毕业设计（论文）基于单片机家用投影机电脑型控制板的设计.doc

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1、摘 要随着人们对高素质、高节奏生活的要求也越来越高，从而带动了科学的迅猛发展，也使越来越多的科学技术也应用于日常生活当中，使得人们的生活水平更进一步的提高，也更多样化。单片机凭借其强大的结构体系，得以广泛应用于智能仪器仪表、家用电器、交通等领域.Keil提供的集成开发环境下，C语言程序得以编译、管理、连接、仿真、调试避免了调试后又要调用编辑器的重复过程，因此缩短了开发周期。本文介绍的家用投影仪采用AT89C2051，并用C语言程序载入加以控制，能进行调焦，启动/关闭风扇、实现温控、光控等基本操作。关键词 家用投影仪,C语言,单片机 AbstractAs for high-quality, hi

2、gh-paced demands of living is getting higher and higher, which led to the rapid development of science, but also a growing number of science and technology also applies to daily life, making peoples standard of living further increased and more diversified. With its powerful single-chip architecture

3、 can be widely used in intelligent instruments and meters, household appliances, transportation and other fields. Keil provided under the integrated development environment, C language program to compile, management, connectivity, simulation, debugging avoided after debugging Editor calls to repeat

4、the process and therefore shorten the development cycle. This article describes the use of the home projector AT89C2051, and C language program to control the loading, focus can be activated on / off fans, to achieve temperature control, light control and other basic operations. Keywords ：home proje

5、ctor, C language, single-chip目 录摘 要IAbstractII目 录III1 引 言1系统功能描述1系统方案11.3 本文的目的和意义2单片机原理32.1 AT89C2051功能简介33 电路设计6调焦电机正反转控制电路LG9110工作原理63.2 LED数码管显示器电路分析7电脑板电路图设计114软件设计14程序设计14定义及初始化模块144.1.2 源不正常处理子程序模块154.1.3 温度不正常处理子程序模块164.1.4 驱动焦距电机的子程序模块16完整代码详解16调试应用及故障处理23功能调试24 4.2.2 使用技巧244.2.3 日常保养与维护25

6、投影机常见故障处理25结 论27致 谢28参考文献291 引 言系统功能描述电脑板的技术要求及实现功能有：接通电源后，投影机处于待机状态，红灯（红灯LED）亮。按遥控器电源键或投影机面板电源触发键，红灯灭，绿灯（绿LED）亮，同时投影机的投影灯亮，冷却风扇启动工作。延时30s后，内部光敏电阻检测投影灯光源，若正常，则电脑板发出一个负脉冲给驱动板，整机开始工作。在10s内，按两次面板电源触发键，或直接按一次遥控器电源，电脑板再发出一个负脉冲给驱动板，整机停止工作。同时投影灯灭，绿灯闪烁，冷却风扇延时3min停， 随后绿灯灭，红灯亮。正常工作时若投影灯灭，则电脑板发出一个负脉冲给驱动板，整机停止工

7、作。同时切断投影灯光源电源，红灯慢闪，风扇延时3min停，红灯仍慢闪。正常工作时，若投影机内的温度大于60，则经热敏电阻检测后，电脑发出一个负脉冲给驱动板，整机停止工作。同时切断投影灯光源电源，红灯快闪，风扇延时3min 停，红灯仍快闪。系统方案图1.1为电脑板的系统构成方框图，有单片机控制器、按键输入、遥控输入、继电器输入、调焦点击输出、热敏/光敏传感、LED指示及电源等8部分组成。单片机控制器是整个系统的核心，负责整个系统的运行，这里使用了小巧的AT89C2051。按键输入电路负责投影机调焦镜头的电机正反转控制驶入设定。遥控输入端接液晶屏组件板，现在市场上所见的大多为日常液晶屏组件，如日立

