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1、石家莊經濟學院第五屆學生科技基金科研項目項目編號：XY200709 集成家電智能控制系統(tǒng)的研究與設計趙婉方、馬寶睿、郭杰、姜永念編寫石家莊經濟學院2008年11月集成家電智能控制系統(tǒng)的研究與設計項目負責人：趙婉方項目組成員：郭杰、姜永念、馬寶睿所在學院：信息工程學院指導教師：李明亮報告編寫人員：趙婉方、馬寶睿、郭杰、姜永念工作時間：2007年12月2008年12月目錄：摘要(1)關鍵詞(2)引言(2) 1 系統(tǒng)介紹(3)11 AT89C51單片機的性能簡介(3)111 主要性能參數(shù)：(4)112 功能特性概述：(4)113 引腳功能說明：(6)114 時鐘震蕩頻率： (8)115 空閑節(jié)電模式

2、： (9)116 掉電模式： (10)117 程序存儲器的加密： (10)118 FLAS1閃速存儲器的編程： (11)12 單片機紅外遙控的原理 (21) 單片機紅外遙控概述 (21)1.2.2 二進制信號的編碼 (22)1.2.3 二進制信號的調制 (23)二進制信號的解調 (23) 1.2.5二進制信號的解碼 (24)1.2.6 基于字節(jié)傳輸?shù)募t外遙控數(shù)據(jù)格式 (24)1.3 遙控器的實現(xiàn) (24) 1.4 紅外線的特性 (26)15 開關控制器系統(tǒng)的硬件設計 (27)16 接口描述(27)161 IR 接口工作原理 (27)162 PS2 接口描述 (28)2 發(fā)送系統(tǒng)各模塊原理(29

3、)2.1 單通道記憶模塊 (29)2.2 鍵盤掃描模塊 (29)221 遙控代碼與鍵盤碼的轉換 (31)222 按鍵識別程序的設計 (31)2.3 發(fā)送電路模塊 (31)24 軟件設計原理(32)241紅外信號的發(fā)射(33)242 發(fā)射程序設計 (33)3 接收模塊 (34)3、1 紅外遙控接收器的測試(35)32 軟件設計原理 (36)321 接收程序設計 (36)322 遙控接收解碼模塊的設計(37)33 外圍電路 (37)331 紅外信號的接收和波形測量(38)332 紅外遙控接收電路 (38)34 紅外遙控接收器的應用及注意事項(38)4系統(tǒng)分析 (39)41紅外指令的分析(39)42

4、 紅外指令的識別(40)43 未知信號格式遙控器信號碼的識別(41)4.4 調試及性能分析 (41)45 抗干擾措施 (42)5 總結 (42)6 應用領域(43)7 結束語 (44)8 參考文獻: (45)集成家電智能控制系統(tǒng)的研究與設計趙婉方 郭杰 李明亮 姜永念 馬寶睿（石家莊經濟學院信息工程學院，河北 石家莊050031)摘要現(xiàn)在，家庭裝修越來越豪華，家里電器逐漸增多，而且人們也希望能采用類似于賓館的集中控制方式來控制自己家里的電器。隨著電子技術的發(fā)展，帶紅外遙控的家用電器得以廣泛普及，給人們的生活帶來很大的方便。但是，如果一個家庭中的遙控器過多，則使用過程中容易產生混亂，給使用者造成

5、許多不必要的麻煩。為了解決這個問題，我們設計了一種智能型紅外遙控器，雖然紅外遙控在家電產品中有廣泛應用，但各產品的遙控器不能相互兼容。目前市面上常見的萬能遙控器只能對某幾種產品進行控制，不是真正的“萬能”，而且不能對新上市的產品進行控制。本文介紹一種用單片機對紅外遙控器信號接收和轉發(fā)的方法，由于只關心發(fā)射信號波形中的高低電平的寬度，不管其如何編碼，因此可以用來實現(xiàn)自學習萬能遙控器。可對各種紅外遙控器發(fā)射的控制信號進行識別、存貯和再現(xiàn)。只需要一個智能型遙控器，就可以對多個遙控器的發(fā)射信號進行學習和記憶，從而實現(xiàn)對多個電器的遙控。為解決生活中遙控器太多帶來的不便。本文設計了以AT89C51為核心的

6、智能遙控器，通過在多通道遙控器上附加一個單通道學習記憶發(fā)送功能實現(xiàn)智能遙控，對系統(tǒng)的發(fā)送和接收模塊進行了詳細設計，測試結果顯示，該系統(tǒng)方便、可靠。提出一種具有紅外指令自學習功能的無線智能遙控器的設計方案。遙控器綜合應用了單片機技術、紅外遙控技術、無線電遙控技術，具有紅外指令接收與學習、無線電指令接收、紅外指令發(fā)送的功能，即用某種編碼芯片組成的發(fā)射電路發(fā)射編碼，而將經紅外預接收電路預處理后的編碼信號直接送入單片機中進行解碼處理，并給出了硬件實施方案和編、解碼的軟件設計流程。系統(tǒng)以TSOP1738(紅外接收頻率為38kHz)作為紅外接收頭，詳細介紹了紅外遙控器的設計原理，紅外遙控信號的單片機軟件編

