基于ATC單片機紅外遙控系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、題 目基于AT89C51單片機紅外遙控系統(tǒng)設計 專 業(yè) 班 級*學 號* 姓 名* 指 導 教 師*（講師） 學 院 名 稱* 畢業(yè)設計摘 要作為傳統(tǒng)的家用電器，隨著空調的普及，電風扇的市場地位受到了巨大的沖擊，傳統(tǒng)的開/關、調速功能已經不能滿足市場的需求。人們希望電風扇在體積小、作方便等的基礎上能夠擁有更多的功能，而紅外遙控的廣泛應用及單片機技術的成熟，則使得智能紅外遙控系統(tǒng)成為了電風扇的發(fā)展趨勢。本設計采用51單片機作為遙控發(fā)射接收芯片，HS0038作為紅外一體化接收發(fā)射管，在此基礎上設計了一個簡易的智能紅外遙控電風扇系統(tǒng)。系統(tǒng)包括接收和發(fā)射兩大部分，本文設計實現(xiàn)了幾項電風扇的基本功能：開

2、/關功能、多級調速功能、0.5-7.5小時不同時間段的定時功能，以及自然、正常兩種風類的選擇功能。另外本系統(tǒng)有16個按鍵，可用于擴展控制其他電器。本設計方案基于市場的需求，結合紅外遙控設計簡單、作方便、成本低廉等特點。關鍵字： 紅外遙控； 信號調制； 編碼； 解碼； AbstractWith the popularity of air conditioners, the market position of the electric fans which are the traditional household appliances will receive a huge impact, t

3、he traditional on / off and speed control function have been unfit for the needs of the market. It is hoped that the fans in small, easy to operate, and so on the basis can have more features. When the application of infrared remote control becomes wilder and technologies of SCM become mature, the r

4、emote control system is the trend The design use a special launching and receiving chip which depends on remote control. On the basis of this chip a system of intelligent infrared remote-control was designed for the fan. The system consists of the launching part and the receiving part. This system i

5、s designed to achieve some basic functions of fans: on / off function, three kinds of speed, the timing function which can be chosen at different times of 0.5-7.5 hours, and the function of two kinds of wind which are the natural wind and the normal wind. The design was based on the needs of the mar

6、ket. Considering that infrared remote control is simple, easy to operate, low-costKeywords: Infrared Remote Control; Signal Modulation; Encoding; Decoding。目 錄摘 要1Abstract21 緒論11.1 課題設計目的及意義11.2 紅外遙控的設計思路22 課題的方案設計與論證42.1 紅外編碼方案42.2 硬件系統(tǒng)設計架構42.3 系統(tǒng)功能需求63 系統(tǒng)的硬件結構設計83.1 AT89C51系列單片機功能特點83.2 紅外發(fā)射電路113.3

7、 紅外檢測接收電路123.4 光電耦合控制電路133.5 電源電路設計143.6 顯示部分的設計153.7 鍵盤設計184 系統(tǒng)軟件的設計204.1 定時/計數(shù)器應用204.2 遙控碼的發(fā)射234.3 紅外接收254.4 調速單元284.5 按鍵抖動問題304.6 系統(tǒng)的軟硬件的調試32結 論33參考文獻34附 錄35附錄1：發(fā)射程序35附錄2：接收程序38附錄3：紅外發(fā)射電路圖42附錄4：紅外接收電路圖43致 謝441 緒論1.1 課題設計目的及意義隨著科技的發(fā)展，人們生活的節(jié)奏也越來越快，隨之人們對方便，快捷的要求也隨之不斷增高。遙控器的出現(xiàn)，在一定程度上滿足了人們這個要求。遙控器是由高產

8、的發(fā)明家Robert Adler在五十年代發(fā)明的1。而紅外遙控是20世紀70年代才開始發(fā)展起來的一種遠程控制技術，其原理是利用紅外線來傳遞控制信號，實現(xiàn)對控制對象的遠距離控制，具體來講，就是有發(fā)射器發(fā)出紅外線指令信號，有接收器接收下來并對信號進行處理，最后實現(xiàn)對控制對象的各種功能的遠程控制。 紅外遙控具有獨立性、物理特性與可見光相似性、無穿透障礙物的能力及較強的隱蔽性等特點。隨著紅外遙控技術的開發(fā)和迅速發(fā)展，很多電器都應用了紅外遙控，而電風扇也不例外。從單純的在電風扇面板上通過按鈕控制，到短距離(10M以內)的遙控，雖然改變不大，但其帶來的便利無疑是巨大的。而紅外遙控技術的成熟，也使得遙控電風

