環境監控及紅外遙控系統硬件原理及時序分析

四川華迪信息技術有限公司Version1.1Overview課程介紹主題一主題二主題三主題四2/4/20232Hwadee課程介紹關于本次課程課程目標預備知識目標聽眾日程表詞匯表2/4/20234Hwadee課程目標了解常用傳感器和74系列器件；明確單片機控制系統設計方法掌握單片機系統擴展的常用方法。2/4/20235Hwadee預備知識了解PROTE99SE了解數字電路,模擬電路,MCS51單片機2/4/20236Hwadee目標聽眾XXXXXXXX2/4/20237Hwadee日程表共計:<0.5>天詳細安排<0:05>課程介紹

<0:45>系統構架和A/D轉換及器件分析<0:50>紅外遙控和顯示電路及器件分析<0:50>系統外設及分析<0:05>問題&反饋Total:<3.0>hours2/4/20238Hwadee詞匯表本講義所用的詞匯解釋2/4/20239Hwadee環境監控和紅外遙控系統總體架構

上微機:對監控數據獲取RS232單片機:(MCU-----89S52)總線外部RAME2PROMI2C74HC24574HC16574HC595數碼管模擬開關:CD4051溫度采集電壓采集光強采集A/D:TLC0831遙控器紅外接收頭鍵盤控制5V供電2/4/202310Hwadee涵蓋知識及內容上微機部分：串口控制軟件設計，控制板部分：RS232電路，外部RAM擴展，I2C總線，總線的隔離及驅動，串并轉換與并串轉換電路，數據采集及A/D轉換,鍵盤接口電路,模擬開關電路,紅外遙控接口電路,報警電路,LED驅動等。邏輯時序及軟件：串行通信，I2C總線協議和編程,紅外遙控時序分析及編程,串行A/D轉換程序,數碼管段位表和字型表制作,浮點數處理及數制轉換等。

2/4/202311Hwadee技術參數

數據采集精度:±5%?？刂凭嚯x:串行通訊<=100米。紅外遙控<=5米。聲音報警

2/4/202312Hwadee傳感器溫度傳感器A:玻璃溫度計B:熱電偶:-180~2800℃C:熱電阻:-200~650℃分為鉑電阻,銅電阻,半導體熱敏電阻D:溫度送變器.溫度傳感器的選用A:溫度范圍:高溫區:熱電偶低溫區:A:集成半導體溫度傳感器:傳感器轉換后的電信號需長距離傳送B:熱敏電阻:溫區較窄,精度不高,小巧,廉價C:熱電阻:精度高,配精確的測量放大電路熱敏電阻分為:正溫度系數和負溫度系數(NTC),常用負溫度系數熱敏電阻本項目選用10K半導體熱敏電阻(NTC)2/4/202313Hwadee傳感器光電傳感器A:光敏電阻B:光敏二極管C:光敏三極管暗電阻和暗電流:光敏電阻在無光照射時的電阻和給定電壓下的電流值.本項目采用暗電阻為0.5MΩ光敏電阻2/4/202314Hwadee模擬信號輸入電路溫度輸入電路亮度輸入電路電壓輸入電路為保證精度，所有采集電阻須用RJ2~RJ9的精密金屬膜電阻。2/4/202315Hwadee多路信號的采集在多功能環境探測控制系統中要對以下的模擬量的數據進行采集.

溫度 電壓 光強當要對某路信號進行采集時,必須要能使相應模擬量到達A/D.我們一般選用模擬開關器件來實現.模擬開關的選用原則:導通電阻小，漏電流小，極間電容小，切換速度快。

2/4/202316HwadeeCD4051是一個CMOS工藝的8選1的模擬開關CD4051VEE:電平位移信號.當VEE=0輸入正信號,VEE=~VDD時可以輸入負信號INH:禁止端，當INH=1時，各通道均不接通2/4/202317HwadeeCD40512/4/202318Hwadee多路數據采集的模擬開關電路2/4/202319Hwadee一體化紅外接收頭單片機系統采用一體華紅外接收頭接收紅外信號，以單片機程序進行解碼的方式處理紅外遙控。一體化紅外接收頭輸出的高低電平和發射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。本項目選用HS0038紅外接收頭，芯片為TC9148的遙控器2/4/202320Hwadee一體化紅外接收工作圖2/4/202321Hwadee紅外接收電路2/4/202322HwadeeLED數碼管LED數碼管分為共陰和共陽兩種。公共端有三種情況：1,6或1,5或3,8腳.尺寸一般以英寸為單位。內部管芯有多種情況,常用的為1~2個管芯,采用+5V電源驅動,管芯數目不同相應的驅動電壓不同.本項目采用單紅共陽的0.36英寸公共端為1,6的數碼管2/4/202323Hwadee顯示驅動電路

