優(yōu)秀畢業(yè)論文-51單片機(jī)紅外收發(fā)器設(shè)計(jì)

1、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)的開(kāi)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)越化的開(kāi)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(kāi)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)?種設(shè)

2、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(kāi)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(kāi)關(guān)電路 鍵盤控制51 MCU-based infrared encoder and decoderABSTRACTWith the development of science and technology, SCM because of its high rel

3、iability 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 the simplistic appearance, diversification of function, the development trend of superior performance. Infrared remote contr

4、ol 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 technology for the purpose, a centralized control infrared remote control program, the core is to design a wireless infrared remote

5、 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 control for industrial, medical, home appliances and other equipment on or off remotely, it can be a device eight kind of working

6、 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 control distance is not less than 5m, the infrared remote control transmitter and the distance between the infrared receiver is

7、 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 infrared transmission and reception of the carrier frequency of 38KHz;4. Receiver to display control.Key words: MCU Send and receive IR d

8、ata Octal LED switching circuit Keyboard control目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc263105125 摘 要 PAGEREF _Toc263105125 h I HYPERLINK l _Toc263105126 ABSTRACT PAGEREF _Toc263105126 h II HYPERLINK l _Toc263105127 1 緒論 PAGEREF _Toc263105127 h 1 HYPERLINK l _Toc263105128 研究背景 PAGEREF _Toc263105128 h 1

9、HYPERLINK l _Toc263105129 研究目的 PAGEREF _Toc263105129 h 1 HYPERLINK l _Toc263105130 研究意義 PAGEREF _Toc263105130 h 1 HYPERLINK l _Toc263105131 2 系統(tǒng)分析 PAGEREF _Toc263105131 h 3 HYPERLINK l _Toc263105132 設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc263105132 h 3 HYPERLINK l _Toc263105133 整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc263105133 h 3 HYPERL

10、INK l _Toc263105134 紅外載波、編碼電路設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc263105134 h 3 HYPERLINK l _Toc263105135 紅外解碼電路設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc263105135 h 3 HYPERLINK l _Toc263105136 設(shè)備擴(kuò)展模塊設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc263105136 h 3 HYPERLINK l _Toc263105137 總體設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc263105137 h 4 HYPERLINK l _Toc263105138 2.2.1 方案論證 PAGEREF _Toc263105

11、138 h 4 HYPERLINK l _Toc263105139 2.2.2 總體設(shè)計(jì)框圖 PAGEREF _Toc263105139 h 6 HYPERLINK l _Toc263105140 2.3 方案的可行性論證 PAGEREF _Toc263105140 h 7 HYPERLINK l _Toc263105141 2.3.1 實(shí)用性 PAGEREF _Toc263105141 h 7 HYPERLINK l _Toc263105142 2.3.2 經(jīng)濟(jì)可行性 PAGEREF _Toc263105142 h 7 HYPERLINK l _Toc263105143 2.3.3 技術(shù)可行

12、性 PAGEREF _Toc263105143 h 7 HYPERLINK l _Toc263105144 小結(jié) PAGEREF _Toc263105144 h 7 HYPERLINK l _Toc263105145 3 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263105145 h 8 HYPERLINK l _Toc263105146 單片機(jī)及其硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263105146 h 8 HYPERLINK l _Toc263105147 3.1.1 單片機(jī)的介紹 PAGEREF _Toc263105147 h 8 HYPERLINK l _Toc263105148 3.1

13、.2 時(shí)鐘電路及RC復(fù)位電路 PAGEREF _Toc263105148 h 9 HYPERLINK l _Toc263105149 3.2 單片機(jī)紅外發(fā)射器的電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263105149 h 11 HYPERLINK l _Toc263105150 3.2.1 矩陣鍵盤電路 PAGEREF _Toc263105150 h 11 HYPERLINK l _Toc263105151 3.2.2 紅外發(fā)射電路 PAGEREF _Toc263105151 h 12 HYPERLINK l _Toc263105152 3.3 單片機(jī)紅外接收器的電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc

