基于單片機的紅外線遙控器設(shè)計.doc

畢業(yè)設(shè)計姓 名： 專 業(yè)： 班 級： 指導(dǎo)教師：寶雞職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書姓 名： 專 業(yè)： 班 級： 設(shè)計課題：基于單片機的紅外線遙控器設(shè)計指導(dǎo)教師： 電子信息工程系印制二一一年九月畢業(yè)設(shè)計題目：基于單片機的紅外線遙控器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計目的：本課題是一個典型的單片機紅外線遙控器控制系統(tǒng)， 用單片機進行控制遙控碼脈沖的存儲，發(fā)送和接收。特點是控制方便、操作簡單、擴展靈活、功能多等。本課題涉及硬件和軟件兩部分，在設(shè)計完硬件的基礎(chǔ)上進行軟件調(diào)試，使學生在學完理論課程后，具備實踐動手能力，為以后工作打下基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計任務(wù)：1. 本系應(yīng)具有紅外線的接收解碼，紅外線調(diào)制發(fā)射、操作按鍵和控制等單元。2. 基于AT89c51單片自行設(shè)計單片機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)，包括電源，紅外接收電路，紅外發(fā)射電路、復(fù)位電路、操作按鍵等部分；使用CAD/PROTEL軟件畫系統(tǒng)硬件電路；3.自行設(shè)計軟件程序并在uvision2進行調(diào)試并注釋。畢業(yè)設(shè)計主要技術(shù)數(shù)據(jù)：1. 單片機使用AT89C51具有電源、復(fù)位晶振及按鍵電路設(shè)計；2. 紅外線調(diào)制發(fā)射電路、紅外線的接收解碼器設(shè)計；3. 軟件設(shè)計及流程圖；畢業(yè)設(shè)計工作量要求：論文正文應(yīng)有各個電路模塊說明，硬件電路圖，源程序，結(jié)論或改進，字數(shù)不少于5000字（不包含圖所占）畢業(yè)設(shè)計進度計劃：第1周：下達畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，認真分析選題要完成的任務(wù)及技術(shù)指標，然后向指導(dǎo)教師匯報自己的理解，指導(dǎo)教師指出學生的問題，對于合理建議應(yīng)給與肯定，并修改功能和技術(shù)指標；第2周：查閱、收集資料，根據(jù)修改后的功能和技術(shù)指標，選擇確定總體方案，及時和指導(dǎo)教師交流，征求指導(dǎo)教師意見;第3周：根據(jù)方案設(shè)計硬件系統(tǒng)。完成硬件電路設(shè)計，畫出硬件電路圖，征求指導(dǎo)教師意見；第4周：完成軟件部分整體框架設(shè)計；第5周：畫出軟件流程圖，完成關(guān)鍵部分軟件設(shè)計；第6周：完成全部軟件設(shè)計，征求指導(dǎo)教師建議；第7周：整理資料，撰寫完整規(guī)范的畢業(yè)設(shè)計報告（論文）并交指導(dǎo)教師審閱；第8周：準備答辯提綱，進行畢業(yè)答辯。畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成的技術(shù)資料：論文、圖紙、源代碼參考文獻：1、 樓然苗，李光飛編著. 51系列單片機設(shè)計實例 北京航天航空大學出版社2、 先鋒工作室. 單片機程序設(shè)計實例 清華大學出版社3、 吳金戌，沈慶陽，郭庭吉編著.8051單片機實踐與應(yīng)用 清華大學出版社4、 周航慈編著 單片機應(yīng)用程序設(shè)計北京航天航空大學出版社5、 楊寧 黃元峰編著 微機控制技術(shù)第二版 高等教育出版社教研室主任意見：系主管領(lǐng)導(dǎo)意見： 任務(wù)下達日期2011年9月15日規(guī)定完成日期2011年11月10日摘要 隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的遙控系統(tǒng)開始進入了人們的生活。傳統(tǒng)的遙控器采用專用的遙控編碼及解碼集成電路，這種方法雖然制作簡單、容易，但由于功能鍵數(shù)及功能受到特定的限制，只實用于某一專用電器產(chǎn)品的應(yīng)用，應(yīng)用范圍受到限制。而采用單片機進行遙控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計，具有編程靈活多樣、操作碼個數(shù)可隨便設(shè)定等優(yōu)點。本設(shè)計主要應(yīng)用了AT89C51單片機作為核心，綜合應(yīng)用了單片機中斷系統(tǒng)、定時器、計數(shù)器等知識，應(yīng)用紅外光的優(yōu)點。遙控操作的不同，遙控發(fā)射器通過對紅外光發(fā)射頻率的控制來區(qū)別不同的操作。遙控接收器通過對紅外光接收頻率的識別，判斷出控制操作，來完成整個紅外遙控發(fā)射、接收過程。其優(yōu)點硬件電路簡單，軟件功能完善，性價比較高等特點，具有一定的使用和參考價值。