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Qi Yi models always uphold innovation create quality, integrity molded brand core value concept
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基于UM3758-108A的紅外遙控沙盤(pán)模型系統設計
沙盤(pán)模型是一種廣泛應用的展示形式?？捎糜谳o助相關(guān)課程的教學(xué)，本系統所控制的沙盤(pán)模型展示的主要控制對象是LED顯示器，沙盤(pán)需要控制的LED顯示點(diǎn)有近200個(gè)，而且要求能單獨顯示且指示同一區域的LED并能同時(shí)點(diǎn)亮。由于系統的控制點(diǎn)較多，因此，本文選用具有八位數據碼和10位地址碼的UM3758-108A編譯碼芯片來(lái)進(jìn)行多點(diǎn)顯示控制。
1 、系統硬件設計
該電子沙盤(pán)模型主要用于教室的教學(xué)演示，遙控距離不超過(guò)30米，故可采用紅外發(fā)射和紅外接收器來(lái)完成控制。UM3758-108A串行數據輸出端TX／RX輸出的數據經(jīng)過(guò)555構成的調制電路后將產(chǎn)生38 kHz的信號，再由SE303紅外發(fā)射管發(fā)射出去，圖1所示是系統的硬件發(fā)射電路。
而紅外接收采用的是一體化的接收頭HS0038，其具體電路如圖2所示，該電路內部集成有紅外接收、放大、解調、整形等電路，而且內帶PCM頻率濾波器，中心頻率為38 kHz。為了使接收頭不受自然光等光源干擾，設計時(shí)可采用黑色環(huán)氧樹(shù)脂封裝；同時(shí)內附磁屏蔽，以改善對電場(chǎng)干擾的防護性；本系統使用5 V電源電壓，功耗低；在小功率發(fā)射管發(fā)射信號的情況下，其接收距離可達35米，且靈敏度較高；該發(fā)射管的3個(gè)引出腳分別為接地端、電源端及信號輸出端；HS0038的輸出信號與TTL、CMOS電路兼容，當接收到38 kHz紅外脈沖串時(shí)，它輸出低電平，否則輸出高電平。由于其輸出信號的極性與發(fā)送信號相反，故使用三極管來(lái)反向及放大。
1．1 系統發(fā)射電路
本系統的發(fā)射電路以AT89C5單片機為控制核心，并由其讀入鍵盤(pán)輸入的控制點(diǎn)位置代碼，以形成UM3758-108A編譯碼器的高5位地址碼A10～A6(低5位地址碼A5～A1懸空)與8位數據碼D8～D1。UM3758-108A的TX／RX端可送出相應的串行數據，該數據經(jīng)38 kHz調制電路調制后，可由SE303紅外發(fā)射管發(fā)射出去。同時(shí)，液晶顯示器LCM061A將顯示沙盤(pán)中LEDR示點(diǎn)的位置代碼。
1．2 系統接收電路
由于本系統需要控制的顯示點(diǎn)有近200個(gè)，故該電路共使用了25片UM3758-108A，每片的低5位地址碼懸空，高5位地址碼依次分別設置為“00000”～“11000”，圖2中畫(huà)出了2個(gè)UM3758-108A。一體化紅外接收頭HS0038H解調出38 kHz的紅外數據后將送入所有的UM3758-108A，只有地址設置的值與串行輸入的數據中包含的地址碼相同的UM3758-108A才能將數據碼解出形成8位的并行數據送到D8～D1以點(diǎn)亮或熄滅相應的LED。
1．3 UM3758-108A芯片簡(jiǎn)介
UM3758-108A是一種編碼發(fā)送與接收譯碼合一的多路編譯碼器，具有10位三態(tài)地址輸入端，可形成310=59049種地址，其8位兩態(tài)鎖存式數據輸入或輸出端能方便地實(shí)現多址多路數字信號的傳遞與控制，并可與有線(xiàn)載波及無(wú)線(xiàn)、超聲波、紅外等接口配用，從而實(shí)現遠距離傳輸控制。