14、263105152 h 15 HYPERLINK l _Toc263105153 3.3.1 紅外接收電路 PAGEREF _Toc263105153 h 15 HYPERLINK l _Toc263105154 3.3.2 電源電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263105154 h 17 HYPERLINK l _Toc263105155 3.3.3 八路LED開(kāi)關(guān)電路 PAGEREF _Toc263105155 h 18 HYPERLINK l _Toc263105156 電磁式繼電器 PAGEREF _Toc263105156 h 18 HYPERLINK l _Toc2631051

15、57 3.3.5 LCD1602液晶顯示電路 PAGEREF _Toc263105157 h 19 HYPERLINK l _Toc263105158 小結(jié) PAGEREF _Toc263105158 h 20 HYPERLINK l _Toc263105159 4 程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc263105159 h 21 HYPERLINK l _Toc263105160 紅外發(fā)射模塊 PAGEREF _Toc263105160 h 21 HYPERLINK l _Toc263105161 4.1.1 發(fā)射電路主程序流程圖 PAGEREF _Toc263105161 h 21 HYPE

16、RLINK l _Toc263105162 紅外發(fā)射子程序流程圖 PAGEREF _Toc263105162 h 22 HYPERLINK l _Toc263105163 紅外接收模塊 PAGEREF _Toc263105163 h 22 HYPERLINK l _Toc263105164 紅外接收電路主程序流程圖 PAGEREF _Toc263105164 h 22 HYPERLINK l _Toc263105165 紅外接收電路子程序流程圖 PAGEREF _Toc263105165 h 23 HYPERLINK l _Toc263105166 小結(jié) PAGEREF _Toc2631051

17、66 h 24 HYPERLINK l _Toc263105167 5 系統(tǒng)測(cè)試 PAGEREF _Toc263105167 h 25 HYPERLINK l _Toc263105168 系統(tǒng)功能測(cè)試 PAGEREF _Toc263105168 h 25 HYPERLINK l _Toc263105169 小結(jié) PAGEREF _Toc263105169 h 26 HYPERLINK l _Toc263105170 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc263105170 h 27 HYPERLINK l _Toc263105171 附 錄1 PAGEREF _Toc263105171 h 28

18、HYPERLINK l _Toc263105172 附 錄2 PAGEREF _Toc263105172 h 32 HYPERLINK l _Toc263105173 附 錄3 PAGEREF _Toc263105173 h 33 HYPERLINK l _Toc263105174 謝 辭 PAGEREF _Toc263105174 h 341 緒論近年來(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

19、錄音機(jī)、音響設(shè)備、空凋機(jī)以及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，平安性較高。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)、本錢低、可靠性高等特點(diǎn)，因此采用單片機(jī)的紅外遙控技術(shù)具有廣闊的開(kāi)展前景。本

20、設(shè)計(jì)主要研究并設(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(kāi)關(guān)的控制?？刂葡到y(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顯示電路等局部組成，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。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(guò)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)

21、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。從信息的可靠傳輸來(lái)說(shuō)，這就是我們今天看到的大多數(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、總體本錢低。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。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

22、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)。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、反響迅速不產(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：采用目前比擬通用的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)上比擬多見(jiàn)價(jià)格廉價(jià)且技術(shù)比擬成熟容易實(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，SPCE061A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(méi)有用到如此多資源且價(jià)格貴，

23、市場(chǎng)比擬少見(jiàn)，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(guò)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)行比擬。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

24、 、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)行比擬選擇，軟件實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有利于產(chǎn)品開(kāi)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擬方案一：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

25、設(shè)計(jì)，使得單片機(jī)的IO口減少不利于多路開(kāi)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(kāi)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(kāi)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，大電流晶閘管本錢高，并且隔離性能差。方案二：采用三極管驅(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(guò)上述方案的分析選擇，得出系統(tǒng)硬件由以下幾局部組成：紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路，鍵盤采用矩陣鍵盤，44矩陣鍵盤中P1.0-P1.3為采集數(shù)據(jù)入口

