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1、通信系统原理课程设计基于51单片机和红外遥控的点阵贪食蛇院系：学院电子科学系_ 11电子信息工程1班组员：翁铢炜110703131林贵玉110703122目录第一章 方案设计与论证11、稳压电源模块方案论证12、 单片机的选择论证 23、 点阵驱动方案论证 2第二章 系统总体设计3第三章 红外遥控系统介绍41、 红外通讯原理42、红外遥控系统结构53、调制54、发射系统65、一体化红外接收头76、红外编码格式8第四章 硬件设计101、8X8LED单色点阵的原理说明102、LED阵列驱动电路103、稳压电源电路104、蜂鸣器及其驱动电路115、红外接收模块电路116、单片机最小系统127、系统总
2、原理图12第五章 软件设计141、主程序工作流程142、LED点阵初始化143、贪吃蛇的移动154、食物的随机出现155、红外遥控15第六章测试与调试17第七章总结19附录一系统源程序20绪论：本文根据贪食蛇的游戏规则，主要阐述基于51单片机和红外遥控的点阵贪食蛇的设计方案及思路。本文以ATMEL AT89S52 单片机为控制核心，使用8*8点阵为显示模块，设计并实现贪食蛇最基本的功能。文章详细介绍了红外遥控贪食蛇的硬件电路和软件设计。硬件部分利用红外接收头的输出接在AT89C52单片机INT1中断口，通过跳变沿触发的方式来触发单片机INT1中断，从而可以对编码脉冲进行接收、存储和解码，然后根
3、据对应的键值实现点阵上贪食蛇的各种运动变换。贪吃蛇，是一种益智小游戏。其游戏背景：蛇引诱夏娃吃了苹果之后，就被贬为毒虫，阴险的象征，而蛇吃东西是整只动物吞进去的，大概在文艺复兴的时候就有人发明了这么一种游戏，是现在贪吃蛇的前身，后来慢慢地发展成了现有的贪吃蛇游戏。其游戏规则比较简单，就是一条小蛇，不停地在屏幕上游走去吃屏幕上出现的食物，越吃越长，到了一定的长度之后，就可以进入下一关，越到后面的关卡蛇移动的速度越快，只要蛇头碰到四周的墙壁或者碰到自己的身体，小蛇就立即毙命并结束游戏。 / 第一章 方案设计与论证：1、稳压电源模块方案论证：常用的电源有串联型线性稳压电源（LM2940、7805等）
4、和开关型稳压电源（LM2596、LM2575等）两大类。前者具有纹波小、电路结构简单的优点，但是效率较低，功耗大；后者功耗小，效率高，但电路却比较复杂，电路的纹波大。对于单片机，需要提供稳定的5V电源，由于LM2940的稳压的线性度非常好，所以选用LM2940对其进行供电。在本设计中，51单片机使用5V电源，电池使用7.2V电源。考虑到电源为充电电池组，额定电压为7.2V，实际充满电后电压则为7.0-7.3V，所以单片机及红外遥控模块需采用稳压后的5V电源供电。方案一:使用三端稳压电路78XX系列，如7805。工作原理：是电流源型稳压电路，是通过调节输出电流来保证输出端电压的，其反馈量是电压，
5、基准量也是电压，经过部电路转化成反馈电流和基准旁路电流，其差值又去旁路部电流源使输出电流满足端电压的稳定。方案二：使用LM2940低压差三端稳压路。综合两种方案考虑， LM2940比7805的转换效率高。7805直接输入不接输出的情况下，其部还会有3mA的电流消耗（静态电流）。而LM2940的静态电流就比它远远小得多了。最终采用方案二。2、 单片机的选择论证 ：方案一：AT89S52单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机、而且其价格便宜。方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合
6、信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器核，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标准8052的数字外设部件，片还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，而且执行速度快。但其价格较贵以上两种方案综合考虑，选择方案一。3、 点阵驱动方案论证 ：正向点亮一颗LED，至少也得1020毫安，若电流不够大，则LED不够亮。而不管是8051的输入/输出口，还是TTL、CMOS的输出端，其高态输出电流都不是很高，不过12毫安而已，因此，很难直接高态驱动LED。这时候就需要额外的驱动电路。方案一：采用74HC595芯片驱动LED有以下特点：速度较快，功耗较小，LED的数目多少随意
7、，既可以控制共阴极的LED显示器，也可以控制共阳极的LED显示器，可以软件控制LED的亮度，还可以在必要的时候关断显示 (数据保留)，以减小功耗，并可随时唤醒显示。用它设计的电路，不仅软硬件设计简单，而且功耗低，驱动能力强，占用的I/O口线较少,是一种造价低廉,应用灵活的设计方案。方案二：74HC573是8位三态锁存器。可锁存地址、数据、可作缓冲器用。.当锁存器的输入端出现有效信号，输入状态被锁存到输出端，直到下一个锁存信号到来时刷新。这里的三态，是指它的输出可以是“0”或“1”状态，又可以是高阻状态。高阻态相当于隔断状态，没有逻辑控制功能。74HC573有驱动能力.每个口输出电流可达正负35
