單片機紅外遙控七彩蝴蝶

1、單片機遙控七彩蝴蝶 吉林工程技術(shù)師范學院 曲雪 吉 林 大 學吉林工程技術(shù)師范學院畢業(yè)設(shè)計(論文)曲雪2012 年 6 月單片機遙控七彩蝴蝶SCM Remote Colorful Butterfly 專 業(yè)：電氣工程及其自動化姓 名：曲雪班 級：電自0841學 號：10號指導教師:劉君義 職 稱：教授 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

2、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AT89C2051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AbstractWith the development of our society and the gradual improvement of

3、 science and technology, various kinds of help remote control systems have begun 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 c

4、ertain 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

5、 design has used AT89C2051 microprocessor as core, interactively 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 infrar

6、ed 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 u

7、se and reference valueKeywords: Microprocessor, Infrared remote control，Interrupt，Timing，Counting，frequency目錄第1章 課題設(shè)計目的及意義1第2章 紅外技術(shù)概述32.1紅外概述32.1.1選擇紅外遙控的原因32.2紅外遙控系統(tǒng)簡介42.2.1紅外遙控的現(xiàn)狀42.2.2紅外的簡單發(fā)射接收原理5第3章 系統(tǒng)設(shè)計方案論證63.1設(shè)計目的與原理63.1.1單片機紅外遙控發(fā)射器設(shè)計原理63.1.2單片機紅外遙控接收器設(shè)計原理63.2紅外編碼方案73.3鍵盤設(shè)計方案7第4章 硬件電路設(shè)計94.1 AT

8、89C2051單片機的介紹94.1.1簡介94.1.2引腳介紹94.1.3主要功能特性94.2定時器/計數(shù)器104.2.1主要特性104.2.2定時/計數(shù)器0和1的控制和狀態(tài)寄存器104.2.3 T0和T1的4種工作方式134.3獨立式按鍵結(jié)構(gòu)134.4低功耗控制電路144.4.1低功耗的實現(xiàn)方法144.4.2 掉電保護和低功耗的設(shè)計144.5 電源電路設(shè)計174.5.1 穩(wěn)壓電路174.5.2 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計184.6 CPU時鐘電路184.7 復(fù)位電路194.7.1復(fù)位狀態(tài)194.7.2 復(fù)位電路194.8 紅外發(fā)射電路的設(shè)計204.8.1二進制編碼204.8.2二進制信號解調(diào)214.

9、8.3二進制的解調(diào)214.8.4二進制信號的解碼214.9 紅外接收電路的設(shè)計214.10完整的系統(tǒng)電路設(shè)計圖21第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計235.1遙控發(fā)射器程序設(shè)計235.1.1程序總體結(jié)構(gòu)235.1.2 偽指令和初235.1.3鍵盤掃描程序265.1.4 中斷服務(wù)程序275.2 遙控接收器程序設(shè)計285.2.1 程序總體結(jié)構(gòu)285.2.2 初始化程序305.2.3 計數(shù)值比較程序315.2.4 定時器1中斷服務(wù)程序31第6章 系統(tǒng)調(diào)試336.1按鍵抖動問題336.2調(diào)試346.2.1調(diào)試前不加電源的檢查346.2.2靜態(tài)檢測與調(diào)試34附錄135參考文獻44致謝45第1章 課題設(shè)計目的及意義隨著

10、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(chǎn)的發(fā)明家Robert Adler五十年代發(fā)明。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(shù)，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(shù)的開發(fā)和迅速發(fā)展，很多電器都應(yīng)用了紅外遙控，而彩燈也不例外。從單純的面板上

11、通過按鈕控制，到短距離(10M以內(nèi))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(shù)的成熟，也使得遙控彩燈變得設(shè)計簡單，價格低廉。無論采用何種方式，準確無誤地傳輸信號，最終達到滿意的控制效果是非常重要的。最初的無線遙控裝置采用的是電磁波傳輸信號，由于電磁波容易產(chǎn)生干擾，也易受干擾，因此逐漸采用超聲波和紅外線媒介來傳輸信號。與紅外線相比，超聲傳感器頻帶窄，所能攜帶的信息量少，易受干擾而引起誤動作。較為理想的是光控方式，并且成為當今時代的主流。由于紅外線在頻譜上位于可見光之外，所以抗干擾性強，具有光波的直線傳播特性，不易產(chǎn)生相互間的干擾，是很好的信息傳輸媒體。信息可以直接對紅外光進

12、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，取到信息。從信息的可靠的傳輸來說，后一種方法更好，這就是目前大多數(shù)紅外遙控器所采用的方法。紅外遙控技術(shù)在這十年來得到了迅猛發(fā)展，在家電和其他電子領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。隨著生活水平的提高，人們對產(chǎn)品的追求是使用更方便、更智能化，紅外遙控技術(shù)正是一個重要的發(fā)展方向。市場前景紅外遙控是目前家用電器中用得較多的遙控方式、在數(shù)字投影機、DVD、VCD、錄像機、電視機、車載影音導航系統(tǒng)等被廣泛的應(yīng)用。由于紅外遙控不影響周邊環(huán)境、不干擾其他電器設(shè)備，其無法穿透墻壁，不同的房間的家用電器可使用通用的遙控

