标签: AT89C52

　　 0 引言 　　LED点阵显示屏是一种简单的汉字显示器，具有价廉、易于控制、使用寿命长等特点，可广泛应用于各种公共场合，如车站、码头、银行、学校、火车、公共汽车显示等。本文详细介绍了一种低廉的16x64点阵LED显示屏的设计过程。 　　 1 硬件系统设计 　　本系统采用AT89C52单片机作控制器，整个电路主要由单片机控制及其接口电路、驱动显示电路、电源电路等部分组成。为了简化显示屏电路，降低成本，本系统在单片机部分不加字库存储器。而在PC机上编辑汉字和字符显示信息，并将其转换为相应的点阵显示数据，然后通过串口(采用RS－232通信标准)送给单片机存储并进行显示处理。图1所示为其硬件系统原理图。 　 　1．1 单片机控制电路 　　本系统由AT89C52构成单片机最小应用系统．同时配有11．0592 MHz晶振和按键复位电路等。系统外扩的一片Flash存储器29F040为数据存储器，可用来存储由PC机串口送来的点阵信息(通过软件将图像或文字转换成与LED显示屏的像素相对应的点阵信息)。该Flash存储器是一种非易失性存储器，它在供电电源关闭后仍能保持片内信息。由于29F040的容量为512 KB(该芯片内部由8个64 Kbyte的读写块组成，可分块进行读、写和擦除等操作)，而AT89C52只能管理64KB的数据空间，所以，需将29F040分成8页，每页64KB。其页码可由单片机的P3．2~P3．4来选择。另外，采用MAX232可完成RS232与TTL电平的转换，以便使PC机与单片机交换信息。 　　 1．2 16x64点阵显示器的设计 　　图2是一种8x8的LED点阵单色行共阳模块的内部结构图，其单点工作电压Uf为1．8 V，正向电流IF为8~10 mA。当某一行线为高电平而某一列线为低时，其行列交叉的点就被点亮；而当其某一列线为高时，其行列交叉的点为暗；当某一行线为低电平时，无论列线如何，对应这一行的点全部为暗。 　　用四个8x8点阵显示可构成16x16点阵显示器，其连接方法如图3所示。图中，将(A)和(B)的8列、(C)和(D)的8列分别对应相连，同时将(A)和(C)的8行、 (B)和(D)的8行分别对应相连。即可形成一个16行(每一行有16个LED)、16列(每一列也有16个LED)的16x16点阵显示器，可将这256个点称为一页，这样，显示字符时。只要对一页中对应的亮灭进行控制即可。 　　如果需要，也可以把4个16x16点阵显示器相连从而构成16x64的点阵显示器。 　　 2 LED点阵显示器的扫描驱动 　　LED显示屏驱动电路的设计应与所用控制系统相配合。驱动通常分为动态扫描型及静态锁存型驱动二大类。本文以动态扫描型驱动电路的设计为例来进行分析。动态扫描型驱动方式是指显示屏上的16行发光二极管共用一组列驱动寄存器，然后通过行驱动管的分时工作，来使每行LED的点亮时间占总时间的1／16。只要每行的刷新速率大于50 Hz，利用人眼的视觉暂留效应，人们就可以看到一幅完整的文字或画面。 　　AT89S52单片机有四个I／O口(P0、P1、P2、P3)，每个I／O口有8位，如果都采用并行输出，显然不能满足要求，因此，本设计中的行扫描驱动采用并口输出，而场扫描驱动采用串口输出。 　 　2．1 行扫描驱动 　　由于16x64点阵显示器有16行，为充分利用单片机的接口，本电路中加入了一个4-16线译码器74LS154，其输入是一个16进制码，解码输出为低态扫描信号，它们的管脚示意图如图4所示。把74LS154的G1和G2引脚接地，然后以A、B、C、D四脚为输入端。就会形成16种不同的输入状态，分别为0000～1111，然后使每种状态只控制一路输出，即会有16路输出。 　　如果一行64点全部点亮，则通过74LS154的电流将达640 mA，而实际上，74LS154译码器提供不了足够的吸收电流来同时驱动64个LED同时点亮，因此，应在74LS154每一路输出端与16x64点阵显示器对应的每一行之间用一个三极管来将电流信号放大，本文选用的是达林顿三极管TIP127。