单片机红外汽车测速学士学位论文

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1、编号毕业设计（论文）题目： 单片机红外汽车测速 本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 单片机红外测速设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 学 号： 作者姓名： 年 月 日xx大学xx学院机电系 电子信息工程 专业毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题：、 题目 单片机红外汽车测速设计 、专题 单片机红外汽车测速的软硬件设计 二、课题来源及选题依据红外线传感器应用相当广，在许多地方你都可以看到

2、它的身影，如红外门禁系统，红外报警系统、红外测距系统，红外遥控系统等等。自从单片机问世以来，在国外，他已广泛应用于自动控制、数据采集和处理、家用电器等各方面，同时也参透到其他各个科技领域。在国内，虽然起步比较晚，但由于单片机物美价廉、功能强、体积小、使用灵活方便，越来越得到发展，尤其在工业过程控制、自动化仪器等领域得到广泛应用。所以本次毕业设计我选择了单片机红外汽车测速这个课题。单片机红外汽车测速精度高，应用广。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1. 硬件电路的设计 2. 用protel画出硬件原理图 3. 软件编程程序框图设计 4. 软件编程实现汽车速度测量 四、接受任务学生： 班 姓

3、名 五、开始及完成日期：自 年 月 日至 年 月 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名 签名 签名教研室主任学科组组长研究所所长签名 系主任 签名 xxxx年xx月xx日摘 要随着居民生活水平的不断提高，汽车已经成为现代社会中不可缺少的一部分。本次设计制作的单片机红外汽车测速仪能够显示汽车的行驶速度。单片机的优点是体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。而且单片机与数字电路完美的搭配组合能够完成前沿先进的设计。红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离

4、；反射式指发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。本产品具有密度大、体积小、易安装、易操作等优点。这是一般汽车电子产品所没有的。关键词：单片机；测速；红外线发射AbstractWith the continuous improvement of living standards, cars have become the indispensable part of society. The design of microcontroller infrared speed detector capable of di

5、splaying the car speed. SCM has the advantage of small size, light weight, anti-interference ability, less demanding on the environment, low cost, high reliability, good flexibility, develop more easily. . Microcontroller and digital circuits and with the perfect combination of cutting-edge advanced

6、 design to completion. Infrared transmitter and receiver in two ways, one is the direct type, the other is reflective. LED direct-type refers to the relative placement and receiving tube launched and controlled at both ends of the middle distance apart; reflective means LED tubes tied together with

7、the receiver, usually receiving tube has no light, only the issue of infrared LED encountered light reflector, the receiver tube receive the infrared light reflected back before work. This product has high density, small size, easy to install, easy to operate. This is a general automotive electronic

8、 products do not have. Keywords: microcontroller; speed; infrared emission 目 录1 绪论12 课题研究内容和分析论证32.1 课题研究内容32.2 整体方案设计与选择32.2.1 显示部分电路选择32.2.2 计数电路选择32.3 系统结构图43 硬件设计53.1 AT89C51单片机53.1.1 单片机发展过程53.1.2 AT89C51单片机简介63.1.3 主要功能63.1.3 管脚说明73.1.4 振荡器特性83.2 74LS1493.2.1 施密特触发器介绍93.2.2 施密特触发器的应用93.2.3 74L

9、S14介绍103.3 七段LED数码显示器113.3.1 七段LED数码管113.3.2 LED数码显示器的显示段码133.3.3 74LS164显示接口芯片133.4 红外发射接收电路153.4.1 红外线特点153.4.2 红外线发射与接收器件153.4.3 发射接收电路组成194 软件设计214.1 中断程序设计214.2 显示输出程序234.3 总程序设计245 总结与展望25致 谢26参考文献27附 录28V单片机红外测速设计1 绪论单片机自20世纪70年代问世以来，以极高的性能价格比受到人们的重视和关注，所以应用很广泛，发展很迅速。单片机的优点是体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境