7、碼解碼方法，包括編碼、調制、解碼以及發(fā)射，實現(xiàn)了一種利用MCS-51單片機的外部中斷和時鐘中斷實現(xiàn)紅外遙控的接收和發(fā)送裝置，實現(xiàn)了基于字節(jié)的紅外數(shù)據(jù)傳輸；經試驗測試，該方法能使紅外信號可靠發(fā)送和接收，通用性好，適用于大部分紅外遙控控制系統(tǒng)。紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術，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，被諸多電子設備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應用到計算機系統(tǒng)中。關鍵詞單片機；紅外學習；單通道；智能遙控器中圖法分類號 TN99; 文獻標志碼 A引言 隨著社會的發(fā)展和科學的進步，電子產品的廣泛使用，家電也已成為人們日常的必備品，遙控器在其中扮演了非常

8、重要的角色，越來越多的多媒體設備進入了人們的生活、學習中。例如，在多媒體教室中，我們經常用到的數(shù)字投影機、DVD、VCD、錄像機等。還有，在現(xiàn)代家庭中必不可少的音響、CD、VCD、DVD、電視機等，這些設備都普遍用到了紅外遙控設備。紅外遙控器的特點是使用方便、功耗低、抗干擾能力強，因此它的應用前景是不可估量。市場上的各種家電的紅外遙控系統(tǒng)技術成熟、成本低廉，但是，為了避免不同品牌、不同型號的設備之間產生誤操作，人們在不同的設備中使用不同的傳輸規(guī)約或者識別碼，這就使得各個型號的遙控器都只適用于各自的遙控對象，容易在實際使用中造成遙控器多而雜，經常搞混的現(xiàn)象。由于紅外技術與電子技術的結合和發(fā)展，市

9、售的音響、彩電、錄像機及影碟機等，大多數(shù)都已配備了紅外遙控裝置。這給用戶在一定范圍內控制、調整上述家用電器提供了極大的便利。但是，家用電器種類甚多，其中有相當一部分尚無與之相配套的紅外遙控裝置，如落地扇、吊扇、換氣扇、脫排油煙機、臺燈、吊燈和電動窗簾等再說，用一個紅外遙控裝置僅遙控一臺家用電器也很不經濟。那么，如何解決這個問題呢本文介紹一種通過制作一套紅外接收解調電路，使得已有的遙控器能對其它家用電器進行遙控操作，而且不影響對原來電器的遙控的辦法。紅外線遙控是目前使用廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而其廣泛應用于各種家電產品、金融和商用設

10、施以及工業(yè)設備中。但是各種產品的遙控并不能互相兼容。為了解決因遙控器太多給人們生活帶來諸多不便，實現(xiàn)用一臺通用控制器對多種不同型號的家電實現(xiàn)控制，設計一個智能的遙控器控制眾多的家電已經大勢所趨。我們設計了一種智能型通用紅外遙控器，它可對各種電器的紅外遙控器發(fā)射的控制信號進行識別、存貯和再現(xiàn)。即該設備先通過對多個電器遙控器的發(fā)射信號進行學習、分析和記憶，實現(xiàn)對多個家電的再控制。本文介紹了基于AT89C51單片機為核心，結合目前的各種家電終端，只要手持智能遙控器就可以享受于各種家電帶來的舒適方便。1 系統(tǒng)介紹新興的智能住宅采用一系列高新技術，實現(xiàn)服務、信息和系統(tǒng)資源的高度共享，為住戶提供一種更加安

11、全、舒適、方便的智能化、信息化生活空間，包括遠程監(jiān)控等。目前家庭設備中已經有許多設備是用紅外遙控器進行控制的，例如空調、VCD以及電視錄像等，僅通過電源的通斷是不能控制其啟動或待機的。而智能系統(tǒng)遙控這些設備也需要通過紅外遙控器，但不同設備的紅外遙控器并不兼容，一個遙控器不能控制其他設備。本研究提出了一種無線智能遙控器的設計方案，它具有接收無線電指令同時發(fā)射紅外指令的功能，并且能夠學習其他紅外遙控器的指令，并復現(xiàn)它們的指令來控制設備。這樣智能系統(tǒng)就可以控制智能遙控器進而控制帶紅外接口的家電設備了。該遙控器主要用在家庭設備集中控制系統(tǒng)中，通過紅外遙控來集中控制家庭中用紅外遙控的家電設備。圖 發(fā)送模

12、塊系統(tǒng)簡圖鍵盤掃描模塊AT89C51發(fā)送電路模塊單通道記憶電路模塊工作指示模塊該系統(tǒng)由發(fā)送模塊與接收模塊組成，都以AT89C51單片機為核心；通過發(fā)送模塊的51單片機和各部分電路協(xié)作實現(xiàn)不同信號發(fā)送；接收模塊以51單片機區(qū)分接收到的信號，從而實現(xiàn)不同的功能。其中發(fā)送模塊的系統(tǒng)簡圖如圖所示。11 AT89C51單片機的性能簡介AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓，高他能CMOS8位單片機，片內含4kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內

