簡單紅外收發(fā)器設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)第1章 概述簡單紅外收發(fā)器是在紅外遙控的基礎(chǔ)上，利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信裝置。目前，其相應(yīng)的軟件和硬件技術(shù)都已比較成熟。它是把紅外線作為載體的遙控方式。紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉、抗干擾能力強(qiáng)、信息傳輸可靠、易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，由于采用紅外線收發(fā)器件時(shí)，工作電壓低、功耗低、外圍電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此，被諸多電子設(shè)備，特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能：紅外發(fā)射器、紅外接收器，要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離（10米）的發(fā)射與接收。紅外收發(fā)的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備。電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般

2、不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易。信息可以直接通過紅外光進(jìn)行調(diào)制傳輸，例如，信息直接調(diào)制紅外光的強(qiáng)弱進(jìn)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(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，接收端去掉載波，取到信息。第2章 設(shè)計(jì)目的及設(shè)計(jì)要求2.1 設(shè)計(jì)目的：訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用己學(xué)課程的基本知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)工作，掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)、調(diào)試，應(yīng)用電路設(shè)計(jì)、分析及調(diào)試檢測。2.2 設(shè)計(jì)要求： 本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求如下：1、 應(yīng)用MCS-51單片機(jī)設(shè)計(jì)簡單紅外收發(fā)器；2、 選用紅外發(fā)射、紅外接收器，紅外發(fā)射、接收距離大于10M；3、 硬件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)選定合適的單片機(jī)，根據(jù)控制對(duì)象設(shè)計(jì)接口電路

3、。設(shè)計(jì)的單元電路必須有工作原理，器件的作用，分析和計(jì)算過程；4、 軟件設(shè)計(jì)根據(jù)電路工作過程，畫出軟件流程圖，根據(jù)流程圖編寫相應(yīng)的程序，進(jìn)行調(diào)試并打印程序清單；5、 原理圖設(shè)計(jì)根據(jù)所確定的設(shè)計(jì)電路，利用Protel等有關(guān)工具軟件繪制電路原理圖、PCB板圖、提供元器件清單。第3章 紅外收發(fā)器硬件設(shè)計(jì)電路及描述按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能的要求，確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由發(fā)射模塊與接收模塊兩部分組成。發(fā)送模塊先由輸入信號(hào)，以二進(jìn)制信號(hào)的形式，傳送給單片機(jī)，然后單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。紅外接收模塊普遍采用價(jià)格便宜，性能可靠的一體化紅外接收頭接收紅外信號(hào)，它同時(shí)

4、對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形，得到TTL電平的編碼信號(hào)，再傳送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并由數(shù)碼管顯示接收到的數(shù)據(jù)。輸入信號(hào)單片機(jī)紅外發(fā)射電路紅外接收頭單片機(jī)輸出顯示圖1：總體設(shè)計(jì)框圖3.1 輸入信號(hào)輸入信號(hào)要以二進(jìn)制信號(hào)輸入，送給單片機(jī)，讓單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別。若輸入信號(hào)不是二進(jìn)制的，需要進(jìn)行信號(hào)的編碼解碼轉(zhuǎn)換。3.2 單片機(jī)簡介單片機(jī)就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了未處理器（CPU），存儲(chǔ)器（RAM,ROM,EPROM）和各種輸入、輸出接口（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，并行I/O口，串行口，A/D轉(zhuǎn)換器以及脈寬調(diào)制器PWM等），這樣一塊集成電路芯片具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的屬性。MCS-51單片機(jī)的類型包含：基本型、增強(qiáng)型、低

5、功耗型、專用型、超8位型、片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器型。MCS-51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)：微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、4個(gè)8位并行I/O口、1個(gè)串行口、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、特殊功能寄存器。 圖2：AT89C20513.2.1 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89C2051是一帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）的低電壓，高性能8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。它采用ATMEL的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPLI和閃速存儲(chǔ)器，ATMEL AT89C2051是一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī)，它對(duì)許多嵌入式控制應(yīng)用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法

6、。 3.2.2 芯片功能AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2K字節(jié)閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)RAM，15根I/O口，兩個(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)五向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口，一個(gè)精密模擬比較器以及兩種可選 的軟件節(jié)電工作方式?？臻e方停止CPU工作但允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行工作口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.2.3 芯片復(fù)位復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài), 并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí), 還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸人