10、要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后，也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统，并可获得较高的经济效益。而且单片机与数字电路完美的搭配组合能够完成前沿先进的设计。目前单片机技术和数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电视，雷达，通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高，功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中，大规模和超大规模集成电路的发展，单片机和数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。随着现代社会的

11、电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际。352 课题研究内容和分析论证2.1 课题研究内容本次设计的任务是制作一个单片机红外汽车测速仪，使其能够显示汽车的行驶速度。主要完成以下内容：（1）系统硬件电路的详细设计根据系统要求对各部分电路进行细化。设计出具体电路，并根据各单元电路的功能需求选定具体的器件。主要包括各种芯片的选择，元器件的类型，与单片机的各引脚如何连接，各个芯片之间怎么连接等。本部分具体内容在第二章中加以介绍。（2）系统软件的详细设计根据系统软件的结构划分，对各个功能模块进行详细设计，同时画出每个部分的程序框图，最后把单独的程序结合在一起。本部分具体内容在第三章中加以介绍。2.2

12、 整体方案设计与选择2.2.1 显示部分电路选择这部分硬件和软件部分设计我考虑的两种方案：方案一：串行接法设计中要显示3位数字，用74LS164作为显示驱动，其中带锁存，使用串行接法可以节约I/O口资源，发送数据时容易控制。方案二：并行接法使用并行接法时要对每个数码管用I/O口独立输入数据，占用资源较大。由于设计中用一块单片机进行控制，资源有限，选择了方案一。另外，使用锁存也起到节约资源的作用。2.2.2 计数电路选择本次设计中主要要记录汽车轮子所转的圈数并同时记录转这些圈数所用的时间，然后通过圈数计算出路程最后得出速度。在本设计中我想了两个方案：方案一：使用红外中断将红外发光二极管和红外光敏

13、三极管分别置于车轮俩边，使他们能够通过车轮上小孔进行对射。当车轮转一圈时，红外光敏三极管接收到红外发光二极管的光，从而红外光敏三极管电路接通，产生高电平，经施密特触发器74LS14整形并传送到单片机的外部中断0执行中断程序记录圈数。方案二：使用电感式接近开关在汽车轮子侧面装一个金属物体，然后在附近安置一个振荡感应头，当金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰弱，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断，接通一次就表示轮子转了一圈。考虑到取材问题，我采用方案一设计。综上所述，我所要做出来的系统

14、整体方案为：红外传感器中断进行汽车轮子所转圈数的计数和所用时间的计数，用74LS164作为显示驱动，串行连接3个数码管。2.3 系统结构图本次设计中用到的硬件有红外发光二极管、红外光敏三极管、施密特触发器（74LS14）、单片机（AT89C51）、显示芯片（74LS164）、数码管。下图2.1为系统的结构框图。信号采集整形单片机输出显示图2.1 系统结构图3 硬件设计3.1 单片机的最小应用系统13.1.1 单片机发展过程单片机一词是来自英文Single Chip Microcomputer,它是80年代初从英文直译而来。单片机物理含义是把CPU、存储器和各种各样外围设备的接口都集成在一块半导

15、体芯片上，形成单片机的计算机。但是，目前国内外的多数厂商和学者普遍改称“微控制器”（Microcomputer Unit）来代替以前的单片机（Single Chip Microcomputer）。究其原因，是这类微型计算机，从功能到形态皆由控制计算机演变而来。因此，单片机改称微控制器后，其含义就更加准确。单片机在一块芯片上集成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时/计数器和多种功能输入/输出I/O及A/D转换等。就其组成而言，一片单片机就是一台计算机。单片机的发展划分为四个阶段：第一阶段（1974年开始）：单片机初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形式，而且功能比较简

16、单，如仙童公司的F8实际上只包括了8位CPU、64字节RAM和2个并行I/O口，因此，还需加一块3851（由1K ROM、定时/计数器和2个并行I/O口构成）才能组成一台完整微型计算机。第二阶段（1976年开始）：低性能单片机阶段。以Intel 公司的MCS-48为列，采用了单片结构。即在一块芯片内就含有8位CPU、并行I/O口、8位定时/计数器、RAM和ROM等，但无串行I/O口，中断处理也比较简单，片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围有限，一般都不大于4K字节。第三阶段（1978年开始）：高性能单片机阶段。这一类单片机带有串行I/O，有多极中断处理，定时/计数器为16位，片内的RAM和R

