基于單片機的自動車庫門的設計

基于單片機的自動車庫門的設計圖2.1-1車庫門自動開閉系統(tǒng)電路結構框圖基本模塊單片機的最小系統(tǒng)電路部分。編碼芯片PT2262和315M的無線發(fā)射模塊裝置。編碼芯片PT2272和315M的無線接收模塊裝置。4*4行列式掃描鍵盤電路部分。紅外數(shù)碼管顯示電路部分。 蜂鳴器、繼電器、照明部分。系統(tǒng)總體設計單片機單片機的概述以及應用單片機全稱單片微型計算機（SingleChipMicrocomputer），簡寫MCU微型控制器。它專為工業(yè)控制、測量而設計，具有集成度高、可靠性高、性價比高的三高優(yōu)勢，體積小、功能全的特點，主要應用于計算機外設、智能儀器儀表、家用電器、工業(yè)檢測與控制、通信設備等，嵌入式工程師能夠根據(jù)應用對象的需求，選擇合適的單片機，進行各種系統(tǒng)設計以及程序設計，系統(tǒng)按照程序指令完成規(guī)定工作。MCS51單片機的內(nèi)部結構單片機是在芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器、多功能接口等基本功能部件的大規(guī)模集成電路。MCS51單片機包由以下九部份構成：一個8位CPU基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第3頁。4KBROM程序存儲器；基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第3頁。一個片內(nèi)振蕩及時鐘電路；128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器；可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲器和64KB內(nèi)部程序存儲空間的控制電路；兩個十六位的定時/計數(shù)器；一個可編程全雙工串行口；5個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結構；32條可編程的I/O線。單片機的結構特點單片機的CPU單片機的核心部件是CPU，主要由運算器和控制器等部件組成。CPU內(nèi)部有一定數(shù)量的通用和專用寄存器，單片機在RAM數(shù)據(jù)存儲器區(qū)開辟了一個工作寄存區(qū)，該區(qū)分為四組，每組八個寄存器，共計32個工作寄存區(qū)，起通用寄存器的作用。另外單片機還有21個特殊功能寄存器SFR（SpecialFunctionRegister），起專用寄存器作用，用來設置片內(nèi)電路的運行方式和電路運行狀態(tài)的記錄。特殊功能寄存器的存在使得定時/計數(shù)器、串行口、中斷邏輯等能夠集成在同一塊芯片上。單片機的存儲器單片機的存儲器用于存放數(shù)據(jù)和程序，數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器分成兩個不同的地址空間，利用不同的尋址方式和不同的地址指針進行尋址。單片機的輸入輸出接口單片機的輸入輸出接口由P0-P3四個8位雙向I/O口組成。外設能夠直接通過這幾個口線接入，無需外加接口芯片。P0-P3的各個端口能按字節(jié)和位輸入輸出，總共32個接口，位控制極其方便。P0口為三態(tài)雙向口，能夠帶8個TTL電路，P1-P3口為準雙向口，能帶4個TTL電路，因此在外設驅(qū)動電流大的情況下可加接驅(qū)動器。單片機的通信方式51系列單片機自身有全雙工的異步通信接口，兩機之間發(fā)送與接收能夠同時進行。用戶可根據(jù)不同的需求選擇合理的工作方式實現(xiàn)雙機或多機通信。單片機的引腳配置單片機的引腳可分為可總線擴展和不可總線擴展兩種。MCS-51系列單片機AT89S52的引腳圖如下圖：基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第4頁。基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第4頁。圖3.1.3-1AT89S52的引腳圖可總線擴展的單片機有44個引腳，常見的40個引腳配置及功能說明如下：Vss：接地端。Vcc：電源端，接+5V電源。XTAL1：接外部晶體的一個引腳，當單片機CHMOS采用外部時鐘信號時，由此引腳引入時鐘信號。XTAL2：接外部晶體的一個引腳，當單片機HMOS采用外部時鐘信號時，由此引腳接入外部時鐘信號。RSTVpD：復位、備用電源輸入端。Vcc掉電后，由此引腳接入備用電源，低功耗時保持內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)的完整。ALE/PORG：地址鎖存允許；在8751單片機內(nèi)當EPROM編程時，由該腳引入編程脈沖。PSEN:程序存儲器允許。EA/Vpp:EA=0時，單片機只訪問外部程序存儲器；在8751單片機片內(nèi)EPROM編程期間，由此引腳引入21V編程電壓。P0.0—P0.7：P0數(shù)據(jù)/低8位地址復用總線端口。結構圖如圖（3.1.3-2）P1.0—P1.7：P1靜態(tài)通用端口。結構圖如圖（3.1.3-3）P2.0—P2.7：P2高8位地址總線動態(tài)端口。結構圖如圖（3.1.3-4）基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第5頁。P3.0—P3.7：P3雙功能靜態(tài)端口。結構圖如圖（3.1.3-5）基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第5頁。圖3.1.3-2P0口位結構圖3.1.3-3P1口位結構圖3.1.3-4P2口位結構基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第6頁。