單片機(jī)紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計說明

襄樊學(xué)院設(shè)計）題目：單片機(jī)紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計部門：物理與電子工程學(xué)院專業(yè)：自動化單片機(jī)紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計作為傳統(tǒng)家電，隨著空調(diào)的普及，電風(fēng)扇的市場地位受到很大沖擊，傳統(tǒng)的開關(guān)機(jī)和調(diào)速功能已經(jīng)不能滿足市場的需求。人們希望電風(fēng)扇能夠在體積小、方便編制依據(jù)上擁有更多的功能。紅外遙控的廣泛應(yīng)用和單片機(jī)技術(shù)的成熟，使智能紅外遙控系統(tǒng)成為電風(fēng)扇的發(fā)展趨勢。

本設(shè)計方案根據(jù)市場需求，結(jié)合紅外遙控設(shè)計簡單、操作方便、成本低等特點，采用51單片機(jī)作為遙控發(fā)射和接收芯片，HS0038為紅外一體化收發(fā)管。智能紅外遙控電風(fēng)扇系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括接收和發(fā)送兩部分。本文設(shè)計并實現(xiàn)了電風(fēng)扇的幾個基本功能：開/關(guān)功能、多級調(diào)速功能、0.5-7.5小時不同時間段的定時功能、自然與正常兩種功能。風(fēng)型選擇功能。此外，該系統(tǒng)有16個按鍵，可用于擴(kuò)展其他電器的控制。關(guān)鍵詞：紅外遙控器；信號調(diào)制；編碼;解碼。

基于51-MCU的紅外遙控設(shè)計摘要：隨著空調(diào)的普及，作為傳統(tǒng)家電的電風(fēng)扇的市場地位將受到巨大沖擊，傳統(tǒng)的開/關(guān)和調(diào)速功能已不適應(yīng)市場需求。希望風(fēng)扇在體積小、操作方便等基礎(chǔ)上能有更多的功能。當(dāng)紅外遙控應(yīng)用越來越廣泛，單片機(jī)技術(shù)成熟時，遙控系統(tǒng)是大勢所趨。設(shè)計是基于市場的需求?？紤]到紅外遙控操作簡單、操作方便、成本低，我使用了依賴遙控的專用發(fā)射接收芯片。在此芯片編制依據(jù)上，設(shè)計了一套風(fēng)扇智能紅外遙控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由發(fā)射部分和接收部分組成。該系統(tǒng)旨在實現(xiàn)風(fēng)扇的一些基本功能：開/關(guān)功能，三種速度，0.5-7.5小時不同時間可選擇的定時功能，兩種自然風(fēng)功能風(fēng)和正常風(fēng)。關(guān)鍵詞：紅外遙控；信號調(diào)制；編碼；解碼。目錄TOC\o"1-3"\h\u1簡介11.1項目設(shè)計的目的和意義 12項目設(shè)計與論證33系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計43.1系統(tǒng)框圖 43.2系統(tǒng)功能要求 53.351系列MCU的功能特點[3]63.4紅外線發(fā)射電路 103.5紅外檢測接收電路 113.6控制電路 123.7電源電路設(shè)計 133.8顯示部分的設(shè)計 143.9鍵盤設(shè)計 174系統(tǒng)軟件設(shè)計194.1定時器/計數(shù)器應(yīng)用 194.2遙控碼傳輸 224.3紅外接收 254.4速度控制單元 274.4.1調(diào)速原理 274.4.2調(diào)速方式 274.5按鍵抖動問題 294.6系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 30結(jié)論32參考文獻(xiàn)33附錄 35至471簡介1.1項目設(shè)計的目的和意義隨著科技的發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來越快，人們對方便快捷的要求也越來越高！遙控器的出現(xiàn)，在一定程度上滿足了人們的這個要求！遙控器是50年代多產(chǎn)的發(fā)明家羅伯特·阿德勒[14]發(fā)明的。紅外線遙控是1970年代發(fā)展起來的遙控技術(shù)。其原理是利用紅外線傳輸控制信號，實現(xiàn)對控制對象的遠(yuǎn)距離控制。具體而言，發(fā)射器發(fā)出紅外指令信號。，接收器接收并處理信號，最終實現(xiàn)對控制對象各種功能的遠(yuǎn)程控制。

紅外遙控具有獨立性、物理特性類似于可見光、無穿透障礙物、隱蔽性強(qiáng)等特點。隨著紅外遙控技術(shù)的發(fā)展和飛速發(fā)展，很多電器都應(yīng)用了紅外遙控，電風(fēng)扇也不例外。從電風(fēng)扇面板上的簡單按鍵控制到短距離10M遙控，雖然變化不大，但帶來的便利無疑是巨大的。紅外遙控技術(shù)的成熟也使得遙控電風(fēng)扇設(shè)計簡單，價格低廉。

電風(fēng)扇作為一種老式電器，具有價格便宜、放置方便、體積輕的特點。雖然現(xiàn)在空調(diào)在城市相當(dāng)普遍，而且有取代電風(fēng)扇的趨勢，但受制于大多數(shù)家庭的消費水平，電風(fēng)扇作為一個成熟的家電行業(yè)的一員，尤其是在中小大城市，未來將與農(nóng)村密切相關(guān)。時間仍將占據(jù)大部分市場。

市場需求推動了電風(fēng)扇的發(fā)展。隨著“智能化”的興起，電風(fēng)扇的功能越來越多，也越來越貼近人們的生活。因此，對于電風(fēng)扇的開發(fā)設(shè)計還是有很大的實用價值的。在現(xiàn)有市場上的多功能遙控電風(fēng)扇編制依據(jù)上，提出了一種新型的智能電風(fēng)扇。智能照明等功能讓電風(fēng)扇更加人性化。相信其豐富的功能和人性化的設(shè)計將大大提高電風(fēng)扇的市場競爭力[10]。

