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毕业设计之无线抢答器

四川职业技术学院

毕业设计(论文)设计题目:无线抢答器

系别:电子电气工程系

专业:应用电子技术

班级:09级电技1班

姓名:陈辉

学号:0910********

指导教师:成友才

完成时间:2012年5月

四川职业技术学院

毕业设计(论文)任务书

注:任务书必须由指导教师和学生互相交流后,由指导老师下达并交所属系部毕业设计(论文)领导小组审核后发给学生,最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。

四川职业技术学院

毕业设计(论文)开题报告题目:无线抢答器

系别:电子电气工程系

专业:应用电子技术

班级:09级电技1班

姓名:陈辉

学号:0910********

指导教师:成友才

2011年 11月 28日

目录

摘要 (1)

引言 (2)

1 方案设计 (3)

1.1 无线模块 (3)

1.2 微控制器模块 (5)

1.3 显示和语音提示模块 (6)

2 系统的设计与实现 (6)

2.1 系统的总体设计方案 (7)

2.2 系统的硬件电路及基本参数 (7)

2.2.1 AT89S52简介 (7)

2.2.2 无线发射电路 (9)

2.2.3 无线接收电路 (10)

2.2.4 输出控制模块 (11)

3 系统的软件设计 (12)

3.1主程序 (13)

3.2中断程序 (14)

4 设计结论 (14)

5 心得体会 (15)

6 致谢 (15)

附录一仿真效果图 (17)

附录二源程序 (19)

参考文献 (22)

摘要

目前在应用中大多采用的抢答器都是有线形式的,这样在实际实用中就比较的烦琐,也造成了一些不必要的元器件浪费等。为此特设计了无线遥控多路抢答器。本设计是在单片机AT89S52的基础上,由PT2262和PT2272编码、解码芯片组成发射和接收电路,由单片机AT89S52控制数码管显示相应按键的编号,同时蜂鸣器鸣叫,从而实现无线抢答的功能。

PT2262芯片最多可提供多路输入信号,所以设计的是多路无线抢答器,此电路操作简单,功耗低、性能可靠。由于该系统采用的是高频无线信号方式传递,使抢答器的连接和应用更为方便,本文给出了该系统的硬件组成以及软件的设计方法。

关键词:无线遥控;单片机;抢答器

引言

电子技术的飞速发展,新型大规模遥控集成电路的不断出现,使遥控技术有了日新月异的发展,遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发到现在的单片机微型计算机,智能化程度大大提高。近年来,遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。在无线遥控领域,目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。由于无线电波是由发射是由发射点向四面八方传播,可以穿过阻挡物,而且可以传播到很远的距离,因此它的控制可以在很大区域和空间内实现,成为遥控的主要方式,在国防、军事、生产、建设和日常生活中有极为广泛的应用。

1 方案设计

根据该课题设计的要求,本系统可以划分为以下几个基本模块,针对各个模块的功能要求,分别有以下一些不同的设计方案:

1.1 无线模块

方案一:JZ863微功率无线数传模块

JZ863微功率无线数传模块,是一种短距离无线数据传输产品,JZ863模块实物图如图1所示。它体积小,功耗低,稳定性及可靠性极高,能方便为用户提供双向的数据信号传输、检测和控制。适合水电气三表、停车场咪表、智能卡、电子衡器、门禁考勤、无线排队、楼宇控制、货场物流、防盗报警、智能仪器仪表、无功补偿、智能教学设备、体质检测智能设备、测量设备、汽车黑匣子、自动控制、家居智能化等领域的数据控制和数据抄录。

图1 JZ863模块实物图

JZ863功能特点:

(1)微发射功率;

(2)低功耗;

(3)ISM频段工作频率,无需申请频点;

(4)高抗干扰能力和低误码率;

(5)传输距离远;

(6)透明的数据传输;

(7)多信道,多速率;

(8)高速无线通讯和大的数据缓冲区;

(9)智能数据控制,用户无需编制多余的程序;

(10)高可靠性,体积小、重量轻;