基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第6頁。圖3.1.3-5P3口位結構4*4行列式掃描鍵盤鍵盤工作原理鍵盤是計算機系統(tǒng)中必備的輸入設備，其連接方式分為線性鍵盤和矩陣式鍵盤，按鍵少時用線性鍵盤，按鍵較多時用矩陣鍵盤。矩陣鍵盤電路原理圖如圖3.2.1-1所示，按鍵設置在行列式交點上，行列式連接到按鍵開關的兩端。行線通過單片機輸出高電平，第一次掃描時置第一條列線于低電平位置，判斷有無鍵按下，若有則獲取鍵值，進行相應的鍵值處理，若無則繼續(xù)進行掃描，使第二列列線于低電平位置，其它均保持高電平不變，這樣反復判斷鍵盤中有無按鍵按下。鍵盤中哪一個鍵按下可由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來判斷。基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第7頁。圖3.2.1-1行列式鍵盤電路原理圖基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第7頁。鍵盤工作方式鍵盤的工作方式分為編程掃描方式、中斷掃描方式、定時掃描方式三種。本設計采用編程掃描方式。鍵盤掃描子程序中完成以下幾個功能：判斷鍵盤上是否有鍵按下；防止鍵機械抖動對系統(tǒng)的影響；獲取所按鍵的鍵號；按鍵閉合一次就進行一次鍵功能操作。程序框圖如圖3.2.2-1所示：基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第8頁?；趩纹瑱C的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第8頁。圖3.2.2-1鍵盤的編程掃描方式程序框圖基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第9頁?；趩纹瑱C的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第9頁。PT2262/PT2272編碼解碼芯片PT2262/PT2272編碼解碼芯片工作原理及特點PT2262/PT2272是由臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位的通用編解碼電路。PT2272最多可有12位三態(tài)地址端管腳，PT2262最多可有6位數(shù)碼端管腳，能夠用于無線遙控發(fā)射電路。有CMOS工藝制造，低功耗、外部元件少、工作電壓范圍寬：2.6-15V等特點。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次反復比較核對后，VT腳才輸出高電平，此時相應的數(shù)據(jù)腳就輸出高電平，如果發(fā)送端一直持續(xù)按住按鍵不放，編碼芯片便會連續(xù)發(fā)射。如果發(fā)射機按鍵沒有按下時，PT2262芯片就不會接通電源，其17腳處于低電平狀態(tài)，因此315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當檢測到有按鍵按下時，PT2262芯片便通電開始工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。PT2262引腳圖如圖3.3.1-1所示，管腳說明如表3.3.3-1所示，PT2272引腳圖如圖3.3.1-2所示：圖3.3.1-1PT2262外形圖及測試應用圖基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第10頁。基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第10頁。表3.3.1-1管腳說明圖3.3.1-2PT2272外形圖及測試應用PT2272有不同的后綴，不同的后綴表示不同的功能，有M4/L4/M6/L6之分,M表示非鎖存輸出，即數(shù)據(jù)腳輸出電平具有瞬時性且與發(fā)射端的發(fā)射狀態(tài)相對應。表示鎖存輸出，一旦數(shù)據(jù)接收成功就一直保持對應電平狀態(tài)，直至下次的數(shù)發(fā)生改變從而變化。后綴數(shù)字表示并行控制通道的個數(shù)。采用4路并行數(shù)據(jù)時，（TP2272-M4）表示對應地址編碼為8位，（PT2272-M6）表示對應地址編碼為6位。系統(tǒng)軟硬件設計主要電路圖單片機最小電路基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第11頁。自動車庫門關閉系統(tǒng)的設計是在單片機的最小系統(tǒng)基礎上實現(xiàn)的，在本設計中單片機主要起控制輸出、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理的作用，在單片機最小系統(tǒng)上面構建系統(tǒng)能夠使電路控制變得簡便，單片機最小系統(tǒng)電路圖如4.1.1-1所示：基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第11頁。圖4.1.1-1單片機最小系統(tǒng)電路鍵盤電路鍵盤電路是一個友好的操作界面，是一個將人與機器之間建立通信連接的平臺，本設計采用的是4*4的矩陣鍵盤，以編程掃描為主要工作方式，以單片機P1口的低四位為輸出端，定時輸出行掃描高電平脈沖。一旦鍵盤被按下，對應的P1端的高四位列輸入線就會輸入相應的高電平。鍵盤電路原理圖如圖4.1.2.1所示：基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第12頁?