8、、富士等品牌，其功能较强，带TV、Video、S端、VGA、LR声音等，有的还带功放，可直接驱动喇叭，并且都具全功能红外遥控，其遥控触发信号可直接引入电脑板中作遥控开/关机信号。继电器输出电路用于驱动12V直流风扇电机及220V交流投影光源灯的工作。调焦电机输出用于调整投影机镜头的焦距。热敏/光敏传感器用于探测工作过程中系统的状态，以进行保护。如投影灯损坏时，则风扇延时3min后自动停机。再如当机内温升达60以上时，则光源断电，风扇延时3min后自动停机。LED指示电路用以显示工作状况。电源部分负责对整个系统供电，从液晶屏组件板引入的12V电压，经78L08。78L05两级稳压电路后，提供单片

9、机稳定可靠的5V电源。热敏传感LED指示电源光敏传感遥控传感继电器输出调焦电机驱动单片机控制器按键输入 图1.1 电脑板的系统构成方框图1.3 本文的目的和意义随着大规模集成电路技术日益成熟，通信技术、计算机技术、网络技术及家用电器产业飞速发展，自制家用投影机已成为电子爱好者的一个热点，也有很多爱好者及工程技术人员将其视为推向市场的一个产品。进口的投影机产品价格非常昂贵，稍上档次的一般均在2万元以上。而电子爱好者自制的话一般都不会超过2000元，市场销售价可达35004000元（外型和工艺等可能赶不上时髦进口货），利润空间还是非常大的。一些中小型民营企业、学校、街道、机关在进行公务或商务活动时

10、，均需价廉物美的投影机；而且家庭使用时，若将投影机与家庭影院系统相结合，则由于其气势恢宏的大尺寸画面（可超过100寸），能产生电影院级的震撼，因此市场前景十分看好。稍高级一点的投影机，一般都有微电脑控制系统，对投影机运行中各种状态（如温度、投影光源、遥控 /受控操作）进行监控及响应。熟悉计算机系统的组成原理，能很好地考查这大学三年来所学有知识，培养独立分析问题、解决问题的能力和初步进行科学研究的能力以及创新意识、创新能力和获取新知识能力的训练。通过锻炼使用所学的专业知识分析CPU设计的原理，可以为日后的进行相关的设计工作或进一步的深造打下很好的基础。单片机原理2.1 AT89C2051功能简介

11、AT89C系列与MCS-51系列单片机相比有两大优势：第一，片内程序存储器采用闪速存储器，使程序的写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片(AT89C2051/1051)，使整个硬件电路的体积更小。AT89C2051的功能：1)和MCS-51产品 的兼容 2)2K字节可重编程闪速存储器 3)耐久性：1000次写擦除周期 4)2.7V6V 的操作范围 5)全静态操作：024MHz 6)两级加密程序存储器 7)1288位内部RAM 8)15根可编程I/O引线 9)两个16位定时器/计数器 10)六个中断源 11)可编程串行UART通道 12)直接LED驱动输出 13)片内模拟比较器 14)低功耗空

12、载和掉电方式AT89C2051结构AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，引脚配置如图3.1所示，内部结构如图3.2所示。与8051内部结构进行对比后可发现，AT89C2051减少了两个对外端口(即P0、P2口)，使它最大可能地减少了对外引脚，因而芯片尺寸有所减小。AT89C2051芯片的20个引脚功能为：VCC 电源电压。GND 接地。RST复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。 XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡放大器的输出。P1口8位双向I/O口。引脚提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它

13、们将输出电流(IIL),这是因内部上拉的缘故。P3口引脚与为7个带内部上拉的双向I/O引脚。在内部已与片内比较器输出相连，不能作为通用I/O引脚访问。图2.1 AT89C2051引脚配置表 P3口特殊功能P3 口引脚PRXD（串行输入口）PTXD（串行输出口）PINT0()（外部中断0）PTNT1(-)（外部中断1）PT0（定时器0外部输入）PT1（定时器1外部输入） AT89C2051内部结构3 电路设计调焦电机正反转控制电路LG9110工作原理LG9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，是外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有

14、两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反转动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750800mA的持续电流，峰值电流能力可达1.52.0A；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管时安全可靠。LG9110被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。其特点如下：1）低静态工作电流。2)12V。3）每通道具有800mA连续电流输出能力。4) 较低的饱和压降。5) TTL/CMOS输出电平兼容，可直接连CPU。6) 输出内置钳位二极管，适用于感性负

