優(yōu)秀畢業(yè)論文-51單片機紅外收發(fā)器設計

優(yōu)秀畢業(yè)論文_51單片機紅外收發(fā)器設計2010屆本科生畢業(yè)設計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，或對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)。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I2010屆本科生畢業(yè)設計51MCU-basedinfraredencoderanddecoderABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,SCMbecauseofitshighreliabilityandcost-effective,intheintelligenthomeappliances,instrumentationandmanyotherareashasbeenverywidelyused.ControlofthecurrentSCMappliancesshownonthesimplisticappearance,diversificationoffunction,thedevelopmenttrendofsuperiorperformance.Infraredremotecontrolapparatuswitheasytouse,lowpowerconsumption,anti-jammingfeatures,soitsprospectsareimmeasurable.Thetopicstoextendtheinfraredwirelessremotecontroltechnologyforthepurpose,acentralizedcontrolinfraredremotecontrolprogram,thecoreistodesignawirelessinfraredremotecontrolmultipletransmit/receivesystem.Thedesignofaninfraredtransmissionofinformationasacarrierofcontrolledobjectcanwork8stateshort-rangewirelesscontrolforindustrial,medical,homeappliancesandotherequipmentonoroffremotely,itcanbeadeviceeightkindofworkingstatesynchronizationcontrol,ortwokindsofequipmentworkingstateofsimultaneouscontrolof4.Thesystemcanachievethespecificparametersareasfollows:1.Remotecontroldistanceisnotlessthan5m,theinfraredremotecontroltransmitterandthedistancebetweentheinfraredreceiverisnotlessthan5m;2.Remotecontrolforthe8largeones,canbecontrolledontheeightswitchcontroldeviceatthesametime;3.Workingfrequencyis38KHz,theinfraredtransmissionandreceptionofthecarrierfrequencyof38KHz;4.Receivertodisplaycontrol.Keywords:MCUSendandreceiveIRdataOctalLEDswitchingcircuitKeyboardcontrolII2010屆本科生畢業(yè)設計目錄摘要............................................IABSTRACT.........................................II1緒論............................................11.1研究背景............................................11.2研究目的............................................11.3研究意義............................................12系統(tǒng)分析........................................32.1設計要求............................................32.1.1整個控制系統(tǒng)的設計要求............................32.1.2紅外載波、編碼電路設計要求........................32.1.3紅外解碼電路設計要求..............................32.1.4設備擴展模塊設計要求..............................32.2總體設計方案........................................42.2.1方案論證..........................................42.2.2總體設計框圖.....................................62.3方案的可行性論證...................................72.3.1實用性............................................72.3.2經(jīng)濟可行性.......................................72.3.3技術可行性.......................................72.4小結................................................7III2010屆本科生畢業(yè)設計3硬件設計........................................83.1單片機及其硬件電路設計..............................83.1.1單片機的介紹.....................................83.1.2時鐘電路及RC復位電路............................93.2單片機紅外發(fā)射器的電路設計........................103.2.1矩陣鍵盤電路...................................103.2.2紅外發(fā)射電路...................................113.3單片機紅外接收器的電路設計........................143.3.1紅外接收電路...................................153.3.2電源電路的設計..................................173.3.3八路LED開關電路................................173.3.4電磁式繼電器.....................................183.3.5LCD1602液晶顯示電路.............................193.4小結...............................................194程序設計.......................................204.1紅外發(fā)射模塊.......................................204.1.1發(fā)射電路主程序流程圖............................204.1.2紅外發(fā)射子程序流程圖.............................214.2紅外接收模塊.......................................224.2.1紅外接收電路主程序流程圖.........................224.2.2紅外接收電路子程序流程圖.........................224.3小結...............................................23IV2010屆本科生畢業(yè)設計5系統(tǒng)測試.......................................245.1系統(tǒng)功能測試.......................................245.2小結...............................................25參考文獻.........................................26附錄1..........................................27附錄2..........................................31附錄3..........................................32謝辭...........................................33V北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計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1北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調試即可投入工作；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制傳輸，例如，信息直接調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。