9、扇變得設計簡單，價格低廉。作為一種老牌的電器，電風扇具有價格便宜、擺放方便、體積輕巧等特點。雖然現(xiàn)在空調在城市中已經相當普遍，并有替代電風扇的趨勢，但由于大部分家庭消費水平的限制，電風扇作為一個成熟的家電行業(yè)的一員，尤其在中小城市，以及鄉(xiāng)村將來一段時間內仍然會占有市場的大部分份額。市場的需求促使了電風扇的發(fā)展。隨著“智能化”的興起，電風扇的功能也越來越多，越來越貼進人們生活。因此，對于電風扇的開發(fā)和設計依然有著較大的實用價值。在現(xiàn)有市場上多功能遙控電風扇的基礎上，人們提出了一種新型的智能電風扇，相對于過的電風扇，智能電風扇添加了很多人性化的設計，如安全保護，傾倒保護，智能照明等功能，使電風扇更

10、加人性化，相信其豐富的功能，人性化的設計將會大大提高電風扇的市場競爭力2。而本設計就是以電風扇為對象，通過紅外遙控實現(xiàn)電風扇的幾種常用功能如開關、調速、定時等的控制，相對于傳統(tǒng)的機械控制，體現(xiàn)出了更加方便快捷的優(yōu)點。1.2 紅外遙控的設計思路1.2.1 紅外線簡介紅外線又稱紅外光波，在電磁波譜中，光波的波長范圍為0.01um1000um。根據(jù)波長的不同可分為可見光和不可見光，波長為0.38um0.76um的光波可為可見光，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色。光波為0.01um0.38um的光波為紫外光(線)，波長為0.76um1000um的光波為紅外光(線)。紅外光按波長范圍分為近紅外、

11、中紅外、遠紅外、極紅外4類。紅外線遙控是利用近紅外光傳送遙控指令的，波長為0.76um1.5um。用近紅外作為遙控光源，是因為目前紅外發(fā)射器件(紅外發(fā)光管)與紅外接收器件(光敏二極管、三極管及光電池)的發(fā)光與受光峰值波長一般為0.8um0.94um，在近紅外光波段內，二者的光譜正好重合，能夠很好地匹配，可以獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。1.2.2 紅外遙控系統(tǒng)簡介紅外遙控系統(tǒng)主要由遙控發(fā)射器、一體化接收頭、單片機、接口電路組成，如圖一所示。遙控器用來產生遙控編碼脈沖，驅動紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號，遙控接收頭完成對遙控信號的放大、檢波、整形、解調出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是一組串行二進制

12、碼，對于一般的紅外遙控系統(tǒng)，此串行碼輸入到微控制器，由其內部CPU完成對遙控指令解碼，并執(zhí)行相應的遙控功能。使用遙控器作為控制系統(tǒng)的輸入，需要解決如下幾個關鍵問題：如何接收紅外遙控信號；如何識別紅外遙控信號以及解碼軟件的設計、控制程序的設計。1.2.3 紅外遙控的現(xiàn)狀目前家電中用的最多的遙控方式是紅外遙控，紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境的、不干擾其他電器設備。價格低廉，編碼簡單，近距離的遙控使用紅外遙控非常有優(yōu)勢。由于紅外一體化接收頭的出現(xiàn)，大大降低了紅外遙控的成本和技術難度，目前不僅在家電領域，在玩具、安防等領域也有廣泛的應用。紅外遙控系統(tǒng)主要由紅外遙控發(fā)射裝置、紅外接收設備、遙控微處理機等

13、組成。因此，遙控系統(tǒng)是一涉及單片機的數(shù)字系統(tǒng)。目前國內紅外遙控電子元器件的競爭很激烈，導致了價格的低廉，表面上有利于消費者，可是長期惡性競爭，互相壓價格，必將導致產品質量的下降，最終損害的只能是消費者。紅外遙控的前景依然看好，不過紅外遙控的現(xiàn)狀不容樂觀。紅外遙控是單工的紅外通信方式，整個通信中，需要一個發(fā)射端和一個接收端。發(fā)送端采用單片機將待發(fā)送的二進制信號編碼調制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收端普遍采用價格便宜，性能可靠的一體化紅外接收頭接收紅外信號，它同時對信號進行放大、檢波、整形，得到TTL電平的編碼信號，再送給單片機，經單片機解碼并控制相關對象3。 圖1-1