13、置通用8位中央處理器(CPU）和FLASH存儲單元，功能強大AT89C51單片機目為你提供許多高性價比的專用場合。可靈活應用于各種控制領域。             111 主要性能參數(shù)：1、與MCS-51產品指令系統(tǒng)完全兼容2、4k字節(jié)可重擦寫FLASH閃速存儲器3、1000次擦寫周期4、全靜tail操作：0Hz24MHz5、三級加密程序存儲器6、128*8字節(jié)內部RAM7、32個可編程IO口線8、2個16位定時/計數(shù)器9、6個中斷源10、可編程串行UART通道1

14、1、低功耗空閑和掉電模式112 功能特性概述：AT89C51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向是兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可陣至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻]方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計教器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件直到下一個硬件復位。113 引腳功能說明：Vcc：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/0口，也即地址/數(shù)據(jù)總

15、線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令宇節(jié)，校瞼時，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的桑拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流IuFLASH編程和程序校驗

16、期間，P1接收低8位地址。P2口：P2是一個帶有內部上拉電阻的8雙向I/O口，p2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流Iu。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR。指令）時，P2口送山高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX 。RI指令）時，P2口線上的內容（也即特殊功能寄存器（SFR)區(qū)中R2寄存器的內容），在整個訪問期間不改變。FLASH編程或校驗時，P2亦接收高位地址

17、和其它控制信號。P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向/口。P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為抽輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸由電流(Iu）。P3口除了作為一般的O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器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)存儲器讀選通

18、）P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，EST引腳由現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存到址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘震蕩頻率的l/6出錯固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG)。如有必要，可通過對特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，

19、只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE無效。PSEN：程序儲存允許。（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEP有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部書數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEP信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅比問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令

20、。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反向放大器的輸出端。114 時鐘震蕩頻率：AT89C51中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和。XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電略參見圖5。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)震蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的

21、高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們報薦電容使用30pF士10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇40pF士10F。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖5右圖所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到。XTAL1端，即內部時鐘發(fā)生器的俗人端，XATL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊的要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產品技術條件的要求。115 空閑節(jié)電模式：AT89C51有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是空閑模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用寄存器PCON（即

22、電源控制寄存器）中的PD(PCON。1)和IDL(PCON。0)位來實現(xiàn)的。PD是掉電模式，當PD=1時，激活掉電工作模式，單片機進入掉電工作狀態(tài)。IDL是空閑等待方式，當IDL=1，激活空閑工作模式，單片機進入睡眠狀態(tài)。如需同時進入兩種工作模式，即PD和工DL同時為1，則先激活掉電模式。在空閑工作模式狀態(tài)，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內的外設仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產生此時，片內RAM和所有特殊功能寄存器的內容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。終止空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL（PCON。0）被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。

23、程序會首先響應中斷，進入中斷服務程序，執(zhí)行完中斷服務程序并緊隨RETI（中斷返回）指令后，下一條要執(zhí)行的指令就是使單片機進入空閑模式那條指令后面的一條指令。其二是通過硬件復位也可將空閑工作模式終止。需要注意的是，當由硬件復位來終止空閑工作模式時，CPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個機器周期（24個時鐘周期）有效，在這種情況下，內部禁止CPU訪問片內RAM。而允許訪問其它端口。為了避免可能對端口產生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應是一條對對端口或外部存儲器的寫入指令。116 掉電模式：在掉電模式下，振蕩器停止工

24、作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內RAM和特殊功能寄存器的內容在終止掉電模式前被凍結。退出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內容，在Vcc已恢復到正常工作電平前，復位應無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。117 程序存儲器的加密：AT89C51可使用對芯片上的3個加密位LB1、Lb2、Lb3進行編程（P）活不編程（U）來得到如下表所示的功能：當加密位LBI被編程時，在復位期間，EA端的邏輯電平被采樣并鎖存，如果單片機上電后一直沒有復位，則所存其的初始值是一個隨機數(shù)，且這個隨機數(shù)會一直保存到真正復位為止。為使單片機能

25、正常工作，被領存的EA電平值必須與該引腳當前的邏輯電平一致。此外，加密位只能通過整片擦除的方法清除。118 FLAS1閃速存儲器的編程：AT89C51單片機內部有4k字節(jié)的flashPEROM，這個Flash存儲陣列出廠時已處于擦除狀態(tài)（即所有存儲單元的內容均為FFH），用戶隨時可對其進行編程。編程接口可接收高電壓（+12v）或低電樂（Vcc）的允許編程信號。低電壓編程模式適合于用戶在線編程系統(tǒng)，而高電壓編程模式可與通用EPROM編程器兼容口。AT89C51單片機中，有些屬于低電壓編程方式，而有些則是高電壓編程方式，用戶可從芯片上的型號和讀取芯片內的簽名字節(jié)獲得該信息，見下表：AT89C51的