UM3758-108A芯片的工作電壓范圍為3～12V，UM3758-108A采用24腳標準雙列直插式封裝。其中21(T／R)腳接高電平時(shí)，芯片處于編碼發(fā)送工作方式，接低電平時(shí)，芯片處于接收譯碼工作方式；當芯片處于編碼發(fā)送時(shí)，23(TX／RX)腳為串行數據輸出端，當芯片處于接收譯碼時(shí)，該端為譯碼接收正確標志顯示，低電平有效；22(IN)腳為芯片處于接收譯碼時(shí)的串行數據輸入端；11(D1)到18(D8)腳為8位并行數據線(xiàn)，本系統的發(fā)射電路由單片機的P3口來(lái)控制D1～D8，接收電路則由D1～D8控制8個(gè)LED顯示器；1(A1)～10(A10)腳為10根三態(tài)地址端，發(fā)送與接收芯片必須地址編碼一致才能配對工作。本系統由于控制的LED點(diǎn)有近200個(gè)，因此，接收電路共需25塊UM3758-108A芯片，若控制點(diǎn)增多，只需相應增加接收電路的UM3758-108A芯片便可，故其擴展簡(jiǎn)單。發(fā)射電路中，UM3758-108A的A6～A10由單片機的P2．3～P2．7控制。由于UM37 58-108A片內具有數據鎖存器，因此，不同的UM3758-108A上控制的LED要同時(shí)點(diǎn)亮，可通過(guò)軟件分兩次送數據來(lái)實(shí)現；19(OSC)腳外接振蕩電阻和電容可構成系統時(shí)鐘，電阻和電容的典型值如圖1所示，同樣，發(fā)送與接收芯片的該值也必須相同。
當OSC腳外接R1為100 kΩ、C1為120 pF時(shí)，UM3758-108A芯片的工作時(shí)鐘頻率fosc為160 kHz，發(fā)射編碼頻率為1／16fosc，且每18位(前10位為地址，后8位為數據)數據為一幀。通常的邏輯“1”用兩個(gè)占空比為1／3的連續脈沖表示，邏輯“0”用兩個(gè)占空比為2／3的連續脈沖表示， “懸空”用一個(gè)占空比為2／3的脈沖和一個(gè)占空比為1／3的脈沖表示，發(fā)送一位編碼的周期為6x16／fosc，圖3所示是UM3758-108A的工作時(shí)序波形。
一般情況下，電源接通后，處于發(fā)送狀態(tài)的UM3758-108A就開(kāi)始工作，直到切斷電源為止。而處于接收狀態(tài)的UM3758-108A將進(jìn)行兩次譯碼檢驗，如果發(fā)送地址與接收地址碼一致，則TX／RX端就輸出低電平以指示接收成功，同時(shí)將接收到的數據鎖存并從D1～D8輸出。每當進(jìn)行一次有效的接收后，新的數據就會(huì )被鎖存。
1．4 液晶顯示電路
本系統選用LCM061A低功耗液晶顯示器來(lái)顯示鍵盤(pán)輸入的控制點(diǎn)位置代碼。該顯示器有6個(gè)LCD字符，顯示器的最大特點(diǎn)是采用串行控制方式，它共有10個(gè)引腳，簡(jiǎn)單使用時(shí)，只需單片機控制其三個(gè)引腳，因此，占用單片機的資源少。本系統用單片機的P1．0來(lái)形成LCM061A的片選信號，P1．2形成LCM061A的寫(xiě)信號，P1．1形成串行輸入命令與數據。
2 軟件設計
本系統發(fā)射電路的軟件系統包括主程序和鍵盤(pán)處理及液晶顯示驅動(dòng)等兩個(gè)主要的子程序，其主程序流程圖如圖4所示。而鍵盤(pán)處理及液晶顯示驅動(dòng)子程序則主要解決的問(wèn)題在于如何把從鍵盤(pán)輸入的顯示控制點(diǎn)的位置代碼轉換為接收端各UM3758-108A芯片的地址碼與數據碼。由于此兩者之間無(wú)直接可描述的函數關(guān)系，故可采用構造表格的方式，然后用查表的方法實(shí)現輸入代碼的轉換，從而完成對相應點(diǎn)LED的控制。
3 結束語(yǔ)
