紅外遙控器的設(shè)計用單片機(jī)制作通用性電視遙控器

1、天津城建大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書2013 2014學(xué)年第1學(xué)期控制與機(jī)械工程學(xué)院 電氣工程及其自動化 專業(yè)2班級課程設(shè)計名稱：單片機(jī)原理及應(yīng)用A設(shè)計題目：用單片機(jī)制作通用型電視遙控器完成期限：自2014年 1月6日至 2014 年 1月10日共1周設(shè)計依據(jù)、要求及主要內(nèi)容：一. 程設(shè)計的目的1. 進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。2. 掌握單片機(jī)的接口技術(shù)及相關(guān)外圍芯片的外特性，控制方法。3. 通過課程設(shè)計，掌握以單片機(jī)核心的電路設(shè)計的基本方法和技術(shù)。4. 通過實(shí)際程序設(shè)計和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計方法和調(diào)試技術(shù)。5. 通過完成一個包括電路設(shè)計和程序開發(fā)的完整過程，了解開發(fā)一單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)

2、的全過 程，為今后從事相應(yīng)打下基礎(chǔ)。二. 課程設(shè)計的基本要求1. 認(rèn)真認(rèn)識設(shè)計的意義，掌握設(shè)計工作程序，學(xué)會使用工具書和技術(shù)參考資料，并培養(yǎng)科 學(xué)的設(shè)計思想和良好的設(shè)計作風(fēng)。2. 提高模型建立和設(shè)計能力，學(xué)會應(yīng)用相關(guān)設(shè)計資料進(jìn)行設(shè)計計算的方法。3. 提高獨(dú)立分析、解決問題的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用訓(xùn)練。4. 課程設(shè)計的說明書要求簡潔、通順，計算正確，圖紙表達(dá)內(nèi)容完整、清楚、規(guī)范。5. 課程設(shè)計說明書封面格式要求見天津城市建設(shè)學(xué)院課程設(shè)計教學(xué)工作規(guī)范附表 1三. 課程設(shè)計具體要求a）要求每位同學(xué)獨(dú)立完成設(shè)計任務(wù)。b）原理圖設(shè)計。1. 原理圖設(shè)計要符合項目的工作原理，連線要正確。2. 圖中所使用的元

3、器件要合理選用，電阻，電容等器件的參數(shù)要正確標(biāo)明。3. 原理圖要完整，CPU外圍器件，擴(kuò)器接口，輸入/輸出裝置要一應(yīng)俱全。c）程序調(diào)計1. 根據(jù)要求，將總體項能分解成若干個子功能模塊，每個功能模塊完成一個特定的功能。2. 根據(jù)總體要求及分解的功能模塊，確定各功能模塊之間的關(guān)系，設(shè)直出完整的程序流程 圖。d）設(shè)計說明書1. 原理圖設(shè)計說明簡要說明設(shè)計目的，原理圖中所使用的元器件功能及在圖中的作用，各器件的工作過程及順序。2. 程序設(shè)計說明對程序設(shè)計總體功能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，對各子模塊的功能以及各子模塊之間的關(guān)系作較詳細(xì) 的描述。3. 畫出工作原理圖，程序流程圖如并給出相應(yīng)的程序清單。四. 設(shè)計任務(wù)

4、用MCS-51系列單片機(jī)AT89C52代替專用遙控芯片的設(shè)計方案，通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)了電視 機(jī)遙控編碼的發(fā)射，并且達(dá)到“一器多用”指導(dǎo)教師（簽字）：系主任（簽字）：批準(zhǔn)日期:2014年1月10日目錄一、緒論 0二、功能要求和設(shè)計原理 12.1 功能要求 12.2 遙控器發(fā)射設(shè)計原理 1三、遙控發(fā)射器硬件電路及其組成 23.1遙控發(fā)射器硬件電路圖 23.2 鍵盤電路 33.2.1 鍵輸入原理 33.2.2 按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 33.2.3 按鍵編碼 33.3 空閑節(jié)電模式 43.3.1 掉電模式 43.3.2紅外線發(fā)射管和指示燈 4四、系統(tǒng)軟件的設(shè)計 54.1 系統(tǒng)軟件的總體流程圖 54.2初始化程序

5、和主程序流程 64.3 鍵盤掃描程序 74.3.1 鍵盤的工作方式 74.3.2 矩陣鍵盤具體按鍵的確定 84.4 紅外編碼設(shè)計 84.5 遙控碼的發(fā)射流程圖 8五、小 結(jié) 11緒論在現(xiàn)在社會及家庭的各種家用電器產(chǎn)品和娛樂設(shè)施中，一般都采用紅外線遙控技術(shù)。紅外遙控器電路 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，而且紅外遙控編解碼容易，還可 以進(jìn)行多路遙控。目前紅外線遙控技術(shù)已經(jīng)在電視機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。 電視機(jī)遙控器使用的是專用集成發(fā)射芯片來 實(shí)現(xiàn)遙控器的發(fā)射，如東芝TC9012,飛利浦SAA3010T等。這些芯片價格貴，且互相之間采用的遙控格式互不兼容，所以各機(jī)型遙