26、程序存儲器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個字節(jié)，要對整個芯片內的PEROM程序存儲器寫入一個非空字節(jié)必須使用片擦除的方式將整個存儲冊的內容清除。編程方法：編程前，須按表6和圖6所示設置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號，編程單元的地址加在P1口和P2口的P2.0-P2.3（11位地址范圍為0000H-0FFFFH），數(shù)據(jù)從P0口輸入，引腳P2.6、P2.7和P3.6、P3.7的電平設置見表6，PSEN為低電平，RST保持高電平，EA/Vpp引腳是編程電源的輸入端，按要求加上編程電壓，ALE/PROG引腳輸入編程脈沖（負脈沖）。編程時可采用420MHz的時鐘振蕩器，AT89C51編程方法如下： 1

27、在地址線上加上要編程單元的地址信號。 2在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 3激活相應的控制信號。 4。在高電壓編程方式時，將EA/Vpp端加上+12V編程電壓。 5每對Flash存儲陣列寫入個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG編程脈沖。改變編程單元的地址和寫入的數(shù)掉，重復15步驟，直到全部文件編程結束。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常約為1.5ms數(shù)據(jù)查詢： AT89C51單片機用數(shù)據(jù)查詢方式來檢測一個寫周期是否結束，在一個寫周期中，如需讀取最后寫入的那個字節(jié)，則讀出的數(shù)據(jù)的最高位(P0.7)是原來寫入字節(jié)最高位的反碼。寫周期完成后，有效的數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)在所有輸出端上，此時，

28、可進入下一個字節(jié)的寫周期，寫周期開始后，可在任意時刻進行數(shù)據(jù)查詢。Ready/Busy：字節(jié)編程的進度可通過“RDY/BSY”輸出信號監(jiān)惻，編程期間，ALE變?yōu)楦唠娖健癏”后P3.4（RDY/BSY)端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)（忙狀態(tài)）。編程完成后，P3.4變?yōu)楦唠娖奖硎緶蕚渚途w狀態(tài)。程序校驗：如果加密位LB1、LB2沒有進行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)線讀回原編寫的數(shù)據(jù)，采用下圖的地電路，程序存儲器的地址由P1和P2口的P2.0P2.3口讀出，P2.6、P2.7和P3.6、P3.7的控制信號見表6，PSEN保持低電平，ALE、EA和RST保持高電平。校驗時，P0口須接上10K左右的上拉電阻

29、。加密位不可直接校驗，加密位的校驗可通過對存儲器的校驗和寫入狀態(tài)來驗證。FLASH存儲器編程和程序校驗時序圖7（高電壓編程）和圖8（低電壓編程）芯片擦除：利用控制信號的正確組合（表6）并保持ALE/PROG引腳10ms的低電平脈沖寬度即可將PEROM陣列(4k字節(jié)）和三個加密位整片擦除，代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入“1”，這步驟需再編程之前進行。讀片內簽名字節(jié)：AT89C51單片機內有3個簽名字節(jié)，地址為030H，031H和032H。，用于聲明該器件的廠商、型號和編程電壓。讀簽名字節(jié)的過程和單元030H、031H及032H。的正常校驗相仿，只需將P3.6和P3.7保持低電平，返回值

30、意義如下：(030H)=1EH聲明產品由ATMEL公司制造；(031H)=51H聲明為AT89C51單片機；(032H)=FFH聲明為12V編程電壓；(032.）=05H聲明為5V編程電壓。編程接口：采用控制信號的正確組合對Flash閃速存儲陣列中的每一代碼字節(jié)進行寫入和存儲器的整片擦除，寫操作周期是自身定時的，初始化后它將自動定時到操作完成。12 單片機紅外遙控的原理1.2.1 單片機紅外遙控概述紅外遙控有發(fā)送和接收兩個組成部分，主要由遙控發(fā)射器、一體化接收頭、單片機、接口電路組成，如圖一所示。遙控器用來產生遙控編碼脈沖，驅動紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號，遙控接收頭完成對遙控信號的放大、檢波、

31、整形、解調出遙控編碼脈沖。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，由其內部CPU完成對遙控指令解碼，并執(zhí)行相應的遙控功能。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計、控制程序的設計。發(fā)送端采用單片機將待發(fā)送的二進制信號編碼調制為一系列的脈沖串信號，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(如HS0038，它接收紅外信號頻率為38KHz，周期約26s)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，經單

32、片機解碼并執(zhí)行，去控制相關對象，如圖1所示。各種紅外遙控器，不論其電路結構如何，功能繁簡，控制鍵多少，它們的工作原理都是一樣的即利用控制按鍵進行音頻編碼，每個按鍵對應一個音頻頻率，再用音頻信號去調制載頻信號。經電子電路放大后，驅動紅外發(fā)光管向外發(fā)送的38KHz40KHz紅外光信息。1.2.2 二進制信號的編碼本文采用不同的脈寬寬度來實現(xiàn)二進制信號的編碼，可由發(fā)送單片機來完成。用圖2(a)表示二進制信號中的高電平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26s的寬度;用圖2(b)表示二進制信號中的低電平0，其特征是脈沖中高電平的寬度等于0.26ms，而低電平的寬度是高