而本設(shè)計就是以電風(fēng)扇為對象，通過紅外遙控實現(xiàn)對電風(fēng)扇幾個常用功能的控制，如開關(guān)、調(diào)速、定時等。與傳統(tǒng)的機(jī)械控制相比，體現(xiàn)了更加方便快捷的優(yōu)勢。

1.2紅外遙控器設(shè)計思路紅外遙控是一種單工紅外通訊方式。在整個通信過程中，需要一臺發(fā)射機(jī)和一臺接收機(jī)。發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼調(diào)制成一系列脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收端一般采用價格低廉、性能可靠的一體化紅外接收頭來接收紅外信號。它同時對信號進(jìn)行放大、檢測和整形，得到TTL電平的編碼信號，然后送到單片機(jī)，由單片機(jī)解碼控制。對象[14]。圖1遙控器原理框圖2項目設(shè)計與論證紅外編碼的方式有很多種，下面列出了兩種實現(xiàn)方案[12]：方案一：脈寬調(diào)制串行碼。該遙控碼具有以下特點：脈沖寬度0.565ms、間隔0.56ms、周期1.125ms的組合代表二進(jìn)制“0”；用0.565ms的脈沖寬度、1.685ms的間隔和2.25ms的周期“1”的二進(jìn)制組合來表示。相關(guān)波形如下：圖2序列碼編碼方案二：碼分制。采用脈沖數(shù)編碼，不同的脈沖數(shù)代表不同的被控對象，最小為2個脈沖。為了使接收可靠，第一個bit碼的寬度為3ms，其余為1ms，遙控碼的數(shù)據(jù)幀間隔大于10ms，如圖3所示。電器0的遙控輸出碼電器0的遙控輸出碼電器1的遙控輸出碼圖3碼分割編碼波形圖本設(shè)計采用方案二，分碼編碼和編程簡單，在按鈕較少的情況下優(yōu)勢明顯。3系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1系統(tǒng)框圖(1)發(fā)射電路：單片機(jī)系統(tǒng)由顯示電路、紅外發(fā)射電路、按鍵電路、穩(wěn)壓電路組成。其設(shè)計原理圖如下：圖4手持分段遙控器框圖(2)發(fā)射電路：單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、紅外發(fā)射電路及按鍵電路、電源電路、控制單元等組成。其設(shè)計原理圖如下：圖5紅外接收器框圖3.2系統(tǒng)功能要求遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)需要一個單片機(jī)作為控制芯片來制作遙控器[8]，另外一個單片機(jī)控制系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程操作。本系統(tǒng)要求遙控器具有多級調(diào)速、切換、定時、自然風(fēng)切換、睡眠風(fēng)等功能！將單片機(jī)、控制器和鍵盤結(jié)合在一起，完成了人機(jī)對話。主芯片采用AT51單片機(jī)控制，采用紅外89CHS0038接收器，采用雙向晶閘管MC97A6控制電機(jī)開關(guān)，具有紅外遙控功能。自然風(fēng)處理流程：圖6自然風(fēng)循環(huán)圖睡眠風(fēng)的治療過程：圖7自然風(fēng)環(huán)流圖正常風(fēng)處理流程：圖8正常風(fēng)循環(huán)3.351系列MCU的功能特點[3]（一）主要特點與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程閃存使用壽命：1000次寫入/擦除周期數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序內(nèi)存鎖128*8位內(nèi)存32條可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源可編程串行通道低功耗空閑和掉電模式·片上振蕩器和時鐘電路AT89C51的引腳功能如圖9所示：圖9AT89S51引腳功能圖(2)引腳說明-VCC：電源電壓。-GND：接地。-P0口：P0口為8位開漏雙向I/O口，每個引腳可吸收8TTL門極電流。當(dāng)端口P1的管腳寫“”1”-P1端口：P1端口是一個8位雙向I/O端口，提供上拉電阻。P1端口緩沖器可以接收和輸出4TTL柵極電流。P1端口引腳寫“1”后，電位部分上拉至高電平，可作為輸入。當(dāng)P1端口被外部拉低到低電平時，會輸出電流，這是由于外部上拉引起的。在FLASH編程和驗證過程中，接收P1端口作為第八個地址。-P2端口：P2端口是一個帶有上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2端口緩沖器可以接收和輸出4個TTL柵極電流。當(dāng)P2端口寫“1”時，其引腳電位被外部上拉電阻拉高，用作輸入。用作輸入時，P2端口的引腳電位被外部下拉至輸出電流，這是由于外部上拉所致。當(dāng)P2端口用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器訪問時，P2端口輸出地址的高8位。當(dāng)給定地址“1”時，它利用外部上拉電阻。在對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2端口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2端口在FLASH編程和驗證過程中接收高位八位地址信號和控制信號。-P3口：P3口引腳為8個雙向I/O口，帶上拉電阻，可接收和輸出4路TTL門極電流。當(dāng)P3端口寫“1”時，它們被拉高并用作輸入。用作輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口會輸出電流（ILL），這也是由于上拉所致。P3口也可以作為89CAT51的一些特殊功能口使用，如下圖：P3.0RXD（串行輸入端口）P3.1TXD（串行輸出端口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀取選通）端口3同時接收一些用于flash編程和編程驗證的控制信號?！