(論文)基于51單片機紅外收發(fā)器最新優(yōu)秀畢業(yè)論文資料搜集嘔血奉獻

51 單片機紅外收發(fā)器設計 51 單片機紅外收發(fā)器設計 學 院：信息科學技術學院 專 業(yè)： 姓 名： 指導老師： 自動化 學 號： 職 稱： I 51 單片機紅外收發(fā)器設計 摘 要 隨著科學技術的發(fā)展， 單片機因其高可靠性和高性價比， 在智能化家用電器、 儀器儀表等諸多領域內(nèi)得到了極為廣泛的應用。 當前單片機對家用電器控制呈現(xiàn) 出外型簡單化、 功能多樣化、 性能優(yōu)越化的發(fā)展趨向。 紅外遙控器具用使用方便、 功耗低、抗干擾能力強的特點，因此它的應用前景是不可估量。 本課題以延伸紅外無線遙控技術為目的， 提出了一種紅外遙控器集中控制的 方案，核心是設計出一個無線紅外多路遙控發(fā)射/接收系統(tǒng)。本設計以紅外線作 為傳遞信息的載體，可對 8 個受控對象的工作狀態(tài)進行短距離無線控制，適用于 工業(yè)、醫(yī)療、家用電器等設備的開啟或關閉遙控，也可以對一種設備的八種工作 狀態(tài)同步進行控制，或?qū)?2 種設備的 4 種工作狀態(tài)同時控制。 該系統(tǒng)可實現(xiàn)的具體參數(shù)如下： 1. 遙控距離不小于 5m，即紅外遙控發(fā)射機與紅外接收機之間的距離不小于 5m； 2. 遙控路數(shù)為 8 路，即可對 8 個受控設備同時進行開關控制； 3. 工作頻率為 38KHz，即紅外發(fā)射和接收的載頻為 38KHz； 4. 接收端可顯示受控狀態(tài)。 關鍵詞：關鍵詞： 單片機 紅外數(shù)據(jù)發(fā)送與接收 八路 LED 開關電路 鍵盤控制 II 51 MCU-based infrared encoder and decoder ABSTRACT With the development of science and technology, SCM because of its high reliability and cost-effective, in the intelligent home appliances, instrumentation and many other areas has been very widely used. Control of the current SCM appliances shown on the simplistic appearance, diversification of function, the development trend of superior performance. Infrared remote control apparatus with easy to use, low power consumption, anti-jamming features, so its prospects are immeasurable. The topics to extend the infrared wireless remote control technology for the purpose, a centralized control infrared remote control program, the core is to design a wireless infrared remote control multiple transmit / receive system. The design of an infrared transmission of information as a carrier of controlled object can work 8 state short-range wireless control for industrial, medical, home appliances and other equipment on or off remotely, it can be a device eight kind of working state synchronization control, or two kinds of equipment working state of simultaneous control of 4. The system can achieve the specific parameters are as follows: 1. Remote control distance is not less than 5m, the infrared remote control transmitter and the distance between the infrared receiver is not less than 5m; 2. Remote control for the 8 large ones, can be controlled on the eight switch control device at the same time; 3. Working frequency is 38KHz, the infrared transmission and reception of the carrier frequency of 38KHz; 4. Receiver to display control. Key words: MCU Send and receive IR data Octal LED switching circuit Keyboard control III 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 1 緒論 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 研究目的 . 1 1.3 研究意義 . 1 2 系統(tǒng)分析 3 2.1 設計要求 . 3 2.1.1 整個控制系統(tǒng)的設計要求 . 