17、OM相对增大，且寻址范围可达64K字节，有的片内还带有A/D转换接口。这类单片机有Intel 公司的MCS-51，Motorola公司的6801和Zilog公司Z8等。由于这类单片机应用的领域较广，目前还在不断改进和发展着。第四阶段（1982年开始）：16位单片机阶段。16位单片机除了CPU位16位外，RAM和ROM容量进一步增大，实时处理的能力更强。如Intel 公司的MCS-96，其集成度已为120000管子/片，主振幅12MHZ，片内RAM为232字节，ROM为8K字节，中断处理为8级，而且片内带有多通道10位A/D转换和高速输入/输出部件（HSIO），实时处理的能力很强根据1989年5

18、月的统计，包括单片信号处理机在内，单片机有70几个系列463个机种。3.1.2 AT89C51单片机简介AT89C51单片机的指令长度较短：单字节指令有49条；双字节指令有46条；最长的是三字节指令，只有16条。指令周期也短；单机器周期指令64条；双机器周期指令45条；只有乘、除两条指令需要4个周期。这些指令在12MHZ晶振的情形下，执行时间分别为1us、2us和4us。可见，MCS-51指令系统在存储空间和执行时间方面具有较高的效率，编程的程序占用内存单元少，执行也很快捷，与其应用范围的要求很想适应。在8051单片机指令系统中，有丰富的位操作（或称位处理）指令，形成一个相当完整的位操作指令子

19、集，成为该指令系统的重大特色。这对于需要进行大量位处理的程序将带来明显的简捷和方便。3.1.3 复位电路MCS-51系列单片机的复位是由外部的复位电路实现的。复位电路的目的是产生持续时间不小于2个机器周期的高电平。单片机通常采用2种形式的复位电路：上电自动复位电路和按钮开关复位电路。图为上电自动复位电路。上电自动复位电路是通过电容充电来实现的。在接通电源（上电）的瞬间，RC电路充电，由于电容C两端的电压不能突变，在RESET引脚上电压接近电源电压+5V；随着充电时间的延长，充电电流减小，RESET引脚的电位也逐渐下降；当电容C两端的电压接近+5V，RESET引脚也被拉成低电平。在电容C充电过程

20、中，只要RESET引脚能够保持10ms的高电平，就能使单片机有效地复位。如图3.1所示图3.1复位电路3.1.3 振荡电路AT89C51 单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器，自激振荡器与单片机内部的时钟发生器构成单片机的时钟电路。在单片机应用系统中，常选用晶体振动器作为外接振荡源，简称晶振。晶振的频率越高，则单片机系统的时钟频率越高，单片机的运行速度越快。如图3.2所示图3.2 振荡电路3.1.4 管脚说明图3.3 AT89C51引脚图1主电源引脚Vcc和Vss（1）Vcc(40)。

21、正常操作时接+5V电源。（2）Vss(20)。接地。2外接晶体引脚XTAL1和XTAL2（1）XTAL1(19)。接外部晶体和微调电容的一个引脚。在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机（如8051），此引脚接地。对CMOS单片机（如80C51），此引脚作为振荡信号的输入端。（2）XTAL2（18）。接外部晶体和微调电容的另一个脚。在单片机内部，它是反向放大器的输出端。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚接收振荡器信号，即把振荡器信号直接送人内部时钟发生器的输入端。对CMOS单片机，此引脚应浮空。3控制或其他电源复用引脚

22、RST/Vpd，ALE/PROG，RSEN和EA/Vpp（1）RST/Vpd（9）。当振荡器工作时，在此引脚上出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。（2）ALE/PROG（30）。当访问外部存储器时，地址锁存ALE信号的输出用于锁存低8位地址信息。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地发生正脉冲信号。此信号的频率为振荡器的1/6。但是要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将少发出一个ALE信号。因此假若要将ALE信号直接作为时钟信号，那么程序中必须不出现访问外部数据存储器的指令，否则将不能将ALE作为时钟信号。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LSTTL电路。（3）PS