8、MA。综上考虑，74HC573虽然占用的IO口比74HC595多，但其输出电流较大，最终选择方案二。第二章 系统总体设计：本系统是基于红外遥控的点阵贪食蛇。主要实现以下几个功能：1、通过红外遥控器上的指定按键（上、下、左、右）控制点阵上的贪食蛇的前进方向；2、遥控器上有七个档位可以调节贪食蛇运动的速度，已达到调整游戏难度的效果；3、贪食蛇每前进一步，蜂鸣器响一次；4、贪食蛇且前进的方向不同，蜂鸣器响的声音不同（即频率不同）；5、贪食蛇撞上“墙”或者“蛇本身”，游戏结束，回到初始页面；6、贪食蛇每“吃掉”一个食物，蛇本身长度加一个单位。本系统电路主要分为五个模块：稳压电源模块、红外遥控模块、单片
9、机最小统模块、点阵及其驱动模块、蜂鸣器及其驱动模块。图2.1 系统总框图第三章 红外遥控系统介绍1、 红外通讯原理：红外遥控是单工的红外通信方式，本设计的红外遥控采用以通信方式为基础的红外遥控，而且本设计也使用了红外通信技术，故着重分析红外通信的基本原理。红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。红外线是波长在 750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段的近红外线
10、，波长在 0.75um至 25um之间。红外数据协会（IrDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的围限定在 850 至 900nm之。红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号（载波信号） ，通过红外发射管发射红外信号。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。脉时调制（PPM）是红外数据协会(IrDA)和国际电子电工委员会(IEEE)都推荐的调制方式，本设计采用PPM调制方法，即用两个脉冲串之间的时间间隔来表示二进制信息
11、，数据比特的传送仿照不带奇偶校验的RS232 通信，首先产生一个同步头，然后接着 8 位数据比特。如图3.1所示。图3.1 PPM 调制波形图普通的红外遥控采用面向指令的帧结构，数据帧由同步码，地址码和指令码组成，指令码长度多为 816 个比特，传送多字节遥控协议时效率偏低，而增加指令码的长度不利于接收器同步，为此本设计选用一种面向字节的帧结构，采用类似于异步串行通信的帧结构，每帧由一个起始位（二进制数 0） 、8 个数据位和 2 个停止位（二进制数 1）构成，如图 3.2 所示。每帧传送 1 个字节的数据，帧与帧间隔大于 2ms，帧结构不含地址信息，寻址问题由高层协议解决8。图 3.2 数据
12、帧结构示意图由于红外光存在反射,在全双工的方式下发送的信号也可能会被本身接收，因此，红外通信应采用异步半双工方式，即通信的某一方发送和接收是交替进行的。2、红外遥控系统结构：红外遥控系统主要分为调制、发射和接收三部分，如图3.3 所示：图3.33、调制：红外遥控发射数据时采用调制的方式，即把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样可以提高发射效率和降低电源功耗。调制载波频率一般在30khz到60khz之间，大多数使用的是38kHz，占空比1/3的方波，如图3.4所示，这是由发射端所使用455kHz晶振决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz1237.9 kHz
13、38kHz。图3.4 载波波形4、发射系统：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应该有足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体，一般是选用瓷共鸣器，瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常一点误差可以忽略不计。红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去，红外发光二极管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。图3.5A 简单驱动电路图3.5B 射击输出驱动电路如图3.5A和图3.5B是LED的驱动电路，图3a是最简单电路， 选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED的正向电流和反向漏电流，一般流过LED的最大正向电流为100mA，电流越大，其发射的波形强度越大。图3.5A电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。图2.5B所示的射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V左右，发射极电流IE基本不变，根据IEIC,所以流过LED的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥控距离。5、一体化红外接收头：红外接收电路通常被