3 2.1.2 紅外載波、編碼電路設計要求 . 3 2.1.3 紅外解碼電路設計要求 3 2.1.4 設備擴展模塊設計要求 3 2.2 總體設計方案 . 4 2.2.1 方案論證 . 4 2.2.2 總體設計框圖 . 6 2.3 方案的可行性論證 . 7 2.3.1 實用性 . 7 2.3.2 經(jīng)濟可行性 . 7 2.3.3 技術可行性 . 7 2.4 小結 . 7 IV 3 硬件設計 8 3.1 單片機及其硬件電路設計 . 8 3.1.1 單片機的介紹 . 8 3.1.2 時鐘電路及RC復位電路 . 9 3.2 單片機紅外發(fā)射器的電路設計 11 3.2.1 矩陣鍵盤電路 . 11 3.2.2 紅外發(fā)射電路 . 12 3.3 單片機紅外接收器的電路設計 15 3.3.1 紅外接收電路 . 15 3.3.2 電源電路的設計 17 3.3.3 八路LED開關電路 . 18 3.3.4 電磁式繼電器 18 3.3.5 LCD1602 液晶顯示電路 19 3.4 小結 20 4 程序設計 . 21 4.1 紅外發(fā)射模塊 21 4.1.1 發(fā)射電路主程序流程圖 21 4.1.2 紅外發(fā)射子程序流程圖 22 4.2 紅外接收模塊 22 4.2.1 紅外接收電路主程序流程圖 22 4.2.2 紅外接收電路子程序流程圖 23 4.3 小結 24 V 5 系統(tǒng)測試 . 25 5.1 系統(tǒng)功能測試 25 5.2 小結 26 參考文獻 . 27 附 錄 1 . 28 附 錄 2 . 32 附 錄 3 . 33 謝 辭 . 34 1 1 緒論 1.1 研究背景 近年來隨著計算機在社會領域的滲透,單片機的應用正在不斷地走向深入， 同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。 傳統(tǒng)的遙控器大多數(shù)采用了無線電遙控技 術，但是隨著科技的進步，紅外線遙控技術的成熟，紅外也成為了一種被廣泛應 用的通信和遙控手段。繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設備、空凋機以及 玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。 工業(yè)設備中， 在高壓、 輻射、 有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣 干擾。由于紅外線抗干擾能力強，且不會對周圍的無線電設備產(chǎn)生干擾電 波，同時紅外發(fā)射接收范圍窄，安全性較高。紅外遙控雖然被廣泛應用，但 各產(chǎn)商的遙控器不能相互兼容。 當今市場上的紅外線遙控裝置一般采用專用的遙 控編碼及解碼集成電路，由于其靈活性較低，應用范圍有限。所以采用單片機進 行遙控系統(tǒng)的應用設計，遙控裝置將同時具有編程靈活、控制范圍廣、體積小、 功耗低、功能強、成本低、可靠性高等特點，因此采用單片機的紅外遙控技術具 有廣闊的發(fā)展前景。 1.2 研究目的 本設計主要研究并設計一個基于單片機的紅外接收系統(tǒng)， 并實現(xiàn)對八路開關 的控制。 控制系統(tǒng)主要是由 MCS-51 和 52 系列單片機、 電源電路、 紅外發(fā)射電路、 紅外接收電路、LCD 顯示電路等部分組成，單片機編碼發(fā)射遙控信號經(jīng)紅外接收 處理傳送給單片機，單片機根據(jù)不同的信息碼控制八路 LED 發(fā)光二極管各個狀 態(tài)，并完成相應的狀態(tài)指示。 1.3 研究意義 紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設備。由于其無法穿透 墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào) 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 2 試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容 易，可進行多路遙控。 信息可以直接通過紅外光進行調(diào)制傳輸，例如，信息直接調(diào)制紅外光的強弱 進行傳輸，也可以用紅外線產(chǎn)生一定頻率的載波，再用信息對載波進行調(diào)制，接 收端去掉載波，取到信息。從信息的可靠傳輸來說，這就是我們今天看到的大多 數(shù)紅外遙控器所采用的方法。 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 3 2 系統(tǒng)分析 2.1 設計要求 2.1.1 整個控制系統(tǒng)的設計要求 1、被控設備的控制實時反映，從接收信號到信號處理及對設備控制反映時 間應小于 1s； 2、整個系統(tǒng)的抗干擾能力強，防止誤動作； 3、整個系統(tǒng)的安裝、操作簡單，維護方便； 4、總體成本低。 2.1.2 紅外載波、編碼電路設計要求 1、單片機定時器精確產(chǎn)生 38KHz 紅外載波； 2、根據(jù)控制系統(tǒng)要求能對紅外控制指令信號精確編碼并迅速發(fā)送。 2.1.3 紅外解碼電路設計要求 1、精確接收紅外信號，并對所接收信號進行解碼、放大、整形、解調(diào)等處 理，最后輸出 TTL 電平信號； 2、對非紅外光及邊緣紅外光抗干擾能力強。 2.1.4 設備擴展模塊設計要求 1、直流控制交流； 2、抗干擾能力強； 3、反應迅速不產(chǎn)生誤動作； 4、能承受大電流沖擊。 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 4 2.2 總體設計方案 2.2.1 方案論證 （一）單片機控制器模塊 方案一：采用目前比較通用的 51 系列單片機。 此單片機的運算能力強，軟件編程靈活，自由度大，市場上比較多見價格便 宜且技術比較成熟容易實現(xiàn)。 方案二：采用凌陽 16 位單片機 SPCE061A 作為控制核心。 