14、 遙控器原理框圖2 課題的方案設計與論證2.1 紅外編碼方案紅外編碼有很多種方式，下面列舉兩種實現(xiàn)方案：方案一：脈寬調制的串行碼。這種遙控碼具有以下特征： 以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”。 其相關的波形圖如圖2-1所示: 圖2-1 串行碼編碼電器0的遙控輸出碼電器1的遙控輸出碼方案二：碼分制。采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的被控對象，最小為2個脈沖。為了使接收可靠，第一位碼寬為3ms，其余為1ms，遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔大于10ms，如圖2-2所示

15、。圖2-2 碼分制編碼波形圖本設計采用方案二，碼分制編碼編程簡單，在按鍵較少的情況下優(yōu)勢明顯。2.2 硬件系統(tǒng)設計架構2.2.1 手持段遙控器電路框圖：單片機系統(tǒng)由顯示電路、紅外發(fā)射電路以及按鍵電路，穩(wěn)壓電路等組成。其手持段遙控器電路設計原理圖如圖2-3所示：圖2-3手持段遙控器方框圖2.2.2 紅外接收端電路框圖：單片機系統(tǒng)及顯示電路、紅外發(fā)射電路以及按鍵電路，電源電路，控制單元等組成。其紅外接收端設計原理圖如圖2-4所示： 圖2-4 紅外接收端方框圖2.3 系統(tǒng)功能需求本遙控系統(tǒng)要求用單片機作為控制芯片制作一個遙控器4，另一個單片機控制系統(tǒng)能被遙控操作。本系統(tǒng)要求遙控器具有多級調速，開關，

16、定時，以及自然風，睡眠風切換等功能。將單片機、控制、鍵盤組合在一起完成了人機對話。 用 AT89C51單片機來作主芯片控制，采用紅外HS0038接收頭，用雙向可控硅MC97A6控制電機開關，具有紅外遙控功能。自然風的處理流程 : 圖3-3 自然風的循環(huán)圖睡眠風的處理流程 :圖3-4 睡眠風的循環(huán)圖正常風的處理流程 :圖3-5 正常風循環(huán)3 系統(tǒng)的硬件結構設計3.1 AT89C51系列單片機功能特點3.1.1 主要特性與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內部RAM32可編程I/O線兩

17、個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路 3.1.2 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳寫“1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部電位必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，電位被內部上拉為高，可用作輸入，P

18、1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳電位被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉的優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和

19、控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 (外部中斷0)P3.3 (外部中斷1)P3.4 T0(記時器0外部輸入)P3.5 T1(記時器1外部輸入)P3.6 (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入

20、。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 ：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間

21、，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。：當保持低電平時，訪問外部ROM；注意加密方式1時，將內部鎖定為RESET；當端保持高電平時，訪問內部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出5。內部結構框圖如圖3-6所示。圖3-6 AT89C51的內部結構框圖3.1.3 AT89C51的基本操作如圖3-7所示，在X1和X2之間接一只石英振蕩晶體構成了單片機的時鐘電路，它還有另一種接法，是把外部振蕩器的信號直接連接到XTAL1端，XTAL2端懸空

22、不用。AT89C51復位引腳RST/VP通過片內一個施密特觸發(fā)器(抑制噪聲作用)與片內復位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出在每一個機器周期由復位電路采樣一次。當振蕩電路工作，并且在RST引腳上加一個至少保持2個機器周期的高電平時，就能使AT89C51完成一次復位。復位不影響RAM的內容。復位后，PC指向0000H單元，使單片機從起始地址0000H單元開始重新執(zhí)行程序。所以，當單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可按復位鍵重新啟動。MCS-51單片機通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種復位方式。上電復位利用電容器充電來實現(xiàn)。按鈕復位又分為按鈕電平復位和按鈕脈沖復位。前者將復位端通過電阻與Vcc相接；后者利用

23、RC微分電路產生正脈沖來達到復位目的。復位電路參數(shù)的選擇應能保證復位高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。圖3-7 AT89C51基本操作電路3.2 紅外發(fā)射電路本遙控發(fā)射器采用碼分制遙控方式，碼分制紅外遙控就是指令信號產生電路以不同的脈沖編碼（不同的脈沖數(shù)目及組合）代表不同的控制指令。在確定選擇AT89C51作為本設計發(fā)射電路核心芯片和點觸式開關作為控制鍵后，加上一個簡單紅外發(fā)射電路和12M晶體震蕩器便可實現(xiàn)紅外發(fā)射。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它發(fā)出的便是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外