2北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計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。3北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計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2-138KHz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4北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計的調制。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）驅動與開關方案一：采用晶閘管直接驅動。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。5北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計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，4×4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）進行調制，經(jīng)NPN三極管對信號放大驅動紅外發(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。4*4矩陣鍵盤89C2051單片機紅外發(fā)射電路紅外傳輸紅外接收電路STC89C52RC單片機設備控制電路圖2-3電路設計整體框圖6北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計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制，采用一體紅外接收頭對紅外信號放大、解碼、電平轉換。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?？傮w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，4×4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。7北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計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8051CPU；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0～80MHz.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，PowerDown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?；8北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計15．封裝：PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。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。P3.0～P3.6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、P3..1的串行通訊功能，P3.2、P3..3的中斷輸入功能，P3.4、P3.5的定時器輸入功能。在引腳的驅動能力上面，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驅動能力的增強，使得它可以直接驅動LED數(shù)碼管，如圖3-1所示。圖3-189C2051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，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：9北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計復位是單片機初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機圖3-2晶振電路從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)4×4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10北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計按鍵的個數(shù)是4×4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制在載波振蕩器產(chǎn)生的載波上（也稱脈碼調制），然后用這脈碼調制信號去驅動紅外發(fā)光二極管，以發(fā)出經(jīng)過調制的紅外光波，其紅11北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計外遙控系統(tǒng)電路如圖3-5所示。38KHZ載波AT89C2051調制驅動電路紅外發(fā)射(指令編碼)控制盤圖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(脈沖寬度調制碼)和PPM碼(脈沖位置調制碼）。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（脈沖位置調制碼）對紅外數(shù)據(jù)的發(fā)送進行論證。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。12北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計圖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)碼時序圖將要發(fā)送的指令脈沖編碼信號調制在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。信號調制時序如3-9所示。圖3-9信號調制圖13北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計(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。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。14北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計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，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3-11LT0038外型圖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。內(nèi)部結構框圖圖3-12LT0038內(nèi)部結構工作流程接收原理紅外線接收是把遙制發(fā)送的數(shù)據(jù)(已調信號)轉換成一定格式的控制指令脈沖(調制信號、基帶信號)，是完成紅外線的接收、放大、解調，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，15北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計輸出TTL兼容電平。最后通過解碼把脈沖信號轉換成數(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。調制電路紅外接收放大電路STC89C52RC(指令譯碼)八路開關圖3-13紅外接收及控制電路框圖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。16北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計圖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。17北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計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。18北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計圖3-18電磁式繼電器3.3.5LCD1602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5×7點陣字符和32個5×10點陣字符）具有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個5×8點陣字符或四個5×11點陣字符。利用單片機驅動LCD1602液晶顯示器的電路如圖3-19所示。圖3-19LCD1602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（脈沖位置調制碼）對紅外數(shù)據(jù)調制在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。19北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計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。