7、到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí), 且振蕩器穩(wěn)定后, 如果RST引腳有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）, 則CPU就可響應(yīng)并且將系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位分為手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是手動(dòng)復(fù)位, 當(dāng)按下按鈕時(shí), 即使人的動(dòng)作很快, 也會(huì)使按鈕保持通達(dá)數(shù)十毫秒，所以, 手動(dòng)復(fù)位能確保復(fù)位時(shí)間要求。3.3 紅外收發(fā)模塊3.3.1 紅外接收硬件設(shè)計(jì)紅外接收電路主要由單片機(jī)、紅外接收頭和顯示部分組成，發(fā)射端發(fā)射的紅外信號(hào)經(jīng)過接受處理，傳給單片機(jī)。接收電路使用一體化的紅外接裝置，將發(fā)送的信號(hào)接收，放大、檢波、整形，并且經(jīng)P1.0傳輸可以讓單片機(jī)識(shí)別的TTL信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)解

8、碼由數(shù)碼管顯示。HS0038一體化紅外接收頭，接收頻率為38kHz1kHz管腳依次為：如下圖3。連接時(shí)，在VCC與GND之間并入一個(gè)0.1uF的電容有助于改進(jìn)信號(hào)質(zhì)量。其可以用于編碼接收，也可以用于低碼率的數(shù)據(jù)通訊。其中，它的圓形面為紅外接收面，它與SE304紅外發(fā)射管的有效收發(fā)直射距離可達(dá)35M。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(hào)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。 圖3：HS0038HS0038 信號(hào)電平:38kHz 紅外發(fā)射接收到時(shí)：OUT低電平輸出38kHz 紅外發(fā)射接收不到時(shí)：O

9、UT高電平輸出 3.3.2 紅外發(fā)射硬件設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，紅外發(fā)送、接收距離10M，即要提高紅外線作用距離，那么就應(yīng)該提高發(fā)射管的瞬時(shí)發(fā)射功率，降低其平均功率。而采用一定的占空比的脈沖發(fā)射是解決發(fā)射功率與作用距離的有效途徑。同時(shí)，加裝聚光透鏡，以改善其發(fā)射指向性能，提高作用距離。紅外光束編碼收發(fā)系統(tǒng)的有效作用距離是由饋送進(jìn)發(fā)射LED的電流峰值所決定的，電流平均值越小，其功率越高。改變R2的值，可以改變發(fā)射的距離。 ， 公式（1） 為電路工作電壓，為管的工作電壓，為發(fā)射管的正向電流，為發(fā)射管的耗損功率。SE304紅外發(fā)射管特性：耗損功率：=100mW； 正向電流：=50mA； 反向電壓：=5

10、V;圖4：紅外發(fā)射二極管電路簡圖3.4 輸出顯示顯示電路，可以才有數(shù)碼管，得出接收到的數(shù)據(jù)。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管； 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用

11、時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。第4章 紅外收發(fā)器軟件設(shè)計(jì)流程及描述4.1 紅外發(fā)射電路主程序流程圖首先是初始化出入信號(hào)和紅外發(fā)射端口的參數(shù)值，然后讓單片機(jī)掃描檢測信號(hào)，如果有信號(hào)輸入就讓紅外發(fā)射管發(fā)射出去。開始輸入信號(hào)初始化，紅外發(fā)射端口信號(hào)掃描紅外數(shù)據(jù)發(fā)射圖5：發(fā)射主程序流程圖4.2 紅外接收電路主程序流程圖 首先初始化紅外接收端口，然后檢測是否接收紅外信號(hào)，如果接收到紅外信號(hào)就調(diào)用接收子程序，然后就通過數(shù)碼管顯示當(dāng)前LED燈熄滅的狀態(tài)如此循環(huán)。開始初始化紅外接收端口接收到紅外信號(hào)調(diào)用接收

12、程序數(shù)碼管顯示結(jié)束YN圖6：紅外接收主程序流程圖第5章 源程序代碼5.1 發(fā)射模塊程序 ORG 0000H AJMP START ;轉(zhuǎn)主程序 ORG 001B AJMP INT1 ;轉(zhuǎn)定時(shí)器T1 ORG 0030HSTART： LCALL SCAN ; 按鍵掃描 JNB KESY，START ;判斷是否有鍵按下 CLR KESY ;右鍵按下，則清零 MOV B,A ;鍵值送給B LCALL RED_SEND ;調(diào)用紅外子程序 AJMP START ;等待循環(huán)RED_SEND： MOV TMOD,#20H ;定時(shí)器T1工作方式2 MOV TH1,#0E8H MOV TL1,#0E8H ;標(biāo)準(zhǔn)38