與 51 單片機相比，SPCE061A 具有更加豐富的資源，有 32 個可編程的 I/O 口，14 個中斷源。但考慮到本設計沒有用到如此多資源且價格貴，市場比較少 見，技術不穩(wěn)定。 綜合分析考慮，選擇方案一。 （二）38KHz 載波實現(xiàn) 利用載波對信號進行調(diào)制從而減少信號傳輸過程中的光波干擾,提高數(shù)據(jù)傳 輸效率。以下是對產(chǎn)生 38KHz 載波的單片機軟件與硬件電路進行比較。 方案一：單片機 T0 定時產(chǎn)生 38KHz 載波 電路原理:STC89C52RC 定時器 T0 產(chǎn)生周期性的 26.3us 的矩形脈沖,即每隔 13us，定時器 T0 產(chǎn)生中斷輸出一個相反的信號使輸出端產(chǎn)生周期的 38KHz 脈沖 信號。計算公式如 2-1 所示，脈沖圖如圖 2-1 所示。 T=1/38MHz （2-1） 圖 2-1 38KHz 載波信號 方案二：硬件晶振電路產(chǎn)生 38KHz 載波 電路分析: 晶振 Y1，電容 C1、C2、U1A、R2 、R3 組成 38KHz 載波振蕩電路， MC14011 是邏輯與非門。U1B 對 38KHz 的振蕩信號取反，同時隔離前后級的信號 干擾。如圖 2-2 所示。P11 屬于單片機 P1 口用于單片機對受控對象控制信號處 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 5 理后的數(shù)據(jù)輸出口，數(shù)據(jù)與 38KHz 信號與 P11 端數(shù)據(jù)邏輯或非門輸出，完成信號 的調(diào)制。 圖 2-2 脈沖產(chǎn)生的硬件電路圖 對于產(chǎn)生 38KHz 脈沖信號的軟、硬件電路的實現(xiàn)進行比較選擇，軟件實現(xiàn) 經(jīng)濟有利于產(chǎn)品開發(fā)使用，加密性強，電路板元件少，經(jīng)濟實用，便于產(chǎn)品的推 廣。因而采用方案一，即用軟件定時產(chǎn)生 38KHz 的載波信號。 （三）紅外解碼電路的比較 方案一：采用單片機加專用解碼芯片 其優(yōu)點是軟件設計簡單，但增加了外圍電路的設計，使得單片機的 IO 口減 少不利于多路開關電路的擴展。 方案二：采用單片機軟件解碼 其外圍電路簡潔，空出的 IO 口多，利于單片機擴展多路開關電路的設計， 而編程就會復雜些。 根據(jù)實際情況進行選擇，采用方案二。 （四）驅(qū)動與開關 方案一：采用晶閘管直接驅(qū)動。 其優(yōu)點是體積小，電路簡單，外圍元件少。但控制電流小，大電流晶閘管成 本高，并且隔離性能差。 方案二：采用三極管驅(qū)動繼電器。 其體積大，外圍元件多。優(yōu)點是控制電流大，隔離性能好。 根據(jù)實際情況，擬采用方案二。 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 6 2.2.2 總體設計框圖 經(jīng)過上述方案的分析選擇，得出系統(tǒng)硬件由以下幾部分組成：紅外數(shù)據(jù)發(fā) 射電路，鍵盤采用矩陣鍵盤，44 矩陣鍵盤中 P1.0-P1.3 為采集數(shù)據(jù)入口， P1.4-P1.7 采集數(shù)據(jù)出口。 整體設計思路為：根據(jù)掃描到不同的按鍵值轉(zhuǎn)至相對應的 ROM 表讀取數(shù)據(jù)。 確認設備及菜單選擇鍵后 AT89C2051 將從 ROM 讀取出來的值， 按照數(shù)據(jù)處理要求 從 P2.5 輸出控制脈沖與 T0 產(chǎn)生的 38KHz 的載波（周期是 26.3us）進行調(diào)制， 經(jīng) NPN 三極管對信號放大驅(qū)動紅外發(fā)光管將控制信號發(fā)送出去。 紅外數(shù)據(jù)接收則 是采用 LT0038 一體化紅外接收頭，內(nèi)部集成紅外接收、數(shù)據(jù)采集、解碼的功能， 只要在接收端 INT0 檢測頭信號低電平的到來，就可完成對整個串行的信號進行 分析得出當前控制指令的功能。然后根據(jù)所得的指令去操作相應的用電器件工 作，如圖 2-3 所示。 圖 2-3 電路設計整體框圖 紅外傳輸 89C2051 單片機 紅外發(fā)射電路 4*4 矩陣鍵盤 紅外接收電路 STC89C52RC 單片機 設備控制電路 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 7 2.3 方案的可行性論證 2.3.1 實用性 本系統(tǒng)具有實時性、靈活性、穩(wěn)定性、以及多功能同時控制等優(yōu)點，方便用 戶對多個設備進行控制。 2.3.2 經(jīng)濟可行性 對于有多個紅外遙控家電的用戶來說，可通過識別已存儲在 ROM 中的信號， 實現(xiàn)以現(xiàn)有的單一紅外信號，同時對任意紅外遙控家用電器進行控制，由于節(jié)約 了實現(xiàn)控制功能的多個遙控硬件，從而減少了用戶的投資。 2.3.3 技術可行性 單片機對數(shù)據(jù)進行處理，定時器產(chǎn)生 38KHz 的載波對紅外信號調(diào)制，采用一 體紅外接收頭對紅外信號放大、解碼、電平轉(zhuǎn)換。 2.4 小結 整個系統(tǒng)的設計要求抗干擾能力強，防止誤動作；安裝、操作簡單，維護方 便；總體成本低。 總體設計經(jīng)過綜合分析論證采取最優(yōu)方案。系統(tǒng)硬件由以下幾部分組成：紅 外數(shù)據(jù)發(fā)射電路，鍵盤采用矩陣鍵盤，44 矩陣鍵盤中 P1.0-P1.3 為采集數(shù)據(jù) 入口，P1.4-P1.7 采集數(shù)據(jù)出口。 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 8 3 硬件設計 3.1 單片機及其硬件電路設計 3.1.1 單片機的介紹 STC89C52RCSTC89C52RC 單片機 STC89C52RC 系列單片機是有超強抗干擾、高速、低功耗的單片機，指令代 碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，12 時鐘機器周期和 6 時鐘機器周期可任意選擇， 最新的 D 版本內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路。 