这样，74LS154某一输出脚为低电平时，对应的三极管发射极为高电平，从而使点阵显示器的对应行也为高电平。 　　 2．2 场扫描驱动 　　本系统场扫描驱动电路的设计可用串入并出的通用集成电路74HC595来作为数据锁存。74HC595是一个八位串行输入三态并行输出的移位寄存器，其管脚见图4所示，其中SI是串行数据的输入端，RCK是存储寄存器的输入时钟，SCK是移位寄存器的输入时钟，Q'H是串人数据的输出，G是对输人数据的输出使能控制，QA～QH为串入数据的并行输出。从SI口输入的数据可在移位寄存器的SCK脚上升沿的作用下输入到74HC595中。并在RCK脚的上升沿作用下将输入的数据锁存在74HC595中，这样，当G为低电平时，数据便可并行输出。为了避免与PC机串口输入的数据相互干扰，也可使用模拟串口P1．4~P1．7来分别输出串行数据、移位时钟SCK、存储信号RCK和并行输出的使能信号G。 　　为了消除电源电压的波动及行扫描管压降(第一行点亮的点数不同，将引起管压降的变化，从而影响通过LED管的电流)的变化对LED显示屏亮度的影响，设计时可采用列恒流驱动电路，可选用三极管8550和外围元件构成列恒流驱动电路，并通过调整100 kΩ可调电阻使三极管处于放大状态，同时将集电极电流调整为10 mA，从而使点亮对应点阵时通过LED的电流不变 　　 2．3 扫描显示工作过程 　　将8片74HC595进行级连，可共用一个移位时钟SCK及数据锁存信号RCK。这样，当第一行需要显示的数据经过8x8=64个SCK时钟后便可将其全部移入74HC595中，此时还将产生一个数据锁存信号RCK将数据锁存在74HC595中，并在使能信号G的作用下，使串入数据并行输出，从而使与各输出位对应的场驱动管处于放大或截止状态；同时由行扫描控制电路产生信号使第一行扫描管导通，相当于第一行LED的正端都接高，显然，第一行LED管的亮灭就取决于74HC595中的锁存信号；此外，在第一行LED管点亮的同时，再在74HC595中移入第二行需要显示的数据，随后将其锁存，同时由行扫描控制电路将第一行扫描管关闭而接通第二行，使第二行LED管点亮，以此类推，当第十六行扫描过后再回到第一行，这样，只要扫描速度足够高，就可形成一幅完整的文字或图像。 　　 3 软件系统设计 　　本系统的软件设计流程图如图5所示，该显示程序以常用的左移为例来进行设计。 　　 4 结束语 　　经过实际应用证明，本显示屏可以作为信息显示装置。用于公共场所来进行信息显示，而且具有工作稳定、字符清晰、亮度适中等特点。若所显示的信息较为简单，也可直接将信息代码拷入单片机中，还可以通过外扩储存器的方式来增加显示的信息量。

 　　1 引言 　　红外遥控是目前常用的一种通信和遥控方法，红外遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而其广泛应用于各种家电产品、金融和商用设施，以及工业设备中。但是各种产品的遥控并不能互相兼容，本文介绍一种利用单片机设计通用自学习型红外遥控的方法，可以实现对多种产品红外线遥控。本装置采用了最小化模式设计，电路简单，可靠性高，此技术应用于我们开发的多媒体中央控制器产品中，获得了令人满意的效果。该方案可以还可应用于自学习万能遥控器和智能家庭集中控制器等设备。 　　2 红外遥控原理 　　一般的红外遥控系统由红外遥控信号发射器、红外遥控信号接收器、微处理器和外围电路构成的。当遥控器的某个按键按下，其内部的信号发射器产生遥控编码脉冲，由红外发射管串行输出，遥控接收模块型号1838 完成对遥控信号的接收、放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲，遥控编码脉冲是一组串行二进制编码，对于一般的红外遥控系统，此串行输入到微控制器，由其内部完成遥控指令解码，并执行相应的遥控功能。 　　