猂ST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，將RST引腳保持高電平兩個機(jī)器周期?！旱刂锋i存使能輸出電平用于在訪問外部存儲器時鎖存地址的狀態(tài)字節(jié)。在FLASH編程期間，該引腳用于輸入編程脈沖。正常情況下，ALE端輸出一個頻率周期恒定的正脈沖信號，為振蕩器頻率的1/6。因此它可以用作外部輸出的脈沖或用于定時目的。但請注意，當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過ALE脈沖。要禁用ALE的輸出，請將SFR8EH地址設(shè)置為0。此時，ALE僅在執(zhí)行MOVX、MOVC指令時才起作用。此外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁用，則設(shè)置無效。—:外部程序存儲器的選通信號。在從外部程序存儲器尋址期間，每個機(jī)器周期有效兩次。但是在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩個有效信號不會出現(xiàn)?！航K端保持低電平時，訪問外部ROM；當(dāng)加密模式為1時，該部分被鎖定為RESET；當(dāng)終端保持高電平時，訪問部分ROM。在FLASH編程期間，該引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。-XTAL1：反向振蕩放大器的輸入和部分時鐘工作電路的輸入。—XTAL2：反相振蕩器的輸出。=3\*GB3③結(jié)構(gòu)框圖如圖10所示。51結(jié)構(gòu)框圖89C(3)AT89C51的基本操作如圖11所示，在X1和X2之間連接一個石英振蕩器，構(gòu)成單片機(jī)的時鐘電路。還有一種接法，就是直接把外部振蕩器的信號接到XTAL1端，XTAL2端不用。.AT5189C復(fù)位管腳RST/VP通過施密特觸發(fā)器（抑制噪聲）與芯片復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出在每個機(jī)器周期由復(fù)位電路采樣一次。當(dāng)振蕩電路工作，且RST引腳加高電平至少2個機(jī)器周期時，AT89C51即可完成復(fù)位。復(fù)位不會影響RAM容量。復(fù)位后，PC指向0000H單元，使單片機(jī)從起始地址0000H單元開始重新執(zhí)行程序。因此，當(dāng)單片機(jī)錯誤運(yùn)行或進(jìn)入死循環(huán)時，可以按復(fù)位鍵重新啟動。MCS-51單片機(jī)通常采用兩種復(fù)位方式：上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位。上電復(fù)位是使用電容充電實現(xiàn)的。按鍵復(fù)位分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。前者通過一個電阻將復(fù)位端連接到Vcc；后者采用RC差分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位的目的。復(fù)位電路參數(shù)的選擇應(yīng)保證復(fù)位高電平的持續(xù)時間大于2個機(jī)器周期。圖11AT89C51的基本操作電路3.4紅外發(fā)射電路遙控發(fā)射器采用碼分遙控方式。碼分紅外遙控是指指令信號產(chǎn)生電路采用不同的脈沖代碼（不同的脈沖數(shù)和組合）來表示不同的控制指令。在決定選擇AT89C51作為本設(shè)計發(fā)射電路的核心芯片，觸摸開關(guān)作為控制按鍵后，加入簡單的紅外發(fā)射電路和12M晶振即可實現(xiàn)紅外發(fā)射。發(fā)射部分的主要元件是紅外發(fā)光二極管。它實際上是一種特殊的發(fā)光二極管。因為它的材料不同于普通的發(fā)光二極管，當(dāng)在它的兩端施加一定的電壓時，它發(fā)出的是紅外光而不是可見光。目前廣泛使用的紅外發(fā)光二極管的紅外波長約為940nm。遙控器通過鍵盤傳輸。每按下一個鍵，就會產(chǎn)生一個帶有不同代碼的數(shù)字脈沖。該編碼指令信號調(diào)制在40KHz的載波上，激發(fā)紅外光電二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過空間傳送到受控計算機(jī)。遙控接收器。P1口作為按鍵部分，P0.7口作為發(fā)射機(jī)部分。電路圖如圖12所示。圖12紅外發(fā)射電路3.5紅外檢測接收電路在接收過程中，脈沖通過濾光片和紅外二極管轉(zhuǎn)換成40KHZ的電信號。信號經(jīng)過放大、檢測、整形、解調(diào)后送入解碼和接口電路，完成相應(yīng)的遙控功能。接收電路圖如圖13所示。通常，紅外遙控器將遙控信號（二進(jìn)制脈沖碼）調(diào)制在40KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送入紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號并發(fā)射出去。將上述遙控碼脈沖對頻率為40KHz（周期為26μs）的載波信號進(jìn)行脈沖幅度調(diào)制（PAM），經(jīng)緩沖放大后送入紅外發(fā)光管，發(fā)射遙控信號。根據(jù)遙控信號的編碼和傳輸過程，遙控信號的識別——即解碼過程是在去除40KHz載波信號后識別二進(jìn)制脈沖碼中的0和1。它由MCS-51系列單片機(jī)AT89C51、集成紅外接收、降調(diào)調(diào)制和紅外發(fā)光管驅(qū)動電路組成。接收部分的主要部件是紅外接收管，它是一個光電二極管（實際上是一個三極管，底座是感光部分）。在實際應(yīng)用中，紅外接收二極管要反偏才能正常工作，即在電路中使用紅外接收二極管時，反方向使用，這樣可以獲得更高的靈敏度[18].