13、器而不會產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)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。近年來隨著生活水平的提高，人們更加注重生活質(zhì)量，更樂意去享受方便快捷的生活方式，而紅外遙控器恰恰具有使用方便、操作簡單、價格低廉等特點，可以給人們的生活帶來了極大方便而受到廣大人們的歡迎。因為有著廣泛的應(yīng)用，因此其發(fā)展前景可觀。第2章 紅外技術(shù)概述2.1紅外概述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的光波為可見光，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色。光波為0.01um

14、0.38um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、中紅外、遠紅外、極紅外4類。紅外是頻率低于紅色光的不可見光，它的無線光譜的整個頻率中占有很小一個頻率段，波長為0.75100微秒之間，其中0.753微秒之間的紅外光稱為近紅外，330微秒之間的紅外光稱為中紅外，30100微秒之間的稱為遠紅外。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。紅外光就其性質(zhì)而言很簡單，與普通光線的頻率特性沒有很大的區(qū)別。由于任何有熱量的物體均有能量產(chǎn)生，所以紅外的利用非常廣泛，而且不可取代，能否檢測紅外、能測到多少紅外或者紅外檢測

15、的技術(shù)是否可以應(yīng)用于任何自然的或想象的場合是紅外應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵。用近紅外作為遙控光源，是因為目前紅外發(fā)射器件與紅外接收器件的發(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，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。當今紅外技術(shù)的一個重要分支是紅外通信技術(shù)的應(yīng)用，這個應(yīng)用的發(fā)展非常迅速，尤其是紅外通信應(yīng)用于計算機設(shè)備中，近幾年的發(fā)展已經(jīng)表現(xiàn)出其非常成熟的特性。2.1.1選擇紅外遙控的原因無線遙控方式可分為無線電波式、聲控式、超聲波式和紅外線式。由于無線電容易對其它電視機和無線電通訊設(shè)備造成干擾，而且，系統(tǒng)本身的抗干擾性能也很差，誤動作多，所以未能

16、大量使用。超聲波式頻帶較窄，易受噪聲干擾，系統(tǒng)抗干擾能力差以及聲控式識別正確率低，難度大而未能大量采用。紅外遙控方式是以紅外線作為載體來傳送控制信息的，同時隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機的出現(xiàn)，催生了數(shù)字編碼方式的紅外遙控系統(tǒng)的快速發(fā)展。另外，紅外遙控具有很多的優(yōu)點，例如紅外線發(fā)射裝置采用紅外發(fā)光二極管，遙控發(fā)射器易于小型化且價格低廉；采用數(shù)字信號編碼和二次調(diào)制方式，不僅可以實現(xiàn)多路信息的控制，增加遙控功能，提高信號傳輸?shù)目垢蓴_性，減少誤動作，而且功率消耗低；紅外線不會向室外泄露，不會產(chǎn)生信號串擾；反應(yīng)速度快、傳輸效率高、工作穩(wěn)定可靠等。所以現(xiàn)在很多無線遙控方式都采用紅外遙控方式。2.2紅外遙控系

17、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。遙控器用來產(chǎn)生遙控編碼脈沖，驅(qū)動紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號，遙控器的接收端完成對遙控信號的放大、檢波、整形、解調(diào)出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是一組串行二進制碼，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(nèi)部CPU完成對遙控指令解碼，并執(zhí)行相應(yīng)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(guān)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(shè)計、控制程序的設(shè)計。2.2.1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(shè)備。價格低廉，編

18、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(shù)難度，目前不僅在家電領(lǐng)域，在玩具、安防等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)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(shè)備、遙控微處理機等組成。因此，遙控系統(tǒng)涉及單片機的數(shù)字系統(tǒng)。目前國內(nèi)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(chǎn)品質(zhì)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)送端用單片機將待發(fā)送的二進制信號編碼調(diào)制為一系列的脈

19、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(jīng)單片機解碼并控制相關(guān)對象。圖2-1遙控器原理2.2.2紅外的簡單發(fā)射接收原理在發(fā)射端，輸入信號經(jīng)放大后送入紅外發(fā)射管發(fā)射，在接收端，收到紅外信號后，由放大器放大處理后還原成信號，這就是紅外的簡單發(fā)射接收原理。第3章 系統(tǒng)設(shè)計方案論證3.1設(shè)計目的與原理目前市場上一般采用的遙控編碼及解碼集成電路。此方案具有制作簡單、容易等特點，但由于功能鍵數(shù)及功能受到特定的限制，只適合用某一專用電器產(chǎn)品的應(yīng)用,應(yīng)用范圍受到限制。而