33、電平的二倍，等于0.52ms，相當于20個26s的寬度。上述10個和20個脈沖寬度還可適當調整，以適應不同數(shù)據(jù)傳輸速度的需要。1.2.3 二進制信號的調制二進制信號的調制仍由發(fā)送單片機來完成，它把編碼后的二進制信號調制成頻率為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，即是調制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號。如圖3所示，A是二進制信號的編碼波形，B是頻率為38KHz(周期為26s)的連續(xù)脈沖串，C是經調制后的間斷脈沖串(相當于C=A×B)，用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的波形。圖3中，待發(fā)送的二進制數(shù)據(jù)為101。1.2.4二進制信號的解調二

34、進制信號的解調由一體化紅外接收頭HS0038來完成，它把收到的紅外信號(圖4中波形D，也是圖3中波形C)經內部處理并解調復原，輸出圖4中波形E(正好是對圖3中波形A的取反)，HS0038的解調可理解為: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的外部結構如圖5所示，1腳GND接電源地，2腳VCC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)。1.2.5二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)。如圖4，把波形E解碼還原成數(shù)據(jù)信息101。1.2.6 基于

35、字節(jié)傳輸?shù)募t外遙控數(shù)據(jù)格式在發(fā)送字節(jié)的開始先通過單片機發(fā)送20個脈沖寬度(每個脈沖周期26s) 的高電平作為傳輸開始，接著發(fā)送8位數(shù)據(jù)(字節(jié)高位在前，低位在后)，最后發(fā)送10個脈沖寬度的低電平作為傳輸結束，如圖6所示。1.3 遙控器的實現(xiàn)該遙控器中主要包含無線指令接收模塊、紅外指令接收模塊、紅外指令發(fā)射模塊以及信息存儲模塊。無線指令接收模塊采用YCR200，與相應的無線指令發(fā)射模塊配合使用。這個模塊是可以編址的，可實現(xiàn)不同用戶有不同的設備地址，編址數(shù)量可達729，不會在用戶間產生干擾。而且發(fā)射模塊發(fā)射距離能夠達到100m以上，足夠家庭使用。使用中，在沒有接收到無線指令時，模塊輸出低電平，當接收

36、到控制指令時，會有高電平輸出。紅外接收模塊采用集成的紅外接收頭，如DA5033，5V供電，503或62I，35V供電。只要對其供電即可，當接收到38kHz左右的紅外信號時就會有低電平輸出。在試驗中，對以上3種接收頭做令接收模塊、紅外指令發(fā)射模塊以及信息存儲模塊。無線指令接收模塊采用YCR200，與相應的無線指令發(fā)射模塊配合使用。這個模塊是可以編址的，可實現(xiàn)不同用戶有不同的設備地址，編址數(shù)量可達729，不會在用戶間產生干擾。而且發(fā)射模塊發(fā)射距離能夠達到100m以上，足夠家庭使用。使用中，在沒有接收到無線指令時，模塊輸出低電平，當接收到控制指令時，會有高電平輸出。紅外接收模塊采用集成的紅外接收頭，

37、如DA5033，5V供電，503或62I，35V供電。只要對其供電即可，當接收到38kHz左右的紅外信號時就會有低電平輸出。在試驗中，對以上3種收頭做過試驗，發(fā)現(xiàn)前一種靈敏度比較高，能夠在較遠的距離接收到紅外指令，而其他兩種靈度就相對比較弱一些，而且會有一些干擾信號出現(xiàn)。紅外發(fā)射模塊如圖5所示。由于紅外指令需要38kHz的載波信號傳送，可以采用邏輯電路得到38KHz的振蕩信號，調整元件參數(shù)如圖中所示，其中R4調節(jié)為8k。紅外指令信號通過與非門調制到紅外載波上，并輸出到發(fā)射電路。發(fā)射電路由三極管和紅外發(fā)射管組成。存儲信息模塊需要采用信息掉電不丟失的E2PROM器件X25045。單片機采用AT89

38、C2051。采用12MHz晶振，以提高識別精度，同時保證在自學習紅外指令時有足夠的時間來進行處理。發(fā)射紅外指令信號時，脈沖寬度精度可以達到15s，滿足識別要求。紅外遙控技術因其性能穩(wěn)定、結構簡單、技術成熟等優(yōu)點而在工業(yè)控制、儀器儀表、家電等領域中得到了廣泛的應用。一般通常使用專用的配對編、解碼芯片，組成紅外發(fā)射和接收電路，完成對設備或電器的遠動控制。圖1所示為按此方法進行紅外遙控的一般工作過程。使用專用的配對編、解碼芯片來組成紅外發(fā)射電路和紅外接收電路，在控制路數(shù)較少時矛盾并不突出。但是當控制路數(shù)較多時，其接口的設計和實現(xiàn)就顯得比較繁瑣;此外因為編、解碼芯片通常是專用配對使用的，即某種解碼芯片

39、只能識別某種編碼芯片的編碼，對其他型號的編碼芯片的編碼則不能識別。因此，不同的編、解碼芯片幾乎沒有互換性。本文提出了一種利用單片機實現(xiàn)紅外遙控的方法，即用某種編碼芯片組成的發(fā)射電路發(fā)射編碼，而將紅外預接收電路預處理后的編碼信號直接送入單片機中進行解碼處理。一個性能良好的紅外發(fā)射和接收電路需要考慮四方面要求。第一必須具有良好的抗環(huán)境干擾性能，第二是能夠進行遙控動作的空間范圍達到5m以上距離，第三是避免不必要的誤控制，第四是良好的發(fā)射電路要有一個與之相適應的接收處理電路。要達到這四方面要求就要對3842KHz的方波信號對編碼信號進行調制處理。由于本紅外遙控電路只實現(xiàn)兩路控制，所以編碼信號采用頻率單

