基于單片機(jī)的紅外收發(fā)器設(shè)計(jì)

1、XX學(xué)院2011屆畢業(yè)設(shè)計(jì)XX學(xué)院畢 業(yè) 論 文作 者： 學(xué) 號(hào)： .學(xué) 系： 電子信息工程與技術(shù)系 .專 業(yè)： 應(yīng)用電子 .題 目： 51單片機(jī)紅外收發(fā)器設(shè)計(jì) . 指導(dǎo)者： 2007 年 5 月 51單片機(jī)紅外收發(fā)器設(shè)計(jì) 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因其高可靠性和高性價(jià)比，在智能化家用電器、儀器儀表等諸多領(lǐng)域內(nèi)得到了極為廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前單片機(jī)對(duì)家用電器控制呈現(xiàn)出外型簡(jiǎn)單化、功能多樣化、性能優(yōu)越化的發(fā)展趨向。 紅外遙控器具用使用方便、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，因此它的應(yīng)用前景是不可估量。 本課題以延伸紅外無(wú)線遙控技術(shù)為目的， 提出了一種紅外遙控器集中控制的方案，核心是設(shè)計(jì)出一個(gè)無(wú)線紅外

2、多路遙控發(fā)射/接收系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)以紅外線作為傳遞信息的載體，可對(duì) 8 個(gè)受控對(duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行短距離無(wú)線控制，適用于工業(yè)、醫(yī)療、家用電器等設(shè)備的開啟或關(guān)閉遙控，也可以對(duì)一種設(shè)備的八種工作狀態(tài)同步進(jìn)行控制，或?qū)?2 種設(shè)備的 4 種工作狀態(tài)同時(shí)控制。 該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的具體參數(shù)如下： 1. 遙控距離不小于 5m，即紅外遙控發(fā)射機(jī)與紅外接收機(jī)之間的距離不小于 5m； 2. 遙控路數(shù)為 8 路，即可對(duì) 8 個(gè)受控設(shè)備同時(shí)進(jìn)行開關(guān)控制； 3. 工作頻率為 38KHz，即紅外發(fā)射和接收的載頻為 38KHz； 4. 接收端可顯示受控狀態(tài)。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 紅外數(shù)據(jù)發(fā)送與接收 八路 LED 開關(guān)電路 鍵盤控制

3、51 MCU-based infrared encoder and decoderABSTRACT With the development of science and technology, SCM because of its high reliability and cost-effective, in the intelligent home appliances, instrumentation and many other areas has been very widely used. Control of the current SCM appliances shown on

4、 the simplistic appearance, diversification of function, the development trend of superior performance. Infrared remote control apparatus with easy to use, low power consumption, anti-jamming features, so its prospects are immeasurable. The topics to extend the infrared wireless remote control techn

5、ology for the purpose, a centralized control infrared remote control program, the core is to design a wireless infrared remote control multiple transmit / receive system. The design of an infrared transmission of information as a carrier of controlled object can work 8 state short-range wireless con

6、trol for industrial, medical, home appliances and other equipment on or off remotely, it can be a device eight kind of working state synchronization control, or two kinds of equipment working state of simultaneous control of 4. The system can achieve the specific parameters are as follows: 1. Remote

7、 control distance is not less than 5m, the infrared remote control transmitter and the distance between the infrared receiver is not less than 5m; 2. Remote control for the 8 large ones, can be controlled on the eight switch control device at the same time; 3. Working frequency is 38KHz, the infrare

8、d transmission and reception of the carrier frequency of 38KHz; 4. Receiver to display control. Key words: MCU Send and receive IR data Octal LED switching circuit Keyboard control 目 錄摘 要2ABSTRACT31 緒 論11.1 研究背景11.2 研究目的11.3 研究意義12 系統(tǒng)分析22.1 設(shè)計(jì)要求22.2 總體設(shè)計(jì)方案32.3 方案的可行性論證62.4 小結(jié)73 硬件設(shè)計(jì)73.1 單片機(jī)及其硬件電路設(shè)計(jì)7

9、3.2 單片機(jī)紅外發(fā)射器的電路設(shè)計(jì)103.3 單片機(jī)紅外接收器的電路設(shè)計(jì)143.4 小結(jié)194 程序設(shè)計(jì)204.1 紅外發(fā)射模塊204.2 紅外接收模塊224.3 小結(jié)235 系統(tǒng)測(cè)試245.1 系統(tǒng)功能測(cè)試245.2 小結(jié)25參考文獻(xiàn)26附 錄 127附 錄 232附 錄 333致 謝341 緒 論 1.1 研究背景 近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透,單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。 傳統(tǒng)的遙控器大多數(shù)采用了無(wú)線電遙控技術(shù)，但是隨著科技的進(jìn)步，紅外線遙控技術(shù)的成熟，紅外也成為了一種被廣泛應(yīng)用的通信和遙控手段。繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空凋機(jī)以及