20、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)可隨意設(shè)定等優(yōu)點。本單片機遙控應(yīng)用系統(tǒng)采用紅外線發(fā)射頻率的不同，來識別不同的遙控功能。當我們按下某一個按鍵的時候，由單片機識別出該按鍵后，由CPU向接有紅外發(fā)射管的端口發(fā)射一定頻率的脈沖，該脈沖與38KHz左右的載波脈沖進行調(diào)制，然后將已調(diào)制的脈沖進行緩沖放大，激勵紅外發(fā)光二極管將電能轉(zhuǎn)化為光能，使得紅外發(fā)光二極管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當接收控制系統(tǒng)接收到該紅外光后，由單片機內(nèi)定時/計數(shù)器得到該紅外光的頻率，然后將該頻率送往CPU，由CPU對該信號進行反編碼，識別出控制信號，從而對控制電路實施控制功能。完成整個遙控功能。3.1.1

21、單片機紅外遙控發(fā)射器設(shè)計原理單片機紅外遙控發(fā)射器主要有單片機、獨立式鍵盤、低功耗空閑方式控制電路、紅外發(fā)光二極管發(fā)射電路以及單片機的一些電源、復(fù)位、振蕩電路組成。單片機不工作時一直處于低功耗狀態(tài)，采用了空閑節(jié)電工作方式。當遙控器的某一按鍵被按下以后，外部中斷1產(chǎn)生中斷，喚醒單片機進入工作狀態(tài)，查詢鍵盤按下的是哪一個按鍵，當確認按鍵后，控制軟件啟動定時器T0、T1，T1作為發(fā)射時間控制器，T0作為紅外線發(fā)射頻率控制器，T0定時溢出時中斷程序使紅外發(fā)光二極管接口電平反轉(zhuǎn)一次，寫入定時器的初值不同，在輸出端口就得到不同的發(fā)射頻率。T1定時溢出時中斷程序關(guān)閉，關(guān)閉T0定時器，停止紅外線發(fā)射。3.1.2

22、單片機紅外遙控接收器設(shè)計原理單片機紅外遙控接收器主要有單片機、紅外遙控接收電路、控制電路以及單片機的一些外圍電路組成。利用單片機中的T0作為紅外脈沖計數(shù)器，T1作為計數(shù)時間控制器。當電路中紅外接收管接收到第一個紅外脈沖時，外部中斷1被觸發(fā)，啟動計數(shù)器T0和定時器T1。定時溢出，中斷程序關(guān)閉計數(shù)器T0，讀入計數(shù)值并進行判斷，確定操作對象（遙控按鍵）對其進行反轉(zhuǎn)操作，控制電路對所控制的負載進行開或關(guān)。還可對接收電路實行上鎖功能，對控制電路上鎖后，遙控器不能對控制電路實施遙控功能。3.2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(diào)制的串行碼。這種遙控編碼具有以下特征： 以脈

23、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(guān)的波形圖如圖3-1所示：圖3-1串行碼編碼方案二：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，第一位碼的寬為3ms，其余為1ms，遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔大于10ms，如圖3-2所示：本設(shè)計采用方案二，碼分制的編碼編程簡單，在按鍵較少的情況下優(yōu)勢明顯。3.3鍵盤設(shè)計方案 單片機系統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。1.編碼鍵盤本身除了按鍵之外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。只要按

24、下編碼鍵盤的某一個鍵，它就能產(chǎn)生這個鍵的代碼，并稱為鍵碼，與此同時還產(chǎn)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(fù)雜的程序。其缺點是使用的硬件較復(fù)雜。2.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(yīng)的程序與之配合，才能產(chǎn)生相應(yīng)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(chǎn)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

25、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)榈碗娖剑幢话聪碌逆I對應(yīng)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。電器0的遙控輸出碼電器1的遙控輸出碼圖3-2碼分制編碼波形圖第4章 硬件電路設(shè)計4.1 AT89C2051單片機的介紹4.1.1簡介AT89C2051是一個低電壓，高性能CMOS、8位單片機。片內(nèi)含有2KB可反復(fù)擦寫的只讀存儲器（EPROM）和128B的隨機存取存儲器（RAM），器件采用ATMEL的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處

26、理器和Flash存儲器，功能強大。AT89C2051只有20個雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是完整的8位雙向I/O口，兩個外中斷，2個16位可編程定時/計數(shù)器，兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器此外，AT89C2051的時鐘頻率可為零，即具備可用軟件設(shè)置睡眠、省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入工作狀態(tài)，省電模式中，片內(nèi)RAM將被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件系統(tǒng)復(fù)位方可繼續(xù)工作。4.1.2引腳介紹1.VCC：接+5V電源正端；2.GND：接+5V電源地端；3.P1.0P1.7：完整的雙向串行通信接口，P1.0與

27、P1.1還有第二種功能； 4.P3.0P3.7：除P3.6外，雙向I/O口，除P3.7外，均有第二功能，第二功能與MCS-51系列單片機基本相同；5.XTAL1：震蕩器反向放大器內(nèi)部工作時鐘輸入端；6.XTAL2：震蕩器反向放大器的輸出端；7.RST：復(fù)位引腳，震蕩器工作時，該引腳上兩個機器周期的高電平復(fù)位。4.1.3主要功能特性1.兼容MCS51指令系統(tǒng)；2.15個雙向I/O口；3.兩個16位可編成定時/計數(shù)器；4.時鐘頻率024MHz；5.兩個外部中斷源；6.可直接驅(qū)動LED；7.低功耗睡眠功能；8.可編程URRL通道；9.2KB可反復(fù)擦寫Flash ROM；10.6個中斷源；11.2.7