24、發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通5發(fā)光二極管相同，只是顏色不同6。遙控發(fā)射通過鍵盤，每按下一個鍵，即產生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號調制在40KHz的載波上，激勵紅外光二極管產生不同的脈沖，通過空間的傳送到受控機的遙控接收器。P1口作為按鍵部分，P0.7口作為發(fā)射部分。電路圖如圖3-8所示圖 3-8 紅外發(fā)射電路3.3 紅外檢測接收電路在接收過程中，脈沖通過光學濾波器和紅外二極管轉換為40KHZ的電信號，此信號經過放大，檢波，整形，解調，送到解碼與接口電路，從而完成相應的遙控功能，接收電路如圖3-9所示。通常，紅外遙控器將遙控信號(二進制脈沖碼)調制在40KH

25、z的載波上，經緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產生紅外信號發(fā)射出去。將上述的遙控編碼脈沖對頻率為40KHz(周期為26s)的載波信號進行脈幅調制(PAM )，再經緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。根據(jù)遙控信號編碼和發(fā)射過程，遙控信號的識別即解碼過程是去除40KHz載波信號后識別出二進制脈沖碼中的0和1。由MCS51 系列單片機AT89C51、一體化紅外接收頭、還原調制與紅外發(fā)光管驅動電路組成。接收部分主要元件是紅外接收管，它是一種光敏二極管（實際上是三極管，基極為感光部分）。在實際應用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應用時是反向運用，這樣才能

26、獲得較高的靈敏度。圖3-9 紅外接收電路3.4 光電耦合控制電路 在控制部分采用了隔離驅動電路，用光電器件作為隔離元件，利用光耦來隔離強電，以防止強電影響單片機的工作。光電隔離的目的是割斷兩個電路的電氣聯(lián)系，使之相互獨立，從而也就割斷了噪聲從一個電路進入另一個電路的通路8。光電隔離是通過光電耦合器實現(xiàn)的。光耦又稱光電隔離器或光電耦合器，它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器與受光器封裝在管殼內。當輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接收后就產生光電流，從輸出端流出，從而實現(xiàn)了“光電光”的轉換。 光電耦合器是把一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管封裝在一個外殼里的器件。外殼有金屬的或塑料的兩

27、種。發(fā)光二極管和光敏三極管之間用透明絕緣體填充，并使發(fā)光管與光敏管對準，以提高其靈敏度，光電耦合器的電路符號如圖3-10所示。對于數(shù)字量，當輸入為低電平“0”時，光敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當輸入為高電平“1”時，光敏三極管飽和導通，輸出為低電平“0”。圖3-10光電耦合器原理圖輸入信號使用權發(fā)光二極管發(fā)光，其光線又使光敏三極管產生電信號輸出，從而既完成了信號的傳遞又實現(xiàn)了電氣上的隔離。光電耦合的響應時間一般不超過幾個微秒。光電耦合器的輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，且輸出端對輸入端也無反饋，因而具有隔離和抗干擾兩方面的獨特性能。通常使用光電耦合器是為實現(xiàn)以下兩個主要功能：電平轉換：T

28、TL電路與電源電路之間不需另加匹配電路就可以傳輸信號，從而實現(xiàn)了電平轉換。隔離：這時由于信號電路與接收電路之間被隔離，因此即使兩個電路的接地電位不同，也不會形成干擾。光電耦合器中光敏三極管的基極有引出和不引出兩種形式?；鶚O引出通常是經一個電阻接地。通過接地電阻可以控制耦合的響應速度和靈敏度?？偟膩碚f，電阻越小，響應速度越高。其控制電路如圖3-11所示。圖3-11 光電耦合控制電路3.5 電源電路設計3.5.1 穩(wěn)壓電路典型應用電路如圖3-12所示。圖中C5用于頻率補償，防止自激振蕩和抑制高頻干擾；C6采用電解電容，以減少電源引入的低頻干擾對輸出電壓的影響；D4是保護二極管，當輸入端短路時，給C

29、4一個放電的通路，防止C4激穿9。圖3-12穩(wěn)壓電路3.5.2 直流穩(wěn)壓電源的設計直流穩(wěn)壓電源的主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成?？驁D如圖3-13所示。圖3-13 直流穩(wěn)壓電源3.6 顯示部分的設計由LED組成的7段發(fā)光管顯示器是不太復雜的單片機應用系統(tǒng)常用外部設備之一。 7段發(fā)光管顯示器由7段發(fā)光線段組成，并按“日”字形排列，每一段都是一個發(fā)光二極管，如圖3-15所示。圖中將7個LED的陰極連在一起，稱之為共陰極接法。反之為共陽極接法。如果將公共陰極接地，而在ag各段的陽極加上不同的電壓，就會使各段的發(fā)光情況不同，形成不同的發(fā)光字符。加在7段陽極上的電壓可以用數(shù)字量表