(11)看门狗实时监控。

虽然JZ863性能很好,功能强大,但是其成本及使用难度较大。对于本设计

来说实现起来有一定的困难。

方案二:J05R 、F05P 无线收、发

F05P 微功率无线发射模块采用SMT 工艺,小体 积,低功耗,声表稳频,适合短距离无线遥控报警及

单片机无线数据传输,F05P 具有较宽的工作电压范围, ASK 方式调制,单片机的数据可直接通过串口进入数 据输入端。F05P 在无数据输入时单片机为低电平状态, 数据信号停止,发射电流为零。F05P 发射模块如图2。

J05R 无线通信技术,低噪声RF 集成芯片,具有极高灵敏度 及性价比,完善的抗静电保护,可靠性高;是工业控 制、通讯、遥控安防、滚动码遥控、电动门控系统及 远距离传输等领域及复杂环境要求较高系统的理想选 择。J05R 带解码如图3所示。 主要特点 :

(1)小体积、灵敏度高、接收距离远;

(2)具有很强的同频抑制能力,抗干扰能力特强,适应各种环境;

(3)良好的集散辐射抑制能力,易通过各种检测标准; (5)采用SAW 本振,性能稳定一致性好,适用温度范围广; (6)接收内部无燥声输出,无数据输出时为零电平; (7)单片机直接接口容易实现(传输速率最高可达20kbps)。

以F05P 、 J05R 为发设和接收电路,并配以PT2262、PT2272构成发射和接收模块,对于本设计来说均能满足要求。为了减轻电路制作的负担,遥控所用发射和接收电路均采用成品电路板,通过自己动手将相应的编码解码芯片和发射接收电路组合起来,构成完整的模块。此模块总体结构简单、外观尺寸较小、成本不高,所以对于本设计来说,容易实现。

综上分析,选用第二种方案。

1.2 微控制器模块

方案一:此方案采用普通数字集成电路设计符合要求的控制电路。这种方案不涉及程序的编写设计,但是要达到这样一个控制要求,就必须进行复杂的一系列功能设计。其过程繁琐,条理混乱,设计的难度大大的增加了,同时,一旦电路设计成功,便很难进行功能更改,不利于系统的优化和功能的扩展。数字芯片控制系统框图如图4所示。

图4 数字芯片控制系统框图

方案二:以电脑作为上位机,利用USB 端口或者串口编程技术实现,逻辑上面的判断以及处理均由程序来完成。这种抢答器可以在电脑上面显示并且可以与相应的设备构成功能更为强大的系统,配合单片机控制能力强的优势,将会是完美的结合,这也是我们追求的目标。但是本系统的设计难度较大,对于现目前的自身的水平来说,实现起来还有一定的困难。PC 控制系统框图如图5所示。

图5 PC 控制系统框图

方案三:此方案采用AT89S52单片机进行系统控制,由于本设计所要求的控制功能较为单一,不涉及复杂的结构和电路,所以相对来说AT89S52足以满足本设计的要求,以最小系统作为基础,再加上接收模块以及显示和语音提示模块,可很好的实现对整个系统的控制。单片机控制的系统框图如图6所示。

图6 单片机控制系统框图

综上所述,采用第三个方案,即AT89S52单片机系统控制。

1.3 显示和语音提示模块

方案一:采用液晶字符显示的方式进行信息显示。语音提示采用音乐程序并在外围用功放电路进行功率放大。此方案整体效果较好,但是,系统的比较复杂,程序也较为繁琐,总体成本也较高。LCD 显示系统框图如图7所示。

图7 LCD 显示系统框图

方案二:采用四位数码管动态显示的方法,进行抢答组数和倒计时的信息显示。语音提示采用蜂鸣器,通过对相应信息的判断和处理,发出蜂鸣声,实现提示功能。

此方案节省单片机接口,外围电路的复杂程度大大的降低了,蜂鸣器的使用也在一定程度上简化了系统程序。数码管显示系统框图如图

8所示。

图8 数码管显示系统框图

综上分析,采用第二个方案。

2

系统的设计与实现

系统由发射系统和接收控制系统两部分组成。如设计框图1所示。系统的工作原理是首先通过按键输入所需控制电路的位号,同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号,再通过无线电发射电路将该信号发射出去。而无线电接收电路将接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认,确认是哪路按钮遥控系统地址。再由单片机电路产生相应的信号控制LED 数码管显示相应的按钮编号。系统设计框图如9所示。