本項目對數碼管的顯示驅動采用74HC595

2/4/202324Hwadee74HC595簡介串并轉換器三態輸出獨立雙8位鎖存寄存器串行寄存器可清零時鐘上長升沿移位沿鎖存2/4/202325Hwadee74HC595引腳功能串行數據輸入輸出使能鎖存時鐘移位時鐘串行清零串行數據輸出8位三態輸出腳2/4/202326Hwadee74HC595真值表2/4/202327Hwadee74HC595邏輯串行數據流向鎖存數據流向輸出數據流11010011DSQ7’11010011ST-CP上升沿11010011OE為0Q0---------Q72/4/202328Hwadee74HC595時序2/4/202329Hwadee顯示送數原理數碼管驅動電路74HC595所需的串行數據由以下電路產生2/4/202330Hwadee74HC245概述特點:數據寬度為8位雙向三態門應用:總線驅動,隔離,緩沖2/4/202331Hwadee74HC245引腳功能圖

輸入輸出端輸入輸出端方向端使能端，低有效2/4/202332Hwadee74HC245真值表2/4/202333Hwadee74HC165概述8位并串轉換器低電平鎖存

2個時鐘輸通過NOR(或非門)送入內部2個時鐘允許其中一個作為inhibit使用2/4/202334Hwadee74HC165引腳圖

2/4/202335Hwadee74HC165邏輯框圖

2/4/202336Hwadee74HC165時序分析2/4/202337Hwadee送數原理理解11:從原理圖數據總線與74HC165的連接找出送出數據高位在前還是在后？2、數據如何才能送到74HC165的并行端口并鎖??？3、74HC165鎖存數據如何送到74HC595？4、向RAM62256中寫數據會影響74HC165的鎖存數據嗎？2/4/202338Hwadee外部設備地址和鍵盤采集本項目中掛在數據總線的外部設備有兩個:外部數據存貯器62256和鍵盤.我們用A15來作為地址選擇線2/4/202339Hwadee外部設備地址和鍵盤采集2/4/202340Hwadee報警電路常用的報警方式有:聲音報警,光電報警本項目采用蜂鳴器電路產生聲音報警電路如下:2/4/202341HwadeeA/D轉換原理A/D轉換器是將連續變化的模擬信號轉換為離散的數字信號以便于數字系統進行處理，存儲、控制和顯示。A/D轉換器形式很多按A/D轉換器輸入模擬量的極性分，有單極型和雙極型兩種。按A/D轉換器的數字量輸出分，既有并行方式又有串行方式及串/并行方式。按A/D轉換器的轉換原理分，有積分型、逐次逼近型和并行轉換型2/4/202342HwadeeA/D轉換器的選擇原則根據檢測通道的總誤差和分辯率要求,選取A/D轉換精度和分辨率。根據被測對象的變化率及轉換精度要求確定A/D轉換器的轉換速率。根據環境條件選擇A/D芯片的環境參數。根據接口設計是否簡便及價格等選取A/D芯片2/4/202343Hwadee串行A/D轉換電路本項目選用8位的串行A/DTLC08312/4/202344Hwadee串行A/D轉換芯片TLC0831TLC0831是8位逐次逼近型摸數轉換器,具有一個輸入通道特點

1:8位分辨率

2:易于和微處理器接口或單獨使用

3:滿比例尺工作或用5V基準電壓

4:可單端輸入或差分輸入

5:輸入和輸出與TTL,CMOS兼容

6:在250KHZ時,轉換時間為32μs7:可與ADC0831互換

8:總非調整誤差±1LSB2/4/202345Hwadee串行A/D轉換芯片TLC0831/CS：片選信號，置/CS為低電平開始一次轉換，在整個轉換過程中/CS必須為低。連續輸入10個脈沖完成一次轉換，數據從第2個脈沖開始輸出。轉換結束后應將/CS置高電平，當/CS重新拉低時將開始新的一次轉換。

IN+：為正輸入端

IN-：為負輸入端，AD0831(TLC0831)可以接入差分信號，如果輸入單端信號，IN-應接地

GND：電源地端

VCC：電源正端

CLK：時鐘信號端

DO：數據輸出端

REF：參考電壓輸入端，使用中應接參考電壓或直接接VCC端2/4/202346HwadeeI2C總線電路I2C(Inter－IntegratedCircuit)總線是一種由PHILIPS公司開發的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備AT89S52本身無I2C總線接口，本項目采用軟件模擬的辦法來實現I2C總線并控制具有I2C總線的串行E2PROM：AT24C02。2/4/202347HwadeeAT24C02特點：256X8位的存貯空間與40