3 一般红外遥控信号编码脉冲的波形 　　红外遥控器发射的遥控编码脉冲，由前导码、系统码、功能码、功能码的反码组成如图1 所示 　　前导码是一个遥控码的起始部分，由一个高电平和一个低电平组成。作为接受数据的准备脉冲，这些编码是经38 kHz 的载波脉宽调制后发射出去。 　　通过分析大量不同类型的红外遥控码波形，遥控码的数据帧间歇宽度均为10ms以上，前导码的高电平均为5ms以上，通常为9ms左右，编码位在10us和5ms之间，在本设计中只考虑遥控器发射信号的高低电平宽度，不考虑其编码方式，以简化设计。 　　4 系统硬件电路的设计 图2 单键通用学习型遥控器原理图 　　考虑到有的遥控器的编码比较长，需要比较多的内部RAM，单片机采用了 AT89C52 P2.5 口接学习按键，P2.7口接发射按键，P1.7 口用于作为遥控码的输出口，输出38 kHz 的遥控码，INT0口用于红外线接收头的输出信号的输入。 　　5 系统主要程序的设计 　　5.1 主程序如图3 　　上电复位后，主程序扫描按键，当确认有按键按下时，若是学习键，则进入学习状态；若是发射键，则将已学习的遥控编码脉冲发射出去。   　　5.2 遥控编码学习子程序 　　该程序实现遥控前导码的识别，遥控编码高低电平宽度计时和结束位识别功能，程序流程如图4 所示。 　　在设计中，采用了计数器对信号高低电平计时的方法来采集数据并保存。前导码由一个9ms左右的高电平和一个低电平组成的，判断是否是前导码的方法是：判断开始的高电平是否大于5ms。如果大于5ms的话，就认为是前导码，并保存前导码的低电平。然后依次保存采集到的编码信号，如果采集到编码信号的高电平大于5ms的话，就认为是编码已经结束，置0 作为标志学习子程序结束。 　　5.3 遥控编码发射子程序 　　由软件实现遥控信号的载波合成，用定时中断1产生38kHz的载波信号用，定时中断0控制定时中断1的开关，定时器0定时长短由相应的遥控信号电平宽度计数值确定。如果需发射的遥控信号为高电平时，关定时中断1；如果为低电平，则开定时中断1，输出38kHz载波信号到红外发射控制脚P1.7，从而实现遥控信号的脉宽调制发射。 　　6 结语 　　在本设计中，采用了不考虑红外信号的编码方式，只采集其高低电平宽度的方法，使得可采集各种编码方式的信号发射时，不是用硬件，而是采用以软件方式产生载波的方法。节约了硬件设备，并使电路简化。本设计非常简单地实现了红外遥控信号的接收和转发，本设计的装置已用于多媒体中央控制器产品中对多媒体电子产品进行红外控制操作，在实际应用过程中获得了满意的效果，该装置还可应用智能家居产品中对空调电动窗帘灯光音响等电器设备进行控制。

基于提高测量精度的目的，设计了具有温度补偿的超声波测距系统。该系统采用DS18B20温度传感器对现场温度进行检测，并通过软件计算实现温度补偿。实验结果表明：此系统具有测量精度高的优点。 测距技术在物位检测、医疗探伤、汽车防撞等民用、工业领域应用广泛，由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，发射强度好控制，且不受电磁干扰影响，因而利用超声波测距是一种有效的非接触式测距方法。但超声波在不同环境温度下传播速度不同，如忽略温度影响，将影响最终测量精度。本文介绍的超声波测距仪采用渡越时间检测法，使用了DS18B20温度传感器对现场温度进行检测，并通过软件计算实现波速的温度补偿，消除了温度对测量结果的影响，使测量误差降低。 1 系统工作原理 超声波测距原理如图1所示。 式中c——超声波波速：t——从发射出超声波到接收到回波所用时间。 限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射／接收的设计方法。 由于超声波属于声波范围，其波速c与温度有关，经过测量得出超声波的波速与温度的关系，如表1所示。 将测量的速度数据与温度数据进行一阶拟合得出： c=331.6+0.6107xT (2) 式中T——当地温度。 在测距时，可通过温度传感器自动探测环境温度、确定其时的波速c。