10、玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。由于紅外線抗干擾能力強(qiáng)，且不會(huì)對(duì)周圍的無(wú)線電設(shè)備產(chǎn)生干擾電波，同時(shí)紅外發(fā)射接收范圍窄，安全性較高。紅外遙控雖然被廣泛應(yīng)用，但各產(chǎn)商的遙控器不能相互兼容。當(dāng)今市場(chǎng)上的紅外線遙控裝置一般采用專用的遙控編碼及解碼集成電路，由于其靈活性較低，應(yīng)用范圍有限。所以采用單片機(jī)進(jìn)行遙控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，遙控裝置將同時(shí)具有編程靈活、控制范圍廣、體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，因此采用單片機(jī)的紅外遙控技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。 1.2 研究目的 本設(shè)計(jì)主要

11、研究并設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的紅外接收系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)八路開關(guān)的控制。控制系統(tǒng)主要是由MCS-51和 52 系列單片機(jī)、 電源電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、LCD 顯示電路等部分組成，單片機(jī)編碼發(fā)射遙控信號(hào)經(jīng)紅外接收處理傳送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)不同的信息碼控制八路 LED 發(fā)光二極管各個(gè)狀態(tài)，并完成相應(yīng)的狀態(tài)指示。 1.3 研究意義 紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備。由于其無(wú)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(huì)產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡(jiǎn)單，只要按給定電路連接無(wú)誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控。 信息可以直接通過紅外光進(jìn)行調(diào)制傳輸，例

12、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。從信息可靠傳輸來(lái)說，這就是現(xiàn)在看到的大多數(shù)紅外遙控器所采用的方法。 2 系統(tǒng)分析 2.1 設(shè)計(jì)要求 2.1.1 整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 1、被控設(shè)備的控制實(shí)時(shí)反映，從接收信號(hào)到信號(hào)處理及對(duì)設(shè)備控制反映時(shí)間應(yīng)小于 1s； 2、整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)，防止誤動(dòng)作； 3、整個(gè)系統(tǒng)的安裝、操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便； 4、總體成本低。 2.1.2 紅外載波、編碼電路設(shè)計(jì)要求 1、單片機(jī)定時(shí)器精確產(chǎn)生 38KHz 紅外載波； 2、根據(jù)控制系統(tǒng)要求能對(duì)紅外控制指令信號(hào)精確編碼并迅速發(fā)送。 2.

13、1.3 紅外解碼電路設(shè)計(jì)要求 1、精確接收紅外信號(hào)，并對(duì)所接收信號(hào)進(jìn)行解碼、放大、整形、解調(diào)等處理，最后輸出TTL 電平信號(hào)； 2、對(duì)非紅外光及邊緣紅外光抗干擾能力強(qiáng)。 2.1.4 設(shè)備擴(kuò)展模塊設(shè)計(jì)要求 1、直流控制交流； 2、抗干擾能力強(qiáng)； 3、反應(yīng)迅速不產(chǎn)生誤動(dòng)作； 4、能承受大電流沖擊。 2.2 總體設(shè)計(jì)方案 2.2.1 方案論證 （一）單片機(jī)控制器模塊 方案一：采用目前比較通用的 51 系列單片機(jī)。 此單片機(jī)的運(yùn)算能力強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，市場(chǎng)上比較多見價(jià)格便宜且技術(shù)比較成熟容易實(shí)現(xiàn)。 方案二：采用凌陽(yáng) 16 位單片機(jī) SPCE061A 作為控制核心。 與 51 單片機(jī)相比，SP

14、CE061A 具有更加豐富的資源，有 32 個(gè)可編程的 I/O口，14 個(gè)中斷源。但考慮到本設(shè)計(jì)沒有用到如此多資源且價(jià)格貴，市場(chǎng)比較少見，技術(shù)不穩(wěn)定。 綜合分析考慮，選擇方案一。 （二）38KHz 載波實(shí)現(xiàn) 利用載波對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制從而減少信號(hào)傳輸過程中的光波干擾,提高數(shù)據(jù)傳輸效率。以下是對(duì)產(chǎn)生 38KHz載波的單片機(jī)軟件與硬件電路進(jìn)行比較。 方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī) T0定時(shí)產(chǎn)生38KHz載波 電路原理:STC89C52RC 定時(shí)器T0 產(chǎn)生周期性的 26.3us 的矩形脈沖,即每隔13us，定時(shí)器T0 產(chǎn)生中斷輸出一個(gè)相反的信號(hào)使輸出端產(chǎn)生周期的 38KHz 脈沖信號(hào)。計(jì)算公式如2-1所示，脈沖圖如圖

15、 2-1 所示。 T=1/38MHz （2-1） 圖 2-1 38KHz 載波信號(hào) 方案二：硬件晶振電路產(chǎn)生 38KHz 載波 電路分析: 晶振 Y1，電容C1、C2、U1A、R2 、R3 組成 38KHz 載波振蕩電路，MC14011 是邏輯與非門。U1B 對(duì) 38KHz 的振蕩信號(hào)取反，同時(shí)隔離前后級(jí)的信號(hào)干擾。如圖 2-2 所示。P11 屬于單片機(jī) P1 口用于單片機(jī)對(duì)受控對(duì)象控制信號(hào)處理后的數(shù)據(jù)輸出口，數(shù)據(jù)與 38KHz 信號(hào)與 P11 端數(shù)據(jù)邏輯或非門輸出，完成信號(hào)的調(diào)制。 圖 2-2 脈沖產(chǎn)生的硬件電路圖 對(duì)于產(chǎn)生 38KHz 脈沖信號(hào)的軟、硬件電路的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行比較選擇，軟件實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)

