显示 “武汉理工大学”6 个汉字，控制项目：循环显示的速度可调，循环显示进入方向（从左 键盘编码调制LED 光/电放大解调解码 8 / 31 至右、从右至左、从上到下、从下往上） 。由于要用 16*16 点阵显示汉字,而 80C51 的 I/O 接口是 8 位的，我们可以用 4 个 8*8 点阵来组成。由于 80C51 的 I/O 口不多（只有 4 组， 32 个） ，为了节约 I/O 口，我们用 74HC154（4 线-16 译码器）作为点阵的列驱动，P2 口 和 P0 口作为数据线。为了显示 16*16 的点阵汉字，我们需建一个表先将要显示