15、载。7）控制和驱动集成于单片IC之中。8）引脚具备高压保护功能。9）工作温度：080.LG9110的引脚连线如图所示。LG9110的引脚定义、电特性及逻辑控制表分别如表、表及表所列。 表3.1 LG9110的引脚定义序号符号功能1OAA路输出引脚2Vcc电源电压3Vcc电源电压4OBB路输出引脚5GND地线6IAA路输入引脚7IBB路输入引脚8GND地线表3.2 LG9110的电特性符号参数范围单位最小典型最大Vcc电源电压612VIdd静态电流1020AIin工作电流200350500AIc持续输出电流750800850mAImax峰值电流15002000mA表 LG9110的逻辑控制表IA

16、IBOAOB1010010100001100 LED数码管显示器电路分析在单片机系统中，经常用LED（发光二极管）数码管显示器来显示单片机系统的工作状态，运算结果等信息。LED数码管显示器是单片机与人对话的一种重要输出设备。1） LED数码管显示器的构造及特点图是LED数码管显示器的构造，它实际上是由8个发光二极管构成，其中7个发光二极管排列成“8”字形的笔画段，另一个发光二极管为圆点形状，安装在显示器的右下角作为小数点使用。通过发光二极管亮暗的不同组合，从而可显示出09的阿拉伯数字以及其他能由这些笔画段构成的各种字符。LED数码管显示器的内部结构共有两种不同的形式，一种是共阳极显示器，其内部

17、电路如图所示，即8个发光二极管的正极全部连接在一起组成公共端，负极则各自独立引出。使用时公共阳极接+5V，这时阴极接低电平的发光二极管就导通点亮，接高电平的则不亮。另一种是共阴极显示器，其内部电路如图所示，即8个发光二极管的负极全部连接在一起组成公共端，正极则各自独立引出。使用时公共阴极接地，这时阳极接高电平的发光二极管就导通点亮，接低电平的则不亮。图 LED数码管显示器的构造 图 共阳极显示器内部结构 图 共阴极显示器内部结构从尺寸上分，LED数码显示管的种类很多，常用的有0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.3、3.0、4.0、5.0寸等。一般小于1.0寸的为单管芯，

18、1.21.5寸为双管芯，1.8寸以上的为3个以上管芯，因而他们的供电电压不同，一般每个管芯的压降为2V左右。通常，0.8寸以下采用5V供电，1.023.寸采用12V供电，3.0以上的选择更高电压供电。驱动电路中的限流电阻R通常根据LED的工作电流计算得到。R=(Vcc-VLED)/ILED式中，Vcc为电源电压（+5V），VLED为压降（一般取2V左右），ILED为工作电流（可取120mA）。通常取几百。在此使用的AT89C51单片机，其I/O口具有20 mA的灌电流输出能力，因此可直接驱动共阳极的LED数码管显示器。2) LED数码管显示器的基本原理 为了显示数字或符号，要为LED数码管显示

19、器提供代码，因为这些代码是为显示字形的，因此称之为字形代码。七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8位代码，由一个数据字节提供。各位数据的对应关系如表所列。 表数据位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段H(或称dp)gfedcba LED数码管显示器的字形（段）码表如表所列。 显示器的字形（段）码表显示字形字型码（共阳极）字型码（共阴极）0C0H3FH1F9HF9H2A4HA4H3B0HB0H499H66H592H6DH682H7DH7F8H07H880H7FH990H6FHA88H77HB83H7CHCC6H39HDA1H5EHE86H79HF8EH71H熄灭FFH00H3)LED数码管

20、显示器的显示方法在单片机应用系统中，的显示方法有两种：静态显示法和动态扫描显示法。 1 ）静态显示法 所谓静态显示，就是每一个显示器各笔画段都要独占具有锁存功能的输出口线，CPU把欲显示的字形代码送到输出口上，就可以使显示器显示出所需要的数字或符号。此后，即使CPU不再去访问它，显示的内容也不会消失（因为各笔画段接口具有锁存功能）。静态显示法的优点是显示程序十分简单，显示亮度大。由于CPU不必经常扫描显示器，所以节约了CPU的工作时间。但静态显示也有其缺点，主要是占用的I/O口线较多，硬件成本也较高。所以静态显示法常用在显示数目较少的应用系统中。图3.8为静态显示示意图。图3.5中由74LS2