波速确定后，只要测得超声波往返的时间t，即可求得距离H，这样能较精确地得出该环境下超声波经过的路程，提高了测量精确度。 本设计方案中使用渡越时间检测法，测距仪工作原理为：在由单片机发出驱动信号的同时，开启单片机中的计时器，开始计时。发射探头发射出超声波，在由接收探头接收到第一回波的同时停止单片机计时器的计时，由于超声波在空气中的速度已知，根据公式即可求得探头与待测目标之间的距离。而且，可以在较短时间内多次发出超声波测量，完成后计算平均值然后显示。 超声波在相同的传播媒体里(大气条件)传播速度相同，即在相当大的频率范围内声速不随频率变化，但其频率越高，衰减得越厉害，传播的距离也越短。考虑实际工程测量要求，在设计超声波测距仪时，选用频率f=40kHz的超声波，波长为0．85cm。 2 系统硬件设计 本系统采用AT89C52单片机作为主控制器，使用3位数码管作为系统显示屏，超声波发射驱动需要的40 kHz脉冲由单片机P0．0发出，使用定时器进行计时和控制，超声波接收使用CX20106A作为接收主控芯片，使用DS18B20作为温度传感器进行温度校正。超声波测距器的系统原理图如图2所示。 2．1 超声波的发射电路设计 超声波发送模块是由超声波发射探头组成的，单片机的P0．0端口直接发送40 kHz的信号，使用9012三极管做为驱动放大，驱动压电晶片超声波换能器产生超声波，超声波发射电路如图3所示。超声波发射子程序的流程是，发射时首先装填计时器，并且开始计时，当超声波发射完毕时，定时器计时完毕，并且重新装填等待下次发射。 2．2 超声波接收电路设计 在接收电路中使用了红外线接收处理芯片CX20106A，因为它处理的是38 kHz的红外信号，而40 kHz的超声波信号和它比较接近，并且CX20106A芯片具有很强的抗干扰能力，这个芯片的外围电路很简单而且通过外围电阻调节它的中心处理频率，通过改变外围电路电容的大小也可以改变接收电路灵敏度和抗干扰能力。 经过试验后发现用单片机发40 kHz信号与使用CX20106A的电路搭配更加简单合理，使得时间的计算更为精确。 该系统的超声波接收模块是由超声波接收探头和红外线接收处理芯片CX20106A组成。如图4所示。超声波接收子程序的流程是，利用INT0中断检测回波信号，若有回波信号(INT0口低电平)就关闭外部中断，同时停止计时器的计时，将测距成功标志位标记为1(测距成功)，同时提取时间值，计算待测距离，保存最终结果后打开外部中断，等待下次测量。 2．3 超声波测距显示电路 在显示模块选择时有两种，一种是用液晶显示屏，其具有轻薄短小，分辨率高，可显示汉字等各种符号的优点。但一般需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大；一种则是选用数码管，数码管具有低电耗、寿命长、易于维护的特点，同时精度比较高，称量快，精确可靠，编程容易，操作简单。缺点是不能实现汉字及多数据多行显示。综合考虑本次设计中选择了3位数码管显示。用PNP型三极管驱动数码管，并连接到单片机AT89C52的P0口上作位选。虽然显示上没有液晶显示屏那么完全，但是也能够完整直观地显示出需要的结果。图5为超声波测距硬件设计的显示电路。 2．4 温度补偿电路设计 本系统中，选择使用温度芯片DS18B20作为温度传感器。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55～125℃，在-10～85℃范围内，精度为±0．5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20引脚说明如表2所示。 DS18B20是在一根I／O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。 温度补偿电路的设计如图6所示，数据输入／输出脚连接到单片机的P0．1脚，电源接口接入+5 V的电压，外加5．