本系統靈活應用了UM3758-108A具有多位地址碼的特點(diǎn)，因而整個(gè)系統雖然需要控制的LED顯示點(diǎn)有近200個(gè)，但只需一個(gè)紅外接收頭，即可使得系統設計非常簡(jiǎn)潔，易于調試，使用方便，并且在此基礎上易于擴充控制點(diǎn)的數量。而紅外發(fā)射信號經(jīng)過(guò)調制，且采用一體化的紅外接收，則可使遙控靈敏度更高，可靠性更強。目前，該系統經(jīng)過(guò)調試，已能正常穩定地工作。
1 、系統硬件設計
該電子沙盤(pán)模型主要用于教室的教學(xué)演示，遙控距離不超過(guò)30米，故可采用紅外發(fā)射和紅外接收器來(lái)完成控制。UM3758-108A串行數據輸出端TX／RX輸出的數據經(jīng)過(guò)555構成的調制電路后將產(chǎn)生38 kHz的信號，再由SE303紅外發(fā)射管發(fā)射出去，圖1所示是系統的硬件發(fā)射電路。
而紅外接收采用的是一體化的接收頭HS0038，其具體電路如圖2所示，該電路內部集成有紅外接收、放大、解調、整形等電路，而且內帶PCM頻率濾波器，中心頻率為38 kHz。為了使接收頭不受自然光等光源干擾，設計時(shí)可采用黑色環(huán)氧樹(shù)脂封裝；同時(shí)內附磁屏蔽，以改善對電場(chǎng)干擾的防護性；本系統使用5 V電源電壓，功耗低；在小功率發(fā)射管發(fā)射信號的情況下，其接收距離可達35米，且靈敏度較高；該發(fā)射管的3個(gè)引出腳分別為接地端、電源端及信號輸出端；HS0038的輸出信號與TTL、CMOS電路兼容，當接收到38 kHz紅外脈沖串時(shí)，它輸出低電平，否則輸出高電平。由于其輸出信號的極性與發(fā)送信號相反，故使用三極管來(lái)反向及放大。
1．1 系統發(fā)射電路
本系統的發(fā)射電路以AT89C5單片機為控制核心，并由其讀入鍵盤(pán)輸入的控制點(diǎn)位置代碼，以形成UM3758-108A編譯碼器的高5位地址碼A10～A6(低5位地址碼A5～A1懸空)與8位數據碼D8～D1。UM3758-108A的TX／RX端可送出相應的串行數據，該數據經(jīng)38 kHz調制電路調制后，可由SE303紅外發(fā)射管發(fā)射出去。同時(shí)，液晶顯示器LCM061A將顯示沙盤(pán)中LEDR示點(diǎn)的位置代碼。
1．2 系統接收電路
由于本系統需要控制的顯示點(diǎn)有近200個(gè)，故該電路共使用了25片UM3758-108A，每片的低5位地址碼懸空，高5位地址碼依次分別設置為“00000”～“11000”，圖2中畫(huà)出了2個(gè)UM3758-108A。一體化紅外接收頭HS0038H解調出38 kHz的紅外數據后將送入所有的UM3758-108A，只有地址設置的值與串行輸入的數據中包含的地址碼相同的UM3758-108A才能將數據碼解出形成8位的并行數據送到D8～D1以點(diǎn)亮或熄滅相應的LED。
1．3 UM3758-108A芯片簡(jiǎn)介
UM3758-108A是一種編碼發(fā)送與接收譯碼合一的多路編譯碼器，具有10位三態(tài)地址輸入端，可形成310=59049種地址，其8位兩態(tài)鎖存式數據輸入或輸出端能方便地實(shí)現多址多路數字信號的傳遞與控制，并可與有線(xiàn)載波及無(wú)線(xiàn)、超聲波、紅外等接口配用，從而實(shí)現遠距離傳輸控制。