28、6.0V寬工作電壓范圍；12.1288位內(nèi)部RAM；13.兩個串行中斷；14.兩級加密位；15.內(nèi)置一個模擬比較放大器；16.軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。4.2定時器/計數(shù)器4.2.1主要特性1.AT89C2051單片機有兩個可編程的定時器/計數(shù)器定時器/計數(shù)器0與定時器/計數(shù)器1，可有程序選擇作為定時器用或作為計數(shù)器用，定時或記數(shù)值也可由程序設(shè)定。2.每一個定時器/計數(shù)器具有4種工作方式，可用程序選擇。3.任何一個定時器/計數(shù)器在定時時間到或記數(shù)值到時，可有程序安排產(chǎn)生中斷請求信號或不產(chǎn)生中斷請求信號。4.2.2定時/計數(shù)器0和1的控制和狀態(tài)寄存器特殊功能寄存器TMOD和TCON分別是定時/計數(shù)

29、器0和1的控制和狀態(tài)寄存器，用于控制和確定各定時/計數(shù)器的功能和工作模式。1.模式控制寄存器TMODTMOD用于控制T0和T1的工作方式和4種工作模式。其中低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。其格式如下：GATE C/T非 M1 M0GATEC/T非M1 M0(1)GATE位：門控位。當GATE=1時，只有INTO非或INT1非引腳為高電平且TR0或TR1置1時，相應(yīng)的定時/計數(shù)器才被選通工作；當GATE=0，則只要TR0和TR1置1，定時/計數(shù)器就被選通，而不管INT0非或INT1非的電平是高還是低。(2)C/T非位：計數(shù)/定時功能選擇位。C/T非=0，設(shè)置為定時器方式，計數(shù)器的輸入是內(nèi)

30、部時鐘脈沖，其周期等于機器周期。C/T非=1，設(shè)置為計數(shù)器方式，計數(shù)器的輸入來自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脈沖。M1、M0位：工作模式選擇位。2位可形成4中編碼，對應(yīng)4種工作模式：表4-1工作方式選擇M1 M0功能描述00 方式0：13位定時器/計數(shù)器 01方式1：16位定時器/計數(shù)器 10方式2：具有自動重裝初值的8位定時器/計數(shù)器 11方式3：定時/計數(shù)器0分為兩個8位定時/計數(shù)器，定時/計數(shù)器1在此方式無實用意義2.控制寄存器TCONTCON用來控制T0和T1的啟、停，并給出相應(yīng)的控制狀態(tài)，高4位用于控制定時器0、1的運行；低4位用于控制外部中斷。格式如下：TF1 TR1

31、 TF0 TR0 IE1IT1IE0 IT0(1)TF1：定時器1溢出標志。當定時器1溢出時，由硬件置1。使用查詢方式時，此位為狀態(tài)位供查詢，查詢有效后需由軟件清零；使用中斷方式時，此位做中斷申請標志，進入中斷服務(wù)后被硬件自動清零。(2)TR1位：定時器1運行控制位。該位靠軟件置位或清零，置位時，定時/計數(shù)器接通工作，清零時，停止工作。(3)TF0位：定時器溢出標志位，其功能和操作情況類同于TF1。(4)TR0位：定時器0運行控制位，其功能和操作類同于TR1。(5)IE位：外部中斷請求標志位。當CPU采樣到INT0非（或INT1非）端出現(xiàn)有效中斷請求時，IE0（或IE1）由硬件置1，中斷響應(yīng)完

32、成后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時，再由硬件自動清零。(6)IT位：外部中斷請求出發(fā)方式位。IT0（IT1）=1為脈沖觸發(fā)方式，后負跳有效。IT0（IT1）=0為電平觸發(fā)方式，低電平有效。3.定時/計數(shù)器的初始化AT89C2051單片機的定時/計數(shù)器是可編程的，因此，在進行定時或計數(shù)之前也要用程序進行初始化。初始化一般應(yīng)包括以下幾個步驟：(1)對TMOD寄存器賦值，以確定定時器的工作模式；(2)置定時/計數(shù)器初值，直接將初值寫入寄存器的TH0，TL0或TH1，TL1；(3)根據(jù)需要，對寄存器IE置初值，開放定時器中斷；(4)對TCON寄存器中的TR0或TR1置位，啟動定時/計數(shù)器，置位以后，計數(shù)器即按規(guī)定的工

33、作模式和初值進行計數(shù)或開始定時。 在初始化過程中，要置入定時/計數(shù)器的初值，這時要做一些計算。由于計數(shù)器是加法計數(shù)，并在溢出時申請中斷，因此不能直接輸入所需的計數(shù)值，而是要從計數(shù)最大值倒退回去一個計數(shù)值才是應(yīng)置入的初值。設(shè)計數(shù)器的最大值為M（在不同的工作模式中，M可以為8192，65536，256），則置入的初值可以這樣來計算。計數(shù)方式時 X=M記數(shù)值 （4-1）定時方式時 （MX）T=定時值 （4-2）所以 X=M定時值/T （4-3）式中，T為計數(shù)周期，是單片機的機器周。4.2.3 T0和T1的4種工作方式1.方式0：13位定時/計數(shù)器，TL1（或TL0）的低5位和TH1（或TH0）的8位