23、EN（29）。该端输出外部程序存储器读选通信号。当CPU从外部程序存储器取指令（或数据）期间，在12个振荡周期内将会出现2次PESN信息（低电平）。（4）EA/Vpp（31）访问外部程序存储器控制端。当EA端保持高电平时，单片机复位后访问内部程序存储器，当PC值超过4KB（对8051/8751）或8KB（对8052/8752）时，将自动转向执行外部程序存储器程序。当EA端保持低电平时，则只访问外部程序存储器，而不管内部是否有程序存储器。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于施加EPROM编程电压。4输入/输出引脚（1）P0.0P0.7(3932)。P0口是一个8位漏极开路型双

24、向I/O口。在访问外部存储器时可作为地址（低8位）/数据分时复用总线使用。当P0作为地址/数据分时复用总线使用时，在访问存储器期间它能激活内部的上拉电阻。在EPROM型单片机编程时，P0接受指令，而在验证程序时，则输出指令。验证时，要求外接上拉电阻。P0能以吸收点流的方式驱动8个LSTTL电路。（2）P1.0P1.7(18)。P1是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。在对EPROM型单片机编程和验证程序时，它接收低8位地址。P1能驱动（吸收或输出电流）4个LSTTL电路。（3）P2.0P2.7(2128)。P2是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。

25、在对EPROM型单片机编程和验证程序期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LSTTLL电路（3）P3.0P3.7(1017)。P3是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O 口。P3能驱动（吸收或输出电流）4个LSTTL电路。P3口每个引脚分别具有第二功能，如表3-1所示表3-1 P3各口线的第二功能口线第二功能P3.0RXD(串行口输入)P3.1TXD（串行口输出）P3.2TNT0(外部中断0外部输入)P3.3TNT1（外部中断1外部输入）P3.4T0（定时器/计数器0外部输入）P3.5T1（定时器/计数器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7WD（外部数据

26、存储器读选通）3.2 整形滤波电路23.2.1 施密特触发器介绍施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路

27、状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。它是一种阈值开关电路，具有突变输入输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的.从传感

28、器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。当传输线上的电容较大时，波形的上升沿将明显变坏；当传输线较长，而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象；当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时，信号上将出现附加的噪声。无论出现上述的那一种情况，都可以通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。只要施密特触发器的vt+和vt-设置得合适，均能受到满意的整形效果。3.2.2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用：1. 波形变换可将三角波、正弦波等变成矩形波。2. 脉冲波的整形数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿

29、和下降沿不理想的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲。3. 脉冲鉴幅幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。下面重点说一下施密特触发器的对脉冲波的整形作用。在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变：（1） 输入信号是由直流分量和正弦分量叠加而成的，只要输入信号的幅度大于VT+，即可在施密特触发器的输出端得到同频率的矩形脉冲信号。（2） 当传输线上电容较大时，波形的上升沿和下降沿将明显变化。（3） 当传输线较长，而且接收端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象。无论出现上述的哪一种情况，都可以

30、通过施密特触发器整形而获得比较理想的矩形脉冲波形。3.2.3 74LS14介绍在本系统中选用了由TTL电路集成的施密特触发器74LS14。74LS14 是一个6反向器， 引脚定义如图3.5：A端为输入端，Y端为输出端，一片芯片一共6路，即 1，3，5，9，11，13 为输入端， 2，4，6，8，10，12 为输出端，输出结果与输入结果反向。即如果输入端为高电平， 那么输出为低电平。 如果输入低电平，输出为高电平74LS14具有以下特点：（1）输入信号边沿的变化即使非常缓慢，电路也能正常工作。（2）对于阈值电压和滞回电压均有温度补偿。（3）带负载能力和抗干扰能力都很强。74LS14主要参数如表3