40、一的方波信號。紅外遙控發(fā)射器是由遙控編碼集成電路、鍵盤矩陣電路、放大器、紅外發(fā)光二極管及少量外圍元件組成。遙控編碼集成電路實際上是一個微處理器，它主要包括定時信號發(fā)生器、鍵盤掃描、鍵碼識別、指令編碼、碼元調制等部分。當有鍵按下時，微處理器通過鍵盤掃描和鍵碼識別獲得鍵值，每一個健值通過指令編碼，獲得一個特定的串行指令代碼，為提高占空比，降低電源損耗，還必須對串行代碼用的38Kz載波進行脈沖調制，經放大器放大，驅動紅外發(fā)射管將指令代碼發(fā)射出去，如圖所示。中斷口平時為高電平，當遙控器有鍵按下時，接收頭接收到遙控信號，在遙控脈沖的下降沿產生中斷，同時啟動計時器計數(shù)當另一脈沖的下降沿來到時，又產生中斷，

41、將計數(shù)器記錄的時間放到單片機的中去，計數(shù)器清零且重新計時下一個中斷產生時，計數(shù)器記錄的時間放到另一個單元中，計數(shù)器清零且重新計時，如此循環(huán)，就可將遙控信號脈沖的每一個周期時間放在單片機的中，通過仿真器，查看單片機中的內容，這樣，可繪出遙控信號的脈沖波形，根據(jù)寬脈沖為“1”，窄脈沖為“0”，寫出遙控信號的編碼。1.4 紅外線的特性紅外線是介于可見光與微波之間的一種電磁波，其波長為林林，波譜范圍很寬。紅外線分為近紅外、中紅外和遠紅外三個區(qū)，兼具可見光和微波的某些特性在與可見光相鄰的在近紅外區(qū)，具有可見光的直線傳播、反射、折射、散射、衍射、可以被某些物體吸收，以及可以被透鏡聚焦等特性在與微波相鄰的遠

42、紅外區(qū)，則具有較強的穿透能力和能夠貫穿某些不透明物體的能力等。實際上，凡是溫度高幾絕對零度即一的物體，均會片刻不停地發(fā)出紅外線，只是溫度越高，其發(fā)出的紅外線越強?；谝蕴攸c，再加上紅外線傳感器制作容易、成本低，因此諸如紅外線遙控、紅外線加熱、紅外線通信、紅外線攝像、紅外線醫(yī)療器械等應用產品幾乎足隨處可見。紅外遙控的四個，要環(huán)節(jié)紅外線遙控裝置包括紅外線發(fā)射即遙擰器和紅外線接收兩部分。既然兒乎所有的物體都在不停地發(fā)射紅外線，那么怎樣才能保證指定遙控器發(fā)射的控制信號既能準確無誤地被接收裝置所接收，又不會受到其他信號的干擾呢，這就需要從以下四個環(huán)節(jié)上加以控制。15 開關控制器系統(tǒng)的硬件設計該系統(tǒng)的外圍

43、電路主要由電源電路、繼電器控制電路、顯示電路等組成1。其中電源電路包括變壓器、整流器、濾波和穩(wěn)壓器幾個部分，用以得到系統(tǒng)所需的12V和6V的直流工作電壓（如繼電器工作電壓為12V，AT89C51單片機、紅外接收器等工作電壓為6V）。顯示電路主要由顯示驅動器件74LS164和數(shù)碼管LED組成，主要用于遙控器紅外學習時的顯示。繼電器控制電路，電路圖如圖2所示。AT89C51單片機的P0.1P0.7分別連接到8路繼電器控制電路中的三極管的基極。如果紅外遙控器已經過AT89C51的紅外代碼學習，按下某個數(shù)字鍵，則對應的P0口的相應引腳為高電平，三極管飽和導通，繼電器吸合，對應的電器設備電源接通，設備開

44、啟工作，發(fā)光二極管點亮；否則P0口的相應引腳輸出為低電平，三極管截止，繼電器斷開，對應的電器設備因切斷電源而不能工作，同時對應的發(fā)光二極管熄滅2。用遙控器的18號鍵當作18路繼電器的通、斷控制，按一下為繼電器接通，再按一下為繼電器斷開，二次按鍵的間隔時間大約在1秒鐘，這樣就可以避免按一次鍵會使繼電器反復通斷。另外，還利用了遙控器的電源按鍵，按下時可將所有繼電器斷開。16 接口描述161 IR 接口工作原理輸入的紅外遙控信號是經過紅外接收頭解調解碼后的基帶信號2，結構及編碼方式如下遙控編碼脈沖是由引導碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼和功能反碼等信號組成，如圖1所示遙控器掃描鍵盤所得的信息稱為鍵位碼，