26、，P1.4-P1.7采集數(shù)據(jù)出口。進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)NPN三極管對(duì)信號(hào)放大驅(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)接收那么是采用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。紅外傳輸89C2051單片機(jī)紅外發(fā)射電路4*4矩陣鍵盤紅外接收電路STC89C52RC單片機(jī)設(shè)備控制電路圖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)

27、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(shuō)，可通過(guò)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。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；總體本錢低?？傮w設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)綜合分析論證采取最優(yōu)方案。系統(tǒng)硬件由以下幾局部組成：紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路，鍵盤采用矩陣鍵盤，44矩陣鍵盤中P1.0-P1.3為采集數(shù)據(jù)入口，P1.4

28、-P1.7采集數(shù)據(jù)出口。3 硬件設(shè)計(jì)3.1.1 單片機(jī)的介紹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-3.4V5V單片機(jī)/3.8V - 2.0V3V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、片上集成

29、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(kāi)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(guò)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)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，Po

30、wer 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；15封裝： PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。AT89C2051單片機(jī)89C2051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)，降低了制造本錢，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，可以很快被中國(guó)廣闊用戶接受，其程序的電可擦寫特性，使得開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)比擬容易。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。P3.0

31、P3.6共7腳，準(zhǔn)雙向端口，并且保存了全部的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口的下拉能力均可到達(dá)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

32、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)

33、，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(guò)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

34、電路(1)44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44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P1.4-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(shuō)明:

35、設(shè)備1-3是用電器件的選擇按鍵，按下時(shí)那么相應(yīng)的用電器件被選中，如果長(zhǎng)按下超過(guò)5秒鐘，那么會(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指示滅二到達(dá)節(jié)能的目的，如果長(zhǎng)按超過(guò)5秒鐘，那么會(huì)關(guān)掉所有的用電器件。以控制八路LED開(kāi)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，那么單片機(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

36、，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(guò)調(diào)制的紅外光波，其紅外遙控系統(tǒng)電路如圖3-5所示。AT89C2051(指令編碼)38KHZ載波驅(qū)動(dòng)電路調(diào)制紅外發(fā)射控制盤圖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。59ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1

37、。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)備在上下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(kāi)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，反碼的參加是為了能在接收

38、端校對(duì)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生過(guò)失。脈沖位置表示的“0和“1組成的32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)

39、備近距離紅外數(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(guò)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。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(kāi)關(guān)電路。3.3.1 紅外接收電路 LT0038是用于紅外遙控接收的小型一體化接收頭，集成紅外線的接收、

40、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L

41、T0038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)，復(fù)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(guò)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。八路開(kāi)關(guān)放大電路調(diào)制電路紅外接收STC89C52RC(指令譯碼)圖3-13 紅外接收及控制電路框圖 本課題的核心局部在于紅外發(fā)射、接收及八路開(kāi)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，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

42、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(kāi)屢次測(cè)量的，因此，為了解決這一問(wèn)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INT0P3.2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(shuō)明接收到的是“0“1。因此，脈沖電平的每一次跳變都會(huì)形成一次中斷，在中斷效勞子程中即可實(shí)現(xiàn)一次性對(duì)一連串連續(xù)波形的測(cè)量，在測(cè)量

43、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。硬件或非門的反響速度是納秒級(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(kāi)關(guān)電路八路開(kāi)關(guān)電路的實(shí)現(xiàn)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，通過(guò)八路開(kāi)關(guān)的功能演示來(lái)表達(dá)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開(kāi)關(guān)電路K4是八路開(kāi)關(guān)電路的總開(kāi)關(guān)，只要接收到八路開(kāi)關(guān)電路工作的紅外控制信號(hào)，那么K4就會(huì)閉合，LED燈才能進(jìn)入演示功能。LED1亮說(shuō)明該路電路接通，滅那