30、示，如果某一段的陽極為數(shù)字量1，則這個段就發(fā)光；如為0，則不發(fā)光。數(shù)字量與段的對應關系如表3.1所示。數(shù)碼管原理圖如3-14所示。圖3-14 數(shù)碼管原理圖在本設計中使用了四個7段LED顯示器，而多位顯示器連用有兩種方法。其一，每一位都用各自的8位輸出口控制，在顯示某字符時，相應的段恒定發(fā)光或不發(fā)光。這種顯示方法屬于靜態(tài)顯示。顯然，靜態(tài)顯示需占用較多的I/O口線。其二，是動態(tài)顯示。即將多個7段LED的段選端復接在一起，只用一個8位輸出口控制段選，段選碼同時加到各個7段LED顯示器上，通過控制各個顯示器公共陽極輪流接高電平的辦法，逐一輪流地啟動各個LED。在這種方法中，只要恰當?shù)剡x擇點亮時間和間隔

31、時間，就會給人以這樣一種假相：似乎各位LED是“同時”顯示的。動態(tài)顯示法是目前各種單片機采用的流行方法。其優(yōu)點是硬件簡單，“動態(tài)”由軟件實現(xiàn)。因而我選用動態(tài)顯示的方法。其顯示格式如表3.2，其驅動電路如圖3-15所示10。表3-1 七段LED字形碼顯示字符共陽極字符碼共陰極字符碼03FHC0H106HF9H25BHA4H34FHB0H466H99H56DH92H67DH82H707HF8H87FH80H96FH90H表3-2 數(shù)碼管顯示格式數(shù)碼管1數(shù)碼管2風速D相應數(shù)字模式E相應數(shù)字定時A相應數(shù)字圖 3-15 AT89C51基本操作電路3.7 鍵盤設計 單片機系統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵

32、盤兩種。編碼鍵盤本身除了按鍵之外，還包括產生鍵碼的硬件電路。只要按下編碼鍵盤的某一個鍵，它就能產生這個鍵的代碼，并稱為鍵碼，與此同時還產生一個脈沖信號，以通知CPU接收鍵碼，編碼鍵盤的優(yōu)點是使用比較方便，亦不需要編寫太復雜的程序。其缺點是使用的硬件較復雜。非編碼鍵盤的按鍵是排列成行、列矩陣形式的。按鍵的作用只是簡單地實現(xiàn)接點的接通或斷開，因此必須有一套相應的程序與之配合，才能產生相應的鍵碼，非編碼鍵盤幾乎不需要附加什么硬件電路。因此為了簡潔電路，我使用非編碼鍵盤。但使用非編碼鍵盤需要通過軟件來解決按鍵的識別、防抖動以及如何產生鍵碼的問題?；阪I數(shù)少的原因我采用獨立式鍵盤接口與單片機相連接，因為

33、它占用的I/O口不多。圖中每個按鍵占用一個口，彼此獨立，互不影響。上拉電阻保證按鍵沒被按下時，I/O口輸入高電平。獨立式鍵盤可工作在查詢方式下，通過I/O口讀入鍵狀態(tài)，當有鍵被按下時I/O口變?yōu)榈碗娖?，而未被按下的鍵對應為高電平，這樣通過讀電平狀態(tài)可判斷是否有鍵按下和哪個鍵被按下11。a)b)圖3-16 按鍵原理圖a)矩陣鍵盤b)獨立按鍵 發(fā)射端采用矩陣按鍵，其中0，1，2按鍵用于風扇的定時，模式，調速切換。其他按鍵用于擴展控制其他家用電器，如電腦等，也可以用于設置密碼鎖等功能，其具體事情由用戶自己設定。而接收端采用獨立按鍵，根據(jù)不同的電器，其具體功能各不相同。本設計中，P1.0用于定時切換，

34、P1.1用于模式切換，P1.2用于調速切換。4 系統(tǒng)軟件的設計該系統(tǒng)的控制軟件主要可以分為測溫和紅外兩個大的部分，其中具體有單片機初始化程序、定時服務程序、紅外發(fā)射編碼和紅外接收解碼程序等模塊。4.1 定時/計數(shù)器應用4.1.1 定時/計數(shù)器功能簡介AT89C51單片機內部設有兩個16位可編程的定時/計數(shù)器，簡稱定時器0和定時器1，分別用T0和T1表示。其功能同一般定時計數(shù)器，主要作用是：第一，作為一段特定時間長短的定時；第二，可以計算由T1或T0引腳輸入的脈沖數(shù)，前者在應用上可以產生正確的時間延遲及定時去執(zhí)行中斷服務程序，而后者則是計數(shù)器或者計頻器的設計。在本設計中這兩種作用都用到了12。這