13、K脈沖頻率 MOV IE,#88H ;允許T1中斷使能 SETB TR1 ;啟動(dòng)T1 SETB P1.0 ;紅外發(fā)送管控制IO口RED_END1： MOV A,B ;從B中取數(shù)據(jù) MOV R4,#8 ;發(fā)送8位 MOV R5,#20 ;傳輸開始(同步幀)，發(fā)送20 個(gè)脈沖 LCALL DELAY1 ;調(diào)用一次子程序DELAY1，產(chǎn)生一個(gè)周期26us的脈沖RED_END2： RLC A ;先發(fā)送字節(jié)的高位 JC RED_D ;判斷是發(fā)送0還是1 MOV R5，#20 ;發(fā)送編碼0，先發(fā)送20個(gè)脈 沖寬度的低電平 LCALL DELAY2 ;調(diào)用一次子程序DELAY2，產(chǎn)生寬度26us 的低電平

14、MOV R5，#10 ;再發(fā)送10個(gè)脈沖 LCALL DELAY1 LIMP JIESHU ;調(diào)轉(zhuǎn)判斷發(fā)送結(jié)束 RED_D： MOV R5，#10 ;發(fā)送編碼1,先發(fā)送10個(gè)脈沖寬度的低電平 LCALL DELAY2 MOV R5，#10 ;在發(fā)送10個(gè)脈沖的高電平 LCALL DELAY1JIESHU: DJNZ R4,RED_SEND ; 發(fā)送8位未完，繼續(xù) MOV R5,#10 ;8位傳輸結(jié)束，再發(fā)送10個(gè)脈沖寬度的低電平(結(jié)束幀) LCALL DELAY2 RETDELAY1: NOP ;0.5us MOV R6,#11 ;0.5us DJNZ R6,$ ;11x1us=11us CL

15、R P1.0 ;1us MOV R6,#11 ;0.5us DJNZ R6,$ ;11us DJNZ R5,DELAY1 ;判斷20個(gè)脈沖是否結(jié)束，1us RET ;1usDELAY2: CLR P1.0 ;0.5us; MOV R6,#24 ;0.5us DJNZ R6,$ ;24us RET ;1us5.2 輸入信號(hào)的掃描程序SCAN: MOV P0,#0FH ;P0.0 P0.3作行輸入線 MOV P2,#00H ;P2.0P2.3作列輸出線 MOV A,P0 CJNE A,#0FH,SCAN_KEY ;行線全為“1”，無輸入信號(hào)， STEB C RET CSCAN_KEY: CLR C

16、 ;行線為非全“1”，有輸入信號(hào)，0CY返回 RETKEYN: MOV P0,#0FH MOV A,P0 CJNE A,#0FH,KEYN1 ;有信號(hào)，轉(zhuǎn)移KEYN1 SETB C ;無信號(hào)，1CY返回 RETKENY1: LCALL DELAY ;調(diào)用延時(shí)10ms,消除抖動(dòng) CJNE A,#0FH,KEYN ;確認(rèn)信號(hào) ANL A,#0FH MOV B,A ;保存P0低位狀態(tài)MOV P0,#00HMOV P2,#0FH ;行線、列線翻轉(zhuǎn)MOV A,P2 ;讀輸入列線的的狀態(tài)ANL A,#0FHORL B,A ;信號(hào)送BMOV DPTR;#KTAB ;DPTR指向表首地址MOV R3,#0 ;

17、計(jì)數(shù)器R3清零KEYN2:MOV A,R3MOVC A,A+DPTR ;取輸入信號(hào)CJNE A,B,NEXT ;不符合繼續(xù)MOV A,R3 ;信號(hào)ACLR C ;0CY已得到信號(hào)RETNEXT: INC R3 ;信號(hào)加1AJMP KEYN2 ;循環(huán)KTAB: DB 0EEH,0EDH,0EBH,0E7H,0DEH,0DDH,0DBH,0D7H DB 0BEH,0BDH,0BBH,0B7H,07EH,07DH,07BH,077H5.3 紅外接收模塊程序 ORG 0000H AJMP START ORG 001BH AJMP INT1 ORG 0030HRECE: MOV R5,#8 ; 接收8位

18、 JB P1.0,$ ; 等待同步幀，同步幀為低電平 MOV R7,#15 ; 同步幀(低電平)到來后，延時(shí)等待15個(gè)脈沖的時(shí)間 LCALL DELAY0 ; 調(diào)用一次子程序DELAY0。產(chǎn)生一個(gè)26 的延時(shí) JB P1.0,RECE ; 延時(shí)15個(gè)脈沖后，若P1.0=1，轉(zhuǎn)RECE重新檢測 JNB P1.0,$ ; 延時(shí)15個(gè)脈沖后，若P1.0還是0，傳輸開始，再等編碼中的高電平RECE_1: MOV R7, #15 ; 編碼中的高電平到來后，延時(shí)15個(gè)脈沖的時(shí)間 LCALL DELAY0 JNB P1.0,RE1 ; 延時(shí)15個(gè)脈沖后，P1.0=0轉(zhuǎn)RE1，P1.0=1順序執(zhí)行 CLR C