21、73（8D锁存器）作扩展输出口，输出控制信号由P2.0和WR合成。当二者同时为0时，或门输出为0，将P0口数据锁存到74LS273中，口地址为FEEEH。输出口线的低4位和高4位分别接BCD-7段显示译码驱动器74LS47，他们驱动两位数码管作静态的连续显示。图3.5 静态显示示意图2)动态扫描显示法动态扫描显示是单片机应用系统中最常用的显示方式之一。它是把所有显示器的8个笔画段ah的各同名端互相并接在一起，并把它们接到字段输出口上。为了防止各个显示器同时显示相同的数字，各个显示器的公共端COM还要受到另一组信号的控制，即把它们接到位输出口上。这样，对于一组LED数码管显示器需要由两组信号来控

22、制：一组是字段输出口输出的字形代码，用来控制显示的字形，称为段码；另一组是位输出口输出的控制信号，用来选择第几位显示器工作，称为位码。在这两组信号的控制下，可以一位一位地轮流点亮各个显示器，显示各自的数码，以实现动态扫描显示。在轮流点亮一遍的过程中，每位显示器点亮地时间是极为短暂的（15ms）。由于LED具有余辉特性以及人眼视觉的惰性，尽管各位显示器实际上是分时断续的显示，但只要适当选取扫描频率，给人眼的视觉印象就会是在连续稳定地显示，并不觉察有闪烁现象。动态扫描显示由于各个数码管的字段线是并联使用的，因而大大简化了硬件电路。动态显示示意图如图3.11所示。图3.6 动态显示示意图在实际的单片

23、机系统中，LED显示程序都是作为一个子程序供监控程序调用，因此各位显示器都扫过一遍之后，就返回监控程序。返回监控程序后，进行一些其他操作，再调用显示扫描程序，通过这种反复调用来实现LED数码管显示器的动态扫描。动态扫描显示在使用时必须反复调用显示子程序，若CPU要进行其他操作，显示子程序只能插入循环子程序中，这往往束缚了的CPU工作，降低了CPU的工作效率。另外扫描显示电路电路中，显示器数目也不宜太多，一般在12个以内，否则会使人察觉出显示器在分时轮流显示。这两种显示方式各有利弊：静态显示法虽然数据显示稳定，占用很少的CPU工作时间,但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的电路硬件较多。

24、动态扫描显示占用的时间多，但CPU使用的硬件少，能节省线路板空间及降低成本。动态扫描显示由于外围元件少，降低了成本，充分发挥了软件的优势，因而在单片机系统中得到了广泛的应用。工业生产节能时控器也采用动态扫描显示。电脑板电路如图AT89C2051单片机的P3.2液晶屏组件板的触发信号端相连，每次按遥控器的开/关键后，从液晶屏组件板触发端输出一个脉冲信号，经单片机处理后，从P1.4输出一个负脉冲加至触发驱动板，实现遥控启动/关机。P3.3外接手控ON/OFF按键，也可以进行启动/关机。P3.4/P3.5外接的INC+、INC-按键用于调整投影机的投影镜头焦距，按下INC=键后，P1.6输出低电平，

25、P1.5输出高电平，调焦电机正转：反之，按下INC-键后，P1.5输出低电平，P1.6输出高电平，调焦电机反转。释放按键后，调焦电机停转，焦距锁定。P1.1、P3.7分别外接热敏电阻、光敏电阻，投影灯亮时，光敏电阻受光，P3.7为低电平。机内温度小于60时，经P1.0、P1.1内部的比较器判别，内部P3.6为低电平，这时驱动板正常工作。否则若P3.6或P3.7为高电平，则整机进入保护状态。P3.0输出井光耦后，通过继电器驱动直流电风扇工作。P3.1输出经光耦后，通过继电器驱动220V交流投影灯工作。为了使驱动板工作稳定、可靠，除设置两级稳压电路，L1、L2、C1C4双匹型滤波器外，还采用了输出