35、兩個定時器本身有四種工作模式可供使用，如表4.1所示。表4-1 四種工作模式M1 MO工作方式功能說明0 0模式013位計數(shù)器 0 1模式116位計數(shù)器1 0模式28位自動重裝計數(shù)器1 1模式3定時器0：分成兩個8位計數(shù)器定時器1：停止計數(shù)4.1.2 定時器相關的控制寄存器TMOD為模式控制寄存器，主要用來設置定時/計數(shù)器的操作模式；TCON為控制寄存器，主要用來控制定時器的啟動與停止。兩個16位的定時/計數(shù)器T0和T1均可以分成2個獨立的8位計數(shù)器即TH0、TL0、TH1、TL1，它們用于存定時或計數(shù)的初值。模式控制寄存器-TMOD TMOD是一個專用寄存器，用于控制T1和T0的操作模式及工

36、作方式，其各位定義如下：表4-2 TMOD寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0 GATE：門控位。當GATE0，定時器只由軟件控制位TR0或TR1來控制啟停。位為1，定時器啟動開始工作；為0時，定時器停止工作。當GATE1時，定時器的啟動要由外部中斷引腳和位共同控制。只有當外部中斷引腳或為高時，置1才能啟動定時器工作。 C/：功能選擇位。當C/O時設置為定時器工作方式；計數(shù)脈沖由內部提供，計數(shù)周期等于機器周期。當C/1時設置為計數(shù)器工作方式，計數(shù)脈沖為外部引腳T0或T1的引入的外部脈沖信號。 M1、M0：操作模式控制位，2位可形成4種編碼，對應于4種操

37、作模式。TMOD模式控制寄存器不能進行位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設置定時器的工作方式及操作模式，低4位用于定義定時器0，高4位用于定義定時器1。系統(tǒng)復位時TMOD所有位均為0。模式控制字的設置舉例：若設置定時器1為定時器工作方式，由軟件啟動，選擇操作模式2；定時器0為計數(shù)方式，由軟件啟動，選擇操作模式1。則TMOD各位設置為：0 0 l 0 0 1 O l 25H用MOV TMOD，25H指令寫入TMOD中。控制寄存器-TCON TCON的作用是用于控制定時器的啟動、停止及定時器的溢出標志和外部中斷觸發(fā)方式等。各位定義如下：表4-3 TCON寄存器8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88

38、HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 TF1和TF0；分別為定時器1和定時器0溢出標志。當定時器計滿產生溢出時，由硬件自動置“1”，并可申請中斷。進人中斷服務程序后，由硬件自動清0。這兩位也可作為程序查詢的標志位，在查詢方式下應由軟件來清0。 TR1和TR0：為定時器1和定時器0的啟動控制位。當由軟件使TRi清0而停止定時器的工作。定時器啟動時該位應置“1”。定時器的啟動與門控位和外部中斷引腳有關。當GATE設置為0，定時器的啟動由TRi1控制；而當GATE設置為1時，定時器啟動除了TRi1外，還要求外部中斷引腳1時定時器方可啟動工作。 IE1和IE0：為外部中斷1 和外部0 的

39、中斷請求標志位。當外部中斷源有請求時其對應的中斷標志位置“1”。其復位由觸發(fā)方式來設置。 IT1和IT0：為外部中斷1和外部中斷0的觸發(fā)方式選擇位。ITi設置為“0”時為電平觸發(fā)方式；設置為“1”時為邊沿觸發(fā)方式。TCON中低4位是與外部中斷有關的位，高4位為定時器控制位。它是一個可以進行位尋址的寄存器。當系統(tǒng)復位時所有位均為0。若要啟動定時器可以使用位 操作指令SETB TRi來啟動。4.1.3 定時計數(shù)器的操作模式模式1在模式1 工作下，計數(shù)器最多可計數(shù)個數(shù)為 M65536，計時時間最長為 1.085us*6553672ms (4-1)而計數(shù)初值的加載方法為：TL0(65536-C).MO

40、D.256 (4-2)TH0(65536-C)/256 (4-3)其中C為所要計數(shù)的值，計數(shù)時間長度為： 1.085us*C (4-4)模式2模式2有自動重新加載初值的功能，使定時器做更精確的計時。在模式2 工作下，計數(shù)器最多可計數(shù)個數(shù)為M256，計時時間最長為： 1.085us*2560.28ms (4-5)而計數(shù)初值的加載方法為： TH0256-C (4-6)其中C為所要計數(shù)的值，計數(shù)時間長度為： 1.085us*C (4-7)本設計采用模式2.其具體程序如下：TMOD=0x22; /8位自動重裝模式TH1=0xf3; /40KHZ初值TL1=0xf3;4.2 遙控碼的發(fā)射4.2.1 遙控