6、控器通常只能針對各自的遙控對象而無法通用。本設(shè)計利用低成本的MCS-51 系列來實(shí)現(xiàn)遙控器的模擬發(fā)射，并實(shí)現(xiàn)遙控器的通用化。功能要求和設(shè)計原理2.1 功能要求通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器;接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)電路和解碼電路。遙控信號發(fā)射裝置通過將某個按鍵所對應(yīng)的控制 指令調(diào)制在38KHZ范圍內(nèi)的載波上，然后經(jīng)放大、驅(qū)動紅外發(fā)射管將信號發(fā)射出去。遙控接收頭通過對遙 控信號的放大、檢波、整形、解調(diào)出遙控編碼脈沖。鍵盤*編碼調(diào)制一"遙控發(fā)射器遙控接收器圖1紅外遙控系統(tǒng)總體框圖本設(shè)計采用 MCS-51系列單片機(jī) AT

7、89C52代替專用遙控發(fā)射芯片，通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)了電視機(jī)遙控編 碼的發(fā)射，具有編程靈活多樣，操作碼個數(shù)可隨意設(shè)定等優(yōu)點(diǎn)，并且可以達(dá)到“一器多用”。2.2遙控器發(fā)射設(shè)計原理目前市場上一般設(shè)備系統(tǒng)采用專用的遙控編碼芯片，制作比較簡單容易，但由于功能鍵數(shù)及功能受到 特定的限制，只適合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(jī)進(jìn)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(diǎn)。圖2 遙控發(fā)射器總體結(jié)構(gòu)圖三、遙控發(fā)射器硬件電路及其組成3.1遙控發(fā)射器硬件電路圖遙控發(fā)射器電路主要由下面幾部分組成：AT89C52單片機(jī)，低功率損耗電路，紅外線發(fā)射電路以及由P0 口和P2

8、口搭成8 X 8按鍵矩陣。當(dāng)無鍵按下時，單片機(jī)處于低功耗空閑狀態(tài)。當(dāng)有鍵按下時，產(chǎn)生的外 中斷請求信號（低電平有效）經(jīng)八輸入與非門和非門后送至P3.2端，使CPU進(jìn)入中斷處理，同時點(diǎn)亮按鍵指示燈。系統(tǒng)產(chǎn)生的遙控編碼信號通過P3.5端發(fā)出，經(jīng)放大后驅(qū)動發(fā)射管發(fā)射出去。fiSTTPSCfTAJUtIDUM>1PD4AD4PD5W&5 PDBJRIH- PDTMfP7QjRE秒.1嗣PZ21D P73ftllKZ&W3 P2L 靜 W P1TJW.1Si Em I VT5EK 1J1B 1JE ITF3JWXD 13 inxp ra.2iintr F3JMHTTPJkHDF3J

9、5/T1-»* XTAL1TSi1"XTAI2rTftl ?RiiLTICCa_3dflEEIf叢in1ainpn23 I -|pij3Fl.I QI -ffl 134MJP1.43Q-l iPI5總口 T*，PI6TF I Wrm tP1.7尊Fi.rU1AI=：-|ilDunDIfDijn&d9HSM va&nwiarMrRznwP7,IJ®PZW11P7WI3K5A13R2£AUPZLTR旳JM：強(qiáng)FJ.UTOKTM2.砂R1ARP1圖3 遙控器硬件電路總圖3.2鍵盤電路3.2.1鍵輸入原理在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)

10、位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀 態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功 能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。對于一組鍵或一個鍵盤，總有一個接口電路與 CPU相連。CPU可以采用查詢或中斷方式了解有無按鍵 輸入，并檢查是哪一個鍵按下，將該鍵號送入累加器ACC然后通過跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完后再返回主程序。3.2.2按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)機(jī)械式按鍵再按下或釋放時，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有定時間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。抖動時間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5 10mso在觸點(diǎn)抖動期間檢測按鍵

11、的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認(rèn)為是 多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施。這一點(diǎn)可從硬件、軟件西方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時，可采用硬件去抖，而當(dāng)模數(shù)較多時，采用軟件去 抖。3.2.3按鍵編碼一組按鍵或鍵盤都要通過 I/O 口線查詢技鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤結(jié)構(gòu)的不同，采用不同的編碼。無 論有無編碼，以及采用什么編碼、最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序 的跳轉(zhuǎn)。3.3 空閑節(jié)電模式在空閑工作模式狀態(tài)， CPU自身處于睡眠狀態(tài)而所有的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。 此時將片內(nèi)