34、構(gòu)成，TL中的高3位棄之未用。當TL的低5位記數(shù)溢出時，向TH進位，而全部13位計數(shù)器溢出時使計數(shù)器回零，并使溢出標志TF置1，向CPU發(fā)出中斷請求。2.方式1：16位定時/計數(shù)器，其邏輯電路和工作情況與方式0幾乎完全相同，唯一的差別就是方式1中TL的高3位也參與了計數(shù)。3.方式2：把TL配置成一個可以自動重裝載的8位定時/計數(shù)器。4.方式3：僅對T0有意義，將16位定時/計數(shù)器分成兩個互相獨立的8位定時/計數(shù)器TL和TH。4.3獨立式按鍵結(jié)構(gòu)獨立式按鍵是指直接用I/O線構(gòu)成的單個按鍵電路，每個獨立式按鍵占有一根I/O口線，每根I/O口線上的按鍵的工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線的工作狀態(tài)，其結(jié)

35、構(gòu)簡單，但I/O口線浪費較大。獨立式按鍵配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O口線有確定的高電平，其電路原理圖如下：圖4-1獨立式按鍵電路4.4低功耗控制電路4.4.1低功耗的實現(xiàn)方法 AT89C2051單片機的CPU有兩種節(jié)電工作方式即空閑方式和掉電方式，遙控器采用了空閑節(jié)電方式。當CPU執(zhí)行完IDL=1（PCON.0=1）指令后,系統(tǒng)進入空閑工作方式 ，這時內(nèi)部時鐘不向CPU提供，而只供給中斷、串行口、定時器部分。遙控器退出低功耗空閑方式電路由與門來實現(xiàn)。當有鍵按下時，由與門觸發(fā)外部中斷1發(fā)生中斷，單片機退出空閑工作方式，進入鍵盤和紅外發(fā)射程序，結(jié)束后又進入低功耗空閑方式

36、待機。使用過程中單片機基本上都處于空閑工作方式，功耗相當?shù)?，從而為使用電池電源提供保障?.4.2 掉電保護和低功耗的設(shè)計1.掉電保護在單片機工作時，供電電源如果發(fā)生停電或瞬間停電，將會使單片機停止工作。待電源恢復(fù)時，單片機重新進入復(fù)位狀態(tài)，停電前RAM中的數(shù)據(jù)全部丟失，這種現(xiàn)象對于一些重要的單片機應(yīng)用系統(tǒng)是不允許的。在這種情況下，需要進行掉電保護處理。掉電保護具體操作過程如下。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的電壓檢測電路檢測到電源電壓下降時，觸發(fā)外部中斷（INT0或INT1），在中斷服務(wù)子程序中將外部RAM中的有用數(shù)據(jù)送入內(nèi)部RAM保存。因單片機電源入口的濾波電容的儲能作用，可以有足夠的時間來完成中斷操作。

37、備用電源自切換電路屬于單片機內(nèi)部電路。它由兩個二極管組成，當電源電壓高于VPD引腳的備用電源電壓時，VD1導通，VD2截止，單片機由電源供電；當電源電壓降到比備用電源電壓低時，二極管VD1截止，VD2導通，單片機由備用電源供電。備用電源只為單片機內(nèi)部RAM和專用寄存器提供維持電流，這時單片機外部的全部電路因停電而停止工作，時鐘電路也停止工作，CPU因無時鐘也不工作。當電源恢復(fù)時，備用電源還會繼續(xù)供電一段時間，大約10ms，以確保外部電路達到穩(wěn)定狀態(tài)。在結(jié)束掉電保護狀態(tài)時，首要的工作是將被保護的數(shù)據(jù)從內(nèi)部RAM中恢復(fù)過來。當用戶檢測到一個掉電保護電路時，立即通過外部中斷輸入線INT0來中斷單片機

38、現(xiàn)行操作。外部中斷0服務(wù)程序?qū)⒂嘘P(guān)數(shù)據(jù)信息送入片內(nèi)RAM保存，然后向P1.0寫入0，P1.0輸出的這個低電平觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路MC755。它輸出的脈寬取決于R、C的數(shù)值及VCC是否以掉電。如果當單穩(wěn)態(tài)定時輸出后，若VCC仍然存在，這是一個假掉電報警，并從復(fù)位開始重新操作；若VCC已掉電，則斷電期間由單穩(wěn)態(tài)電路給RESET/VPD供電，維持片內(nèi)RAM處于“餓電流”供電狀態(tài)保存信息，一直維持到VCC恢復(fù)為止。80C51的掉電保護過程則不同。當電壓檢測電路檢測到電源電壓降低時，也觸發(fā)外部中斷，在中斷服務(wù)子程序中，除了要將外部RAM中的有用數(shù)據(jù)保存以外，還要將特殊功能寄存器的有用內(nèi)容保護起來，然后對電源控