16、有利于產(chǎn)品開發(fā)使用，加密性強(qiáng)，電路板元件少，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，便于產(chǎn)品的推廣。因而采用方案一，即用軟件定時(shí)產(chǎn)生 38KHz 的載波信號(hào)。 （三）紅外解碼電路的比較 方案一：采用單片機(jī)加專用解碼芯片 其優(yōu)點(diǎn)是軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但增加了外圍電路的設(shè)計(jì)，使得單片機(jī)的 IO 口減少不利于多路開關(guān)電路的擴(kuò)展。 方案二：采用單片機(jī)軟件解碼 其外圍電路簡(jiǎn)潔，空出的 IO 口多，利于單片機(jī)擴(kuò)展多路開關(guān)電路的設(shè)計(jì)，而編程就會(huì)復(fù)雜些。 根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，采用方案二。 （四）驅(qū)動(dòng)與開關(guān) 方案一：采用晶閘管直接驅(qū)動(dòng)。 其優(yōu)點(diǎn)是體積小，電路簡(jiǎn)單，外圍元件少。但控制電流小，大電流晶閘管成本高，并且隔離性能差。 方案二：采用三極管

17、驅(qū)動(dòng)繼電器。 其體積大，外圍元件多。優(yōu)點(diǎn)是控制電流大，隔離性能好。 根據(jù)實(shí)際情況，擬采用方案二。 2.2.2 總體設(shè)計(jì)框圖 經(jīng)過上述方案的分析選擇，得出系統(tǒng)硬件由以下幾部分組成：紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路，鍵盤采用矩陣鍵盤，4×4 矩陣鍵盤中 P1.0-P1.3 為采集數(shù)據(jù)入口，P1.4-P1.7 采集數(shù)據(jù)出口。 整體設(shè)計(jì)思路為：根據(jù)掃描到不同的按鍵值轉(zhuǎn)至相對(duì)應(yīng)的 ROM 表讀取數(shù)據(jù)。確認(rèn)設(shè)備及菜單選擇鍵后 AT89C2051 將從 ROM 讀取出來(lái)的值，按照數(shù)據(jù)處理要求從 P2.5 輸出控制脈沖與 T0 產(chǎn)生的 38KHz 的載波（周期是 26.3us）進(jìn)行調(diào)制，經(jīng) NPN 三極管對(duì)信號(hào)放大

18、驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管將控制信號(hào)發(fā)送出去。 紅外數(shù)據(jù)接收則是采用 LT0038 一體化紅外接收頭，內(nèi)部集成紅外接收、數(shù)據(jù)采集、解碼的功能，只要在接收端 INT0 檢測(cè)頭信號(hào)低電平的到來(lái)，就可完成對(duì)整個(gè)串行的信號(hào)進(jìn)行分析得出當(dāng)前控制指令的功能。然后根據(jù)所得的指令去操作相應(yīng)的用電器件工作，如圖 2-3 所示。 圖 2-3 電路設(shè)計(jì)整體框圖 2.3 方案的可行性論證 2.3.1 實(shí)用性 本系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、靈活性、穩(wěn)定性、以及多功能同時(shí)控制等優(yōu)點(diǎn)，方便用戶對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制。 2.3.2 經(jīng)濟(jì)可行性 對(duì)于有多個(gè)紅外遙控家電的用戶來(lái)說，可通過識(shí)別已存儲(chǔ)在 ROM 中的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)以現(xiàn)有的單一紅外信號(hào)，同時(shí)對(duì)任意紅

19、外遙控家用電器進(jìn)行控制，由于節(jié)約了實(shí)現(xiàn)控制功能的多個(gè)遙控硬件，從而減少了用戶的投資。 2.3.3 技術(shù)可行性 單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，定時(shí)器產(chǎn)生 38KHz 的載波對(duì)紅外信號(hào)調(diào)制，采用一體紅外接收頭對(duì)紅外信號(hào)放大、解碼、電平轉(zhuǎn)換。 2.4 小結(jié) 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求抗干擾能力強(qiáng)，防止誤動(dòng)作；安裝、操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；總體成本低。 總體設(shè)計(jì)經(jīng)過綜合分析論證采取最優(yōu)方案。系統(tǒng)硬件由以下幾部分組成：紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路，鍵盤采用矩陣鍵盤，4×4 矩陣鍵盤中 P1.0-P1.3 為采集數(shù)據(jù)入口，P1.4-P1.7 采集數(shù)據(jù)出口。 3 硬件設(shè)計(jì) 3.1 單片機(jī)及其硬件電路設(shè)計(jì) 3.1.1 單片機(jī)的介紹