關(guān)鍵詞：單片機，紅外遙控，中斷，定時，計數(shù)，頻率Abstract With the development of our society and the gradual improvement of science and technology, various kinds of help remote control systems have began to enter peoples life. The traditional remote controllers adopt special remote control code and decode integrated circuits, though this kind of method is simply and easily, it is only the practical application of some certain special electric equipments because of the counted functional keys is counted and the restricted function, so the range of application is limited. But the remote controllers which adopt the microprocessors have many advantages such as flexible operating and unceremonious manipulative keys.The design has used AT89C2051 microprocessor as core, integratively apply the interruptive system, timer , counter ,etc. mainly to design originally and also take the advantage of the infrared light. The remote control launcher distinguishes different operation through the control on frequency of infrared emission of light. The remote control receiver judges control operation by adopting the discerned frequency of the received infrared light to finish the whole launching and receiving course.Its advantage is that the hardware circuit is simple, the software is with perfect function, have certain use and reference valueKeywords: Microprocessor, Infrared remote control，Interrupt，Timing，Counting，F(xiàn)requency目 錄緒 論8第一章 紅外發(fā)射部分91、引言92、設(shè)計要求與指標103 紅外遙感發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計104、紅外發(fā)射電路的設(shè)計115 調(diào)試結(jié)果及其分析166、結(jié)論17第二章 紅外接受部分171、引言172、設(shè)計要求及指標183、紅外遙控系統(tǒng)的設(shè)計184、系統(tǒng)的功能實現(xiàn)方法225、紅外接受電路圖236、軟件設(shè)計：247、調(diào)試結(jié)果及分析：268、結(jié)論：26參考文獻27緒 論人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中紅光的波長范圍為0.620.76m；紫光的波長范圍為0.380.46m。比紫光波長還短的光叫紫外線，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線遙控就是利用波長為0.761.5m之間的近紅外線來傳送控制信號的。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(nèi)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，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發(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。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍、透明三種顏色，判斷紅外發(fā)光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣：用萬用表電阻擋量一下紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻即可。在實際應(yīng)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(yīng)用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較小（100mW左右），所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。前些年常用PC1373H、CX20106A等紅外接收專用放大電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。