红外线接收发送装置设计八.docx

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红外线接收发送装置设计八

红外线接收发送装置设计

摘要

近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断走向深入，同时带动传统控制检测日益更新。

传统的遥控器大多数采用了无线电遥控技术，但随着科技的进步，红外线遥控技术的成熟，红外也成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。

因而继彩电、录像机之后，在录音机.、音响设备、空调机以及玩具等其他小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。

工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效的隔离电器干扰。

由于红外线抗干扰能力强，且不会对周围的无线电设备产生干扰电波，同时红外线发送接收范围窄，因此安全性高。

红外遥控虽然被广泛应用，但各厂商的遥控器不能相互兼容，。

当今市场上的红外线遥控装置一般采用专用的遥控编码及解码集成电路，因此灵活性较低，应用范围有限。

所以采用单片机进行遥控系统的应用设计，遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、功能强、成本低、可靠性高等特点，因此采用单片机的红外遥控技术具有广阔的发展前景。

本设计讲述了采用单片机设计红外遥控的发送和接收装置，并在课程设计任务书上对红外遥控的原理和性能做了较详细的阐述。

关键词：

单片机、红外线、红外遥控、解码集成电路

目录

1绪论1

1.1课题描述1

1.2MCS-51单片机概述1

1.2.1MCS-51系列单片机及其主要类型2

1.2.2MCS-51单片机的内部结构、引脚定义及外部总线2

2单片机红外遥控原理6

2.1单片机红外遥控概述6

2.2二进制信号的编码与调制6

2．3二进制信号的解调与解码7

3．单片机红外遥控的实现8

3．1硬件电路设计8

3．2软件设计9

3．2．1发射程序设计9

3．2．2接收程序设计10

总结12

致谢13

参考文献14

1绪论

1.1课题描述

在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，红外遥控技术由于具有抗干扰性强、信息传输可靠等特点，是被采用较多的一种方法并在这十年来得到了迅猛发展。

本课题采用低成本的MCS-51系列单片机构成具有高可靠性的遥控系统的应用设计。

本设计通过单片机控制实现红外线通信，进而对被控目标实现红外线遥控。

本设计用红外通信利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的载体，通过红外光在空中的传播来传递信息，由红外发射器和接收器实现。

发送端采用单片机将二进制信号编码调制成一系列脉冲串信号，通过红外发射管发射出去。

接收端采用性能可靠的～体化接收头（HS0038，接收频率38kHz，周期26肛sJ，将接收的红外信号送给单片机解码，实现对相关对象的控制。

1.2MCS-51单片机概述

单片机的定义及应用领域简介

1）单片机的定义

单片机的全称是单芯片微型计算机（singlechipmicrocomputer），也称作微控制器（MicroControllerUnit），它是将中央处理单元（CenterProcessingUnit，CPU，也称作微处理器）、数据存储器RAM（randomaccessmemory，随机读写存储器）、程序存储器ROM（readonlymemory，只读存储器）以及I/O（input/output，输入输出）接口集成在一块芯片上，构成的一个计算机系统。

2）单片机的应用领域

单片机在我们的日常生活和工作中无处不在、无处不有：

家用电器中的电子表、洗衣机、电饭褒、豆浆机、电子秤；住宅小区的监控系统、电梯智能化控制系统；汽车电子设备中的ABS、GPS、ESP、TPMS；医用设备中的呼吸机，各种分析仪，监护仪，病床呼叫系统；公交汽车、地铁站的IC卡读卡机、滚动显示车次和时间的LED点阵显示屏；电脑的外设，如键盘、鼠标、光驱、打印机、复印件、传真机、调制解调器；计算机网络的通讯设备；智能化仪表中的万用表，示波器，逻辑分析仪；工厂流水线的智能化管理系统，成套设备中关键工作点的分布式监控系统；导弹的导航装置，飞机上的各种仪表等等。

有资料表明：

2007年全球单片机的产值达到151亿美元，我国单片机的销售额达到400亿元人民币，我国每年单片机的需求量达50至60亿片，是全球单片机的最大市场。

可以说单片机已经渗透到了我们生活的各个领域。

1.2.1MCS-51系列单片机及其主要类型

MCS-51系列单片机指的是Intel公司生产的一个系列的单片机的总称。

20世纪80年代中期以后，由于Intel公司将重点放在高档微处理器芯片的开发上，所以将其MCS–51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售的形式转让给了全世界许多著名IC设计厂商， 如AMTEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS等。