20、 STC89C52RC單片機(jī) STC89C52RC 系列單片機(jī)是有超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，12 時(shí)鐘機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘機(jī)器周期可任意選擇，最新的 D 版本內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路。 特點(diǎn)： 1、增強(qiáng)型 6 時(shí)鐘機(jī)器周期，12 時(shí)鐘機(jī)器周期 8051 CPU； 2、工作電壓：5.5V-3.4V（5V 單片機(jī)）/3.8V - 2.0V（3V單片機(jī)）； 3、工作頻率范圍:0-40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 080MHz.實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz； 4、用戶應(yīng)用程序空間 4K/8K/16K/20K/32K/64K字節(jié)； 5、片上

21、集成 1280 字節(jié)/512字節(jié) RAM； 6、通用 I/O 口（32 個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng)I/O 口）P0 口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻； 7、ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器、仿真器，可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，8K 程序 3秒即可完成； 8、EEPROM 功能； 9、看門狗； 10、內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（D 版本），外部晶體 20M以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路。 11、共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)

22、器 0 還可當(dāng)成 2 個(gè) 8 位定時(shí)器使用； 12、外部中斷4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； 13、通用異步串行口(UART)，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； 14、工作溫度范圍：0 - 75/-40 - +85；9 15封裝： PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。 AT89C2051單片機(jī) 3589C2051 是由 ATMEL 公司推出的一種小型單片機(jī)。95 年出現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)。其主要特點(diǎn)為采用Flash 存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，可以很快被中國(guó)廣大用戶接受，其程序的電可擦寫

23、特性，使得開發(fā)與試驗(yàn)比較容易。 89C2051 共有 20 條引腳，2051 繼承了 8031 最重要引腳：P1 口共 8 腳，準(zhǔn)雙向端口。P3.0P3.6 共 7 腳，準(zhǔn)雙向端口，并且保留了全部的 P3的第二功能，如 P3.0、P3.1 的串行通訊功能，P3.2、P3.3的中斷輸入功能，P3.4、P3.5的定時(shí)器輸入功能。在引腳的驅(qū)動(dòng)能力上面，89C2051具有很強(qiáng)的下拉能力， P1， P3口的下拉能力均可達(dá)到20mA.相比之下， 89C51/87C51 的端口下拉能力每腳最大為 15mA。但是限定 9 腳電流之和小于 71mA.這樣，引腳的平均電流只有 9mA。89C2051 驅(qū)動(dòng)能力的增

24、強(qiáng)，使得它可以直接驅(qū)動(dòng)LED 數(shù)碼管，如圖 3-1 所示。 圖 3-1 89C2051引腳圖 3.1.2 時(shí)鐘電路及RC 復(fù)位電路 STC89C52RC 芯片內(nèi)部有一高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器.反相放大器的輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2。在 XTAL1、XTAL2（第 19、18 引腳）兩端跨接一個(gè)石英晶體振蕩器，和兩個(gè)電容就構(gòu)成了穩(wěn)定自激諧振電路。晶振頻率為11.0592MHz。C12，C13 是兩個(gè)瓷片電容，與晶振Y2 構(gòu)成了自激諧振電路。其電容的作用主要是對(duì)頻率進(jìn)行微調(diào)，一般取30-45PF 左右。使用該電路可產(chǎn)生穩(wěn)定的 11.0592MHZ 頻率，受外界的環(huán)境的干擾影

25、響非常小。其接法如圖 3-2 所示： 圖 3-2 晶振電路 復(fù)位是單片機(jī)初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。本設(shè)計(jì)采用了按鍵手動(dòng)復(fù)位方式。該復(fù)位電路如圖 3-3 所示。 復(fù)位電路采用了按鍵與上電復(fù)位。上電與按鍵均可以有效復(fù)位。上電瞬間RST 引腳獲得高電平，單片機(jī)復(fù)位電路隨著電容的 C11 的充電，RST 引腳的高電平逐漸下降。RST 引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2 個(gè)機(jī)器

26、周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。按鍵復(fù)位是直接將高電平通過電阻 R11、R10 分壓到達(dá)RESET 引腳，實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 圖 3-3 復(fù)位電路圖 3.2 單片機(jī)紅外發(fā)射器的電路設(shè)計(jì) 硬件電路組成: 4X4 矩陣鍵盤電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、電源電路。 3.2.1 矩陣鍵盤電路 (1)4×4 矩陣鍵盤的工作原理: 矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用4 條 I/O 線作為行線，4 條 I/O 線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個(gè)數(shù)是 4×4 個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O口的利用率。行線接 P1.

27、4-P1.7，列線接 P1.0-P1.3，如圖 3-4 所示。 圖 3-4 矩陣鍵盤電路圖 (2)鍵值得讀取: 首先從 P1 口的高四位輸出低電平，低四位輸出高電平，從 P1 口的低四位讀取鍵盤狀態(tài)。然后再?gòu)腜1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，從 P1口的高四位讀取鍵盤狀態(tài)。將兩次讀取結(jié)果組合起來(lái)就可以得到當(dāng)前按鍵的特征編碼 (3)按鍵功能說明: 設(shè)備 1-3 是用電器件的選擇按鍵，按下時(shí)則相應(yīng)的用電器件被選中，如果長(zhǎng)按下超過5 秒鐘，則會(huì)關(guān)斷對(duì)應(yīng)的用電器件； S1-12 是用電器件的功能選擇按鍵；OFF 是 LED 指示燈和所有用電器件的總關(guān)斷按鍵，OFF 按鍵按下時(shí)會(huì)使 LED 指