均有三只引腳，即電源正（VDD）、電源負（GND）和數(shù)據(jù)輸出（VO或OUT）。紅外接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，可參考廠家的使用說明。成品紅外接收頭的優(yōu)點是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來如同一只三極管，非常方便。但在使用時注意成品紅外接收頭的載波頻率。第一章 紅外發(fā)射部分1、引言隨著遠程教育系統(tǒng)的不斷發(fā)展和日趨完善， 學校都得到了廣泛應(yīng)用。 同時使用多種設(shè)備，如：數(shù)字投影機、 DVD 、 VCD 、錄像機、電視機等，由于各種設(shè)備都自帶遙控器，而使用多種遙控器，通過基于單片機的控制指令來對多種設(shè)備進行遠程控制，不同的設(shè)備。從而方便快捷的實現(xiàn)遠程控制。紅外遙控是目前家用電器中用得較多的遙控方式。那么，什么是紅外線。人的眼睛能看的可見光按波長從長到短排列的波長范圍為 0.62 0.76 m ；比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線遙控就是利用波長為 0.76 1.5 m 之間的近紅外線來傳送控制的。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍、透明三種顏色。紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分 。 發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為 940mm 左右，外形與普通 5發(fā)光二極管相同。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種： 三只引腳，即電源正（ VDD ）、電源負（ GND ）和數(shù)據(jù)輸出（ VO 或 OUT ）。紅外接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同， 是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽， 意成品紅外接收頭的載波頻率。 38kHz ，這是由發(fā)射端所使用455kHz 晶振來決定的。在發(fā)射端要對晶振進行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取 12 ，所以455kHz 12 37.9kHz 38 kHz 。也有一些遙控系統(tǒng)采用 36 kHz 、 40 kHz 、 56 kHz 等，由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定。紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境的、 于10 米）遙控中得到了廣泛的應(yīng)用。2、設(shè)計要求與指標紅外遙控是目前使用較多的一種遙控手段。功能強、成本低等特點。 系統(tǒng)。設(shè)計要求利用紅外傳輸控制指令 及智能控制系統(tǒng) ，借助 微處理器 強大靈活的控制功能發(fā)出 脈沖編碼 ，組成的一個遙控系統(tǒng)。本設(shè)計的主要技術(shù)指標如下：(1) 遙控范圍： 4 6 米(2) 顯示可控制的通道(3) 靈敏可靠，抗干擾能力強(4) 控制用電器電流最高為 2 A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(shè)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； 多路遙控。紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，系統(tǒng)采用編 / 解碼專用集成電路和單片機芯片來進行控制操作。設(shè)計的電路由幾個基本模塊組成：直流穩(wěn)壓電源，紅外發(fā)射電路，紅外接收電路及控制部分。發(fā)射電路，利用遙控發(fā)射利用鍵盤， 這種代碼指令信號調(diào)制在 40KH z 的載波上，激勵紅外光二極管產(chǎn)生具有脈沖串的紅外波 ，通過空間的傳送到受控機的遙控接收器。3 紅外遙感發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計 紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，系統(tǒng)采用編/解碼專用集成電路和單片機芯片來進行控制操作。發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計的電路由如下的幾個基本模塊組成：直流穩(wěn)壓電源，紅外發(fā)射電路。系統(tǒng)框圖如圖所示。4、紅外發(fā)射電路的設(shè)計1 、主要芯片 單片機介紹同一般微處理器的 89S52 的控制器也由指令寄存器 IR 。指令譯碼器 ID 。定時及控制邏輯電路和程序計數(shù)器 PC 等組成。程序計數(shù)器 PC 是一個 16 為的計數(shù)器（注： PC 不屬于特殊功能寄存器 SFR 的范疇）。他總是存放著下一個要取得指令的 16 位存儲單元地址。也就是說， CPU 總是把 PC 的內(nèi)容作為地址，從內(nèi)存中取出指令碼或含在指令中的操作數(shù)。因此，每當取完一個字節(jié)后， PC的內(nèi)容自動加 1 ，為取下一個字節(jié)作好準備。