这些厂家生产的单片机是MCS-51系列单片机的兼容产品，或者说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。

MCS-51系列单片机是商业化的单片机的鼻祖，多年来积累的技术资料和开发经验是其他系列单片机所不能比拟的，MCS-51系列单片机事实上已经成为8位单片机的行业标准。

所以，本课程以MCS-51系列单片机为对象进行讲授。

1.2.2MCS-51单片机的内部结构、引脚定义及外部总线

1）单片机内部结构

MCS-51系列单片机内部采用模块式结构，其结构组成框图如图1所示。

图1MCS-51系列单片机组成框图

由图1可见，MCS-51系列单片机主要由以下部件通过片内总线连接而成：

中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、并行输入/输出口（P0口~P3口）、串行口、定时器/计数器、中断控制、总线控制及时钟电路。

2）引脚定义

引脚是单片机和外界进行通信的通道连接点，用户只能通过引脚组建控制系统。

从应用的角度来看，引脚的应用是单片机应用的一个重要基础。

因此熟悉引脚是学习应用单片机的基础。

MCS-51系列单片机的引脚封装主要有：

PDIP40、PLCC44和PQFP/TQFP44。

不同封装的芯片其引脚的排列位置有所不同，但他们的功能和特性都相同。

方形封装（PLCC44和POFP/TQFP44）有44引脚，其中4个NC为空引脚。

采用40引脚PDIP封装的80C51单片机的引脚排列及逻辑符号如图2所示。

由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数量是有限的，但单片机为实现控制所需要的信号数目却远远超过其引脚数目。

为解决这一矛盾，单片机的某些信号引脚被赋以双重功能。

1）电源及电源复位引脚：

（1）VCC（40脚）：

正常操作时接+5V直流电源。

（2）VSS（20脚）：

接地端。

（3）RST/VPD（9脚）：

复位信号输入端。

在该引脚上输入一定时间（约两个机器周期）的高电平将使单片机复位。

该引脚的第二功能是VPD，即备用电源输入端。

当主电源发生故障，降低到低电平规定值时，可将+5V备用电源自动接入VPD端，以保护片内RAM中的信息不丢失，使复电后能继续正常运行。

（4）

/VPP（31脚）：

访问程序存储器控制信号/编程电源输入。

当

保持高电平时，访问内部程序存储器，访问地址范围在0~4KB内；当PC（程序计数器）值超过0FFFH，即访问地址超出4KB时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序；当

保持低电平时，不管单片机内部是否有程序存储器，则只访问外部程序存储器（从0000H地址开始）。

由此可见，对片内有可用程序存储器的单片机而言，

端应接高电平，而对片内无程序存储器的单片机，可将

接地。

对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚用于施加21V的编程电源（VPP）。

2）时钟振荡电路引脚XTAL1和XTAL2：

（1）XTAL1（19脚）：

外接石英晶体和微调电容引脚1。

它是片内振荡电路反向放大器的输入端。

采用外部振荡器时此引脚接地。

（2）XTAL2（18脚）：

外接石英晶体和微调电容引脚2。

它是片内振荡电路反向放大器的输出端。

采用外部振荡器时此引脚为外部振荡信号输入端。

3）

（30脚）：

低8位地址锁存控制信号/编程脉冲输入。

在系统扩展时，ALE用于把P0口输出的低8位地址锁存起来，以实现低8位地址和数据的隔离。

在访问外部程序存储器期间，ALE信号两次有效；而在访问外部数据存储器期间，ALE信号一次有效。

对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲

。

4）

（29脚）：

外部程序存储器的读选通信号输出端，低电平有效。

在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，此引脚定时输出负脉冲作为读取外部程序存储器的信号，每个机器周期

两次有效，此时地址总线上送出的地址为外部程序存储器地址；在此期间，如果访问外部数据存储器和内部程序存储器，不会产生

信号。

5）并行双向输入/输出（I/O）口引脚：

（1）P0口的P0.0~P0.7引脚（39~32脚）：

8位通用输入/输出端口和片外8位数据/低8位地址复用总线端口。

（2）P1口的P1.0~P1.7引脚（1~8脚）：

8位通用输入/输出端口。

（3）P2口的P2.0~P2.7引脚（28~21脚）：

8位通用输入/输出端口和片外高8位地址总线端口。

（4）P3口的P3.0~P3.7引脚（10~17脚）：

8位通用输入/输出端口，具有第二功能。

图240引脚PDIP封装的80C51单片机的引脚排列及逻辑符号图

3）外部总线接口

所谓总线，就是连接单片机与各外部器件的一组公共的信号线。

当系统要求扩展时，单片机要与一定数量的外部器件和外围设备连接。

如果各部件及每一种外围设备都分别用各自的一组线路与CPU直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。