28、示滅二達(dá)到節(jié)能的目的，如果長(zhǎng)按超過5 秒鐘，則會(huì)關(guān)掉所有的用電器件。 以控制八路 LED 開關(guān)電路控制為例，首先按下設(shè)備 3 按鍵，然后再按下要哪個(gè) LED 要亮或者滅的對(duì)應(yīng)的按鍵（第一次按下為亮，第二次就會(huì)滅），則單片機(jī)就會(huì)把相應(yīng)的紅外控制信號(hào)發(fā)射出去控制相應(yīng)的電路工作。 3.2.2 紅外發(fā)射電路 (1)紅外線遙控制系統(tǒng)的原理框圖： 將指令脈沖編碼信號(hào)調(diào)制在載波振蕩器產(chǎn)生的載波上（也稱脈碼調(diào)制），然后用這脈碼調(diào)制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，以發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波，其紅外遙控系統(tǒng)電路如圖 3-5 所示。 圖 3-5 紅外遙控系統(tǒng)電路框圖 (2)紅外編碼原理: 通常，紅外遙控器將遙控信號(hào)(二進(jìn)制

29、脈沖碼)調(diào)制在 38KHz 的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號(hào)發(fā)射出去。二進(jìn)制脈沖碼的形式有多種，其中最為常用的是 PWM 碼(脈沖寬度調(diào)制碼)和 PPM 碼(脈沖位置調(diào)制碼）。前者以寬脈沖表示1，窄脈沖表示 0。后者脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表1，碼位窄的代表0。脈寬為 0.56ms、間隔 0.565ms、周期為 1.125ms 的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為 0.56ms、間隔 1.69ms、周期為 2.25ms 的組合表示二進(jìn)制的“1”。 如圖 3-6 示。本課題是以PPM碼（脈沖位置調(diào)制碼）對(duì)紅外數(shù)據(jù)的發(fā)送進(jìn)行論證。 圖 3-6 指令脈沖圖

30、遙控編碼脈沖信號(hào)由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼、功能反碼等信號(hào)組成。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為 9ms 的高電平和寬度為 4.5ms 的低電平組成（不同的紅外家用設(shè)備在高低電平的寬度上有一定區(qū)別），用來(lái)標(biāo)志遙控編碼脈沖信號(hào)的開始。如圖 3-7 所示。 圖 3-7 信號(hào)引導(dǎo)碼圖 系統(tǒng)碼也叫識(shí)別碼，它用來(lái)指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其它遙控系統(tǒng)，防止各遙控系統(tǒng)的誤動(dòng)作功能碼也叫指令碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機(jī)中的可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。系統(tǒng)反碼與功能反碼分別是系統(tǒng)碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對(duì)傳輸過程中數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生差錯(cuò)。脈沖位置表示的“0”和“1”組成的32

31、位二進(jìn)制碼前 16位控制指令，控制不同的紅外遙控設(shè)備。而不同的紅外家用電器又有不同的脈沖調(diào)控方式，后 16位分別是 8 位的功能碼和 8 位的功能反碼。串行數(shù)據(jù)碼時(shí)序圖如 3-8 所示。 圖 3-8 串行數(shù)據(jù)碼時(shí)序圖將要發(fā)送的指令脈沖編碼信號(hào)調(diào)制在 38KHz 的載波上，可以增加信號(hào)的抗干擾能力，提高信號(hào)傳輸效率。信號(hào)調(diào)制時(shí)序如3-9 所示。 圖 3-9 信號(hào)調(diào)制圖 (3)紅外發(fā)射二極管的主要技術(shù)參數(shù): SIR333 是 GaAlAs 紅外發(fā)射二極管，其特點(diǎn) 是體積小、功耗低、高發(fā)射強(qiáng)度、高可靠性、發(fā)射角度 45°、SIR333 管子直徑 5mm。廣泛應(yīng)用于儀器、儀表、電氣設(shè)備近距離

32、紅外數(shù)據(jù)傳輸、電視機(jī)、空調(diào)機(jī)等家用電器紅外遙控信號(hào)發(fā)射其紅外發(fā)射距離為 8-10 米。 (4)紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路的設(shè)計(jì): 在紅外數(shù)據(jù)發(fā)射過程中，由于發(fā)送信號(hào)時(shí)的最大平均電流需幾十 mA（對(duì)應(yīng)mW 級(jí)發(fā)射功率），所以需要三極管放大后去驅(qū)動(dòng)紅外光發(fā)射二極管（又稱電光二極管）。 軟件編程將數(shù)據(jù)從 P3 口第 6 腳（P37）將數(shù)據(jù)輸出。 T0 定時(shí)產(chǎn)生 38KHz載波信號(hào)。紅外數(shù)據(jù)射發(fā)射電路圖如3-10 所示。15 圖 3-10 紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路 3.3 單片機(jī)紅外接收器的電路設(shè)計(jì) 硬件電路組成有: 紅外接收電路、電源電路、用電器控制電路、八路開關(guān)電路。 3.3.1 紅外接收電路 LT0038 是用于