31、-2所示：表3-2 74ls14d主要参数的典型值器件型号延迟时间（ns）每门功耗（mW）VT+（V）VT（V）VT（V）74LS14158.61.60.80.83.3 数码管显示电路33.3.1 七段LED数码管数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管的分类：（1）数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）。（2）按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管。（3）按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在

32、应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮，共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。通常七段LED数码显示器有8个发光二级管，其中7个发光二级管构成一个“8”字，1个发光二级管用于显示小数点，这8个笔段分别用ah表示。七段LED数码显示器与单片机的并行接口很简单，只要将1个8位并行输出(口必须带输出锁存）与显示器8个引脚相连

33、即可。但要注意输出口的实际驱动能力，必要时应加驱动电路。每个发光二级管均有其额定工作电流（510mA),所以实际使用时在每个发光二级管回路中应该接限流电阻，使其工作在额定电流范围内。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动，要

34、知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数

35、码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。本此设计采用串并转换电路74LS164为静态显示电路。3.3.2 LED数码显示器的显示段码8位并行输出口输出不同的数据即可显示不同的字符，通常将控制发光二极管的一个字节数据称为段码。共阳极结构与共阴极的显示器其段码互补。如一个字节中的最高位对应h笔段、最低位对应

36、a笔段，则显示字符与对应的段码如表3-3所示表3-3 七段LED数码管显示器的段码显示字符共阳极段码共阴极段码字型共阳极段码共阴极段码0COH3FHA88H77H1F9H06HB83H7CH2A4H5BMCC6H39H3BOH4FHDA1H5EH499H66HE86H79H592H6DHF8EH71H682H7DHP8CH73H7F8H07HUC1H3EH880H7FHY91H6E990H6FH黑FFH00H3.3.3 74LS164显示接口芯片4在本次设计中就选择了74LS164作为显示接口芯片。在单片机系统中，如果并行口的IO资源不够，而串行口又没有其他的作用， 那么我们可以用74LS16

37、4来扩展并行IO口，节约单片机资源。74LS164是一个串行输入并行输出的移位寄存器。并带有清除端。 其中：Q0Q7 并行输出端。A,B串行输入端。MR 清除端，为0时，输出清零。CP 时钟输入端。如图3.4所示。图3.4 74LS164引脚图当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QAQH）均为低电平。串行数据输入端（A，B）可控制数据。当A、B 任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK上升沿作用下决定Q0 的状态。硬件接口电路如图3.5所示图3.5 LED显示接口电路3.4

38、红外发射接收电路53.4.1 红外线特点红外线是国外著名科学家赫歇尔在一次科学实验中发现的，他发现在太阳的可见光线以外存在着一种神奇的光线，人的肉眼无法看见这种光线，但它的物理特性与可见光线极为相似，有着明显的热辐射。由于它位于可见光中红光的外侧，故而称之为红外线，红外线的波长范围很宽，介于0.751000微米之间，在红外线中，波长较短的为近红外线，波长最长的一段红外线为远红外线。红外光线的主要物理特征是有热效应和穿透云雾能力强。红外线的运用范围非常广泛，他能运用到军事、医疗、工程检测、人民生活等各个方面。比如：红外杀菌，导弹的红外制导、红外线夜视仪，监控检测设备，手机的红外口，宾馆的房门卡，

39、汽车、电视机的遥控器、洗手池的红外感应等3.4.2 红外线发射与接收器件1红外发射元件(1) 红外发光二极管由半导体PN结构成，其工作电压低、响应速度快、寿命长、体积小、重量轻，因此获得了广泛的应用。在半导体PN结中，P区的空穴由于扩散而移动到N区，N区的电子则扩散到P区，在PN结处形成势垒，从而抑制了空穴和电子的继续扩散。当PN结上加有正向电压时，势垒降低，电子由N区注入到P区，空穴则由P区注入到N区，称为少数载流子注入。所注入到P区里的电子和P区里的空穴复合，注入到N区里的空穴和N区里的电子复合，这种复合同时伴随着以光子形式放出能量，因而有发光现象。(2) 发光二极管特性a 伏安特性当超过