圖13紅外接收電路3.6控制電路控制部分采用隔離驅(qū)動電路，采用光電器件作為隔離元件，采用光耦隔離強(qiáng)電，防止強(qiáng)電影響單片機(jī)工作。光電隔離的目的是切斷兩個電路的電氣連接，使它們相互獨立，從而切斷噪聲從一個電路到另一個電路的路徑[1]。光隔離是通過光耦合器實現(xiàn)的。光電耦合器又稱光電隔離器或光耦合器，是一種以光為介質(zhì)傳輸電信號的器件。當(dāng)輸入端通電時，光發(fā)射器發(fā)光，受光器接收后產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實現(xiàn)“光-電-光”的轉(zhuǎn)換。光耦合器是將發(fā)光二極管和光電晶體管封裝在外殼中的器件。外殼有金屬或塑料可供選擇。發(fā)光二極管和光電三極管內(nèi)填充透明絕緣體，發(fā)光管與光電三極管對齊，以提高其靈敏度。光耦合器的電路符號如圖16所示。對于數(shù)字量，當(dāng)輸入為低電平“0”時，光電三極管關(guān)閉，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時，光電晶體管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“0”。圖14光耦示意圖輸入信號的發(fā)光二極管利用權(quán)發(fā)光，光使光電三極管產(chǎn)生電信號輸出，從而完成信號的傳輸，實現(xiàn)電隔離。光耦的響應(yīng)時間一般不超過幾微秒。光耦的輸入端和輸出端是電隔離的，輸出端對輸入端沒有反饋，因此具有隔離和抗干擾的獨特性能。通常光耦用于實現(xiàn)以下兩個主要功能：電平轉(zhuǎn)換：在TTL電路和電源電路之間無需額外的匹配電路即可傳輸信號，從而實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。隔離：此時由于信號電路和接收電路是隔離的，即使兩個電路的地電位不同也不會產(chǎn)生干擾。光耦中光電晶體管的基極有引出和不引出兩種形式?；鶚O引線通常通過電阻接地。耦合的響應(yīng)速度和靈敏度可以通過接地電阻來控制。一般來說，電阻越小，響應(yīng)越快。其控制電路如圖15所示。圖15控制電路3.7電源電路設(shè)計1穩(wěn)壓電路典型應(yīng)用電路如圖16所示。圖中C5用于頻率補(bǔ)償，防止自激振蕩，抑制高頻干擾；C6采用電解電容，降低電源引入的低頻干擾對輸出電壓的影響；D4為保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端短路時，給C4一個放電通路，防止C4擊穿[1]。圖16穩(wěn)壓器電路1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計直流穩(wěn)壓電源主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。框圖如圖17所示。圖17直流穩(wěn)壓電源3.8展示區(qū)設(shè)計由LED組成的7段發(fā)光管顯示器是不太復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的外接器件之一。=1\*GB3①7段LED顯示屏由7段發(fā)光線組成，排列成“天”字形，每段是一個發(fā)光二極管，如圖15所示。圖中7個LED的陰極分別為連接在一起，稱為共陰極連接。相反，它是一個共陽極連接。=2\*GB3②如果共陰極接地，從a到g各段陽極加不同電壓，各段發(fā)光情況不同，形成不同的發(fā)光特性。加到7段的陽極上的電壓可以用一個數(shù)字量來表示。如果某段的陽極為數(shù)字量1，則該段發(fā)光；如果為0，則不會發(fā)光。數(shù)字量與段的對應(yīng)關(guān)系如表3.1所示。數(shù)碼管原理圖如圖18所示。圖18數(shù)碼管示意圖表3.1七段LED字體代碼顯示字符共陽極字符代碼共陰極字符代碼03FH碳?xì)浠衔?06HF9H25BHA4H34FHB0H466H99H56DH92H67DH82H707HF8H87FH80H96FH90小時本設(shè)計中使用了四個7段LED顯示屏，并且有兩種方式可以同時使用多個顯示屏。首先，每個位都由其自己的8位輸出端口控制。當(dāng)顯示一個字符時，相應(yīng)的段會一直亮或不亮。這種顯示方式是靜態(tài)顯示。顯然，靜態(tài)顯示需要占用更多的I/O線。二是動態(tài)展示。多個7段LED的段選擇端子復(fù)用在一起，只用一個8位輸出口來控制段選擇，同時給每個7段LED顯示屏加上段選擇碼。方法，將每個LED一個一個點亮。在這種方法中，正確選擇照明時間和間隔會給人一種錯誤的印象，即LED似乎是“同時”顯示的。動態(tài)顯示方式是目前各種微控制器常用的方式。優(yōu)點是硬件簡單，“動態(tài)”由軟件實現(xiàn)。所以我選擇了動態(tài)展示的方式。其顯示格式如表3.2所示，其驅(qū)動電路如圖19[12]所示。表3.2數(shù)碼管顯示格式數(shù)碼管1數(shù)碼管2風(fēng)速D對應(yīng)號碼模型乙對應(yīng)號碼定時一個對應(yīng)號碼圖19AT89C51基本工作電路3.9鍵盤設(shè)計單片機(jī)系統(tǒng)中使用的鍵盤有兩種：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。①除按鍵外，編碼鍵盤本身還包括產(chǎn)生按鍵代碼的硬件電路。只要按下編碼鍵盤的某個鍵，就可以產(chǎn)生這個鍵的代碼，稱為鍵碼，同時產(chǎn)生一個脈沖信號通知CPU接收鍵碼。編碼鍵盤的優(yōu)點是使用起來更方便。也不需要編寫太復(fù)雜的程序。缺點是使用的硬件比較復(fù)雜。②非編碼鍵盤的按鍵以行列矩陣的形式排列。按鍵的作用是簡單地接通或斷開觸點，因此必須有一套相應(yīng)的程序與之配合，生成相應(yīng)的按鍵代碼，而無編碼鍵盤幾乎不需要任何額外的硬件電路。所以為了保持電路簡單，我使用了非編碼鍵盤。但是，使用非編碼鍵盤需要軟件來解決按鍵識別、防抖以及如何生成按鍵代碼等問題。