UM3758-108A芯片的工作電壓范圍為3～12V，UM3758-108A采用24腳標準雙列直插式封裝。其中21(T／R)腳接高電平時(shí)，芯片處于編碼發(fā)送工作方式，接低電平時(shí)，芯片處于接收譯碼工作方式；當芯片處于編碼發(fā)送時(shí)，23(TX／RX)腳為串行數據輸出端，當芯片處于接收譯碼時(shí)，該端為譯碼接收正確標志顯示，低電平有效；22(IN)腳為芯片處于接收譯碼時(shí)的串行數據輸入端；11(D1)到18(D8)腳為8位并行數據線(xiàn)，本系統的發(fā)射電路由單片機的P3口來(lái)控制D1～D8，接收電路則由D1～D8控制8個(gè)LED顯示器；1(A1)～10(A10)腳為10根三態(tài)地址端，發(fā)送與接收芯片必須地址編碼一致才能配對工作。本系統由于控制的LED點(diǎn)有近200個(gè)，因此，接收電路共需25塊UM3758-108A芯片，若控制點(diǎn)增多，只需相應增加接收電路的UM3758-108A芯片便可，故其擴展簡(jiǎn)單。發(fā)射電路中，UM3758-108A的A6～A10由單片機的P2．3～P2．7控制。由于UM37 58-108A片內具有數據鎖存器，因此，不同的UM3758-108A上控制的LED要同時(shí)點(diǎn)亮，可通過(guò)軟件分兩次送數據來(lái)實(shí)現；19(OSC)腳外接振蕩電阻和電容可構成系統時(shí)鐘，電阻和電容的典型值如圖1所示，同樣，發(fā)送與接收芯片的該值也必須相同。
當OSC腳外接R1為100 kΩ、C1為120 pF時(shí)，UM3758-108A芯片的工作時(shí)鐘頻率fosc為160 kHz，發(fā)射編碼頻率為1／16fosc，且每18位(前10位為地址，后8位為數據)數據為一幀。通常的邏輯“1”用兩個(gè)占空比為1／3的連續脈沖表示，邏輯“0”用兩個(gè)占空比為2／3的連續脈沖表示， “懸空”用一個(gè)占空比為2／3的脈沖和一個(gè)占空比為1／3的脈沖表示，發(fā)送一位編碼的周期為6x16／fosc，圖3所示是UM3758-108A的工作時(shí)序波形。
一般情況下，電源接通后，處于發(fā)送狀態(tài)的UM3758-108A就開(kāi)始工作，直到切斷電源為止。而處于接收狀態(tài)的UM3758-108A將進(jìn)行兩次譯碼檢驗，如果發(fā)送地址與接收地址碼一致，則TX／RX端就輸出低電平以指示接收成功，同時(shí)將接收到的數據鎖存并從D1～D8輸出。每當進(jìn)行一次有效的接收后，新的數據就會(huì )被鎖存。
1．4 液晶顯示電路
本系統選用LCM061A低功耗液晶顯示器來(lái)顯示鍵盤(pán)輸入的控制點(diǎn)位置代碼。該顯示器有6個(gè)LCD字符，顯示器的最大特點(diǎn)是采用串行控制方式，它共有10個(gè)引腳，簡(jiǎn)單使用時(shí)，只需單片機控制其三個(gè)引腳，因此，占用單片機的資源少。本系統用單片機的P1．0來(lái)形成LCM061A的片選信號，P1．2形成LCM061A的寫(xiě)信號，P1．1形成串行輸入命令與數據。
2 軟件設計
本系統發(fā)射電路的軟件系統包括主程序和鍵盤(pán)處理及液晶顯示驅動(dòng)等兩個(gè)主要的子程序，其主程序流程圖如圖4所示。而鍵盤(pán)處理及液晶顯示驅動(dòng)子程序則主要解決的問(wèn)題在于如何把從鍵盤(pán)輸入的顯示控制點(diǎn)的位置代碼轉換為接收端各UM3758-108A芯片的地址碼與數據碼。由于此兩者之間無(wú)直接可描述的函數關(guān)系，故可采用構造表格的方式，然后用查表的方法實(shí)現輸入代碼的轉換，從而完成對相應點(diǎn)LED的控制。
3 結束語(yǔ)
本系統靈活應用了UM3758-108A具有多位地址碼的特點(diǎn)，因而整個(gè)系統雖然需要控制的LED顯示點(diǎn)有近200個(gè)，但只需一個(gè)紅外接收頭，即可使得系統設計非常簡(jiǎn)潔，易于調試，使用方便，并且在此基礎上易于擴充控制點(diǎn)的數量。而紅外發(fā)射信號經(jīng)過(guò)調制，且采用一體化的紅外接收，則可使遙控靈敏度更高，可靠性更強。目前，該系統經(jīng)過(guò)調試，已能正常穩定地工作。