只有在執(zhí)行轉(zhuǎn)移子程序調(diào)用指令和中斷響應(yīng)是例外，那時 PC 的內(nèi)容不加 1 ，而是指令或中斷響應(yīng)過程自動給 PC 置入新的地址。單片機上電或復(fù) PC 自動清 0 ，即裝入地址 0000H ，這就保證了單片機上電或復(fù)位后，程序從 0000H 地址開始執(zhí) 行。指令寄存器 1R 保存當前正在執(zhí)行的一條指令。執(zhí)行一條指令，先要把他從程序存儲器取到指令存儲器中。指令內(nèi)容含操作碼和地址碼，操作碼送往指令譯碼器ID，并形成相應(yīng)指令的微操作信號。地址碼送往操作數(shù)地址形成實際的操作數(shù)地址。定時與操作是微處理器的核心部件，他的任務(wù)是控制取指令 執(zhí)行指令 存取操作數(shù)或運算結(jié)果等操作，向其他部件發(fā)出各種微操作控制信號，協(xié)調(diào)各部件的工作。 80C51單片機內(nèi)設(shè)有振蕩電路，只需外接石英晶體和頻率微調(diào)電容就可產(chǎn)生內(nèi)部時鐘信號。2 AT89S52的引腳VCC : 電源GND: 接地P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能：P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。P3 口還用于實現(xiàn) AT89S52 的一些特殊功能，這些特殊功能定義如下：口線 特殊功能P3.0 RXD ( 串行口輸入端 )P3.1 TXD ( 串行口輸出端 )P3.2 /INT0 ( 外部中斷 0)P3.3 /INT1 ( 外部中斷 1)P3.4 T0 ( 定時器 0 外部輸入 )P3.5 T1 ( 定時器 1 外部輸入 )P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)4 2 系統(tǒng)的功能實現(xiàn)方法4 2 1 搖控碼的編碼格式采用脈寬調(diào)制的串行碼，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的組合二進制的“1”。4 2 2 遙控碼的發(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(shè)定遙控碼的脈沖個數(shù)，再調(diào)制成 40kHz 方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。 P3.5 端口的輸出調(diào)制波如圖 2 2 所示。圖2-2單一按鍵波形圖2-2連續(xù)按鍵波形4 3 紅外發(fā)射電路圖遙控發(fā)射通過鍵盤，每按下一個鍵，即產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號調(diào)制在 40KH z 的載波上，激勵紅外光二極管產(chǎn)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， P3.5 口作為發(fā)射部分，然后用三極管的放大驅(qū)動紅外發(fā)射。電路如下圖所示。4 4 軟件設(shè)計發(fā)射編碼的軟件設(shè)計首先，初始化定時器，定時頻率為40KHz的時間段。當按下某一按鍵時，送數(shù)據(jù) 1 ，就開始工作。同時定時器溢出，也就是定時器記滿了，執(zhí)行定時器中斷，中斷程序如下：INTT1 ： CPL P3.5 ； 40KHZ 紅外線遙控信號產(chǎn)生RETI ; 中斷返回由此就產(chǎn)生了 40KHZ 的載波信號。程序流程圖如圖 4 3 所示：5 調(diào)試結(jié)果及其分析本電路總共設(shè)計了 8 個輸入按鍵，7，8 為特殊按鍵。當輸入一個按鍵 5 時，通過紅外發(fā)射和接收電路，對應(yīng)的繼電器 5 的設(shè)備工作即 5號發(fā)光二極管發(fā)光，而數(shù)碼管顯示工作的設(shè)備的個數(shù)，就顯示 1 。當再次按下按鍵 5 時， 5號發(fā)光二極管滅，數(shù)碼管顯示 0 。當同時按下兩個鍵 3 和 4 時， 3 號和 4 號二極管亮，數(shù)碼管顯示 2 。當按下按鍵 7 時，所有設(shè)備都不工作，數(shù)碼管顯示 0 ，發(fā)光二極管都不發(fā)光。當按下按鍵 8 時，所有設(shè)備都工作，數(shù)碼管顯示 6 ，發(fā)光二極管都發(fā)光。本設(shè)計在調(diào)試過程中也遇到很多問題。(1) 電路要求遙控控制距離為 4 6m ，在利用 38KHz 的接收頭時，雖然能接收到信號，但是接收的距離很有限。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，換用 40KHz 的接收頭時基本滿足了設(shè)計需求。(2) 由于將 3ms 的接收脈沖放在 1ms 的后面，編碼解調(diào)出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致接受端無信號輸 出。解決方法是將 3ms 的接收脈沖放在前面就可以接收到信號。 單片機進行數(shù)碼幀的接收處理， 3 ms 的脈沖檢驗，當?shù)谝晃坏碗娖酱a的脈寬小于 2 ms時就會錯誤處理。在初始化過程中，將 P1 口全置 0 ，但是繼電器仍工作，通過反復(fù)調(diào)試，將初始化的 P1口全置 1 ，通過反向使得輸出全為 0 ，從而滿足上電復(fù)位，繼電器掉電，滿足初始化要求 。