特點： 1、增強型 6 時鐘機器周期，12 時鐘機器周期 8051 CPU； 2、工作電壓：5.5V-3.4V（5V 單片機）/3.8V - 2.0V（3V 單片機）； 3、工作頻率范圍:0-40MHz，相當于普通 8051 的 080MHz.實際工作頻率 可達 48MHz； 4、用戶應用程序空間 4K/8K/16K/20K/32K/64K 字節(jié)； 5、片上集成 1280 字節(jié)/512 字節(jié) RAM； 6、通用 I/O 口（32 個），復位后為：P1/P2/P3/P4 是準雙向口/弱上拉（普 通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）P0 口是開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻， 作為 I/O 口用時，需加上拉電阻； 7、ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器、仿真 器，可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，8K 程序 3 秒即可完成； 8、EEPROM 功能； 9、看門狗； 10、內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路（D 版本），外部晶體 20M 以下時，可 省外部復位電路。 11、共 3 個 16 位定時器/計數(shù)器，其中定時器 0 還可當成 2 個 8 位定時器 使用； 12、外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down 模式可由 外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； 13、通用異步串行口(UART)，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART； 14、工作溫度范圍：0 - 75/-40 - +85； 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 9 15封裝： PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。 AT89C2051AT89C2051 單片機 89C2051 是由 ATMEL 公司推出的一種小型單片機。95 年出現(xiàn)在中國市場。 其主要特點為采用 Flash 存貯器技術， 降低了制造成本， 其軟件、 硬件與 MCS-51 完全兼容，可以很快被中國廣大用戶接受，其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與 試驗比較容易。 89C2051 共有 20 條引腳，2051 繼承了 8031 最重要引腳：P1 口共 8 腳，準 雙向端口。 P3.0P3.6 共 7 腳， 準雙向端口， 并且保留了全部的 P3 的第二功能， 如 P3.0、P31 的串行通訊功能，P3.2、P33 的中斷輸入功能，P3.4、P3.5 的定時器輸入功 能。 在引腳的驅(qū)動能力上面， 89C2051 具有很強 的下拉能力， P1， P3口的下拉能力均可達到20mA. 相比之下， 89C51/87C51 的端口下拉能力每腳最 大為 15mA。但是限定 9 腳電流之和小于 71mA. 這樣，引腳的平均電流只有 9mA。89C2051 驅(qū)動 能力的增強， 使得它可以直接驅(qū)動 LED 數(shù)碼管， 如圖 3-1 所示。 圖 3-1 89C2051 引腳圖 3.1.2 時鐘電路及 RC 復位電路 STC89C52RC 芯片內(nèi)部有一高增益反相放大器，用于構成振蕩器.反相放大器 的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2。在 XTAL1、XTAL2（第 19、18 引腳）兩端 跨接一個石英晶體振蕩器，和兩個電容就構成了穩(wěn)定自激諧振電路。晶振頻率為 11.0592MHz。C12，C13 是兩個瓷片電容，與晶振 Y2 構成了自激諧振電路。其電 容的作用主要是對頻率進行微調(diào)，一般取 30-45PF 左右。使用該電路可產(chǎn)生穩(wěn)定 的 11.0592MHZ 頻率，受外界的環(huán)境的干擾影響非常小。其接法如圖 3-2 所示： 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 10 圖 3-2 晶振電路 復位是單片機初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機 從 0000H 單元執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當程序運行出錯或操 作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復位鍵重新啟動。 復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。 本設計采用了按鍵手動 復位方式。該復位電路如圖 3-3 所示。 復位電路采用了按鍵與上電復位。上電與按鍵均可以有效復位。上電瞬間 RST 引腳獲得高電平，單片機復位電路隨著電容的 C11 的充電，RST 引腳的高電 平逐漸下降。RST 引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2 個機器周期），單片 機就可以進行復位操作。按鍵復位是直接將高電平通過電阻 R11、R10 分壓到達 RESET 引腳，實現(xiàn)復位操作。 