45、在實際紅外傳輸時鍵位碼需經編碼后方能傳輸，經編碼后的鍵位碼稱為功能碼，對應接收端的具體功能功能碼采用脈位調制編碼，即：負脈沖寬度和間歇脈沖寬度均為1TCP0.5626ms（總周期為2TCP）時，稱為“0”；而當負脈沖寬度為TCP，間歇為3TCP(總周期為4TCP)時，稱為“1”，如圖2所示。162 PS2 接口描述PS/2協(xié)議是外設與主機之間通信的一種同步雙向串行協(xié)議3PS2協(xié)議的數(shù)據(jù)位定義為11位，一位起始位，7位數(shù)據(jù)位，加一位校驗位，一位結束位當無數(shù)據(jù)傳輸時，鍵盤接口數(shù)據(jù)線和時鐘線均為高電平接口時鐘信號由鍵盤提供，其頻率至少應為733.33Hz，才能保證數(shù)據(jù)的準確發(fā)送與接收在鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)之

46、前，鍵盤檢測接口時鐘線和數(shù)據(jù)線上的電平，如果時鐘線為低電平，則主機禁止鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)鍵盤上的鍵擊代碼送到緩存器中緩存只有當數(shù)據(jù)線和時鐘線上電平均為高時，才允許鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)此時鍵盤向主機發(fā)送數(shù)據(jù)和時鐘信號鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)時（如圖3），先拉低數(shù)據(jù)線以發(fā)送起始位，再依次送出8位數(shù)據(jù)，最后發(fā)送奇偶校驗位和停止位每位數(shù)據(jù)在時鐘脈沖下降沿有效，在時鐘脈沖高電平期間變化如果在第10位（奇偶校驗位）發(fā)送之前，計算機下拉時鐘線至少有60s，則鍵盤停止發(fā)送，并將故障數(shù)據(jù)存儲在輸出緩存器中數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，保持數(shù)據(jù)線和時鐘線為高電平主板接收到數(shù)據(jù)后，若有誤，則要求鍵盤重發(fā)當主機請求發(fā)送數(shù)據(jù)時（如圖4），主機將數(shù)據(jù)線拉低，鍵

47、盤進入接收數(shù)據(jù)狀態(tài)并發(fā)送時鐘信號每位數(shù)據(jù)均為時鐘脈沖上升沿有效，在時鐘脈沖低電平期間變化鍵盤接收完11位數(shù)據(jù)后，將停止位拉低作為應答信號，表示數(shù)據(jù)接收完畢鍵盤對接收到的數(shù)據(jù)進行判斷，若有誤，則要求主機重發(fā)接收系統(tǒng)與PS2映射鍵值定義：鍵盤的處理器要花費很多的時間來掃描和監(jiān)視按鍵矩陣如果有鍵按下、釋放或者按住，鍵盤將發(fā)送“掃描碼”信息包到計算機掃描碼有兩種類型：通碼（MAKE）和斷碼（BREAK）當一個鍵被按下或按住就發(fā)送通碼；當一個鍵被釋放就發(fā)送斷碼每個按鍵被分配了唯一的通碼和斷碼，這樣主機通過查找唯一的掃描碼就可以測定哪個按鍵所有現(xiàn)代的鍵盤默認使用第二套掃描碼每個鍵都有唯一的通碼，也都有唯一

48、的斷碼例如表2列出了鍵盤上幾個按鍵的第二套通碼和斷碼。2 發(fā)送系統(tǒng)各模塊原理21 單通道記憶模塊單通道記憶電路模塊2利用紅外接收管接收外界的紅外感應信號，并以其電平的高低作為數(shù)字信號傳給AT89C51，經AT89C51計算出其高低電平的持續(xù)時間以及高低電平的個數(shù)，并作為單通道待發(fā)送信號形式保存起來。單通道記憶模塊電路設置兩個單鍵開關在鍵盤模塊，作為控制單鍵記憶電路模塊的啟動和發(fā)送存儲的記憶信號。其流程圖如圖1。是否否是圖1 單通道記憶模塊流程圖開始讀碼準備接收到信號？儲存信號形式結束開中斷中斷推出 關中斷結束信號？初始化遙控器的紅外數(shù)據(jù)傳送編碼格式基本上有脈沖寬度調制(PWM)和脈沖位置調制(

49、PPM)兩種。對于脈寬調制格式，接收頭信號的邏輯0和1是根據(jù)信號電平的寬度來區(qū)分的。每個邏輯1的高電平寬度比邏輯0的高電平寬度寬，而低電平寬度都是一致的，如圖2所示。脈寬調制方式最常使用的芯片有M50462，TC9012，LC7461等，使用這些芯片的遙控器有康佳KK-Y01、T920，三洋2169、2189等。脈沖相位調制方式的邏輯0和邏輯1的脈沖寬度都是一致的，而電平正好相反，如圖3所示。相位調制方式最常用的芯片是SAA3010，使用這個芯片的遙控器有樂華542A-2PD，索尼G21、S29、K29等。22 鍵盤掃描模塊鍵盤掃描模塊采用行列式掃描法1，用單片機的P0和P2口對鍵盤矩陣進行行