40、门限电压后，随着正向电压的增加，发光管的电流先是缓慢增加而后便急剧增加。也就是说，电压稍有波动，电流便会大幅变化。此外，就一般而言，发光二极管的反向击穿电压大于5V，为了安全起见，反向击穿电压应在5V以下。b 光谱特性 (3) 红外发光二极管的基本驱动方式早期是采用电阻限流的方式 ，但是这种方式不能保证恒流，会随着输入电压的变化使电流也跟随变化，这主要是基于成本因素而采用的方式 ；其次是传统的采用单片机控制晶体管的开关来控制电流的方式；LDO模式， 这种方式可以实现恒流，但是在大多数电压差较大的场合中，这种驱动方法的效率非常低下；目前市场主流控制方法是采用PWM控制驱动，根据输入电压和输出LE

41、D的数量，可以分为Buck降压驱动 、Boost升压驱动、Buck-Boost升降压驱动。PWM控制方式的好处是效率高，恒流能力好。2. 红外接收器件(1)红外光敏三极管光敏三极管有PNP型和NPN型两种，其结构与一般三极管很相似，具有电流增益,只是它的发射极一边做的很大,以扩大光的照射面积,且其基极不接引线。当集电极加上正电压,基极开路时,集电极处于反向偏置状态。当光线照射在集电结的基区时,会产生电子-空穴对,在内电场的作用下,光生电子被拉到集电极,基区留下空穴,使基极与发射极间的电压升高,这样便有大量的电子流向集电极,形成输出电流,且集电极电流为光电流的倍。a 伏安特性光敏三极管在不同的照

42、度下的伏安特性，就像一般晶体管在不同的基极电流时的输出特性一样。因此，只要将入射光照在发射极e与基极b之间的PN结附近，所产生的光电流看作基极电流，就可将光敏三极管看作一般的晶体管。光敏三极管能把光信号变成电信号，而且输出的电信号较大。b 光谱特性光敏三极管存在一个最佳灵敏度的峰值波长。当入射光的波长增加时，相对灵敏度要下降。因为光子能量太小，不足以激发电子空穴对。当入射光的波长缩短时，相对灵敏度也下降，这是由于光子在半导体表面附近就被吸收，并且在表面激发的电子空穴对不能到达PN结，因而使相对灵敏度下降。3.4.3 发射接收电路组成本次设计中的红外发射接收电路如图3.5所示图3.5红外发射接收

43、电路常用的红外发光二极管（如SE303.PH303)，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。在本设计中红外发光二极管采用SE303，其管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。现在实用比较普，遍价格便宜。本次设计中实用的红外光敏三极管是PT3201。PT3201 由黑色陶瓷基座、金属外壳、玻璃透镜封装而成的高灵敏度NPN 红外光敏三极管，感应峰值波长880 nm。具有长寿命、高可靠性、高绝缘性、高密封性、抗湿、耐磨等特点，可在恶劣气候条件下使用。特点是：黑色陶瓷基座、金属封装、直径4.8mm。高功

44、率、绝缘性好、抗湿、耐磨。长寿命、高可靠性。镀金引脚可焊性好。红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。在本次设计中采用了直射式。参数计算：由于采用的是PH303红外发光二极管，所以U1=1.4V,I180 根据常用电阻阻值表得出R1选择200电阻。红外光敏三极管采用的是PT3201，U1=0.4V，I=2mA，VCC也采用5V电源。同样根据公式得出R2=2.3K4 软件设计4.1

45、主程序框图9开始31H单元中是否是#14H乘法子程序除法子程序显示子程序源代码显示输出结束NY图4.1 总程序框图总程序源代码：见附录C4.2 乘法子程序框图4.3 除法子程序框图4.4 显示子程序源框图8开始取段码首地址百位偏移量送A查百位段码显示百位十位偏移量送A查十位段码显示十位十位偏移量送A查十位段码显示十位图4.2 显示输出程序框图显示子程序源代码：DSPLY: MOV DPTR,#TABLE;显示子程序MOV R2,#40REDO: MOV A,R2MOVC A,A+DPTRMOV SBUF,AJNB TI,$ ;查询送完一个字节的第8位？CLR TIINC R2CJNE R2,#