26、光耦隔离的方式驱动，使整机工作稳定性极佳。外部连接描述：J1：1脚接液晶屏组件板的12V电源；4脚接液晶屏组件板的地；2、3脚外接12V直流冷却风扇。J2：1脚及3、4脚短路以增大继电器K1的触点电流容量，K1的触点经J2后串入投影灯，投影灯的工作电压为交流220V。J3：1脚为负脉冲输出端，接驱动板触发端；2、3脚对GND5V之间接2个按键，作为调焦电机控制；4脚为GND5V输出；5脚接面板的开/关按键；6脚与液晶屏组建板触发端相连，以接收遥控开/关的触发信号。J4：1、2脚外接直流12V慢速电机，进行工作调焦。J5：1、2脚间接红色LED，2、3脚间接绿色LED，其中2脚为公共阳极。13脚

27、也可接入一个双色LED。 K的负温度系数热敏电阻。J7：1、2脚间接入一个100 K的光敏电阻。图3.7电脑板电路图 4软件设计定义及初始化模块bit on_off =0; /开/关机标志,“1”开，“0”关bit over30s =0; /30s溢出标志，“1”溢出，“0”未溢出bit time30s =0; /30s定时启动标志，“1”启动，“0”不启动bit over3m =0； /3min溢出标志，“1”溢出，“0”未溢出bit time3m =0; /3min定时启动标志，“1”启动，“0”不启动bit drv_flag =0; /驱动板启动标志，“1”已启动，“0”已关闭bit o

28、ff_flag =0; /允许关机标志，“1”允许关机，“0”不允许关机bit rled_flashf =0; /红发光管快闪启动标志，“1”启动，“0”关闭bit rled_flashs =0; /红发光管慢闪启动标志，“1”启动，“0”关闭bit gled_flag =0; /绿发光管慢闪启动标志，“1”启动，“0”关闭bit off10s_flag =0; /关机时10s计时标志，“1”启动计时，“0”关闭计时uchar cnt =0; /30s软件计时器uchar key_flag =0; /键按下计时器unit counter =0; /3min软件计器/*以下为I/O端口定义*sb

29、it inc =P34; /焦距增加值按键sbit dec =P35; /焦距减少值按键 sbit m0 =P16; /焦距电机正转输出sbit m1 =P15; /焦距电机反转输出sbit rled =P12; /输出至红发光管sbit gled =P13; /输出至绿发光管 sbit out_drv =P14; /输出负脉冲至驱动板sbit out_light =P31; /输出控制220v光源继电器sbit out_fan =P30; /输出控制12v风扇继电器sbit check_tem =P36; /温度检测端sbit check_light =P37; /光源检测端/*初始化子函数

30、*/void init()inc =1;dec =1;mo =1;m1 =1; /端口初始化check_tem =1;check_light =1;P3_2 =1;P3_3 =1;init_timer1(); /初始化定时器1ITO =1;IT1 =1;外中断0、外中断1为边沿触发/*= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = */on_off =0;off_flag =0;drv_flag =0; /初始化标志off10s_flag =0; /关闭10s计时功能/*定时器1初始化*/void init_temer1()TMOD =ox1

31、1; /定时器T1方式1THO = -(48000/256); /定时初值为50msTLO =-(48000%256);IE =ox8f; /开放CPU中断TR1 =1; /启动T1 源不正常处理子程序模块/*光源不正常处理子函数*/void fun_light() if(drv_flag)drv();drv_flag =0 /若驱动板已工作，再发一个触发脉冲使其停止工作out_fan =0; /冷却风扇继续工作3minout_light =1;gled =1; /投影灯关闭，绿灯灭rled_flashf =0;rled_flashs =0; /红灯慢闪标志置位 over3m =0; time