50、列掃描，以確定按下的鍵。又AT89C51確定按下的鍵的鍵值，并判斷該鍵值的作用，使程序轉到相應的位置執(zhí)行。當發(fā)送的并非是時存儲的記憶的信號內容時以按下的鍵值的不同發(fā)送不同頻率的信號。AT89C51采用外部時鐘頻率，即頻率12MHz的晶振。一紅外線遙控發(fā)射器紅外線遙控發(fā)射器，簡稱遙控器，是用來產生多種編碼信息的紅外光信號，向空間輻射，供紅外接收、解碼、控制用。主要由鍵盤矩陣電路、定時信號發(fā)生器、鍵入編碼電路、指令編碼電路、碼元調制器、分頻器等組成，如圖2所示。紅外線遙控發(fā)射器利用計算機技術的一個編碼電路，采用矩陣掃描電路產生鍵位碼，經鍵位識別后，送去指令編碼器進行碼值轉換，構成一組脈寬調制的串行

51、功能指令碼。通過碼元調制器進行脈幅調制，放大后驅動紅外光發(fā)射二極管發(fā)射出不同的脈沖編碼調制的紅外光信號。紅外線遙控發(fā)射器使用遙控編碼集成電路，將定時信號發(fā)生器、鍵入編碼電路、指令編碼電路、碼元調制器、分頻器等集成在一塊芯片上，遙控編碼集成電路按照系統(tǒng)微處理器功能指令的要求進行統(tǒng)一編碼，鍵位掃描得來的編碼值受到掃描方式的限制，只能用來識別哪個鍵被按下，不一定能與接收端所配用的微機指令相適應。為了達到接收端微機能識別的目的，鍵入編碼輸出的鍵位碼還要依靠指令信號編碼電路重新編碼，進行碼值變換，并加上其它的識別碼，以區(qū)別不同機種和不同用戶發(fā)射的控制信號，最后得到功能操作指令碼。也就是說，不同類型或廠家

52、的遙控器具有各自的功能操作指令碼。圖3 發(fā)送模塊程序流程圖否否開始單通道記憶鍵？結束是調用計時程序單通道遙控鍵初始化是存儲接收到的紅外信號形式鍵盤掃描有鍵？是否發(fā)送以存儲的信號形式發(fā)送信號遙控發(fā)射器具有鍵盤矩陣，每按下一個鍵，即產生具有不同編碼數(shù)字的脈沖，這種代碼指令信號調制在38KHz的二級管產生具有脈沖的紅外波，通過空間傳送到受控機內的遙控接收器，其發(fā)射原理圖見圖遙控器所產生的脈沖編碼的格式一般為引導脈沖頭卜識別碼系統(tǒng)碼卜鍵碼數(shù)據(jù)碼鍵碼的反碼見圖一般其引導脈沖為寬度為左右的一個低脈沖和一個高脈沖的組合，用來標識指令碼的開始識別碼、鍵碼、鍵碼的反碼均為數(shù)據(jù)編碼脈沖，用二進制數(shù)表示“0”和“1

53、”均由毫秒量級的高低脈沖的組合代表識別碼即系統(tǒng)碼是對每個遙控系統(tǒng)的標識通過對識別碼的檢驗，每個遙控器只能控制一個設備動作，這樣可有效地防止多個設備之間的串擾當指令鍵按下時，指令信號產生電路便產生脈沖編碼鍵碼后面一般還要有鍵碼的反碼，用來檢驗鍵碼接收的正確性，防止誤動作，增強系統(tǒng)的可靠性這些指令信號由調制電路調制成的信號，經調制后輸出，最后由驅動電路驅動紅外發(fā)射器件發(fā)出紅外遙控信號。221 遙控代碼與鍵盤碼的轉換在應用系統(tǒng)中，帶遙控器的儀器設備一般都帶按鍵，而且二者功能相同，將遙控鍵值轉換成標準的按鍵值后，遙控按鍵散轉表格可以與鍵盤散轉表格復用，轉換方法可用查表法。通過查表，使遙控的按鍵值轉換成

54、本機鍵盤的值，這樣既可以使用按鍵操作，也可以使用遙控操作，而且相應的處理程序非常簡單。222 按鍵識別程序的設計要使用一個遙控器進行遙控系統(tǒng)的設計，必需首先了解不同的按鍵編碼脈沖是怎樣和遙控器上不同的按鍵一一對應的。筆者用軟件的方法實現(xiàn)對脈沖流的分析，使用如圖三所示的接口電路接收信號。如果沒有紅外遙控信號到來，接收器的輸出端口OUT保持高電平；當接收到紅外遙控信號時，接收頭將信號解調下來并轉換成脈沖序列加到CPU的中斷輸入引腳。用軟件測試引腳的邏輯電平，同時啟動T計時器，測量該引腳分別為邏輯“0”和邏輯“1”情況下的時間值，存儲起來，然后分析。其規(guī)律如下（仿真機CPU晶振為6MHz）:引導脈沖是一個時間值為1137H1157H的低電平和時間值為084FH086FH的高電平;數(shù)據(jù)脈沖的低電平時間值約為0127H0177H;高電平時間值有2種情況：00BBH00FFH（窄：表示“0”）利0301H03