46、43,REDORETTABLE: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99HDB 92H, 82H, 0F8H,80H, 90H开始设置初始状态位中断允许输出状态位等待中断图4.3 中断程序初始化框图外部中断0入口保护现场20H单元加1恢复现场中断返回定时计数器中断0入口保护现场20H单元加1恢复现场中断返回图4.4 外部中断0服务程序框图 图 4.5 定时计数器中断0程序框图中断源程序代码：BOOT: T_CONST EQU 3CB0H;一次50MSMOV 30H,#00H;外部中断次数MOV 31H,#00H;定时器/计数器中断次数LCALL INI_IE0LCALL INI_T

47、F0SETB EALJMP MAININI_IE0: SETB IT0 ;外部中断0初始化SETB EX0RETINI_TF0: MOV A, TMOD ;定时/计数器0初始化ANL A, #F0HADD A,#00000001BMOV TMOD,AMOV TH0,#HIGH(T_CONST)MOV TL0,#LOW(T_CONST)SETB ET0SETB TR0RETIE0_0: MOV A,20H ;外部中断0服务程序ADDA,#01HMOV 30H,ARETITF0_0: MOV TH0,#HIGH(T_CONST);定时/计数MOV TL0,#LOW(T_CONST);器0中断服MO

48、V A,21H ;务程序ADD A,#01HMOV 31H,ARETI5 总结与展望通过本次毕业设计，我对51系列单片机和PROTEL方面有了相当的认识：基本上掌握了单片机的原理和一些芯片的引脚的作用；在PROTEL方面也能独立画出电路原理图。毕业设计是对4年大学所学知识的综合性考察，同时也是对自学能力的考察。在毕业设计中经常会遇到各种各样的困难，设计到的知识可能自己还没学过或者学的并不扎实，这就需要我们自学并虚心向老师请教。通过这次毕业设计，我学到了许多知识也得到了很多经验。希望能够在以后的不断深入学习中能够弥补自己的不足之处。同时更是朝着单片机应用领域迈进。致 谢在本论文撰写完成之际，衷心

49、感谢所有给予我指导和帮助的老师、同学。本课题从开始至最后终检，毕业设计已接近尾声。感谢机电系的领导及各位老师给予我热情的指导和帮助。特别感谢我的导师张春平老师的细心指导和支持，感谢他在百忙中为我们指导，并对论文的进展和写作提出了许多宝贵的意见，让我受益匪浅。无论是他严谨的治学态度，细致扎实的工作作风，渊博的知识，还是他的卓尔不群的思维以及对问题敏锐的洞察力，都是我今后学习的榜样。在他的帮助下我顺利完成了这次毕业设计。在此对系里各位老师和同学表示衷心的感谢是你们让我懂得了人生并不是每一天都精彩，但是只要你努力你就会有一个充实的一天。参考文献1 邹丽新,翁桂荣.单片微型计算机原理M.苏州大学出版社

50、,2006：23-28，56-80.2 邹丽新,翁桂荣.单片微型计算机接口技术M.苏州大学出版社,2006，43-57.3 童诗白,华成英.模拟电子技术基础(第三版)M.高等教育出版社,2005，35-89.4 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计M.北京航空航天大学出版社,1999，43-50.5 陈汝全.单片机实用技术:整机设计、多机通信、实用技术M.电子工业出版社, 1992,78-80.6 夏继强.单片机实验与实践教程M.北京航空航天大学出版社,2001,21-32.7 边远春,王志强.MCS-51 单片机应用开发实用子程序M.人民邮电出版社,32-56.8 Jan.M.Rasaey,