41、碼的發(fā)射當某個操作按鍵按下時，單片機先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設定遙控碼的脈沖個數(shù)，再調制成40kHz方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去13。通常，紅外遙控是將遙控信號（二進制脈沖碼）調制在40KHz的載波上，經緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉化為紅外信號發(fā)射出去的。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對頻率為40KHz（周期為26us）的載波信號進行脈幅調制（PAM），再經緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。紅外信號發(fā)射過程:首先裝入發(fā)射脈沖個數(shù)(發(fā)射時為3ms脈沖,停發(fā)時為1ms脈沖),此時若發(fā)射脈沖個數(shù)為1則返回主程序,若不為1則發(fā)1ms脈沖,然后停發(fā)1ms脈沖,這樣便

42、結束整個發(fā)射過程.在實踐中,采用紅外線遙控方式時,由于受遙控距離,角度等影響,使用效果不是很好,如采用調頻或調幅發(fā)射接收碼,可提高遙控距離,并且沒有角度影響。4.2.2 發(fā)射端程序流程圖發(fā)射控制程序由主程序和鍵掃描程序、編碼發(fā)送程序組成，在主程序中，采用鍵掃描子程序完成各個按鍵的功能，遙控發(fā)射主程序的流程圖如圖4-1所示：圖 4-1遙控發(fā)射主程序流程圖圖4-2 遙控發(fā)射器遙控碼發(fā)射程序流程圖4.3 紅外接收 遙控接收部分的主程序及初始化及延時過程如下:首先初始化,然后判斷是否有鍵按下,若有則數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，并發(fā)送相應信號,;若無鍵按下，則返回。4.3.1 數(shù)碼幀的接收處理1ms第一位1ms10

43、ms3ms10ms當紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位碼的低電平將啟動中斷程序，實時接收數(shù)據(jù)幀。在數(shù)據(jù)幀接收時，將對第一位（起始位）碼的碼寬進行驗證。若第一位低電平碼的脈寬小于2ms，將作為錯誤碼處理。當間隔位的高電平脈寬大于3ms時，結束接收，然后根據(jù)累加器A中的脈沖個數(shù)，執(zhí)行相應輸出口的操作。圖4-3就是紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。圖4-3 紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖4.3.2 接收端程序流程圖圖4-4 遙控接收器主程序流程圖中斷過程:首先判斷低電平脈寬度是否大于2ms,若脈寬不到2ms,則中斷返回;若低電平大于2ms,則接收并地低電平脈沖計數(shù),接下來看判斷高電平脈寬度沖

44、是否大于3ms,若脈寬不到3ms,則返回上一接收計數(shù)過程;若高電平脈寬大于3ms,則按照脈沖個數(shù)至對應功能程序.此時中斷返回.圖4-5 遙控接收器中斷程序流程圖4.4 調速單元本設計目的在于利用51單片機來實現(xiàn)對風扇的紅外遙控，來達到對風扇的風速控制，以實現(xiàn)自然風、睡眠風和正常風的風速控制。4.4.1 調速原理脈寬調制技術是利用數(shù)字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術，尤其是在對電機的轉速控制方面，可大大節(jié)省能量，PWM控制技術的理論基礎為：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形1

45、4。4.4.2 調速方法圖4-6為PWM降壓斬波器的原理電路及輸出電壓波形。在圖a中，假定晶體管V1先導通T1，秒(忽略V1的管壓降，這期間電源電壓Ud全部加到電樞上)，然后關斷T2秒(這期間電樞端電壓為零)。如此反復，則電樞端電壓波形如圖b中所示。電動機電樞端電壓Ua為其平均值15。圖4-6 PWM降壓斬波器原理電路及輸出電壓波形原理圖 b)輸出電壓波形 (4-8)式4-9中 (4-9) 為一個周期T中，晶體管V1導通時間的比率，稱為負載率或占空比。使用下面三種方法中的任何一種，都可以改變的值，從而達到調壓的目的： (1)定寬調頻法：T1保持一定，使T2在0范圍內變化； (2)調寬調頻法：T