圖 3-3 復位電路圖 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 11 3.2 單片機紅外發(fā)射器的電路設計 硬件電路組成: 4X4 矩陣鍵盤電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、電源 電路。 3.2.1 矩陣鍵盤電路 (1)44 矩陣鍵盤的工作原理: 矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用 4 條 I/O 線作為行線，4 條 I/O 線作為 列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個交叉點上，設置一個按鍵。這樣鍵盤中 按鍵的個數(shù)是 44 個。這種行列式鍵盤結構能夠有效地提高單片機系統(tǒng)中 I/O 口的利用率。行線接 P1.4-P1.7，列線接 P1.0-P1.3，如圖 3-4 所示。 圖 3-4 矩陣鍵盤電路圖 (2)鍵值得讀取: 首先從 P1 口的高四位輸出低電平，低四位輸出高電平，從 P1 口的低四位 讀取鍵盤狀態(tài)。然后再從 P1 口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，從 P1 口的高四位讀取鍵盤狀態(tài)。 將兩次讀取結果組合起來就可以得到當前按鍵的特征 編碼 (3)按鍵功能說明: 設備 1-3 是用電器件的選擇按鍵，按下時則相應的用電器件被選中，如果長 按下超過 5 秒鐘， 則會關斷對應的用電器件； S1-12 是用電器件的功能選擇按鍵； OFF 是 LED 指示燈和所有用電器件的總關斷按鍵，OFF 按鍵按下時會使 LED 指示 滅二達到節(jié)能的目的，如果長按超過 5 秒鐘，則會關掉所有的用電器件。 以控制八路 LED 開關電路控制為例，首先按下設備 3 按鍵，然后再按下要哪 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 12 個 LED 要亮或者滅的對應的按鍵（第一次按下為亮，第二次就會滅），則單片機 就會把相應的紅外控制信號發(fā)射出去控制相應的電路工作。 3.2.2 紅外發(fā)射電路 (1)紅外線遙控制系統(tǒng)的原理框圖： 將指令脈沖編碼信號調(diào)制在載波振蕩器產(chǎn)生的載波上（也稱脈碼調(diào)制），然 后用這脈碼調(diào)制信號去驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，以發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波，其紅 外遙控系統(tǒng)電路如圖 3-5 所示。 圖 3-5 紅外遙控系統(tǒng)電路框圖 (2)紅外編碼原理: 通常，紅外遙控器將遙控信號(二進制脈沖碼)調(diào)制在 38KHz 的載波上，經(jīng) 緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號發(fā)射出去。二進制脈沖碼的 形式有多種， 其中最為常用的是 PWM 碼(脈沖寬度調(diào)制碼)和 PPM 碼(脈沖位置調(diào) 制碼）。前者以寬脈沖表示 1，窄脈沖表示 0。后者脈沖寬度一樣，但是碼位的 寬度不一樣， 碼位寬的代表 1， 碼位窄的代表 0。 脈寬為 0.56ms、 間 隔 0.565ms、 周期為 1.125ms 的組合表示二進制的“0”；以脈寬為 0.56ms、間隔 1.69ms、 周期為 2.25ms 的組合表示二進制的“1”。 如圖 3-6 示。 本課題是以 PPM 碼 （ 脈 沖位置調(diào)制碼）對紅外數(shù)據(jù)的發(fā)送進行論證。 AT89C2051 (指令編碼) 38KHZ 載波 驅(qū)動電路 調(diào)制 紅外發(fā)射 控制盤 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 13 圖 3-6 指令脈沖圖 遙控編碼脈沖信號由引導碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼、功能反碼等信號 組成。引導碼也叫起始碼，由寬度為 9ms 的高電平和寬度為 4.5ms 的低電平組成 （不同的紅外家用設備在高低電平的寬度上有一定區(qū)別），用來標志遙控編碼脈 沖信號的開始。如圖 3-7 所示。 圖 3-7 信號引導碼圖 系統(tǒng)碼也叫識別碼，它用來指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其它遙控系統(tǒng)，防 止各遙控系統(tǒng)的誤動作功能碼也叫指令碼，它代表了相應的控制功能，接收機中 的可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。 系統(tǒng)反碼與功能反碼分別是系統(tǒng)碼與 功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對傳輸過程中數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生差 錯。脈沖位置表示的“0”和“1”組成的 32 位二進制碼前 16 位控制指令，控制 不同的紅外遙控設備。而不同的紅外家用電器又有不同的脈沖調(diào)控方式，后 16 位分別是 8 位的功能碼和 8 位的功能反碼。串行數(shù)據(jù)碼時序圖如 3-8 所示。 圖 3-8 串行數(shù)據(jù)碼時序圖 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 14 將要發(fā)送的指令脈沖編碼信號調(diào)制在 38KHz 的載波上， 可以增加信號的抗干 擾能力，提高信號傳輸效率。信號調(diào)制時序如 3-9 所示。 