32、3m =0; /启动3min计时 EX0 =0; EX1 =0; /关闭外中断 while(!over3m)out_light =1;out_fan =0; /等3min延时结束 EX0 =1; EX1 =1; /开放外中断 time3m =0； over3m =0; on_off =0; /关机标志复位 while(!on_off) /光源关闭，冷却风扇停转，红灯仍慢闪，等待人工处理out_fan =1;out_light =1;off_flag =0;key_flag =0;rled_flashf =0;rled_flashs =1;gled_flash =0;off10s_flag =0

33、;if(on_off)rled_flashs =0;break; /若有人又按下启动键，又进入正常状态 温度不正常处理子程序模块/*温度不正常处理*/void fun_tem() if(drv_flag)drv();drv_flag =0; /若驱动板已工作，再发一个触发脉冲使其停止工作out_fan =0; /冷却风扇继续工作3minout_light =1;gled =1; /投影灯关闭，绿灯灭rled_flashf =1; /红灯快闪标志置位rled_flashs =0; over3m =0; time3m =1; /启动3min计时 EX0 =0; EX1 =0; /关闭外中断 whi

34、le(!over3m)out_light =1;out_fan =0; /等3min延时结束 EX0 =1; EX1 =1; /开放外中断 time3m =0； over3m =0; on_off =0; /关机标志复位 while(!on_off) /光源关闭，冷却风扇停转，红灯仍快闪，等待人工处理out_fan =1;out_light =1;gled =1;off_flag =0;key_flag =0;rled_flashf =1;rled_flashs =0;gled_flash =0;off10s_flag =0;if(on_off)rled_flashf =0;break; /若

35、有人又按下启动键，又进入正常状态 驱动焦距电机的子程序模块/*驱动焦距电机的子函数*/void drv _mot(void) if(!inc)|(!dec) /若有人按下焦距+或焦距按键delay(10); /延时10ms再判 if(!inc)m0=0;m1=1; /按下焦距+按键后，焦距电机正传 else if(!dec) /否则按下焦距按键后，焦距电机反转 m1=0;m0=1; elsem1=1;m0=1; /两个键都不按下，电机不转 if(inc)&(dec)m1=1;m0=1; /两个键都按下，电机不转完整代码详解# define uchar unsigned char# define

36、 uint unsigned int/*/bit on_off =0; /开/关机标志,“1”开，“0”关bit over30s =0; /30s溢出标志，“1”溢出，“0”未溢出bit time30s =0; /30s定时启动标志，“1”启动，“0”不启动bit over3m =0； /3min溢出标志，“1”溢出，“0”未溢出bit time3m =0; /3min定时启动标志，“1”启动，“0”不启动bit drv_flag =0; /驱动板启动标志，“1”已启动，“0”已关闭bit off_flag =0; /允许关机标志，“1”允许关机，“0”不允许关机bit rled_flashf

37、 =0; /红发光管快闪启动标志，“1”启动，“0”关闭bit rled_flashs =0; /红发光管慢闪启动标志，“1”启动，“0”关闭bit gled_flag =0; /绿发光管慢闪启动标志，“1”启动，“0”关闭bit off10s_flag =0; /关机时10s计时标志，“1”启动计时，“0”关闭计时uchar cnt =0; /30s软件计时器uchar key_flag =0; /键按下计时器unit counter =0; /3min软件计器/*以下为I/O端口定义*sbit inc =P34; /焦距增加值按键sbit dec =P35; /焦距减少值按键 sbit m

38、0 =P16; /焦距电机正转输出sbit m1 =P15; /焦距电机反转输出sbit rled =P12; /输出至红发光管sbit gled =P13; /输出至绿发光管 sbit out_drv =P14; /输出负脉冲至驱动板sbit out_light =P31; /输出控制220v光源继电器sbit out_fan =P30; /输出控制12v风扇继电器sbit check_tem =P36; /温度检测端sbit check_light =P37; /光源检测端/*函数列表*/void start();void drv();void fun_light();void fun_tem();void fun1();void init();void init_timer1();void delay(uint k);void drv_mot(void);/*主函数*/void main(void) init(); /上电时初始化 while(1) /无限