33、紅外遙控接收的小型一體化接收頭，集成紅外線的接收、放大、解調(diào)，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。接收器對(duì)外只有 3 個(gè)引腳：OUT、GND、VCC 與單片機(jī)接口非常方便，如圖 3-11 所示。 圖 3-11 LT0038 外型圖 1 腳接電源（+VCC），2 腳 GND 接系統(tǒng)的地線（0V），3 腳脈沖信號(hào)輸出，經(jīng)非門U6緩沖與P24的判斷信號(hào)進(jìn)行邏輯與使得進(jìn)入INT0的信號(hào)恰好是紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路輸出端 P25 的相反相信號(hào)，只要檢測(cè)到 INT0 信

34、號(hào)下降沿從而測(cè)出控制指令的功能。 LT0038 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖 3-12 LT0038 內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作流程 LT0038 接收原理 紅外線接收是把遙制發(fā)送的數(shù)據(jù)(已調(diào)信號(hào))轉(zhuǎn)換成一定格式的控制指令脈沖(調(diào)制信號(hào)、基帶信號(hào))，是完成紅外線的接收、放大、解調(diào)，還原成發(fā)射格式（高、低電位剛好相反）的脈沖信號(hào)。這些工作通常由一體化的接收頭來(lái)完成，輸出 TTL 兼容電平。最后通過解碼把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。圖 3-13 是一個(gè)紅外線接收電路框圖。 圖 3-13 紅外接收及控制電路框圖 本課題的核心部分在于紅外發(fā)射、接收及八路開關(guān)功能演示。其中紅線數(shù)據(jù)接收是對(duì)紅外二進(jìn)制脈沖的寬度進(jìn)行測(cè)量

35、，從而獲得紅外遙控的脈沖信息。怎樣才能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)紅外二進(jìn)制脈沖波形進(jìn)行測(cè)量呢？采用外部中斷成為了理所當(dāng)然的選擇，外部中斷只有低電平和下降沿觸發(fā)兩種方式，這就使得單片機(jī)只能一次性對(duì)脈沖的高電平或低電平進(jìn)行測(cè)量，而一連串的脈沖是不可能分開多次測(cè)量的，因此，為了解決這一問題，本人將從接收頭出來(lái)的紅外二進(jìn)制脈沖信號(hào)與標(biāo)志位（P24）進(jìn)行邏輯或非，然后再輸入到INT0（P3.2）引腳，使得輸入INT0的信號(hào)恰好是紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路輸出端 P25 的信號(hào)，只要檢測(cè)到 INT0 信號(hào)下降沿到上升沿的這段時(shí)間。如果相鄰的兩個(gè)中斷間隔的時(shí)間長(zhǎng)度為1.125ms，說明接收到的是“0”；時(shí)間長(zhǎng)度是 2.25ms

36、則為“1”。因此，脈沖電平的每一次跳變都會(huì)形成一次中斷，在中斷服務(wù)子程中即可實(shí)現(xiàn)一次性對(duì)一連串連續(xù)波形的測(cè)量，在測(cè)量后對(duì)0 和 1的個(gè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)從而測(cè)出控制指令的功能。硬件或非門的反應(yīng)速度是納秒級(jí)的，滿足實(shí)時(shí)要求。紅外接收電路連接圖如圖 3-14 所示。 圖 3-14 紅外接收電路圖 3.3.2 電源電路的設(shè)計(jì) 由于本設(shè)計(jì)不需要高功率電源，所以采用三端穩(wěn)壓器足以滿足要求，如圖3-15 所示。 圖 3-15 電源電路 3.3.3 八路 LED開關(guān)電路 八路開關(guān)電路的實(shí)現(xiàn)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，通過八路開關(guān)的功能演示來(lái)體現(xiàn)本次多功能紅外遙控器的設(shè)計(jì)思想，其電路圖3-16 所示。 圖 3-16 八路 LED

37、 開關(guān)電路 K4 是八路開關(guān)電路的總開關(guān)，只要接收到八路開關(guān)電路工作的紅外控制信號(hào)，則 K4 就會(huì)閉合，LED 燈才能進(jìn)入演示功能。LED1 亮表明該路電路接通，滅則表明電路電路斷開，其他 LED 燈功能類同。 3.3.4電磁式繼電器 電磁繼電器是一種常見的以電控電的交流繼電器，圖 3-17 這種繼電器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 3-17 電磁式繼電器 電磁繼電器的工作原理是，當(dāng)繼電器線圈通電后，線圈中的鐵芯產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，吸動(dòng)銜鐵帶動(dòng)簧片，使觸點(diǎn)1、2 斷開，1、3 接通。當(dāng)線圈斷電后，彈簧使簧片復(fù)位，使觸點(diǎn) 1、2 接通，1、3 斷開。我們只要把需要控制的電路接在觸點(diǎn) 1、2 間（1、2 稱為常