51、Didital Intigrated Circuits A Design PerspectiveM. 清华大学出版社,21-44.9 ATMEL, 8- bit Microcontroller with4K Bytes Flash MCS51M. 高等教育出版社,11-13.10 Malvino A.P . Digital Computer Electronics. McGraw-Hill Publishing Co. 1997附 录附录AProtel99 SE是Protel公司近十年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和

52、设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。最新版本的Protel软件可以毫无障碍地去读Orcad、Pads、Accel（PCAD）等知名EDA公司设计文件，以便用户顺利过渡到新的EDA平台。Protel99 SE共分5个模块，分别是：原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。以下介绍一些Protel99SE的部分功能:* 可生成30多种格式的电气连接网络表；* 强大的全局编辑功能；* 在原理图中选择一组器件，PCB中同样的器件也将被选中；* 同时运行

53、原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图之间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络；* 既可以进行正向注释元器件标号(由原理图到PCB)，也可以进行反向注释(由PCB到原理图)，以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；* 满足国标化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）；* 方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）；* 支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件；* PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；* 强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查;* 智能覆铜功能，覆铜可以自动重铺；* 提供大量的工业化标准电路板

54、作为设计模版;* 放置汉字功能；* 可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换；* 智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）；* 方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果；* 独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果；* 强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；* 经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；* 反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；* 专家导航帮您解决信号完整性问题。附录B电路原理图附录C源程序代码：ORG 0

55、000HLJMP BOOTORG 0003HLJMP IE0_0ORG 000BHLJMP TF0_0ORG 0013HRETIORG 001BHRETIORG 0023HRETIBOOT: T_CONST EQU 3CB0H;一次50MSMOV 30H,#00H ;外部中断次数MOV 31H,#00H ;定时器/计数器中断次数LCALL INI_IE0LCALL INI_TF0SETB EALJMP MAININI_IE0: SETB IT0 ;外部中断0初始化SETB EX0RETINI_TF0: MOV A,TMOD ;定时/计数器0初始化ANL A,#F0HADD A,#0000000

56、1BMOV TMOD,AMOV TH0,#HIGH(T_CONST)MOV TL0,#LOW(T_CONST)SETB ET0SETB TR0RETIE0_0: MOV A,20H ;外部中断0服务程序ADD A,#01HMOV 30H,ARETITF0_0: MOV TH0,#HIGH(T_CONST);定时/计数MOV TL0,#LOW(T_CONST);器0中断服MOV A,21H ；务程序ADD A,#01HMOV 31H,ARETIMAIN: MOV A,31HCJNE A,#14H,MAINLCALL DOMULLCALL DODIVLCALL ZHHLCALL DSPLYMOV

57、30H,#00HMOV 31H,#00HLJMP MAIN被乘数低位地址放在R1中，乘数低位地址放在R0中被乘数字节数放在R2中，乘数字节数放在R3中乘积的低地址放在R4中，乘积的字节数放在R5中DOMUL: MOV 32H,#88HMOV 33H,#02HMOV R1,#30HMOV R0,#32HMOV R2,#01HMOV R3,#02HMOV R4,#34HMOV A,R1;复制保存地址指针MOV R6,AMOV A,R0;载入乘数地址MOV R5,A;复制保存乘数地址MOV A,R2ADD A,R2;求乘积字节数MOV 26H,AMOV R7,AMOV A,R4MOV R0,ACLE

58、AR: MOV R0,#00H;乘积单元清零INC R0 ;R0加1DJNZ R7,CLEARMOV A,R4MOV R7,AMOV 27H,R7MOV 20H,R2LP0: MOV A,R5MOV R0,AMOV A,R0MOV B,R1MUL AB ;乘积ACALL ADDMINC R1DJNZ R2,LP0MOV R2,20HMOV A,R6MOV R1,AMOV A,R7INC A ;A加1MOV R7,AMOV R4,AINC R5DJNZ R3,LP0MOV R4,27H;恢复地址MOV R5,26HRETADDM: MOV 21H,A;加部分积MOV A,R4MOV R0,AMOV A,21HADD A,R0