39、制寄存器PCON進行設(shè)置。PCON寄存器的各位定義如下：D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SMODGF1GF0PDIDL其中，SMOD是波特率倍增位，在串行通信中使用。GF1、GF0：通用標志，由軟件置位、復(fù)位。PD：掉電方式控制位，PD=1，則進入掉電方式。IDL：待機方式控制位，IDL=1，則進入待機方式。由軟件將PD置1，就可以使單片機進入掉電保護狀態(tài)。這時，單片機的一切工作都停止，只有內(nèi)部RAM和專用寄存器的內(nèi)容被保存。掉電保護時的備用電源是通過VCC引腳接入的。當電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)要維持10ms的恢復(fù)時間后才能退出掉電保護狀態(tài)，復(fù)位操作將重新定義專用寄存器，但內(nèi)部RAM

40、的內(nèi)容不變，可將被保護的內(nèi)容恢復(fù)。圖4-2掉電保護電路2.低功耗設(shè)計在很多情況下，單片機要工作在供電困難的場合，如野外、井下和空中，對于便攜式儀器要求用電池供電，這時都希望單片機應(yīng)用系統(tǒng)能供耗運行。CMOS工藝制造的80C31/80C51/87C51型單片機提供了空閑工作方式?？臻e工作方式（通常也指待機工作方式）是指CPU在不需要執(zhí)行程序時停止工作，以取代不停的執(zhí)行空操作或原地踏步等待操作，達到減小功耗的目的?？臻e工作方式是通過設(shè)置電源控制寄存器PCON中的IDL位來實現(xiàn)的。 IDL位置1，系統(tǒng)進入空閑工作方式。這時，送往CPU的時鐘被封鎖，CPU停止工作，但中斷控制電路、定時/計數(shù)器和串行接

41、口繼續(xù)工作，CPU內(nèi)部狀態(tài)如堆棧指針SP、程序計數(shù)器PC、程序狀態(tài)寄存器PSW、累加器ACC及其他寄存器的狀態(tài)被完全保留下來。在空閑工作方式下，80C51消耗的電流由正常的24mA將為3mA。(1)單片機退出空閑狀態(tài)有如下兩種方法。第一種是中斷退出。由于空閑方式下，中斷系統(tǒng)還在工作，所以任何中斷的響應(yīng)都可以使IDL位由硬件清零，而退出空閑方式下，單片機就進入中斷服務(wù)程序。第二種是硬件復(fù)位退出。復(fù)位時，各個專用寄存器都恢復(fù)默認狀態(tài)，電源控制寄存器PCON也不例外，復(fù)位使IDL清零，退出空閑工作方式。MCS51的掉電保護也是一種節(jié)電工作方式，它和空閑工作方式一起構(gòu)成了低功耗工作方式。一旦用戶檢測到

42、掉電發(fā)生，在VCC下降之前寫一個字節(jié)到PCON，使PD=1，單片機進入掉電方式。在這種方式下，片內(nèi)震蕩器被封鎖，一切功能都停止，只有片內(nèi)RAM00H7FH單元的內(nèi)容被保留。在掉電方式下，VCC可降至2V，使片內(nèi)RAM處于50微安左右的“餓電流”供電狀態(tài)，以最小的耗電保存信息，VCC恢復(fù)正常之前，不可進行復(fù)位；當VCC正常后，硬件復(fù)位10ms即能使單片機退出掉電方式。在該電路中，退出空閑工作方式采用中斷的方法。當遙控鍵盤上的人任一個按鍵按下以后，與門輸出即為低電平，觸發(fā)INT1引腳，外部中斷1響應(yīng)，使IDL位清零，退出空閑工作方式，恢復(fù)正常狀態(tài)。其硬件電路如下。圖4-3低功耗控制電路4.5 電源

43、電路設(shè)計4.5.1 穩(wěn)壓電路典型應(yīng)用電路如圖4-4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C4一個放電的通路，防止C4激穿。圖4-3穩(wěn)壓電路4.5.2 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)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4-4所示。圖4-4 直流穩(wěn)壓電源4.6 CPU時鐘電路 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號。時鐘信號可以有兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。1.內(nèi)部時鐘方式2051單片機有一個高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器，引腳XTA

44、L1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘發(fā)生器，見下圖，外接晶振時，C1、C2值通常選擇為30pF左右；外接陶瓷振蕩器時，C1、C2約為47pF。C1、C2對頻率有微調(diào)作用，震蕩頻率范圍是1.212MHz。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝的與單片機芯片靠近。內(nèi)部時鐘發(fā)生器實質(zhì)上是一個二分頻的觸發(fā)器，其輸出信號是單片機工作所需的時鐘信號。2.外部時鐘方式 外部時鐘方式是采用外部振蕩器，外部振蕩信號由XTAL2端接入后直接送至內(nèi)部時鐘發(fā)生器。輸入