6 kΩ的上拉电阻，因为DS18B20是单总线温度传感器，数据线是漏极开路，如果DS18B20没接电源，则需要数据线强上拉，给DS18B20供电；如果DS18B20接有电源，则需要一个上拉即可稳定的工作。由于DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，检测的温度值在内部进行转换，温度测量结果直接以数字信号输出，单片机对由DS18B20输出的信号进行读取，经过软件对温度数字值实现处理。 2．5 主电路原理图 该系统主电路原理图如图7所示，单片机采用89C52系列，单片机使用外部时钟源，外接6MHZ的晶振，由P0．0口直接输出40 KHZ的驱动信号给放大电路。接收到回波后，经由CX20106的滤波，产生中断信号，并由p3．2口输出进行中断。显示电路采用简单实用的3位数码管，连接单片机AT89C52的P0口，而三极管连接P2口，作数码管的位选。工作时，首先将系统初始化，启动计时器。并由P0．0脚发出40KHZ的驱动信号，同时打开INT0中断，并且开始等待接收到的回波和中断信号，若接收到回波(单片机接收到中断信号)，计时器停止计时，保存时间信息，并且根据温度补偿计算出当前环境下的声速，计算出当前待测距离后储存，并调用显示子程序。测出距离后结果将以十进制BCD码方式传送到LED显示，然后再发超声波脉冲重复测量过程。 3 结论 经过实测，本测距仪能够迅速的测出250 m以内的短距离障碍物，在30—200 cm范围内，误差能控制在1 cm以内，本设计具有简单实用，能耗低，成本低等特点。经过实际测试，发现系统的精度能满足普通需求，若需要进一步提高精度，可采用精度更高但系统更加复杂的双频超声波测距的方法。

0 引言 传统的温度检测大多以热敏电阻为温度传感器，而热敏电阻的可靠性差，测量温度准确率低，且必须转换为数字信号后才能由单片机进行处理，在高精度要求的温度检测应用中，热敏电阻已经被精度高、准确性好的集成温度采集设备所代替。DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型数字温度传感器。它在温度精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面有很大改进，因而被广泛应用于温度采集与处理、数字温度计及各种温控系统中。本文采用DS18B20设计的温度测量与显示系统，可以实时测量并显示的温度范围为-55～125℃。系统可设置温度上限和温度下限，当测量温度高于上限或者低于下限温度时，系统将发出报警。 1 温度传感器DS18B20 DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的一种改进型智能温度传感器，该传感器的可测温度范围为-55～125℃，可编程分辨率为9～12位，对应的可分辨温度为0．5℃、0．25℃、0．125℃和0．062 5℃。DS18B20的测量输出为数字信号，并可单线串行发送给CPU，并支持多点组网。DS18B20有3脚和8脚两种结构，而8脚的结构又有不同的封装形式，图1所示是DS18B20的引脚图。本文采用三极管形状的3脚DS18B20。 事实上，无论是3脚结构还是8脚的结构，DS18B20在实际电路中都只有3个引脚参与连接，即电源(VDD)、地(GND)和信号输入输出(DQ)。 电路中的单片机采用AT89C52，DS18B20采用外部电源供电方式，其DQ端子与单片机的P3．7相连。采用两个4连排共阳极数码管显示实时温度，分别用于显示整数部分和小数部分。数码管的段选线与单片机的P1口相连，位选线与P2口相连。图中显示的正是最高温度125℃，由于在proteus软件中DS18B20无法设置小数，所以小数部分只能显示零了。DS18B20的最高分辨率为0．0625℃，所以理论上应该能显示4位小数。 3 软件设计 本系统的软件设计主要包括三部分，一是温度测量部分，二是温度显示部分，还有一个是报警部分。 DS18B20通过严格的单线通信协议来保证数据完整。