44、么說(shuō)明電路電路斷開(kāi)，其他LED燈功能類同。 電磁繼電器是一種常見(jiàn)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(kāi)，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(kāi)。我們只要把需要控制的電路接在觸點(diǎn)1、2間1、2稱為常閉觸點(diǎn)或觸點(diǎn)1、3間稱為常開(kāi)觸點(diǎn)，就可以利用繼電器到達(dá)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(guò)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

45、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(kāi)關(guān)動(dòng)作被控設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)，其控制電路如下列圖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、高可靠性的理想顯示模塊。它內(nèi)置192 種字符160個(gè)57點(diǎn)陣字符和32個(gè)510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)58點(diǎn)陣字符或四個(gè)511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

46、路圖發(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(kāi)關(guān)電路、LCD1602顯示電路。4 程序設(shè)計(jì)單片機(jī)對(duì)紅外遙控八路開(kāi)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)差異較大，下面將分別介紹二個(gè)子系統(tǒng)的軟件設(shè)

47、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)只給出了局部程序。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，如果有按鍵按下就讓其相應(yīng)的按鍵編碼通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射出去。如圖4-1所示。初始化鍵盤、紅外發(fā)射端口按鍵掃描紅外數(shù)據(jù)發(fā)射開(kāi)始 圖4-1主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。發(fā)送引導(dǎo)碼發(fā)送系統(tǒng)碼Y發(fā)送系統(tǒng)反碼發(fā)送數(shù)據(jù)碼發(fā)送數(shù)據(jù)反碼發(fā)送結(jié)束標(biāo)志位1紅外數(shù)據(jù)發(fā)送? 開(kāi)始N結(jié)束 圖4-

48、2 紅外發(fā)射子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(guò)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。初始化紅外接收端口調(diào)用接收子程序Y接收到紅外信號(hào)？N 開(kāi)始LCD1602顯示返回圖4-3 紅外接收主程序流程圖“0“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。進(jìn)入中斷讀T0定時(shí)長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器=320緩沖區(qū)2.25ms？1.125ms？計(jì)數(shù)器加11緩沖區(qū)正確接收標(biāo)

49、志=1計(jì)數(shù)器加1計(jì)數(shù)器清0NN退出中斷YYY計(jì)數(shù)器清0N 圖4-4 紅外接收程序流程圖單片機(jī)對(duì)紅外遙控八路開(kāi)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，如果有按鍵按下就讓其相應(yīng)的按鍵編碼通過(guò)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(guò)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)試經(jīng)過(guò)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，到達(dá)了設(shè)計(jì)要求。下面進(jìn)行遙控的開(kāi)關(guān)狀態(tài)量進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)

50、如表5-1，到達(dá)紅外遙控功能。表5-1 遙控發(fā)射與接收的對(duì)應(yīng)關(guān)系次 數(shù)按 鍵設(shè)備Z指示燈對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管顯示狀 態(tài)1B亮滅Welcome正常1S1亮發(fā)光Device 1 on正常2S1亮滅Device 1 off正常1S2亮發(fā)光Device 2 on正常2S2亮滅Device 2 off正常1S3亮發(fā)光Device 3 on正常2S3亮滅Device 3 off正常1S4亮發(fā)光Device 4 on正常2S4亮滅Device 4 off正常1S5亮發(fā)光Device 5 on正常2S5亮滅Device 5 off正常1S6亮發(fā)光Device 6 on正常2S6亮滅Device 6 off正常1S7

51、亮發(fā)光Device 7 on正常2S7亮滅Device 7 off正常1S8亮發(fā)光Device 8 on正常2S8亮滅Device 8 off正常長(zhǎng)按5SB滅全部熄滅Device all off正常通過(guò)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)波形圖整個(gè)系統(tǒng)組裝完畢后進(jìn)行綜合測(cè)試，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)功能到達(dá)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(kāi)發(fā)編程?M，航

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