45、端XTAL1應(yīng)接地，由于XTAL2端的邏輯電平不是TTL的，故建議外接一個上拉電阻。 一般情況下，單片機時鐘輸入均采用內(nèi)部時鐘方式，外接一個震蕩電路，本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，晶體振蕩采用12MHz，其電路如下。圖4-5 AT89C2051時鐘電路4.7 復(fù)位電路4.7.1復(fù)位狀態(tài)計算機在啟動時，系統(tǒng)進入復(fù)位狀態(tài)。在復(fù)位狀態(tài)，CPU和系統(tǒng)都處于一個確定的初始狀態(tài)或成為原始狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，所有的專用寄存器都賦予默認值。其復(fù)位狀態(tài)見下表4-2： 4.7.2 復(fù)位電路 單片機復(fù)位電路包括片內(nèi)、片外兩部分，片外復(fù)位電路通過引腳加到內(nèi)部復(fù)位電路上，內(nèi)部復(fù)位電路在每個機器周期S5P2對片外信號采樣一次，

46、當RST引腳上出現(xiàn)連續(xù)兩個機器周期的高電平時，單片機就完成一次復(fù)位。外部復(fù)位電路就是為內(nèi)部復(fù)位電路提供兩個機器周期以上的高電平而設(shè)計的，AT89C2051通常采用上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。 上電復(fù)位電路在通電瞬間，在RC電路充電過程中，RST端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機復(fù)位。按鍵手動復(fù)位又分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位，按鍵電平復(fù)位是將復(fù)位端通過電阻與VCC相連，按鍵脈沖復(fù)位是利用RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來達到復(fù)位的目的。 本系統(tǒng)設(shè)計時采用的是上電復(fù)位方式。表4-2復(fù)位狀態(tài)各寄存器初值專用寄存器 復(fù)位狀態(tài) 專用寄存器 復(fù)位狀態(tài)PCACC BPSW SPDPTRP0P3 IPIE 0000

47、H00H00H00H07H0000HFFH XXX0 0000B 0XX0 0000B TMOD TCONTH0TL0TH1TL1 SCON SBUF PCON00H00H00H00H00H00H00H XXXX XXXXB 0XXX 0000B4.8 紅外發(fā)射電路的設(shè)計根據(jù)紅外發(fā)射管本身的物理特性，必須要有載波信號與即將發(fā)射的信號相“與”，然后將相“與”后的信號送發(fā)射管，才能進行紅外信號的發(fā)射傳送，而在頻率為38KHz的載波信號下，發(fā)射管的性能最好，發(fā)射距離最遠，所以在硬件設(shè)計上，本設(shè)計采用38KHz的晶體振蕩產(chǎn)生載波信號，與發(fā)射信號進行邏輯“與”運算后，通過三極管的功率驅(qū)動到紅外發(fā)光二極管

48、上。紅外發(fā)送電路由4001MOS或非門38KHz振蕩器，單片機發(fā)送控制電路和紅外發(fā)送管驅(qū)動輸出電路組成，當單片機P3.4口輸出為“0”時，發(fā)射管不發(fā)光，當單片機P3.4口輸出為“1”時，紅外發(fā)送管發(fā)出38KHz調(diào)制紅外線。 4.8.1二進制編碼采用不同的脈寬寬度來實現(xiàn)二進制信號的編碼，發(fā)送單片機來完成。表示二進制信號中的高高電平1，其特征是脈沖中低電平與高電平的寬度均等于0. 26ms，相當于10個26us的寬度；表示二進制信號的低電平0，其特性是脈沖高電平的2倍，相當于20個0.26us的寬度。10個和20個脈沖寬度還可適當調(diào)整，來適應(yīng)不同數(shù)據(jù)傳輸速度的需要。4.8.2二進制信號解調(diào)二進制信

49、號的調(diào)制由發(fā)送單片機來完成，它把編碼后的二進制信號調(diào)制成頻率為38KHz 的間斷脈沖串，相當于用二進制信號的編碼乘以頻率為38KHz的脈沖信號得到的間斷脈沖串，即是調(diào)制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號。A是二進制信號的編碼波形，B是頻率為38KHz（周期為26us）的連續(xù)脈沖串，C是經(jīng)調(diào)制后的間斷脈沖串，用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的波形。4.8.3二進制的解調(diào)二進制信號的解調(diào)由一體化紅外接收頭HS0038來完成，它把收到的紅外信號經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復(fù)原。HS0038的解調(diào)可理解為在輸入有脈沖串時，輸出端輸出低電平，否則輸出高電平。一體化紅外接收頭HS0038 的外部結(jié)構(gòu)，1腳GND接電源地，2腳VCC

50、接+5V，3腳OUT為數(shù)據(jù)輸出端（TTL電平，反相輸出），可直接與單片機相聯(lián)。4.8.4二進制信號的解碼二進制信號的解碼由接收單片機來完成，它把紅外接收頭送來的二進制編碼波形通過解碼，還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。4.9 紅外接收電路的設(shè)計紅外接收電路專門采用集成電路RPM6938，RPM6938有三個引腳，一個接電源一個接地，另外一個接信號端，它集光電轉(zhuǎn)換，解調(diào)和放大于一體。當收到38KHz調(diào)制紅外線時，RPM6938輸出為“0”，平時輸出為“1”。信號腳接到P3.3和P3.4腳上，當RPM6938收到第一個紅外脈沖時，觸發(fā)INT1產(chǎn)生中斷，使單片機退出低功耗狀態(tài)，進入工作狀態(tài)，同時使記數(shù)器0和定