该协议中定义了复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0、读1等几种信号形式。其中，只有存在脉冲是由总线受控(即DS18B20)发出，其他的全部由总线主控(即单片机)发出。 3．1 初始化 DS18B20的初始化包括来自单片机的复位脉冲和接下来由DS18B20发出的存在脉冲。其初始化时序图如图3所示。 当DS18B20响应单片机的复位而发出存在脉冲时，单片机便知道DS18B20在线上并已准备好。单片机发送复位脉冲，即拉低总线至少480 μs，然后单片机释放总线并进入接收模式。当DS18B20检测到复位脉冲后，等待15～60 μs，然后发送存在脉冲，即拉低总线60～240μs。由于DS18B20的DQ引脚接了一个上拉电阻，所以，总线的空闲状态为高电平，存在脉冲结束后，总线自动恢复到高电平状态。单片机所要做的就是发出复位脉冲并检测DS18B20的存在脉冲，其参考程序如下： 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 3．2 写时序 单片机可在写时隙向DS18B20写入数据，在读时隙从DS18B20读出数据，每个时隙总线上只传送一位数据。写时隙有“写1”时隙和“写0”时隙两种。单片机通过写1时隙向DS18B20写入一个逻辑1，并通过写0时隙向DS18B20写入一个逻辑0。所有的写时隙必须至少持续60 μs，并在每个独立的写时隙之间至少有1 μs的恢复时间。两种写时隙都是由单片机拉低总线开始的，如图3所示。 要产生写1时隙，单片机在拉低总线后必须在15 μs之内释放总线。总线被释放后，上拉电阻将把总线拉高。要产生写0时隙，单片机在拉低总线后必须继续保持总线低电平使时隙至少60μs。DS18B20在时隙开始后15～60 μs之间的时间段内对总线进行采样，如果总线是高电平，则向DS18B20写入一个1，如果总线是低电平，则向DS18B20写入一个0。 下面是向DS18B20写入一个字节数据的程序代码： 3．3 读时序 所有的读时隙必须至少持续60μs，并在每个独立的读时隙之间至少有1μs的恢复时间。读时隙开始后，先由单片机拉低总线至少1μs，然后单片机释放总线。读时隙开始后，DS18B20将开始向总线发送1或0。发送0时，DS18B20释放总线直到时隙结束，此后上拉电阻将把总线拉回到高电平的空闲状态。DS18B20的数据在读时隙开始之后15μs之内有效，因此，单片机在时隙开始后，必须释放总线，然后在15 μs之内对总线进行采样。下面是从DS18B20读出一个字节数据的程序： 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 3．4 主要命令 DS18B20有5个ROM操作命令，6个存储器操作命令，表1所列是DS18B20的操作命令。 本系统主要使用了表1中的3个命令，即跳过ROM、温度变换和读暂存器命令。 3．5 显示程序 DS18B20提供的温度数据有两个字节，其中低8位的末4位是小数部分，因此，程序中对温度数据的整数部分和小数部分要分别进行处理。如t=t4；即得到温度值的整数部分，t=t0x0f；则得到温度值的小数部分，然后分别在数码管上进行显示。 3．6 报警部分 在程序中设置温度上限和温度下限后，测量温度将与门限值进行比较。如果测量温度高于温度上限或者低于温度下限，系统就发出报警。 4 结语 本文基于数字温度传感器DS18B20设计并仿真了一个温度测量与显示系统，同时，系统设置了温度上限和温度下限，当测量温度超出温度门限值时，系统便会报警。事实上，具有显示与报警功能的温度测量系统的应用非常广泛，而且DS18B20可以支持多点组网，因此可以同时测量多点温度。 点击查看: 基于单片机的高精度温度测量系统设计 点击查看: 基于AT89C51和DS18B20的最简温度测量系统 点击查看: 基于DS18B20和AT89C2051的家用温度测量器设计