由于按鍵數(shù)量較少，我使用獨立的鍵盤接口與單片機(jī)連接，因為它不占用太多I/O口。圖中，每個按鍵占用一個端口，相互獨立，互不影響。上拉電阻確保在未按下按鈕時I/O端口輸入高電平。獨立鍵盤可以工作在查詢模式，通過I/O口讀取按鍵狀態(tài)。按鍵按下時，I/O口變?yōu)榈碗娖剑窗聪碌陌存I對應(yīng)高電平。這樣就可以通過讀取電平狀態(tài)來判斷是否按下了某個鍵以及按下了哪個鍵[17]。一個）b)圖20按鍵示意圖a)矩陣鍵盤b)獨立鍵發(fā)射器采用矩陣按鍵，其中0、1、2按鍵用于切換風(fēng)扇的定時、模式和轉(zhuǎn)速。其他按鍵用于擴(kuò)展對其他家用電器的控制，如電腦等，也可用于設(shè)置密碼鎖等功能。具體的東西是用戶自己設(shè)定的。接收端采用獨立按鍵，其具體功能根據(jù)電器不同而有所不同。本設(shè)計中，P1.0用于定時切換，P1.1用于模式切換，P1.2用于調(diào)速切換。4系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)的控制軟件主要分為測溫和紅外兩大部分，其中有MCU初始化程序、定時服務(wù)程序、紅外發(fā)射編碼和紅外接收解碼程序等具體模塊。4.1定時器/計數(shù)器應(yīng)用(1)定時器/計數(shù)器功能介紹[7]AT5189C單片機(jī)有兩個16位可編程定時器/計數(shù)器，稱為定時器0和定時器1，分別用T0和T1表示。其功能與一般定時器計數(shù)器相同，主要功能有：一是作為特定時間段的計時；其次，它可以計算T1或T0引腳輸入的脈沖數(shù)，前者可以在應(yīng)用程序中產(chǎn)生正確的延時和定時來執(zhí)行中斷服務(wù)程序，這是計數(shù)器或計數(shù)器的設(shè)計。本設(shè)計中使用了這兩個角色。這兩個定時器本身有四種可用的操作模式，如表4.1所示。表4.1四種工作模式M1莫工作方式功能說明00模式013位計數(shù)器01模式一16位計數(shù)器10模式二8位自動重載計數(shù)器11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)(2)定時器相關(guān)的控制寄存器TMOD為模式控制寄存器，主要用于設(shè)置定時器/計數(shù)器的工作模式；TCON是控制寄存器，主要用來控制定時器的啟動和停止。兩個16位定時器/計數(shù)器T0和T1可分為兩個獨立的8位計數(shù)器，即TH0、TL0、TH1和TL1，用于存儲計時或計數(shù)的初始值。=1\*GB3控制寄存器--TMODTMOD是一個特殊的寄存器，用來控制T1和T0的操作模式和工作模式。其位定義如下：表4.2TMOD寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0門C/M1M0門C/M1M0·GATE：門控位。當(dāng)GATE=0時，定時器僅由軟件控制位TR0或TR1控制啟動和停止。當(dāng)該位為1時，定時器開始工作；為0時，定時器停止工作。當(dāng)GATE=1時，定時器的啟動由外部中斷引腳和位控制。設(shè)置為1僅當(dāng)外部中斷引腳或為高電平時啟動定時器操作?！/：功能選擇位。當(dāng)C/=O時，設(shè)置為定時器工作模式；計數(shù)脈沖由部門提供，計數(shù)周期等于機(jī)器周期。當(dāng)C/=1時，設(shè)置為計數(shù)器工作模式，計數(shù)脈沖為外部引腳T0或T1引入的外部脈沖信號?！1、M0：操作模式控制位，2位可組成4種代碼，對應(yīng)4種操作模式。TMOD模式控制寄存器不能位尋址，只能通過字節(jié)傳輸指令來設(shè)置定時器的工作模式和操作模式。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(fù)位時TMOD的所有位都為0。設(shè)置模式控制字示例：如果定時器1設(shè)置為定時器工作模式，則由軟件啟動，選擇工作模式2；定時器0為計數(shù)模式，由軟件啟動，選擇運(yùn)行模式1。然后將TMOD位設(shè)置為：00l001Ol25H使用MOVTMOD,#25H指令寫入TMOD。=2\*GB3寄存器--TCONTCON的作用是控制定時器的啟動和停止、定時器的溢出標(biāo)志和外部中斷的觸發(fā)方式。您的定義如下：表4.3TCON寄存器8FH8EH8DH8通道8BH8AH89H88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0·TF1和TF0；分別是定時器1和定時器0的溢出標(biāo)志。當(dāng)定時器溢出時，它會被硬件自動設(shè)置為“1”，并且可以應(yīng)用中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動清零。這兩位也可以作為程序查詢的標(biāo)志位，在查詢模式下應(yīng)由軟件清零。TR1和TR0：定時器1和定時器0的啟動控制位。當(dāng)被軟件清零時，定時器停止運(yùn)行。定時器啟動時，該位應(yīng)設(shè)置為“1”。定時器的啟動與門控位和外部中斷引腳有關(guān)。GATE設(shè)置為0時，定時器的啟動由=1控制；而當(dāng)GATE設(shè)置為1時，定時器啟動不僅=1，還需要外部中斷引腳=1才能啟動定時器。IE1和IE0：外部中斷1和外部0的中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)外部中斷源有請求時，其對應(yīng)的中斷標(biāo)志位為“1”。其復(fù)位由觸發(fā)方式設(shè)置。IT1和IT0：外部中斷1和外部中斷0的觸發(fā)方式選擇位。設(shè)置為“0”時為電平觸發(fā)；當(dāng)它設(shè)置為“1”時，它是邊沿觸發(fā)的。TCON的低4位是與外部中斷相關(guān)的位，高4位是定時器控制位。它是一個可位尋址的寄存器。系統(tǒng)復(fù)位時所有位為0。要啟動定時器，請使用位操作指令SETB啟動。