基于ST20P18單片機的通用家電無線遙控設(shè)備的設(shè)計方案

　　以 433MHz為頻率的無線通用遙控設(shè)備，為短距離無線通信提供了非常簡單的解決方案，它是開發(fā)低成本、低功耗無線通信系統(tǒng)的理想方案。一般由單片機控制電路、LCD顯示電路、無線發(fā)碼電路等構(gòu)成。按照節(jié)點的多少可以分為單節(jié)點和多節(jié)點模式。單節(jié)點也稱為點對點式，結(jié)構(gòu)簡單、體積小，便于隨身攜帶，用于控制單個家電的通信;而多節(jié)點又稱為點對多式，它可以根據(jù)用戶的要求而設(shè)計不同的路數(shù)，也可以很方便地進行擴展，可以同時控制多個家電，功能齊全。本系統(tǒng)設(shè)計為16路，在接收部分可以根據(jù)接收到的信息控制多個家用電器。

　　系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計

　　1 系統(tǒng)簡介

　　通用型遙控設(shè)備主要由開/關(guān)鍵、液晶顯示屏、置位鍵、確認鍵、返回鍵、數(shù)字鍵盤等部分組成,其外形與手機相仿。它的操作也很簡單,以遙控電風(fēng)扇為例,打開遙控器后,首先

　　顯示主菜單,是各種電器的名稱,用上下鍵選中所要操作的家用電器。例如選中“電風(fēng)扇”,按確認鍵后就可進入其子菜單,再選擇所操作的項目,如風(fēng)力擋位的大小、風(fēng)扇的方向等,再按確認鍵進入下級子菜單,進行具體的操作,如調(diào)整風(fēng)力和風(fēng)向等，其余家用電器類似操作。

　　硬件電路是由1個4位的撥碼開關(guān)電路、無線發(fā)射電路、ST20P18單片機主控制電路、鍵盤掃描電路、液晶(LCD)顯示電路等組成。

　　2 無線發(fā)碼電路

　　其中單片機采用的是 ST20P18，它是由臺灣矽創(chuàng)公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位的8位單片機，芯片內(nèi)部帶有振蕩器、系統(tǒng)定時器、看門狗定時計數(shù)器、LCD 控制器和16Kb的ROM以及192B的RAM。ST20P18控制的發(fā)碼電路原理圖如圖1所示，其發(fā)碼的基本原理為：系統(tǒng)利用撥碼開關(guān)來控制地址位和數(shù)據(jù)位(二進制)信息的設(shè)置，再通過單片機運行發(fā)碼程序進行編碼并把地址位和數(shù)據(jù)位信息變換成一串脈沖信號，最后由無線發(fā)射電路發(fā)射出去。具體實現(xiàn)為：單片機PB0口為發(fā)碼電路的數(shù)據(jù)輸出口和控制口，當(dāng)需要發(fā)碼的時候該口設(shè)置為輸出口，然后以脈沖的形式，按照相關(guān)的通信協(xié)議，輸出當(dāng)前所要發(fā)出的正確數(shù)據(jù)。反之，PB0口可復(fù)用為其他功能。PB0口的脈沖數(shù)據(jù)經(jīng)發(fā)碼電路調(diào)制并發(fā)射出433MHz的無線電波。

　　圖1 無線發(fā)碼電路

　　在無線發(fā)射電路中使用聲表面濾波器搭建的模擬發(fā)射模塊電路，其工作頻率是433MHz，采用聲表諧振器SAW穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當(dāng)環(huán)境溫度在 -25～+85℃之間變化時，頻漂僅為10-6/℃，特別適合一發(fā)多收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。但因無線電信號傳輸時受到很多因素的影響，所以一般實用距離只有標準理想距離的一半甚至更少，這點在開發(fā)時需要注意，如果需要更遠一點的發(fā)射距離，可以在發(fā)射模塊的輸出端增加一級射頻功率放大器。

　　經(jīng)過對電路的研究得到以下結(jié)論：

　　● 為了得到穩(wěn)定且正確的頻率，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試得出無線電波頻率取決于R3，當(dāng)R3=15kΩ時，發(fā)射的無線電頻率為433MHz。

　　● 由于該模塊是由模擬電路搭建，所以決定了其性能不如相關(guān)的其他類型的數(shù)字射頻芯片，但是其成本相當(dāng)?shù)牡土?考慮到尺寸和成本因素且射頻波長短，在設(shè)計中選用50Ω的1/4波長偶極子微帶印制板天線，即在接地層由電介質(zhì)隔開的印制電導(dǎo)線。故在該電路中天線的形狀以及長短具有至關(guān)重要的作用。設(shè)計實踐表明：天線的形狀和長短如選取不滿足50Ω的1/4波長偶極子天線，該電路發(fā)射不穩(wěn)定，更嚴重直接導(dǎo)致該電路不能起振。

　　3 鍵盤掃描電路

　　由于ST20P18的I/O口有限，故在鍵盤電路中采用掃描的方式來實現(xiàn)。該電路的實現(xiàn)方式如圖2所示。其工作的基本原理是：單片機初始化后先設(shè)置 PA0至PA5、6個I/O口均為輸入方式。以K1為研究對象，先設(shè)置PA0口為高電平，設(shè)置PA5口為低電平，當(dāng)K1按鍵按下后，PA0則由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，并產(chǎn)生中斷。單片機響應(yīng)該中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。同理，其他6個按鍵也是按照該方式工作的。單片機掃描原則是自上而下，自左而右的。

　　圖2 鍵盤掃描電路

　　4 LCD顯示電路

　　本設(shè)計采用的ST20P18單片機，其內(nèi)核中自帶控制/驅(qū)動液晶模塊，該LCD(圖3)顯示模塊是8×40點陣，常用于遙控設(shè)備的液晶顯示。液晶顯示的主要控制引腳為COM0～COM7。本設(shè)計只用到COM0～COM3。

　　圖3 LCD顯示電路