19、 ; P1.0=1時(shí)應(yīng)解碼為0,使標(biāo)志C清0 RLC A ; 把標(biāo)志C=0移入寄存器A中，經(jīng)8次移位到A的高位,跳過后續(xù)高電平 JB P1.0, $ ; 再跳過后續(xù)低電平 JNB P1.0,$ ; 轉(zhuǎn)接收下一位RE1: SETB C ; P1.0=0時(shí)應(yīng)解碼為1，使標(biāo)志C置1 RLC A ; 把標(biāo)志C=0移入寄存器A中 JNB P1.0,$NEXT: DJNZ R5,RECE_1 ; 8位未接收完，繼續(xù) RETDELAY0: NOP ;0.5us MOV R6,#24 ;0.5us DJNZ R6,$ ;24us DJNZ R7,DELAY0 ;每次1us RETSTART: JB P1.0，

20、$ ;等待接收數(shù)據(jù)LCALL RECE ;調(diào)用發(fā)送程序 MOV A,R2 ;接收到的數(shù)據(jù)存到A中AJMP $ ;循環(huán)等待5.4 輸出顯示程序DISPLAY: MOV DPTR,#TAB ;DPTR指向顯示值表首地址 MOV A,R2 ;要顯示的低位值送A MOVC A,A+DPTR ;從表中取顯示值 MOV P0,A ;A值送數(shù)碼管各位 CLR P2.6 ;低位位控制位清0 SETB P2.6 ;低位位控制位值1 MOV A,R1 ;要顯示的高位值送A MOVC A,A+DPTR ;從表中取顯示值 MOV P0,A ;A值送數(shù)碼管各位 CLR P2.7 ;高位位控制位清0 SETB P2.7

21、;高位位控制位置1 RETTAB: DB C0H,F9H,A4H,B0H ;0,1,2,3 DB 99H,92H,82H,F8H ;4,5,6,7 DB 80H,90H,88H,83H ;8,9,A,B DB C6H,A1H,86H,8EH ;C,D,E,F第6章 紅外收發(fā)器的設(shè)計(jì)原理圖6.1 紅外接收模塊電路圖 圖7：紅外接收模塊電路圖6.2 紅外發(fā)射模塊電路圖圖8：紅外發(fā)射模塊電路圖第7章 課程設(shè)計(jì)體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們學(xué)習(xí)微機(jī)原理及單片機(jī)課程的檢驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用能力的一次提高。我們所設(shè)計(jì)的是紅外收發(fā)器。所能實(shí)現(xiàn)的是紅外的發(fā)射和接收，發(fā)射部分通過鍵盤輸入數(shù)字通過AT89C51編碼并用紅外二極

22、管發(fā)射出去。接收部分通過另外一塊AT89C51通過中斷方式接收紅外信號(hào)并解碼，最后從數(shù)碼管顯示所按下的鍵號(hào)。原理圖的設(shè)計(jì)時(shí)我們使用了Altium6.0這個(gè)強(qiáng)大的繪圖工具，由于一些實(shí)際的器件在器件庫中無法找到，我們只有自己制作，在這個(gè)過程中我們學(xué)到了很多的知識(shí)和方法。在制作PCB印刷電路板的時(shí)候，很多器件的封裝與實(shí)際尺寸存在很大的差別，為了獲得準(zhǔn)確的封裝，我們實(shí)際測量了所給器件的大小與規(guī)格，自己制作與之匹配的封裝庫，這讓我們明白實(shí)踐是出真知的唯一途徑，只有親自動(dòng)手，實(shí)際才能測試才能獲得最可靠的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。當(dāng)然我們也出現(xiàn)了嚴(yán)重的失誤，由于對(duì)電源與地的距離估計(jì)不足，導(dǎo)致兩者過近，出現(xiàn)了短接的危險(xiǎn)。因此我們不得不重新處理這個(gè)問題，這個(gè)教訓(xùn)也告誡了我們，對(duì)于任何小的細(xì)節(jié)都不能掉以輕心，小的疏忽也會(huì)造成大的損失。對(duì)于電路圖和電路板都應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度，這是保證是的基本實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的前提，在正式焊接前，對(duì)電路板的核查測試應(yīng)當(dāng)細(xì)心備至，反復(fù)檢測才不會(huì)導(dǎo)致最終的失敗。程序的編寫過程也給了我們很大的收獲。在編寫程序之前，我們查閱了大量的相關(guān)資料，力求做到規(guī)范清晰。在把握了整體的思路后，我們先從程序流程圖著手，將整個(gè)程序分成若干模塊，分開編寫，一邊發(fā)現(xiàn)問題一邊解決問