(3)定時計數(shù)器的操作模式=1\*GB3①方式一模式1操作時，最大可計數(shù)的計數(shù)器數(shù)為M==65536，最長計時時間為1.085us*65536＝72ms4-1計數(shù)初值的加載方式為：TL0=(65536-C).MOD.2564-2TH0=(65536-C)/2564-3其中C為要計數(shù)的值，計數(shù)時間長度為：1.085us*C4-4=2\*GB3②方式二模式二具有自動重新加載初值的功能，讓定時器可以做更準(zhǔn)確的計時。模式2下，最大可計數(shù)的計數(shù)器個數(shù)為M==256，最長計時時間為：1.085us*256＝0.28ms4-5計數(shù)初值的加載方式為：TH0=256-C4-6其中C為要計數(shù)的值，計數(shù)時間長度為：1.085us*C4-7本設(shè)計采用模式二，具體流程如下：TMOD=0x22；//8位自動重載模式TH1=0xf3；//40KHZ初始值TL1=0xf3；4.2遙控碼的傳輸(1)遙控碼的傳輸

當(dāng)按下某個操作按鈕時，單片機(jī)首先讀取按鍵值，然后根據(jù)按鍵值設(shè)置遙控碼的脈沖數(shù)，調(diào)制成40kHz方波，由紅外線發(fā)射發(fā)光管[14]。通常，紅外遙控器將遙控信號（二進(jìn)制脈沖碼）調(diào)制在40KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送入紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)換成紅外信號發(fā)射出去。為了提高抗干擾性能，降低功耗，將上述遙控編碼脈沖用于對頻率為40KHz（周期為26us）的載波信號進(jìn)行脈沖幅度調(diào)制（PAM），然后進(jìn)行緩沖經(jīng)放大后送至紅外發(fā)光管，遙控信號送至紅外發(fā)光管。發(fā)射出去。紅外信號傳輸過程：先加載發(fā)射脈沖數(shù)（發(fā)射時3ms脈沖，停止時1ms脈沖），發(fā)射脈沖數(shù)為1則返回主程序，非1則發(fā)送1ms脈沖,然后停止發(fā)送1ms脈沖，整個傳輸過程結(jié)束。實際使用紅外遙控時，由于遙控距離和角度的影響，效果不是很好。(2)發(fā)送程序流程圖圖21遙控發(fā)射主程序流程圖圖22遙控發(fā)射器遙控碼發(fā)送流程圖4.3紅外接收遙控接收部分的主程序及初始化延時過程如下：先初始化，然后判斷是否有按鍵按下，如果有，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)并發(fā)送相應(yīng)信號；如果沒有按下任何鍵，則返回。(1)數(shù)字幀的接收處理當(dāng)紅外接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位低電平將啟動中斷程序，實時接收數(shù)據(jù)幀。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)幀時，將驗證第一位（起始位）代碼的代碼寬度。如果第一個低電平碼的脈寬小于2ms，則視為錯誤碼。當(dāng)間隔位的高電平脈寬大于3ms時，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器A中的脈沖個數(shù)對相應(yīng)的輸出端口進(jìn)行操作。圖23為波形圖紅外接收器輸出的一幀遙控碼[14]。1ms1ms第一位1ms10ms3ms10ms圖23紅外接收器輸出一幀遙控碼波形接收機(jī)程序流程圖圖24遙控接收器主程序流程圖中斷過程：首先判斷低電平脈寬是否大于2ms，如果脈寬小于2ms，則中斷返回；如果低電平大于2ms，接收并接地低電平脈沖計數(shù)，然后看高電平的判斷脈沖寬度是否大于3ms，如果脈沖寬度小于3ms，則返回到之前的接收計數(shù)過程；如果高電平脈寬大于3ms，則根據(jù)脈沖個數(shù)進(jìn)入相應(yīng)的功能程序。這時，中斷返回。圖25遙控器接收中斷程序流程圖4.4速度控制單元4.4.1調(diào)速原理脈寬調(diào)制技術(shù)是一種利用數(shù)字輸出控制模擬電路的有效技術(shù)，特別是在電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方面，可以大大節(jié)約能源。PWM控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)是：脈沖相等、形狀不同的窄脈沖。當(dāng)它加到有慣性的環(huán)節(jié)時，效果基本相同，使輸出端得到一系列等幅、不等寬的脈沖，這些脈沖用來代替正弦波或其他需要的脈沖。所需的波形[11]。4.4.2調(diào)速方式圖26顯示了PWM降壓斬波器的原理電路和輸出電壓波形。在面板a中，假設(shè)晶體管子V1導(dǎo)通T1秒（忽略管子V1的壓降，期間電源電壓Ud全部加到電樞上），然后關(guān)斷T2秒（電樞端電壓在此期間為零）。重復(fù)此操作，電樞端電壓波形如圖b所示。電機(jī)電樞端電壓Ua是其平均值[17]。圖26PWM降壓斬波器原理電路及輸出電壓波形示意圖b)輸出電壓波形4-8在公式4-94-9是晶體管V1在周期T內(nèi)導(dǎo)通時間的比值，稱為占空比或占空比。使用以下三種方法中的任何一種，都可以改變數(shù)值來達(dá)到穩(wěn)壓的目的：(1)定寬調(diào)頻法：T1保持不變，使T2從0變化到∞；(2)調(diào)寬調(diào)頻方式：T2保持不變，使T1從0變化到∞(3)定頻寬度調(diào)制法：T1+T2=T保持不變，使T從0變化到T。無論哪種方式，變化范圍都是0≤≤l，所以平均電樞電壓Ua的調(diào)節(jié)范圍是0～Ud，都是正值，即電機(jī)只能在某個方向調(diào)節(jié)速度，稱為不可逆調(diào)整。速度。本設(shè)計采用固定頻率和寬度調(diào)制方式，AT89S52產(chǎn)生晶閘管的相移脈沖，相移的變化實現(xiàn)導(dǎo)通角的變化。T=50mS，將P0.4的導(dǎo)通時間分成5等份，使T1在1到5之間變化，從而達(dá)到5級調(diào)速的目的，如圖27所示。