6、結(jié)論由于目前的遙控裝置大多對某一設(shè)備進行單獨控制，而在本設(shè)計中的紅外遙控電路設(shè)計了多個控制按鍵，可以對不同的設(shè)備，也可以對同一設(shè)備的多個功能進行不同的控制?；痉霞夹g(shù)要求。但是本電路也有不完 , 它只能單通道實現(xiàn)對多個設(shè)備的控制 , 即它不能同時控制兩個或者兩個以上的設(shè)備。在設(shè)計過程中，通過大量的查閱資料，認真研究材料，對單片機有了更為深刻的理解，在設(shè)計軟件時，須仔細的分析硬件電路，畫出程序流程圖，培養(yǎng)了我的耐性和刻苦鉆研的精神。第二章 紅外接受部分1、引言隨著遠程教育系統(tǒng)的不斷發(fā)展和日趨完善，利用多媒體作為教學手段在各級各類學校都得到了廣泛應(yīng)用。 但經(jīng)常會遇到同時使用多種設(shè)備，如： DVD 、 VCD 、錄像機、電視機等，由于各種設(shè)備都自帶遙控器，而且不同的設(shè)備所遵循的紅外傳輸規(guī)約也不盡相同， 操縱這些設(shè)備得用多種控器，給使用者帶來了諸多不便?；趩纹瑱C的控制指令來對多種設(shè)備進行遠程控制， 從而方便快捷的實現(xiàn)遠程控制。遠程遙控技術(shù)又稱為遙控技術(shù)，是指實現(xiàn)對被控目標的遙遠控制，在工業(yè)控制、航空航天、家電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實現(xiàn)等顯著優(yōu)點，被諸多電子設(shè)備廣泛采用，并越來越多的應(yīng)用到計算機系統(tǒng)中。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 0.01um0.38 um 的光波為紫外光 ( 線 ) ，波長為 0.76um1000um 的光波，為紅外光 ( 線 ) 。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(nèi)，二者的光譜正好重合，可獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。2、設(shè)計要求及指標紅外遙控是目前使用較多的一種遙控手段。紅外遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點。在家庭生活中，錄音機、音響設(shè)備、空調(diào)、彩電都用了紅外遙控系統(tǒng)。設(shè)計要求利用紅外傳輸控制指令及智能控制系統(tǒng) ，借助微處理器強大靈活的控制功能發(fā)出脈沖編碼 ，組成一個遙控系統(tǒng)。 本設(shè)計的主要技術(shù)指標如下：1. 遙控范圍： 4 6 米2. 顯示可控制的通道3. 接收靈敏可靠，抗干擾能力強4. 控制用電器電流最高為 2 A3、紅外遙控系統(tǒng)的設(shè)計紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，系統(tǒng)采用編 / 解碼專用集成電路和單片機芯片來進行控制操作。設(shè)計的電路由如下的幾個基本模塊組成：紅外發(fā)射電路，紅外接收電路及控制部分。1. 系統(tǒng)框圖如圖 3 1 所示。2. XTAL2 接外部晶體的另一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，此引腳應(yīng)懸浮不連接。 3. 輸入 / 輸出引腳 P0.0 P0.7 、 P10. P 1 .7 、 P2.0 P2.7 和 P3.0 P3.7 。 P0 端口（ P0.0 P0.7 ） P0 是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口。作為輸出口用時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 輸入，對端口寫 1 時，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，它是分時多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位） / 數(shù)據(jù)總線， 在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。 P 1 端口（ P 1 .0 P 1 .7 ） P 1 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 P 1 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。對端口寫 1 時，通過內(nèi)部的上拉 電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 P2 端口 （ P2.0 P2.7 ） P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。對端口寫 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位， P2 作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，這時可用作輸入口。P2作為輸入口時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 ( 如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令 )時， P2 送出高 8 位地址。