12、RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容凍結(jié)?？臻e模式可有任何允許的中斷請求和硬件復(fù)位終止。由硬件復(fù)位終止空閑狀態(tài)只需要兩個機(jī)器周期有效復(fù)位信號，在此狀態(tài)下，片內(nèi)硬件禁止訪問內(nèi)部RAM但可以訪問端口引腳，當(dāng)復(fù)位終止空閑方式時，為避免可能對端口和外部存儲器產(chǎn)生意外寫入，激 活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對端口或外部存儲器的寫入指令。3.3.1 掉電模式在掉電模式下，震蕩器停止工作。進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)，去除掉電模式的唯一辦法是硬件復(fù)位。復(fù)位后將重新定義全部 特殊功能寄存器，但不改變 RAM中的內(nèi)容。在 VCC恢復(fù)到正常

13、工作電平前，復(fù)位無效，且保持一定的時間 以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。在這里遙控器采用空閑節(jié)電方式。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入空閑工作方式，內(nèi)部時鐘電路不向CPU提供，而只供給中斷 ' 串行口和定時器部分。遙控器退出低功耗空閑方式電路由T060與非門來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有鍵按下時，單片機(jī)退出空閑狀態(tài)，進(jìn)入鍵盤和紅外發(fā)射程序，結(jié)束后又進(jìn)入低功耗空閑方式待機(jī)。使用過程中單片機(jī)基本 上都處于空閑工作方式，功耗相當(dāng)?shù)?，從而為電池電源提供保障?.3.2 紅外線發(fā)射管和指示燈紅外發(fā)光二極管能發(fā)出波長為 940nm的紅外光，其結(jié)構(gòu)、工藝、原理與一般的發(fā)光二極管相同，只是 所采用的半導(dǎo)體材料不同，具有體積小、壽命長、耐振動、響

14、應(yīng)速度快、耗電小等優(yōu)點(diǎn)。在這里遙控編碼 信息由AT89C52單片機(jī)的定時器1調(diào)制成38kHz紅外載波信號，由 P3.5輸出，經(jīng)過三極管 9013放大，由 紅外發(fā)射管發(fā)射。按鍵的操作指示燈使用一個LED發(fā)光二級管即可。四、系統(tǒng)軟件的設(shè)計軟件的設(shè)計，需要準(zhǔn)確無誤的實(shí)現(xiàn)遙控器的控制功能，希望能夠使系統(tǒng)具有高的可靠性能、快的反應(yīng) 速度、以及較低的系統(tǒng)功率損耗?？刂乒δ苤饕ǎ合到y(tǒng)的初始化程序、鍵盤掃描程序、紅外線的編碼 程序以及發(fā)射程序等。4.1系統(tǒng)軟件的總體流程圖圖4系統(tǒng)的總程序流程圖4.2初始化程序和主程序流程圖5初始化程序流程圖調(diào)用初始化程序調(diào)用鍵盤程序進(jìn)入低空耗空閑方式是硬件退出低空耗空.閑

15、方式圖6主程序流程圖4.3鍵盤掃描程序4.3.1鍵盤的工作方式在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描是系統(tǒng)工作內(nèi)容之一。CPU對鍵盤的響應(yīng)取決于鍵盤的工作方式，鍵盤的工作方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU的工作狀況而定，其選取的原則是既要保證CPU能及時響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用 CPU的工作時間。通常，鍵盤的工作方式有三種，即編程掃描、定時掃描和中斷掃 描。采用前兩種鍵盤掃描方式時，無論是否按鍵，CPU都要定時掃描鍵盤而遙控器在工作時，并非經(jīng)常需要鍵盤輸入，因此，CPU經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)。而且對于電視機(jī)的遙控器，當(dāng)有按鍵按下時，需要做出立即的反應(yīng)。同時為了提高CPU工作效率，可采用中斷掃描工作方式。其工

16、作過程如下；當(dāng)無鍵按下時，CPU處理自己的工作，當(dāng)有鍵按下時，產(chǎn)生中斷請求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序，并識別鍵號。其工作原理用上面的 4*4鍵盤矩陣來進(jìn)行說明。圖7是一種簡易鍵盤接口電路，該鍵盤是由89C52門口的高、低字節(jié)構(gòu)成的 4X4鍵盤。鍵盤的列線與門口的高 4位相連，鍵盤的行線與門口的低4位相連，因此，P1. 4 P1. 7是鍵輸出線，P1.0P1.3是掃描輸入線。圖中的 4輸入與門用于產(chǎn)生按鍵中斷，其輸 入端與各列線相連，再通過上拉電阻接至+5v電源，輸出端接至8051的外部中斷輸入端口。 具體工作如下： 當(dāng)鍵盤無鍵按下時，與門各輸入端均為高電平， 保持輸出端為高電平； 當(dāng)有鍵按