为了简化硬件电路的设计和系统结构，常用一组线路，并配以适当的接口电路来与各个外部器件和外围设备连接，这组共用的连接线路就是总线。

采用总线结构便于扩展外部器件和外围设备，而统一的总线标准则使不同设备间的互连更容易实现。

利用片外引脚可以构造MCS-51系列单片机的三总线结构。

单片机的引脚除了电源端VCC、接地端VSS、复位端RST、晶振接入端XTAL1和XTAL2、通用I/O口的P1.0~P1.7以外，其余的引脚都是为实现系统扩展而设置的。

用这些引脚构造的单片机系统的三总线结构如图3所示。

图3MCS-51系列单片机片外三总线结构

1）地址总线（AddressBus，AB）：

MCS-51系列单片机总共有16根地址线A15~A0，片外存储器可寻址范围达64KB（216=65536字节），由P2口直接提供高8位地址A15~A8，P0口经地址锁存器提供低8位地址A7~A0。

2）数据总线（DataBus，DB）：

MCS-51系列单片机总共有8根数据线D7~D0，全由P0口提供。

由于P0口是分时复用总线，分时输送低8位地址（通过地址锁存器锁存）和高8位数据信息。

3）控制总线（ControlBus，CB）：

控制总线由P3口的第二功能

（P3.6）、

（P3.7）

和3根独立的控制线

、ALE、

组成。

2单片机红外遥控原理

2.1单片机红外遥控概述

红外遥控有发送和接收两个部分。

发送端采用单片机将二进制信号编码调制成一系列脉冲串信号，通过红外发射管发射出去。

接收端采用性能可靠的～体化接收头（HS0038，接收频率38kHz，周期26肛sJ，将接收的红外信号送给单片机解码，实现对相关对象的控制（如图4所示）。

图4控制流程图

2.2二进制信号的编码与调制

红外遥控系统中有很多编码标准，常见的有PHILIPS和NEC编码格式。

本文采用类似NEC编码格式的脉宽调制编码方式编码，由发送单片机完成。

规定二进制信号的“1”由宽度均等于0．26ms（即10个26弘s的宽度）的低电平与高电平构成；二进制信号的“0”的高电平宽度为0．26ms，低电平是高电平宽度的2倍（如图5所示）。

（a）“1”的表示（b）“0”的表示

图5二进制信号的编码

信号的调制仍由发送单片机完成，它把编码后的二进制信号“l”和“o”调制成频率为38kHz（周期为26us）的间断脉冲串，通过红外发射二极管发送出去（如图6所示）。

图6二进制信号的调制

2．3二进制信号的解调与解码

二进制信号的解调由一体化接收头HS0038完成，它把接收到的红外信号（见图6）解调复原，输出与图4反相的信号，并将其输入接收机解码，还原出发送端的数据。

基于字节传输的红外遥控数据格式发送字节时，先通过单片机发送20个脉冲串作为传输开始，接着发送8位数据（字节高位在前，低位在后），最后发送10个脉冲串作为传输结束。