圖27調(diào)速示意圖圖28調(diào)速接線圖4.5按鍵抖動問題鍵盤一般由一組機(jī)械按鍵按一定規(guī)律組成，通過按鍵的開、關(guān)功能輸入開關(guān)電壓信號。當(dāng)按鈕從開到關(guān)和從關(guān)到開的切換時，由于機(jī)械觸點的彈性作用，按鈕的動作并沒有立即完成，在合閘和分閘的瞬間就會出現(xiàn)機(jī)械抖動，并且抖動時間一般為5-10ms。從輸入電壓信號中可以看出，輸入信號是一個帶有抖動的不穩(wěn)定電平信號，其信號波形如圖29[10]所示。按鍵關(guān)閉穩(wěn)態(tài)時間由我的按鍵時間決定，一般在十分之一秒到幾秒之間。為了消除密鑰抖動的影響，保證在密鑰閉合的穩(wěn)定狀態(tài)下讀取密鑰值，需要對密鑰進(jìn)行去抖。常用的去抖措施包括硬件去抖和軟件去抖。硬件去抖動是通過硬件電路對鍵盤的按下抖動和釋放抖動進(jìn)行去抖動。經(jīng)過去抖電路后，按鍵的電平信號只有兩個穩(wěn)定狀態(tài)。常用的去抖電路包括觸發(fā)去抖電路和濾波器去抖電路。硬件去抖電路如圖30所示。圖29關(guān)鍵抖動波形圖30硬件抗抖動路徑硬件去抖電路解決了按鍵抖動的問題，但是當(dāng)需要更多按鍵時，硬件去抖電路會變得復(fù)雜，成本也會比較高。這時可以使用軟件防抖的方法。軟件去抖的基本原理是當(dāng)?shù)谝淮螜z測到按鍵時，根據(jù)按鍵抖動時間的統(tǒng)計規(guī)律，采用軟件延時的方法延時一段時間（一般為10ms-20ms），然后確認(rèn)key是否還處于關(guān)閉狀態(tài)。如果還處于關(guān)閉狀態(tài)，則說明按鍵確實被按下，此時可以讀取按鍵值。否則，可視為干擾而忽略。使用軟件去抖方式可以省去硬件去抖電路，但是會降低鍵盤的工作速度。本設(shè)計采用軟件去抖，采用軟件延時的方法，延時一段時間再確認(rèn)密鑰是否仍處于關(guān)閉狀態(tài)。4.6系統(tǒng)軟硬件調(diào)試系統(tǒng)硬件檢查完成后，主要是調(diào)試軟件。遙控器的調(diào)試主要是用示波器觀察遙控器接收機(jī)中能否輸出圖23所示的波形。調(diào)整發(fā)射電阻的大小可以改變紅外發(fā)射的效果。距離。其性能指標(biāo)：調(diào)試后系統(tǒng)性能指標(biāo)測試如下：最大遙控距離：10m發(fā)射和接收角度：水平最大90度

硬件電路制作完成并調(diào)試好后，即可編譯程序下載到單片機(jī)中試運(yùn)行。軟件調(diào)試流程見附錄1綜上所述這個畢業(yè)設(shè)計至少持續(xù)了3個月。從最初的選題確定，到后來的資料搜索、理論研究，再到最近的調(diào)試和測試過程，這些都進(jìn)一步提高了我的理論知識和實踐能力。通過這個紅外系統(tǒng)的設(shè)計，我收獲頗豐。從得到問題到查找資料，從調(diào)試電路板到失敗后重新開始……在這個充滿挑戰(zhàn)和挫折，充滿熱情和打擊的過程中，我深有感觸，這不僅僅是一個問題對我來說四年的學(xué)習(xí)知識和我的應(yīng)用和實踐能力的考驗，也是對我的研究精神、面對困難的心態(tài)、做事的毅力和耐心的考驗。在這個過程中，我深深地感受到了做畢業(yè)設(shè)計的意義。本課題編制依據(jù)技術(shù)是單片機(jī)控制技術(shù)，增加了一些外圍電路來實現(xiàn)一些復(fù)雜的功能?？筛鶕?jù)需要更改軟件，實現(xiàn)功能的更新和擴(kuò)展。本課題的重點和難點是：(1)以弱電流為初始接觸控制強(qiáng)電流，需要從光耦的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等方面從頭開始；(2)考慮與單片機(jī)接口的電路實現(xiàn)原理；(3)紅外線收發(fā)技術(shù)；通過完成本課題，了解和掌握了傳感器的基本理論知識，對單片機(jī)在實際電路中的開發(fā)和應(yīng)用有了更深入的把握。為以后單片機(jī)軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)奠定了一定編制依據(jù)，培養(yǎng)了從事產(chǎn)品研發(fā)的信心。[參考資料][1]華承英，童士白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]：高等教育，2006：12-31[2]陸鳴.C語言程序設(shè)計教程[M]：郵電大學(xué)，2005：23-100[3]胡華，明。Protel99SE原理圖和PCB設(shè)計[M]：機(jī)械工業(yè)，2005：42-311[4]王振英,滿軍.ProtelDXP2004電路設(shè)計與制版實用教程[M].:中國鐵路,2006,(6):122-321[5]黃英松，吳昊東．用“積木”實驗板學(xué)習(xí)51單片機(jī)[J].電子生產(chǎn),2007,(08):1-221

[6]羅正秋．提高電子線路抗干擾能力的經(jīng)驗[J].電子生產(chǎn),2006,(10):1-15[7]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].:清華大學(xué),2006,3:1-12[10]盧東旭，甄兆波．自制簡易51開發(fā)板[J].電子生產(chǎn),2008,(01):2-8[11]吳進(jìn)旭.8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用研究[M].:清華大學(xué),2002,(09):2-409[12]鞠嶸，郭益謙．DS18B20在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究，2005（1）：224-226[13]梁.單片機(jī)C語言程序設(shè)計及實例[M]．:人民郵電,2003.:3-432[14]嚴(yán)春．學(xué)習(xí)型14通道紅外遙控開關(guān)[J].