17、下時，其端口端為低電平， 向CPU申請中斷，若CPU開放外部中斷，則會響應(yīng)中斷請求，轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序。4.3.2 矩陣鍵盤具體按鍵的確定要確定具體是鍵盤的哪一個按鍵按下，使用線性反轉(zhuǎn)法。第一步：將行線編程為輸入線，列線編程為輸出線，并使輸出線為全0 電平，則行線中電平由高到低變化所在的行為按鍵所在的行。第二步：同第一步完全相反，將行線編程為輸出線，列線編程為輸入線，并使輸出線為全0 電平，則列線中電平由高到低變化所在的列為按鍵所在的列矩陣形式由掃描線和數(shù)據(jù)線構(gòu)成。兩組線分別接AT89C52的兩個輸端口?？刂破魍ㄟ^軟件把掃描線寫成 0，接受線寫成 1。按下一鍵即將響應(yīng)的掃描線和接收線接通，

18、于是接受線被拉成低電平。8條接受線邏輯相與之后的統(tǒng)一信號作為AT89C52的一個外部中斷輸入，這樣有鍵按下時就將引起中斷。中斷服務(wù)程序?qū)λ吹逆I進(jìn)行鑒別。如果是多個鍵同時按下則不做任何反應(yīng)，若是單鍵按下，則將信 息轉(zhuǎn)換成響應(yīng)的輸出。通常，當(dāng)無鍵按下且無其他任務(wù)時，微控制器處于空閑狀態(tài)。當(dāng)矩陣有鍵按下，則產(chǎn)生中斷，從而結(jié) 束空閑狀態(tài)。中斷服務(wù)程序首先調(diào)用一段延時程序（10ms20ms左右），等待鍵的抖動消失，然后才對所按的鍵進(jìn)行處理。首先接收線的現(xiàn)狀態(tài)被存入內(nèi)部的寄存器中，若是單一鍵按下，則接收線除一位外其余各位均為1，此后向接受線寫 0，掃描線寫 1，并隨之讀掃描線，若是單一鍵按下，則掃描線除

19、一位外其余各位均為1，根據(jù)兩組線中零的位置即可確定按下的是哪一個鍵，若矩陣中同時有多個鍵按下，則每組線中0的個數(shù)不止一個。SCAN 掃描程序可以確定每組線中那一個為零， 是否有多個零等。 再調(diào)用此程序前，應(yīng)將所讀組線的數(shù) 據(jù)存入一個可按位尋址的片內(nèi) RAMI單元。自這段程序返回時，ZERO_CN單元中包含有LINE單元中0的個數(shù)。若只有一位為 0,貝U 0的位置保存在 ZERO_BIT單元中。按鍵所引起的中斷有如下的中斷服務(wù)程序：4.4 紅外編碼設(shè)計 遙控器之間的本質(zhì)區(qū)別就在于編碼的不同。不同的編碼,其發(fā)射和接受的原理不同。常用的編碼格式 有脈沖編碼和脈寬編碼。這里采用脈沖個數(shù)進(jìn)行編碼。采用脈

20、沖個數(shù)進(jìn)行編碼, 不同的脈沖個數(shù)代表不同的碼, 最小為兩個脈沖, 依次遞加, 為了接受可靠, 第一位碼寬為3ms,其余為1ms,遙控碼數(shù)據(jù)楨之間的間隔大于 10ms,當(dāng)某個操作鍵按下時單片機(jī)先讀出鍵 值，然后再根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個數(shù)，再調(diào)制成38KHZ的方波發(fā)射出去4.5遙控碼的發(fā)射流程圖圖10遙控碼發(fā)射流程圖編碼的格式比較多，其相對應(yīng)的發(fā)射格式也比較多，但其原理都是一樣的。在這里畫出脈沖個數(shù)編碼的發(fā) 射流程圖。在用脈沖個數(shù)進(jìn)行中，不同的脈沖個數(shù)代表不同的碼。最小為兩個脈沖，依次遞加，為了接受 可靠，第一位碼寬為 3ms其余為1mso直至按鍵所對應(yīng)的脈沖個數(shù)發(fā)射完畢為止。#in elud

21、e <reg51.h>#in clude< intrin s.h>#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned int/*#defi ne out P2引腳定義 *#defi ne outk P1函數(shù)申明 *void delayms( uin t); uchar sca n( void);共陽數(shù)碼管編碼表 */*uchar seg=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;'*/void main(void) uchar key; while(1) key=scan();if(key!=16)out=segkey;/* void del