圖 3-9 信號調(diào)制圖 (3)紅外發(fā)射二極管的主要技術參數(shù): SIR333 是 GaAlAs 紅外發(fā)射二極管，其特點 是體積小、功耗低、高發(fā)射強度、 高可靠性、發(fā)射角度 45、SIR333 管子直徑 5mm。廣泛應用于儀器、儀表、電 氣設備近距離紅外數(shù)據(jù)傳輸、電視機、空調(diào)機等家用電器紅外遙控信號發(fā)射其紅 外發(fā)射距離為 8-10 米。 (4)紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路的設計: 在紅外數(shù)據(jù)發(fā)射過程中，由于發(fā)送信號時的最大平均電流需幾十 mA（對應 mW 級發(fā)射功率），所以需要三極管放大后去驅(qū)動紅外光發(fā)射二極管（又稱電光 二極管） 。 軟件編程將數(shù)據(jù)從 P3 口第 6 腳 （P37） 將數(shù)據(jù)輸出。 T0 定時產(chǎn)生 38KHz 載波信號。紅外數(shù)據(jù)射發(fā)射電路圖如 3-10 所示。 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 15 圖 3-10 紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路 3.3 單片機紅外接收器的電路設計 硬件電路組成有: 紅外接收電路、電源電路、用電器控制電路、八路開關 電路。 3.3.1 紅外接收電路 LT0038 是用于紅外遙控接收的小型一體化接收頭，集成紅外線的接收、放 大、解調(diào)，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與 TTL 電平信號 兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙 控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸，中心頻率 38.0kHz。接收器對外只有 3 個引腳：OUT、GND、 VCC 與單片機接口非常方便，如圖 3-11 所示。 圖 3-11 LT0038 外型圖 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 16 1 腳接電源（+VCC），2 腳 GND 接系統(tǒng)的地線（0V），3 腳脈沖信號輸出， 經(jīng)非門U6緩沖與P24的判斷信號進行邏輯與使得進入INT0的信號恰好是紅外數(shù) 據(jù)發(fā)射電路輸出端 P25 的相反相信號，只要檢測到 INT0 信號下降沿從而測出控 制指令的功能。 LT0LT0038038 內(nèi)部結構框圖 圖 3-12 LT0038 內(nèi)部結構工作流程 LT0038LT0038 接收原理 紅外線接收是把遙制發(fā)送的數(shù)據(jù)(已調(diào)信號)轉(zhuǎn)換成一定格式的控制指令脈 沖(調(diào)制信號、基帶信號)，是完成紅外線的接收、放大、解調(diào)，還原成發(fā)射格式 （高、低電位剛好相反）的脈沖信號。這些工作通常由一體化的接收頭來完成， 輸出 TTL 兼容電平。 最后通過解碼把脈沖信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)， 從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。 圖 3-13 是一個紅外線接收電路框圖。 圖 3-13 紅外接收及控制電路框圖 八路開關 放大電路 調(diào)制電路 紅外接收 STC89C52RC (指令譯碼) 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 17 本課題的核心部分在于紅外發(fā)射、接收及八路開關功能演示。其中紅線數(shù)據(jù) 接收是對紅外二進制脈沖的寬度進行測量，從而獲得紅外遙控的脈沖信息。怎樣 才能實時、 準確地對紅外二進制脈沖波形進行測量呢？采用外部中斷成為了理所 當然的選擇，外部中斷只有低電平和下降沿觸發(fā)兩種方式，這就使得單片機只能 一次性對脈沖的高電平或低電平進行測量， 而一連串的脈沖是不可能分開多次測 量的，因此，為了解決這一問題，本人將從接收頭出來的紅外二進制脈沖信號與 標志位（P24）進行邏輯或非，然后再輸入到 INT0（P3.2）引腳，使得輸入 INT0 的信號恰好是紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路輸出端 P25 的信號，只要檢測到 INT0 信號下降 沿到上升沿的這段時間。如果相鄰的兩個中斷間隔的時間長度為 1.125ms，說明 接收到的是“0”；時間長度是 2.25ms 則為“1”。因此，脈沖電平的每一次跳 變都會形成一次中斷， 在中斷服務子程中即可實現(xiàn)一次性對一連串連續(xù)波形的測 量，在測量后對 0 和 1 的個數(shù)據(jù)統(tǒng)計從而測出控制指令的功能。硬件或非門的反 應速度是納秒級的，滿足實時要求。紅外接收電路連接圖如圖 3-14 所示。 圖 3-14 紅外接收電路圖 3.3.2 電源電路的設計 由于本設計不需要高功率電源，所以采用三端穩(wěn)壓器足以滿足要求，如圖 3-15 所示。 圖 3-15 電源電路 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 18 3.3.3 八路 LED 開關電路 八路開關電路的實現(xiàn)是本次設計的重點， 通過八路開關的功能演示來體現(xiàn)本 次多功能紅外遙控器的設計思想，其電路圖 3-16 所示。 圖 3-16 八路 LED 開關電路 K4 是八路開關電路的總開關，只要接收到八路開關電路工作的紅外控制信 號，則 K4 就會閉合，LED 燈才能進入演示功能。LED1 亮表明該路電路接通，滅 則表明電路電路斷開，其他 LED 燈功能類同。 