38、閉觸點(diǎn)）或觸點(diǎn) 1、3 間（稱為常開觸點(diǎn)），就可以利用繼電器達(dá)到控制紅外線輻射區(qū)域設(shè)備的目的。 在設(shè)計(jì)本論文的電磁繼電器次端的工額定工作要求大于 250 伏， 觸點(diǎn)間允許通過的電流大于 30 安培，繼電器的原邊控制電流為幾十毫安培，電壓為 3 - 5V。 在本論文的設(shè)計(jì)中電磁式繼電器的作用是在繼電器原邊用微（弱）電來(lái)控制次邊強(qiáng)電，使得整個(gè)紅外信號(hào)接收處理控制系統(tǒng)在偵察到紅外信號(hào)后電磁繼電器開關(guān)動(dòng)作被控設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)，其控制電路如下圖 3-18 所示。 圖 3-18 電磁式繼電器 3.3.5 LCD1602液晶顯示電路 LCD1602液晶顯示器是一種低功耗，體積小，顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、高可

39、靠性的理想顯示模塊。它內(nèi)置192 種字符（160個(gè)5×7點(diǎn)陣字符和32個(gè)5×10點(diǎn)陣字符）具有64個(gè)字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個(gè)5×8點(diǎn)陣字符或四個(gè)5×11點(diǎn)陣字符。利用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LCD1602液晶顯示器的電路如圖3-19所示。 圖 3-19 LCD1602 顯示電路圖 3.4 小結(jié) 發(fā)射模塊采用 AT89C2051 單片機(jī)作為控制核心，硬件電路組成: 4X4 矩陣鍵盤電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、電源電路。遙控編碼脈沖信號(hào)由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼、功能反碼等信號(hào)組成。以 PPM 碼（脈沖位置調(diào)制碼）對(duì)紅外數(shù)據(jù)調(diào)制在 38KHz 的

40、載波上。 接收模塊采用 STC89S52 單片機(jī)作為控制核心。硬件電路組成:采用 LT0038小型一體化紅外接收頭、電源電路、八路LED 開關(guān)電路、LCD1602 顯示電路。 4 程序設(shè)計(jì)4.1 紅外發(fā)射模塊 單片機(jī)對(duì)紅外遙控八路開關(guān)的控制括二個(gè)子系統(tǒng)：紅外遙控器指令發(fā)射、紅外遙控指令接收，二個(gè)子系統(tǒng)是有很強(qiáng)的互連性，但各個(gè)子系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)差別較大，下面將分別介紹二個(gè)子系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 使用C語(yǔ)言編寫程序，調(diào)用的庫(kù)函數(shù)多，易于移植，編程簡(jiǎn)單。本論文的設(shè)計(jì)只給出了部分程序。 4.1.1 發(fā)射電路主程序流程圖 主程序設(shè)計(jì)是首先是初始化鍵盤和紅外發(fā)射端口的參數(shù)值，然后讓單片機(jī)掃描檢測(cè)鍵盤，如果有按鍵

41、按下就讓其相應(yīng)的按鍵編碼通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。 如圖 4-1 所示。 圖 4-1主程序流程圖 4.1.2紅外發(fā)射子程序流程圖 子程序設(shè)計(jì)是讓單片機(jī)等待按鍵按下發(fā)送編碼信號(hào)，如果檢測(cè)到信號(hào)就讓其按循序發(fā)射引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼還有結(jié)束標(biāo)志位。如圖 4-2 所示。 圖 4-2 紅外發(fā)射子程序流程圖 4.2 紅外接收模塊 4.2.1紅外接收電路主程序流程圖 主程序是首先初始化紅外接收端口，然后檢測(cè)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 LCD1602 顯示當(dāng)前 LED 燈熄滅的狀態(tài)如此循環(huán)，如圖 4-3 所示。 圖 4-3 紅外接收主程序流程圖 4.

42、2.2紅外接收電路子程序流程圖 子程序是首先讀取 T0 定時(shí)器的長(zhǎng)度，如果是1.125ms 就認(rèn)為是“0”，將其存入緩沖區(qū)并且計(jì)數(shù)器加一，如果是 2.25ms 就認(rèn)為是“1”，將其存入緩沖區(qū)并且計(jì)數(shù)器加一。如果計(jì)數(shù)器值為32時(shí)，就接收結(jié)束標(biāo)志位并且將計(jì)數(shù)器清 0，如果計(jì)數(shù)器值不為 32 時(shí)，就認(rèn)為是接收誤碼，計(jì)數(shù)器也將清0，此時(shí)重新等待讀取紅外信號(hào)。如圖4-4 所示。 圖 4-4 紅外接收程序流程圖 4.3 小結(jié) 單片機(jī)對(duì)紅外遙控八路開關(guān)的控制括二個(gè)子系統(tǒng)分別是：紅外遙控器指令發(fā)射、紅外遙控指令接收。發(fā)射主程序設(shè)計(jì)是首先是初始化鍵盤和紅外發(fā)射端口的參數(shù)值，然后讓單片機(jī)掃描檢測(cè)鍵盤，如果有按鍵按