图9 系统设计框图

2.1 系统的总体设计方案

系统主要由编码电路、发射电路、接收电路、解码电路、控制电路、显示电路及提示音电路组成,如系统设计方案图2。本电路控制核心是AT89S52,按下抢答键后,由编码电路编码通过发射电路发出无线信号,接收电路将信号接收后经解码电路还原抢答器数据编码,AT89S52 判定最先按键者送显示电路显示其组号,同时锁定信息读取端口,触发提示音电路工作,提示有键按下。系统设计方案框如图10所示。

图10 系统设计方案框图

2.2

系统的硬件电路及基本参数

2.2.1 AT89S52简介

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash ,

使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52外观图如图11所示,AT89S52引脚图如图12所示。

图11 AT89S52外观图图12 AT89S52引脚图

主要性能:

(1)与MCS-51单片机产品兼容;

(2)8K字节在系统可编程Flash存储器;

(3)1000次擦写周期;

(4)全静态操作:0Hz-33MHz;

(5)三级加密程序存储器;

(6)32个可编程I/O口线;

(7)三个16位定时器/计数器;

(8)六个中断源;

(9)全双工UART串行通道;

(10)低功耗空闲和掉电模式;

(11)掉电后中断可唤醒;

(12)看门狗定时器;

(13)双数据指针;

(14)掉电标识符。

单片机最小系统就是能让单片机工作起来的一个最基本的组成电路。如图5所示电路就是由AT89S52单片机组成的最小单片机系统。以单片机AT89S52为核

心,AT89S52的18、19引脚端外接石英晶体振荡电路,9引脚外接S17、R2、C1组成的复位电路,20脚接地,40、31脚接电源Vcc ,就构成了AT89S52单片机的最小系统。单片机最小系统电路图如图13所示。

为了让单片机完成一定工作任务,在单片机最小系统的基础上外接相关的工作电路,并让这些电路按程序设计要求工作,就组成了单片机应用电路。

图13 单片机最小系统电路图

2.2.2 无线发射电路

无线发射电路由抢答按键,编码电路,发射电路组成。无线发射原理图如图15所示。PT2262/PT2272 是台湾普诚公司生产的一种CMOS 工艺制造的低功耗、低价位的通用编解码电路,可靠性及稳定性较好。PT2262外观如图图14所示。其中

PT2262 最多可有6 位(D0~D5)数据引脚,通常使用8位地址,4 位数据的组合。在TE 端为低电平的情况下,只要有1位为高电平即有编码发出,因此本电路设计成4路抢答,使用全部6位数据端时可设计成6路抢答,在超过6路需扩展编码、译码电路。设定的地址码和数据码从17 脚串行输出,触发无线发射模块F05P 工作。F05P 采用SMT 工艺,树脂封装,小体积,声表谐振器稳频,内

图14 PT2262外观图

部具有一级调制电路及限流电阻,适合单片机短距离无线数据传输。FO5P 基本满足抢答器的传输距离要求,不需另加天线。单片机的数据可直接进入F05P 的数据输入端,以315MHz 向外发射无线信号。F05P 需要输入数据才能发射,数据信号停止,发射电流为零。本电路使用9V 电池供电。按下S1-S4, PT2262给出对应的脉冲编码信号,按键动作转化为无线遥控信号发出。

图15 无线发射电路原理图

2.2.3 无线接收电路

无线接收电路由接收电路、解码电路组成。无线接收电路原理图如图17所示。无线接收电路采用与FO5P 配套的J05R ,工作频率315M 。J05R 是一款超超高频无线数据传送超外差接收模块,具有灵敏度高、抗干扰能力强,与单片机直接接口容易实现的特点,使用中无需调整频点,特别适合多发一收的无线遥控系统。与F05P 配套使用可实