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器 ( 如執(zhí)行 MOVX R i , A 指令 )時，P2口引腳上的內(nèi)容，在整個訪問期間不會改變。 P3 端口（ P3.0 P3.7 ） P3 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動 ( 吸收或輸出電流方式 )4 個 TTL 輸入。對端輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻， 那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在 AT89S52 中， P3 端口還用于一些專門功能，這些兼用功能如下：(1) P3.0 RXD （串行輸入口）(2) P3.1 TXD （串行輸出口）(3) P3.2 /INT0 （外部中斷 0 ）(4) P3.3 /INT1 （外部中斷 1 ）(5) P3.4 T0 （記時器 0 外部輸入）(6) P3.5 T1 （記時器 1 外部輸入）(7) P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）(8) P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）(9) P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號4. 振蕩器特性：XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英震蕩和陶瓷震蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。 由于輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 5. 芯片擦除：整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合， ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “ 1 ” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。主控制器采用ATMEL公司的8位單片機AT89S52。AT89S52是一個低功耗，高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(In-system programmable) 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS -51指令系統(tǒng)。圖3-9：主控制器電路原理圖4、系統(tǒng)的功能實現(xiàn)方法1、 搖控碼的編碼格式采用脈寬調(diào)制的串行碼，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的組合二進制的“1” ，其波形如圖4所示。 圖4 遙控碼的“1”和“0”紅外遙控發(fā)射芯片采用 PPM 編碼方式,當發(fā)射器按鍵按下后 , 將周期性地發(fā)出同一種32位二進制碼，周期約為108ms 的編碼脈沖。遙控編碼脈沖由前導(dǎo)碼、16 位地址碼（8 位地址碼、 8 位地址碼的反碼）和16 位操作碼（8 位操作碼、 8 位操作碼的反碼）組成。通過對用戶碼的檢驗，每個遙控器只能控制一個設(shè)備動作，這樣可以有效地防止多個設(shè)備之間的干擾。編碼后面還要有編碼的反碼，用來檢驗編碼接收的正確性，防止誤操作，增強系統(tǒng)的可靠性。前導(dǎo)碼是一個遙控碼的起始部分，由一個 9ms 的高電平 ( 起始碼 ) 和一個 4. 5ms 的低電平 ( 結(jié)果碼 ) 組成，作為接受數(shù)據(jù)的準備脈沖。 圖5 發(fā)送一組完整的編碼脈沖上述“0”和“1”組成的32位二進制碼經(jīng)38khz的載頻進行二次調(diào)制以提高發(fā)射頻率，然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。2、 遙控碼的發(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(shè)定遙控碼的脈沖個數(shù)，再調(diào)制成 40kHz 方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。 P3.5 端口的輸出調(diào)制波如圖 4 1 所示。3、 數(shù)碼幀的接收處理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?qū)崟r接收 數(shù)據(jù)幀。在數(shù)據(jù)幀接收時，將對第一位碼的碼寬進行驗證。若第一位低電平碼的 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(jié)束接收，然后根據(jù)累加器 A 中的脈沖個數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)輸出口操作。圖4 2 就是紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。