3.3.4 電磁式繼電器 電磁繼電器是一種常見的以電控電的交流繼電器，圖 3-17 這種繼電器的結 構示意圖。 圖 3-17 電磁式繼電器 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 19 電磁繼電器的工作原理是，當繼電器線圈通電后，線圈中的鐵芯產(chǎn)生強大的 電磁力，吸動銜鐵帶動簧片，使觸點 1、2 斷開，1、3 接通。當線圈斷電后，彈 簧使簧片復位，使觸點 1、2 接通，1、3 斷開。我們只要把需要控制的電路接在 觸點 1、2 間（1、2 稱為常閉觸點）或觸點 1、3 間（稱為常開觸點），就可以 利用繼電器達到控制紅外線輻射區(qū)域設備的目的。 在設計本論文的電磁繼電器次端的工額定工作要求大于 250 伏， 觸點間允許 通過的電流大于 30 安培，繼電器的原邊控制電流為幾十毫安培，電壓為 3 - 5V。 在本論文的設計中電磁式繼電器的作用是在繼電器原邊用微（弱）電來控制次邊 強電， 使得整個紅外信號接收處理控制系統(tǒng)在偵察到紅外信號后電磁繼電器開關 動作被控設備處于待機狀態(tài)，其控制電路如下圖 3-18 所示。 圖 3-18 電磁式繼電器 3.3.5 LCD1602 液晶顯示電路 LCD1602液晶顯示器是一種低功耗，體積小，顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、高 可靠性的理想顯示模塊。它內(nèi)置192 種字符（160個57點陣字符和32個510 點陣字符）具有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個58點陣字符或四個5 11點陣字符。利用單片機驅(qū)動LCD1602液晶顯示器的電路如圖3-19所示。 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 20 圖 3-19 LCD1602 顯示電路圖 3.4 小結 發(fā)射模塊采用 AT89C2051 單片機作為控制核心，硬件電路組成: 4X4 矩陣鍵 盤電路、 紅外發(fā)射電路、 紅外接收電路、 電源電路。 遙控編碼脈沖信號由引導碼、 系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼、功能反碼等信號組成。以 PPM 碼（脈沖位置調(diào)制碼） 對紅外數(shù)據(jù)調(diào)制在 38KHz 的載波上。 接收模塊采用 STC89S52 單片機作為控制核心。硬件電路組成:采用 LT0038 小型一體化紅外接收頭、電源電路、八路 LED 開關電路、LCD1602 顯示電路。 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 21 4 程序設計 4.1 紅外發(fā)射模塊 單片機對紅外遙控八路開關的控制括二個子系統(tǒng)：紅外遙控器指令發(fā)射、紅 外遙控指令接收，二個子系統(tǒng)是有很強的互連性，但各個子系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)差別 較大，下面將分別介紹二個子系統(tǒng)的軟件設計。 使用C語言編寫程序，調(diào)用的庫函數(shù)多，易于移植，編程簡單。本論文的設 計只給出了部分程序。 4.1.1 發(fā)射電路主程序流程圖 主程序設計是首先是初始化鍵盤和紅外發(fā)射端口的參數(shù)值，然后讓單片機掃 描檢測鍵盤，如果有按鍵按下就讓其相應的按鍵編碼通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。 如圖 4-1 所示。 圖 4-1 主程序流程圖 初始化鍵盤、紅外發(fā)射端口 按鍵掃描 紅外數(shù)據(jù)發(fā)射 開始 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 22 4.1.2 紅外發(fā)射子程序流程圖 子程序設計是讓單片機等待按鍵按下發(fā)送編碼信號，如果檢測到信號就讓其 按循序發(fā)射引導碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼還有結束標志位。如 圖 4-2 所示。 圖 4-2 紅外發(fā)射子程序流程圖 4.2 紅外接收模塊 4.2.1 紅外接收電路主程序流程圖 主程序是首先初始化紅外接收端口，然后檢測是否接收紅外信號，如果接收 發(fā)送引導碼 發(fā)送系統(tǒng)碼 Y 發(fā)送系統(tǒng)反碼 發(fā)送數(shù)據(jù)碼 發(fā)送數(shù)據(jù)反碼 發(fā)送結束標志位 1 紅外數(shù)據(jù)發(fā)送? 開始 N 結束 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 23 到紅外信號就調(diào)用接收子程序， 然后就通過 LCD1602 顯示當前 LED 燈熄滅的狀態(tài) 如此循環(huán)，如圖 4-3 所示。 圖 4-3 紅外接收主程序流程圖 4.2.2 紅外接收電路子程序流程圖 子程序是首先讀取 T0 定時器的長度，如果是 1.125ms 就認為是“0”，將其 存入緩沖區(qū)并且計數(shù)器加一，如果是 2.25ms 就認為是“1”，將其存入緩沖區(qū)并且 計數(shù)器加一。如果計數(shù)器值為 32 時，就接收結束標志位并且將計數(shù)器清 0，如果計 數(shù)器值不為 32 時，就認為是接收誤碼，計數(shù)器也將清 0，此時重新等待讀取紅外信 號。如圖 4-4 所示。 初始化紅外接收端口 調(diào)用接收子程序 Y 接收到紅外信號？ N 開始 LCD1602 顯示 返回 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 24 圖 4-4 紅外接收程序流程圖 4.3 小結 單片機對紅外遙控八路開關的控制括二個子系統(tǒng)分別是：紅外遙控器指令發(fā) 射、紅外遙控指令接收。