單片機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用，2005，（6）：22-25。[15]薄靖杰，魏華，蒲．實時時鐘芯片在智能氧計中的應(yīng)用[J].微機(jī)資訊，2009，（04）：147-148,227[16]曲桂榮．15通道紅外遙控電路[J]．實用電子生產(chǎn)，2005，（7）：10。[17]小春，守恒．直流無刷電機(jī)的單片機(jī)控制[J]．自動化技術(shù)與應(yīng)用，2009，（03）：129-131[18]分鐘。從Proteus仿真設(shè)計到實際產(chǎn)品生產(chǎn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2009,(02):21,23附錄附錄一：啟動程序/************************************************************************///發(fā)送.c//遙控發(fā)射器//LRM2010.4.22_/************************************************************************///使用AT89C52單片機(jī)，12MHZ晶振，////#pragmasrc(E:\remote.asm)#include“reg51.h”#include"intrins.h"http://_nop_();使用延遲功能//#defineuchar無符號字符#defineuint無符號整數(shù)#definekey0P0//關(guān)鍵線#definekey1P1//關(guān)鍵線//sbit遠(yuǎn)程輸出=P3^5；//遙控輸出////uinti,j,m,n,k,s;ucharkeyvol;//鍵值存儲uchar碼keyv[8]={1,2,4,8,16,32,64,128};///////************1ms延時程序**********/延遲1毫秒（單位t）{for(i=0;i<t;i++)對于(j=0;j<120;j++);}/////************初始化函數(shù)**********/清除人（）{遠(yuǎn)程輸出=0；//關(guān)閉遙控器輸出即=0x00；IP=0x01；TMOD=0x22；//8位自動重載模式TH1=0xf3；//40KHZ初始值TL1=0xf3；EA=1；//開啟總中斷}/************發(fā)射器函數(shù)************/sed(){ET1=1;TR1=1;delay1ms(3);ET1=0;TR1=0;remoteout=0;//40KHZ發(fā)送3msfor(m=keyvol;m>0;m--){延遲1毫秒（1）；//停止1毫秒ET1=1;TR1=1;delay1ms(1);ET1=0;TR1=0;remoteout=0;//40KHZ發(fā)送1ms}延遲1毫秒（10）；}//發(fā)送（）{開關(guān)（鍵卷）{案例0:keyvol=keyvol+1;sed();break;案例1：keyvol=keyvol+1;sed();break;案例2：keyvol=keyvol+1;sed();break;案例3：keyvol=keyvol+1;sed();break;案例4：keyvol=keyvol+1;sed();break;案例5：keyvol=keyvol+1;sed();break;案例6：keyvol=keyvol+1;sed();break;案例7：keyvol=keyvol+1;sed();break;案例8：keyvol=keyvol+1;sed();break;案例9：keyvol=keyvol+1;sed();break;案例10:keyvol=keyvol+1;sed();break;案例11:keyvol=keyvol+1;sed();break;案例12:keyvol=keyvol+1;sed();break;案例13:keyvol=keyvol+1;sed();break;案例14:keyvol=keyvol+1;sed();break;案例15:keyvol=keyvol+1;sed();break;默認(rèn)：中斷；}}}}/////**********大綱系統(tǒng)************/關(guān)鍵工作（）{keyvol=0x00;key1=0xf0;if(key0!=0xff);{delay1ms(20);if(key0!=0xff){while(key0!=0xff);key1=0xfe;if(key0!=0xff){for(i=0;i<8;i++){if(~key0==keyv[i]){keyvol=i;tx();}}}否則{key1=0xfd;if(key0!=0xff){for(i=0;i<8;i++){if(~key0==keyv[i]){keyvol=i+8;tx();}}}//key1=0xfb;if(key0!=0xff){for(i=0;i<8;i++){if(~key0==keyv[i]){keyvol=i+16;tx();}}}//key1=0xf7;if(key0!=0xff){for(i=0;i<8;i++){if(~key0==keyv[i]){keyvol=i+24;tx();}}}}}}/////************主功能***************/主要的（）{清除人（）；//初始化而（1）{鍵（）；//按鍵掃描}}/////************40KHZ發(fā)電機(jī)************///定時器中斷T1voidtime_intt1(void)中斷3{遠(yuǎn)程輸出=~遠(yuǎn)程輸出；}//////*********************結(jié)束**************************//附錄2：接收程序/************************************************************************///incept.c//遙控接收處理器//LRM2010.4.22_/*****************************************