43、下就讓其相應(yīng)的按鍵編碼通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。接收主程序是首先初始化紅外接收端口，然后檢測(cè)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 LCD1602顯示當(dāng)前 LED 燈熄滅的狀態(tài)如此循環(huán)。 5 系統(tǒng)測(cè)試 5.1 系統(tǒng)功能測(cè)試 經(jīng)過硬件和軟件的設(shè)計(jì)后制作出了作品，并對(duì)作品進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。下面進(jìn)行遙控的開關(guān)狀態(tài)量進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)如表 5-1，達(dá)到紅外遙控功能。 表 5-1 遙控發(fā)射與接收的對(duì)應(yīng)關(guān)系 通過示波器可以測(cè)到輸出波形（Ch1）與接收波形（Ch2）的關(guān)系，如圖 5-1所示: 圖 5-1 發(fā)射與接收波形對(duì)應(yīng)波形圖5.2 小結(jié) 整個(gè)系統(tǒng)組裝完畢后進(jìn)行綜合測(cè)試

44、，系統(tǒng)發(fā)射和接收的關(guān)系由表5-1和圖5-1得出系統(tǒng)功能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 參考文獻(xiàn) 1遲榮強(qiáng):單片機(jī)原理及接口技術(shù)M，高等教育出版社，第 56 頁(yè)。 2劉文濤:單片機(jī)語(yǔ)言 C51 典型應(yīng)用設(shè)計(jì)M，人民郵電出版社，第 102 頁(yè) 3童長(zhǎng)飛:C8051F 系列單片機(jī)開發(fā)編程M，航空航天大學(xué)出版社，第 54頁(yè)。 4何立民:單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M,北京航空航天大學(xué)出版社，第 79 頁(yè)。 5張運(yùn)波:工廠電氣控制技術(shù)M,高等教育出版社，第 69 頁(yè)。 6張龍三:C 語(yǔ)言控制與應(yīng)用M,清華大學(xué)出版社，第 28 頁(yè)。 7胡宴如:高頻電子線路M,高等教育出版社，第 88 頁(yè)。 8沙占友:單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)M，電子工

45、業(yè)出版社，第 53 頁(yè)。 9張立科:單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航M，人民郵電出版社，第 38 頁(yè)。 10劉國(guó)永：陳杰平： 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J，高等教育出版社，第 61-63 頁(yè)。 11趙 健：實(shí)用聲光及無(wú)線電遙控電路 300 例M,中國(guó)電力出版社出版,第21-52 頁(yè)。 12姚金生、劉小利：元器件M,北京電子工業(yè)出版社,第 61-72 頁(yè)。 13黃繼昌：電子元器件應(yīng)用手冊(cè) M,北京人民郵電出版社，第 12-52 頁(yè)。 14張偉、王力、趙晶：電子設(shè)計(jì)與制版Protel DXP入門與提高 M,北京人民郵電出版社, 第41-52頁(yè)。 15姜立東、姜雪：Protel DXP原理圖與PCB設(shè)計(jì)

46、M,北京郵電大學(xué)出版社, 第71-92頁(yè)。 16楊素行:模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M,高等教育出版社, 第 91-102頁(yè)。 17梁延貴:現(xiàn)代集成電路實(shí)用手冊(cè) M,北京科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社. 第121-152頁(yè)。 18STANLEY P. LIPSHITZ; JOHN VANDERKOOY Journal of the Audio Engineering Society.2004，52(3).-200-215 M.美國(guó)：734B0009（刊號(hào)）. 19AT Attachment with Packet Interface Extension (ATA/ATAPI-5) ANSI NCITS 1998 .

47、20Maury Wright. Disk Drivers at 40 Lean. Mean Storage Machines. 1996. 附 錄 1紅外編碼子程序 /= /hongwai.c /writer:朱月明 2010 年12月 /= void sendirdata() uchar s=0,user=0,shuju=0,hc=0; TR0=1; /*發(fā)送引導(dǎo)碼*/ endcount=700; /發(fā)送 9ms 起始碼的高電平 p3_7=1; count=0; dowhile(count<endcount); endcount=350; /發(fā)送 4.5ms 的結(jié)果碼低電平 count

48、=0; p3_7=0; dowhile(count<endcount); /*發(fā)送系統(tǒng)碼*/ user=system; for(s=0;s<=7;s+) endcount=30;count=0; /發(fā)送公共的 0.56ms 高電平 p3_7=1; dowhile(count<endcount); hc=user & wys; /發(fā)送脈沖間距 if (hc=0)endcount=30;count=0; elseendcount=120;count=0; p3_7=0; dowhile(count<endcount); /*發(fā)送系統(tǒng)反碼*/ user=system;

49、 for(s=0;s<=7;s+) endcount=30;count=0; /發(fā)送公共的 0.56ms 高電平 p3_7=1; dowhile(count<endcount); hc=user & wys; /發(fā)送脈沖間距 if (hc=0)endcount=120;count=0; elseendcount=30;count=0; p3_7=0; dowhile(count<endcount); /*發(fā)送數(shù)據(jù)碼*/ shuju=keyvalue; for(s=0;s<=7;s+) endcount=30;count=0; /發(fā)送公共的 0.56ms 高電平 p3_7=1; dowhile(count<endcount); hc=shuju & wys; /發(fā)送脈沖間距 if (hc=0)endcount=30;count=0; elseendcount