發(fā)射主程序設計是首先是初始化鍵盤和紅外發(fā)射端口的 參數(shù)值，然后讓單片機掃描檢測鍵盤，如果有按鍵按下就讓其相應的按鍵編碼通 過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。接收主程序是首先初始化紅外接收端口，然后檢測是否 接收紅外信號，如果接收到紅外信號就調(diào)用接收子程序，然后就通過 LCD1602 顯示當前 LED 燈熄滅的狀態(tài)如此循環(huán)。 進入中斷 讀 T0 定時長度 計數(shù)器=32 0緩沖區(qū) 2.25ms 1.125ms？ 計數(shù)器加 1 1緩沖區(qū) 正確接收標志=1 計數(shù)器加 1 計數(shù)器清 0 N N 退出中斷 Y Y Y 計數(shù)器清 0 N 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 25 5 系統(tǒng)測試 5.1 系統(tǒng)功能測試 經(jīng)過硬件和軟件的設計后制作出了作品，并對作品進行了系統(tǒng)的測試，達到 了設計要求。下面進行遙控的開關狀態(tài)量進行測試，數(shù)據(jù)如表 5-1，達到紅外遙 控功能。 表 5-1 遙控發(fā)射與接收的對應關系 次 數(shù) 按 鍵 設備 Z 指示燈 對應發(fā)光二極管 顯示 狀 態(tài) 1 B 亮 滅 Welcome 正常 1 S1 亮 發(fā)光 Device 1 on 正常 2 S1 亮 滅 Device 1 off 正常 1 S2 亮 發(fā)光 Device 2 on 正常 2 S2 亮 滅 Device 2 off 正常 1 S3 亮 發(fā)光 Device 3 on 正常 2 S3 亮 滅 Device 3 off 正常 1 S4 亮 發(fā)光 Device 4 on 正常 2 S4 亮 滅 Device 4 off 正常 1 S5 亮 發(fā)光 Device 5 on 正常 2 S5 亮 滅 Device 5 off 正常 1 S6 亮 發(fā)光 Device 6 on 正常 2 S6 亮 滅 Device 6 off 正常 1 S7 亮 發(fā)光 Device 7 on 正常 2 S7 亮 滅 Device 7 off 正常 1 S8 亮 發(fā)光 Device 8 on 正常 2 S8 亮 滅 Device 8 off 正常 長按 5S B 滅 全部熄滅 Device all off 正常 通過示波器可以測到輸出波形（Ch1）與接收波形（Ch2）的關系，如圖 5-1 所示: 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 26 圖 5-1 發(fā)射與接收波形對應波形圖 5.2 小結 整個系統(tǒng)組裝完畢后進行綜合測試， 系統(tǒng)發(fā)射和接收的關系由表 5-1 和圖 5-1 得出系統(tǒng)功能達到了設計要求。 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 27 參考文獻 1遲榮強:單片機原理及接口技術M，高等教育出版社，第 56 頁。 2劉文濤:單片機語言 C51 典型應用設計M，人民郵電出版社，第 102 頁 3童長飛:C8051F 系列單片機開發(fā)編程M，航空航天大學出版社，第 54 頁。 4何立民:單片機應用技術選編M,北京航空航天大學出版社，第 79 頁。 5張運波:工廠電氣控制技術M,高等教育出版社，第 69 頁。 6張龍三:C 語言控制與應用M,清華大學出版社，第 28 頁。 7胡宴如:高頻電子線路M,高等教育出版社，第 88 頁。 8沙占友:單片機外圍電路設計M，電子工業(yè)出版社，第 53 頁。 9張立科:單片機典型模塊設計實例導航M，人民郵電出版社，第 38 頁。 10劉國永：陳杰平： 單片機控制步進電機系統(tǒng)設計J，高等教育出版社， 第 61-63 頁。 11趙 健： 實用聲光及無線電遙控電路 300 例M,中國電力出版社出版,第 21-52 頁。 12姚金生、劉小利： 元器件M,北京電子工業(yè)出版社,第 61-72 頁。 13黃繼昌： 電子元器件應用手冊 M,北京人民郵電出版社，第 12-52 頁。 14張偉、王力、趙晶： 電子設計與制版Protel DXP入門與提高 M,北京人 民郵電出版社, 第41-52頁。 15姜立東、姜雪： Protel DXP原理圖與PCB設計 M,北京郵電大學出版社, 第71-92頁。 16楊素行:模擬電子技術基礎M,高等教育出版社, 第 91-102 頁。 17梁延貴:現(xiàn)代集成電路實用手冊 M,北京科學技術文獻出版社. 第 121-152頁。 18STANLEY P. LIPSHITZ; JOHN VANDERKOOY Journal of the Audio Engineering Society.2004，52(3).-200-215 M.美國：734B0009（刊號）. 19AT Attachment with Packet Interface Extension (ATA/ATAPI-5) ANSI NCITS 1998 . 20Maury Wright. Disk Drivers at 40 Lean. Mean Storage Machines. 1996. 北京理工大學珠海學院 2010 屆本科生畢業(yè)設計 28 附 錄 1 紅外編碼子程序 /= /hongwai.c /writer:莫熙樂 2010 年 4 月 /= void sendirdata() uchar s=0,user=0,shuju=0,hc=0; TR0=1; /*發(fā)送引導碼*/ endcount=700; /發(fā)送 9ms 起始碼的高電平 p3_7=1; count=0; dowhile(countendcount); endcount=350; /發(fā)送 4.5ms 的結果碼低電平 count=0; p3_7=0; d