5、紅外接受電路圖在接收過程中，脈沖通過光學濾波器和紅外二極管轉(zhuǎn)換為40KHZ的電信號，此信號經(jīng)過放大，檢波，整形，解調(diào)，送到解碼與接口電路。如圖 5 1 所示 。通常，紅外遙控器將遙控信號(二進制脈沖碼) 調(diào)制在40KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號發(fā)射出去。 將上述的遙控編碼脈沖對頻率為 40 KHz( 周期為26.3ms) 的載波信號進行脈幅調(diào)制 (PAM ) ，再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。6、軟件設(shè)計：1、單片機上電復(fù)位后，首先對其內(nèi)部定時器初始化，用定時器及軟件計數(shù)的方法，當有信號輸入時，單片機產(chǎn)生中斷，并在P3 . 1口進行計脈沖個數(shù)，測量 P3.1 高、低電平的寬度。P3.1 引腳平時為高電平，當接收到紅外遙控信號時，由于一體化紅外接收頭的反向作用，INT0 引腳下跳至低電平 , 計算脈沖個數(shù)后通過 7447 譯碼電路，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)值。下面是第一個 3 ms 脈沖的解碼程序。2、LED 顯示主要是顯示所發(fā)射的所發(fā)送的信號的個數(shù)，它就實現(xiàn)以下的作用。當按下某一按鍵比方說 2 鍵，LED會顯示01 ，如果再按下2 鍵，LED 就顯示 00 。如果同時按下2個鍵，那么 LED 就顯示 02 。下面介紹 LED 的主要性能。LED 顯示器由 7 個發(fā)光二極管組成，又叫 7 段 LED 顯示器，顯示器中還有一個圓點型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點。通過7個發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：1. 共陽極接法把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成共陽極。使用時供陽極接+5V 。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入高電平的則不點亮。 2. 共陰極接法把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成共陰極。使用時供陽極接+5V 。這樣陽極端輸高低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入低電平的則不點亮。在設(shè)計的電路中，采用了共陽極接法。7、調(diào)試結(jié)果及分析：本電路總共設(shè)計了12個輸入按鍵，其中11，12 為特殊按鍵，其他鍵均為數(shù)字鍵。當輸入一個按鍵 1 時，通過紅外發(fā)射和接收電路，對應(yīng)的繼電器 1 的設(shè)備工作即 1 號發(fā)光二極管發(fā)光 ，而數(shù)碼管顯示工作的設(shè)備的個數(shù)，就顯示1 。當再次按下按鍵 1 時，1號發(fā)光二極管滅，數(shù)碼管顯示 0 。以此類推210號數(shù)字鍵功能同上。當按下按鍵 11 時，所有設(shè)備都不工作，數(shù)碼管顯示 0 ，發(fā)光二極管都不發(fā)光。當按下按鍵 12 時，所有設(shè)備都工作，數(shù)碼管顯示 6 ，發(fā)光二極管都發(fā)光。本設(shè)計在調(diào)試過程中也遇到很多問題。1. 電路要求遙控控制距離為4 6m ，在利用 38KHz 的接收頭時，雖然能接收到信號，但是接收的距離很有限。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，換用 40KHz 的接收頭時基本滿足了設(shè)計需求。在初始化過程中，將 P1 口全置 0 ，但是繼電器仍工作，通過反復(fù)調(diào)試，將初始化的 P1口全置 1 ，通過反向使得輸出全為 0 ，從而滿足上電復(fù)位，繼電器掉電，滿足初始化要求 。在初始化過程中，將 P1 口全置 0 ，但是繼電器仍工作，通過反復(fù)調(diào)試，將初始化的 P1口全置 1 ，通過反向使得輸出全為 0 ，從而滿足上電復(fù)位，繼電器掉電，滿足初始化要求 。8、結(jié)論：由于目前的遙控裝置大多對某一設(shè)備進行單獨控制，而在本設(shè)計中的紅外遙控電路設(shè)計了多個控制按鍵，可以對不同的設(shè)備，也可以對同一設(shè)備的多個功能進行不同的控制?；痉霞夹g(shù)要求。但是本電路也有不完 , 它只能單通道實現(xiàn)對多個設(shè)備的控制 , 即它不能同時控制兩個或者兩個以上的設(shè)備。在設(shè)計過程中，通過大量的查閱資料，認真研究材料，對單片機有了更為深刻的理解，在設(shè)計軟件時，須仔細的分析硬件電路，畫出程序流程圖，培養(yǎng)了我的耐性和刻苦鉆研的精神。參考文獻1 全國大學生電子設(shè)計競賽組委會.第五屆全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編，第 1版，北京理工大學出版社， 2005 年， P10-17.2 康華光，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分，第 4 版，高等教育出版社， 1999 年，第四 版，P 82 - 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