现无线数据的稳定传输。J05R 接收解调信号送PT2272 解码。PT2262外观图如图16所示。PT2272 有L4/M4/L6/M6 等4 种不同功能的芯片,这里选用M4即非锁存4路并行数据输出。PT2272 接收有效信号时,VT (17 脚)端由低电平转变为高电平经与非门倒相后触发中断,D0-D3 将编码信息送入AT89S52

编码电路

理。

图17 无线接收电路原理图

2.2.4 输出控制模块

控制及输出电路由AT89S52,共阴极LED 数码管,蜂鸣器组成。触发端受脉冲触发后立即输出信号,直接驱动蜂鸣器发出声音。控制电路以AT89S52为核心,当有键按下时,通过外部中断1向单片机申请中断。单片机响应中断后,判断出发射电路,并通过P0、P2 口输出显示抢答组号,从P3.5输出低电平,使蜂鸣器发出有按键按下的提示音,同时封锁中断,屏蔽其它按键响应,需手动复位后方可进行下一轮抢答。输出控制图如图18所示。

图18 输出控制图

3 系统的软件设计

由于发射电路及接收电路采用了集成编码解码模块,软件设计只需考虑控制电路控制功能的实现。主要涉及中断响应及输出控制两个部分,软件设计较为简单。显示程序采用动态显示方式。上电后,单片机复位,显示输出“0 – 20”,同时开启外部中断,当按下开始键后,便等待抢答信号。若抢答端口有信号送来,则调用中断程序。中断程序首先关闭中断,这样屏蔽了对后来抢答信号的响应,然后查表判断抢答者对应的组号并转换为七段显示编码后经P1、P2 输出显示,同时从P3.4 输出低电平,触发提示音电路工作。由于在中断程序返回时并没有开放中断,需重新手动复位后才能进行下一轮抢答,这也方便主持人对现场的掌控。程序流程图如图19所示。

3.1主程序

系统通电后,显示输出初始值,并扫描控制按键,一旦开始键按下,便开始倒计时,在倒计时的过程中如果有抢答信号则跳向中断,如果没有抢答信号,则一直到倒计时结束,等待下次按下开始键。

void main()

{

TMOD=0x01;

TH0=0x3c; TL0=0xb0;

EA=1; ET0=1;

TR0=0;

while(1)

{

start_stop_keyscan();

reset_keyscan();

while(action)

{

while(!keyscan())

{

display(number_display,second);

if(second==0)

{

second=20;

break;

}

}

TR0=0; second=20;

display(number_display,second);

action=0;

break;

}

display(number_display,second);

}

}

3.2中断程序

系统上电后,便开启外部中断,当按下开始键后,等待抢答信号。若抢答端口有信号送来,则调用中断程序。中断程序首先关闭中断,这样屏蔽了对后来抢答信号的响应,由于在中断程序返回时并没有开放中断,需重新手动复位后才能进行下一轮抢答。

/*中断服务函数*/

void timer0() interrupt 1

{

TH0=0x3c;

TL0=0xb0;

timer0_count++;

if(timer0_count==20)

{

timer0_count=0;

second--;

if(second==0)

{

TR0=0;

number_display=0;

state=1;

action=0;

}

}

}

4 设计结论

本设计利用无线遥控技术,使抢答器摆脱了连线的束缚,并避免红外线遥控传输距离短,且容易受障碍物阻档的情况,降低了对场地的要求。由于PT2262 的限制,在超过4 路抢答就需要扩展电路的支持,在使用4位数据引脚的情况下,最大可扩展15 路。在实际应用中,4 路抢答已基本满足需要。本文研究与设计的4路多功能抢答器采用了通用的电子元器件, 利用AT89C52 单片机及外围接口实现抢答系统, 利用单片机的定时器/ 计数器定时和记数的原理, 将软、硬件有机地结合起来, 使得系统能够正确地进行计时, 同时使数码管能够正确地显示时间。设计时, 首先通过在线编程, 然后具体安装、仿真, 从软件和硬件两个方面完全实现了设计功能。本设计中, 利用常规的单片机扫描识别的方法。通过硬件电路的具体应用和系统的仿真研究得出, 本设计不仅安装简单、成本低, 更

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