；趩纹瑱C的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第12頁。 圖4.1.2-1矩陣鍵盤電路數(shù)碼管顯示電路本設計采用8位的LED數(shù)碼管來顯示輸入的數(shù)字，系統(tǒng)采用共陰極顯示，將P0口作為輸入端口，P2端口作為顯示電路的位選信號，芯片74LS245作為輸出驅(qū)動，確保P0口輸出數(shù)據(jù)具有驅(qū)動能力。其電路圖如下：基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第13頁。基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第13頁。圖4.1.3-1數(shù)碼管顯示電路無線發(fā)射編解碼電路和接受碼電路為了實現(xiàn)車庫門的自動關閉，在汽車進入車庫之前發(fā)射一個自動打開信號，當車進入車庫以后再發(fā)射一個關閉信號。本系統(tǒng)采用編碼芯片PT2262和315MHZ的發(fā)射模塊構建開閉信號發(fā)射電路，由解碼器芯片PT2272和315MHZ的接收模塊來構成信號接收電路。當接收端收到發(fā)射來的信號后，由編解碼器進行相應的信息處理，輸入到單片機中進行判斷。電路圖如下所示：基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第14頁?；趩纹瑱C的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第14頁。圖4.1.4-1無線發(fā)射及編解碼仿真電路蜂鳴器及繼電器電路蜂鳴器和繼電器的驅(qū)動條件是較大的電流，三極管具有電流放大的作用，因此在蜂鳴器與繼電器組件之前加上一個三極管，就能使其正常工作。圖4.1.5-1蜂鳴器和繼電器仿真電路系統(tǒng)硬件總圖基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第15頁。將上述模塊電路組合在一起就構成了自動車庫門系統(tǒng)的硬件總圖。如下圖所示：基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第15頁。圖4.1.6-1自動車庫門系統(tǒng)硬件總圖系統(tǒng)設計流程圖基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第16頁?；趩纹瑱C的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第16頁。開始開始VT是否為高車庫門開，燈亮延時一頓時間，車庫門停止打開車進入車庫一次，紅外對管計數(shù)一次是否按下了按鈕紅外停止計數(shù)是否再次按下了按鈕紅外對管是否計數(shù)次數(shù)為2車庫門關閉，燈滅返回密碼是否輸入正確報警圖4.2-1系統(tǒng)流程圖基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第17頁。基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第17頁。總結基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第18頁。這是第一次做有關通信原理方面的課程設計，選定題目后，不知道從何入手。只能通過在網(wǎng)上收集閱讀一些與本課題有關的文章，熟讀一兩篇后，找到了自己的入手方向。然后開始在圖書館、網(wǎng)絡上面查閱有關自動車庫門設計的一些資料，在所查閱的資料中選出與本設計相關且易懂的作為參考。本設計主要采用單片機來作為控制系統(tǒng)，其原因主要在于單片機使我們學過的較為熟悉的控制芯片，對于它的工作原理比較了解，當然PT2262/PT2272編解碼器是在本設計中所需要的芯片，以前從未接觸過，但是通過資料的查找懂得了它的工作原理，各引腳的作用以及它的特點與應用范圍等。在車進入車庫之前由PT2262編碼器發(fā)出一個信號，在PT2272解碼器接收到信號時，對其解碼，然后送入給單片機處理來實現(xiàn)車庫門的開閉。當然為了使系統(tǒng)設計更具人性化，也能通過對車庫門旁邊的手動按鍵來實現(xiàn)車庫門的開閉作用。為了增加自動車庫門的安全系數(shù)，在設計過程中采用鍵入密碼來獲取取車人或停車人的信息，并且數(shù)碼管上面的數(shù)字均顯示為“8”，以保證密碼的保密措施到位。通過這次的課程設計讓我懂得了如何去解決一個困難的問題，首先必須克服對于問題的恐懼心理，然后再一步一步的去尋找解決問題的辦法，摸到一個頭緒然后順著思路走下去，問題就能迎刃而解。通過對本設計的研究，讓我找到了學習通信這一專業(yè)的方向，探索到了一些科研方面的思路與方法。在寫作論文期間，掌握了辦公軟件的熟練操作方法。論文嚴格的格式要求，使我們的心思與思維變得細膩，為以后的畢業(yè)設計課題的寫作做好了鋪墊。人都是在一步步的學習中得到成長與鍛煉，“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來”，為了以后的人生道路變得燦爛輝煌，現(xiàn)在的付出事值得的。感謝孫活老師的辛勤教導，你嚴謹?shù)慕虒W方式，使我對于學習的態(tài)度變得一絲不茍，您淵博的知識讓我獲益匪淺。基于單片機的自動車庫門的設計全文共19頁，當前為第18頁。參考文獻：[1]李群芳，肖看.單片機原理接口與應用（第2版）.北京：清華大學出版社，2010.[2]李群芳，肖看.單片微型計算機與接口技術（第4版）.北京：電子工業(yè)出版社，2012.[3]陳光東，趙性初.單片微型計算機原理與接口技術.武漢：華中科技大學出版社，1999.[4]胡乾斌，李光斌，李玲等.