開始初始化鍵盤、紅外發(fā)射端口按鍵掃描紅外數(shù)據(jù)發(fā)射20北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計圖4-1主程序流程圖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。開始N紅外數(shù)據(jù)發(fā)送?Y發(fā)送引導碼發(fā)送系統(tǒng)碼發(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結束圖4-2紅外發(fā)射子程序流程圖21北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計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，如果接收到紅外信號就調用接收子程序，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。開始初始化紅外接收端口N接收到紅外信號？Y調用接收子程序LCD1602顯示返回圖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22北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計存入緩沖區(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。進入中斷讀T0定時長度NN2.25ms計數(shù)器=321.125ms？？NYYY0—>緩沖區(qū)1－>緩沖區(qū)正確接收標志=1計數(shù)器加1計數(shù)器加1計數(shù)器清0退出中斷計數(shù)器清0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23北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計接收紅外信號，如果接收到紅外信號就調用接收子程序，然后就通過LCD1602顯示當前LED燈熄滅的狀態(tài)如此循環(huán)。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)1B亮滅Welcome正常1S1亮發(fā)光Device1on正常2S1亮滅Device1off正常1S2亮發(fā)光Device2on正常2S2亮滅Device2off正常S3亮發(fā)光Device3on正常1S3亮滅Device3off正常2S4亮發(fā)光Device4on正常1S4亮滅Device4off正常21S5亮發(fā)光Device5on正常S5亮滅Device5off正常2S6亮發(fā)光Device6on正常1S6亮滅Device6off正常2S7亮發(fā)光Device7on正常1S7亮滅Device7off正常2S8亮發(fā)光Device8on正常1S8亮滅Device8off正常2B滅全部熄滅長按5SDevicealloff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:24北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計圖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。25北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計參考文獻[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?。骸秾嵱寐暪饧盁o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ProtelDXP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：《ProtelDXP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。[18]STANLEYP.LIPSHITZ;JOHNVANDERKOOYJournaloftheAudioEngineeringSociety.2004，52(3).-200-215[M].美國：734B0009（刊號）.[19]ATAttachmentwithPacketInterfaceExtension(ATA/ATAPI-5)ANSINCITS1998.[20]MauryWright.DiskDriversat40Lean.MeanStorageMachines.1996.26北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計附錄1紅外編碼子程序//===================================//hongwai.c//writer:莫熙樂2010年4月//===================================voidsendirdata(){uchars=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;do{}while(count<endcount);endcount=350;//發(fā)送4.5ms的結果碼低電平count=0;p3_7=0;do{}while(count<endcount);/***發(fā)送系統(tǒng)碼*******************************************/user=system;for(s=0;s<=7;s++){endcount=30;count=0;//發(fā)送公共的0.56ms高電平p3_7=1;do{}while(count<endcount);hc=user&wy[s];//發(fā)送脈沖間距if(hc==0){endcount=30;count=0;}else{endcount=120;count=0;}p3_7=0;do{}while(count<endcount);}/***發(fā)送系統(tǒng)反碼******************************************/user=system;for(s=0;s<=7;s++){endcount=30;count=0;//發(fā)送公共的0.56ms高電平p3_7=1;do{}while(count<endcount);27北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計hc=user&wy[s];//發(fā)送脈沖間距if(hc==0){endcount=120;count=0;}else{endcount=30;count=0;}p3_7=0;do{}while(count<endcount);}/***發(fā)送數(shù)據(jù)碼********************************************/shuju=keyvalue;for(s=0;s<=7;s++){endcount=30;count=0;//發(fā)送公共的0.56ms高電平p3_7=1;do{}while(count<endcount);hc=shuju&wy[s];//發(fā)送脈沖間距if(hc==0){endcount=30;count=0;}else{endcount=120;count=0;}p3_7=0;do{}while(count<endcount);}/***發(fā)送數(shù)據(jù)反碼******************************************/shuju=keyvalue;for(s=0;s<=7;s++){endcount=30;count=0;//發(fā)送公共的0.56ms高電平p3_7=1;do{}while(count<endcount);hc=shuju&wy[s];//發(fā)送脈沖間距if(hc==0){endcount=120;count=0;}else{endcount=30;count=0;}p3_7=0;do{}while(count<endcount);}紅外編碼子程序//===========================================================//函數(shù)名稱:voidintr0_int()//函數(shù)功能:外中斷0中斷服務函數(shù)//===========================================================voidintr0_int()interrupt0using2//外中斷0用于判斷脈沖個數(shù){if(!First_INT)//第一次外中斷來時設置{time=0;28北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計TR0=1;First_INT=1;}else{if(time>330)//判斷起始碼，起始碼來時設置&&time<700{Star_Flag=1;CodeNum=0;time=0;}elseif(Star_Flag==0)//沒有接收到起始碼，放棄{First_INT=1;time=0;}if(Star_Flag&&time!=0)//開始接收{if((time>=30)&&(time<60))Code[CodeNum]=0;//計數(shù)值設置elseif((time>=100)&&(time<150))Code[CodeNum]=1;//計數(shù)值設置time=0;//計數(shù)值清零,以對下一個脈沖寬度進行計時CodeNum++;//碼字計數(shù)器加1if(CodeNum>=33)//脈沖個數(shù)判斷,共32個{TR0=0;CodeNum=0;Star_Flag=0;First_INT=0;flag=1;}}}}LCD1602初始化程序//==========================================================================================voidl