46、2保持一定，使T1在0范圍內變化(3)定頻調寬法：T1+T2=T保持一定，使T，在0T范圍內變化。 不管哪種方法，的變化范圍均為0l，因而電樞電壓平均值Ua的調節(jié)范圍為0Ud，均為正值，即電動機只能在某一方向調速，稱為不可逆調速。本設計采用定頻調寬法，AT89S52產生可控硅的移相脈沖，移相較的改變實現(xiàn)導通角的改變。T=50mS,將P0.4導通時間五等分，使T1在15之間變化，從而達到5級調速的目的，如圖4-7和4-8所示。圖4-7 調速示意圖圖 4-8 調速接線圖4.5 按鍵抖動問題鍵盤一般是由一組機械按鍵按照一定的規(guī)律組合而成，通過按鍵的通、斷作用輸入開關電壓信號。按鍵由斷開到閉會及由閉合

47、到斷開時，由于機械觸點的彈性作用，按鍵的動作不是立刻完成的，在閉合及打開的瞬間有機械抖動的發(fā)生，抖動時間一般為510ms，表現(xiàn)在輸入電壓信號上為輸入信號是抖動的不穩(wěn)定的電平信號，其信號波形見圖4-9所示16。按鍵閉合穩(wěn)態(tài)時間由我的按鍵時間決定，一般為零點幾秒到幾秒之間。為了消除鍵抖動的影響，保證在按鍵閉合穩(wěn)定狀態(tài)下讀取鍵值，需要對鍵進行消抖處理。常用的消抖措施有硬件消抖和軟件消抖兩種。硬件消抖是采用硬件電路的方法對鍵盤的按下抖動及釋放抖動進行消抖，經過消抖電路使按鍵的電平信號只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。常用的消抖電路有觸發(fā)器消抖電路、濾波消抖電路兩種。硬件消抖電路見圖4-10。圖 4-9 按鍵抖動波形

48、圖 4-10 硬件消抖路 硬件消抖電路解決了鍵抖動問題，但當所需按鍵比較多時，硬件消抖電路將變得復雜，成本也比較高。而這時就可以采用軟件消抖的方法。軟件消抖的基本原理是當?shù)谝淮螜z測到有鍵按下時，根據(jù)鍵抖動時間的統(tǒng)計規(guī)律先采用軟件延時的方法延時一段時間(一般可取10ms20ms)，然后再確認鍵是否仍保持閉合狀態(tài)，如仍保持閉合狀態(tài)則鍵真正被按下，此時可讀取鍵值，否則可視為干擾，對其不予理睬。采用軟件消抖方法可省去硬件消抖電路，可鍵盤的工作速度將被降低。在此設計中使用了軟件消抖，采用軟件延時的方法延時一段時間再確認鍵是否仍保持閉合狀態(tài)。4.6 系統(tǒng)的軟硬件的調試在完成系統(tǒng)硬件的檢查后主要是對軟件進行

49、調試，對遙控器的調試主要是用示波器觀察能否在遙控接收器中輸出圖4-3所示的波形，調整發(fā)射電阻的大小可以改變紅外線發(fā)射的作用距離。其性能指標：調試后系統(tǒng)性能指標測試如下：最大遙控距離： 10m發(fā)射接收角：水平最大90度 硬件電路制作完成并調試好后，便可將程序編譯好下載到單片機試運行。軟件的調試程序見附錄一、二。結 論這次畢業(yè)設計歷時至少3個月，從一開始的確定課題，到后來的資料查找、理論學習，再有就是近來的調試和測試過程，這一切都使我的理論知識和動手能力進一步提高。通過本次紅外系統(tǒng)的設計,我大有收獲。從得到題目到查找資料，從電路板的調試到失敗后再一次全部重新開始在這一個充滿挑戰(zhàn)伴隨挫折，充滿熱情伴

50、隨打擊的過程中，我感觸頗深，它已不僅是一個對我四年學習知識情況和我的應用動手能力的檢驗，而且還是對我的鉆研精神，面對困難的心態(tài)，做事的毅力和耐心的考驗。我在這個過程中深刻的感受到了做畢業(yè)設計的意義所在。這個課題的根本技術就是單片機控制技術，加部分外圍電路來實現(xiàn)一些復雜的功能?？梢愿鶕?jù)要求改變軟件來實現(xiàn)功能的更新和擴展。本課題的重點、難點是：（1） 初步接觸弱電控制強電，要對光耦的原理、結構、應用等各方面從頭開始琢磨；（2） 考慮電路實現(xiàn)原理以及與單片機的接口；（3） 紅外發(fā)送與接收技術；通過完成本課題，我了解并掌握了傳感器的基本理論知識，更深入的掌握單片機在實際電路中的開發(fā)和應用。為以后從事單片機軟硬件產品的設計開發(fā)打下了一定的基礎，