51、時器1開始工作。4.10完整的系統(tǒng)電路設(shè)計圖 完整的電路圖見附錄1圖4-7紅外發(fā)射電路圖4-8紅外接收電路第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1遙控發(fā)射器程序設(shè)計5.1.1程序總體結(jié)構(gòu)此系統(tǒng)是一個紅外遙控發(fā)射器，設(shè)計目的就是根據(jù)按鍵的不同，發(fā)射出不同的紅外信號。傳統(tǒng)的遙控器都是采用遙控發(fā)射專用集成芯片，例如飛利浦公司生產(chǎn)專用芯片SAA3010，三菱公司生產(chǎn)的M50462P專用發(fā)射芯片。由于這些芯片的功能鍵數(shù)及功能受到特定的限制，只適合于某一專用電器產(chǎn)品的應(yīng)用，應(yīng)用范圍受到限制。本系統(tǒng)采用單片機制作，采用編程的方法，由于編程具有靈活性，故應(yīng)用范圍較廣，操作碼可隨意設(shè)定。本系統(tǒng)采用的是按紅外發(fā)射頻率的不同，來

52、識別不同的按鍵。操作鍵設(shè)定為7個，K0至K7，分別接至單片機的P1.0至P1.7口。對應(yīng)的紅外發(fā)射頻率分別為300Hz、600 Hz、900 Hz、1200 Hz、1500 Hz、1800 Hz、2100 Hz、2400 Hz。發(fā)射時間確定為一個定值，由定時器1來定時，時間為100ms，當100ms時間到定時器1發(fā)生中斷，停止計時，紅外光也停止發(fā)射。由定時/計數(shù)器0來控制發(fā)射頻率，T0作為定時器，當T0定時時間到，中斷程序使P3.4斷口的電平反轉(zhuǎn)一次，然后T0重新工作定時值與前相同，時間到中斷程序使P3.4端口翻轉(zhuǎn)一次，如此往復(fù)，紅外信號就按一定的時間間隔發(fā)射出去。通過設(shè)定T0的定時時間來控制

53、紅外信號的發(fā)射頻率。平時遙控器工作在空閑方式下，當有鍵按下時，由外部中斷1產(chǎn)生中斷，使CPU回到工作狀態(tài)，待執(zhí)行完操作后又回到低功耗才狀態(tài)。主程序主要由初始化程序、鍵盤掃描程序，定時器0中斷服務(wù)程序、定時器1中斷服務(wù)程序，外部中斷1中斷服務(wù)程序組成。主程序流程圖5-1如下： 當K2至K6鍵按下時，執(zhí)行的程序類似于按下K1按鍵所執(zhí)行的程序。5.1.2 偽指令和初在初始化程序前，需要定義一些相關(guān)的偽指令，偽指令不能命令CPU執(zhí)行某中操作，也沒有對應(yīng)的機器代碼，它的作用僅用來給匯編程序提供某中信息。偽指令是匯編程序能夠識別的匯編命令?？刂菩盘柕妮斎肟赑1.0P1.7分別用按鍵號K0K7來定義；各頻率

54、紅外信號對應(yīng)的定時器T0的初值分別用K0H、K0LK7H、K7L來定義，這樣做不影響整個程序的執(zhí)行，但便于閱讀和理解程序。由于P1.0至P1.7對應(yīng)的紅外發(fā)射頻率分別為300Hz、600Hz、900Hz、1200Hz、1500Hz、1800Hz、2100Hz、2400Hz，而T1的定時時間是50ms故在這七種狀態(tài)下面，P3.4端口狀態(tài)分別反轉(zhuǎn)15次、30次、45次、60次、75次、90次、105次、120次。故定時器T0對應(yīng)的定時時間分別為50ms/15、50ms/30、50ms/45、50ms/60、50ms/75、50ms/90、50ms/105、50ms/120，即分別為：3.33ms、

55、1.67ms、1.11ms、0.833ms、0.667ms、0.556ms、0.476ms、0.417ms。由前述定時器初值計算方法可算出各狀態(tài)定時器的初值。定時器T1的定時初值計算如下：1.由于工作在方式一，時鐘頻率為12MHz，故定時最大值M為655362.初值X=M定時值/T,X=6553650000/1=15536,即T1的初值為15536，轉(zhuǎn)化為十六進制為3CB0H。3.各情況下，定時T0的定時初值計算如下：（1）當按下K0鍵時，定時時間為3.33ms，此時定時器初值為X0=65536-3330/1=62206，轉(zhuǎn)化為十六進制為0F2FEH。（2）當按下K1鍵時，定時時間為1.67ms，此時定時器初值為X1=65536-1670/1=63866，轉(zhuǎn)化為十六進制為0F97AH。（3）當按下K2鍵時，定時時間為1.11ms，此時定時器初值為X2=65536-1110/1=64426，轉(zhuǎn)化為十六進制為0FBAAH。（4）當按下鍵K3時，定時時間為0.833ms，此時定時器初值為X3=655