3．单片机红外遥控的实现

3．1硬件电路设计

单片机采用AT89C2051，它具有2kB的Flash、128B的RAM，对工作电压要求小（2．7～6．0V），可以采用一节6V干电池供电。

晶振频率厶一24MHz。

SE303是红外发射二极管，当P3．5为1时，三极管NPNgOl3导通，发射38kHz的脉冲串；反之，NPN9013截止，SE303不发射。

SE303红外发射管与接收头HS0038的有效收发距离可达35m（见图7）。

图7单片机红外遥控的硬件电路

3．2软件设计

3．2．1发射程序设计

因HS0038的红外接收频率为38kHz，所以载波

信号采用38kHz的巨型波。

载波信号由子程序产

生，巨型波周期t=26弘s。

发射端部分程序代码如下：

L00P：

JNBP1．0，SET7

JNBP3．7，SET8

AJMPLOOP

SET7：

MOVA，#07H；

0000011l放于A寄存器中

AJMPSEND

SET8：

MOVA，#08H；

00001000放于A寄存器中

AJMPSEND

SEND：

MOV．R4，#8

／／将8位数据

77将8位数据

MOVR5，#20

GO：

RLCA；／／将A寄存器中的8位数

据左移一位，将移出的位放于进位CY中

JcS1；／／判断CY（即进位）是否

非0，若非0，则跳转到S1

LJMPNEXT

S1：

MOVR5，#10

MOVR5，#10

NEXT：

DJNZR4，GO

MOVR5，#10

3．2．2接收程序设计

解码时需经反相才能和发送信号编码一致。

当接收到20个脉冲串的同步帧后，进入解码部分，接收完一帧后，处理收到的数据并进入到下一次接收。

解码采用软件抽样判决，以15个脉冲为判决门限，在门限时刻读得低电平时，可判定为编码“l”；反之，读得高电平时，可判定为编码“0”。

解码一位后，需等到下一位的高电平到来，再计15个脉冲后，判断读得的电平是低还是高，进行解码。

接收端部分程序代码如下：

RECE：

MOVR5，#8

T：

JBP3．5，M；／／当P3．5为低电

平时执行下一程序，为高电平时执行M程序

JBP3．5，T；／／延时15个脉冲

后，若P3．5为1，转T重新检测

X：

JNBP3．5，X；／／延时15个脉冲后，若P3．5还是0，再等待编码的高电平GO：

MOVR7，#15；／／编码中的高电平到15；／／编码中的高电平到来后延时15个脉冲的时间

JNBP3．5，REl；／／延时15个脉冲后，P3．5为0时转REI，P3．5为1时顺序执行M：

MOVR7，#15；／／判断15个脉冲后是否仍为高电平

JBP3．5，TO

LJMPX

NEXT：

DJNZR5，GO；／／A的8位数据未接

收完，继续

CJ’NEA，#OOH，T01；／／将A与

#00H比较

CLRP1．7；／／如果A与#OOH相

等，则把P1．7脚拉为低电平

LJMPLOOP

T07：

CJNEA，#07H，T08

CLRP1．0

UMPL00P

T08：

CLRP3．7

LJMPLOOP

LOOP：

RET

总结

经过近多日的努力，终于将本次课程设计做完了，但由于我的水平有限，文中肯定有很多不恰当的地方，请老师指出其中的错误和不当之处，我将会虚心接受，并予以改之。

在本次课程设计开始时我一片迷茫，不知道如何下手，但在老师跟同学的指导下，我慢慢的有了思路，围绕着这个思路设计，查看相关的资料，上网查看或去图书馆查阅资料，在这个过程中我学得了很多，学会了自己独立地去动手，实际操作能力得到提高，在设计过程中有不懂的地方，通过跟老师和同学的交流，也通过自己的努力，我按时完成了这次课程设计。

在此过程中，我学会了很多，也看到了很多自己的不足之处。

在以后的学习生活中，我会努力学习专业知识，完善自我，为将来的发展做好充分的准备。

总之，在这次课程设计中，我受益匪浅，学到了很多书本上所没有的东西，懂得了理论和实际联系的重要性。

在以后的学习中，我应该把理论基础知识打的更坚固，多向老师和同学们请教，也要多培养自己的分析能力，对复杂的电路保持清醒的头脑，更应该注种子己的动手能力，要不光会理论，要学会把它们结合在一起应用。

致谢

首先，，非常感谢吕运朋老师在做课程设计过程中给予的细心指导，深入浅出的讲解，为我顺利完成本次课程设计提供了很大帮助，让我对单片机领域有了全新理解，与此同时在吕老师的指引下，我学习到了很多，和吕老师交流学习过程中，我深深被吕老师渊博知识见解折服，同时让我学会了独立思考，积极反思，让我明白思考在学习中的重要性，通过自己的思考去取得成功，不断发掘自身能力，以吕老师为榜样，积极探索，不断提高自己个人思考能力，动手能力，创造能力。

同时也感谢在我遇到苦难无私帮助我的同学和老师，我能够顺利完成本次单片机设计离不开他们的慷慨付出，也非常感谢我们的学校为我们提供这一学习平台，让我们可以将所学知识应用与实践当中，让我们受益颇深。

参考文献

[1]胡汉才单片机原理与接口技术［M］.北京：

清华大学出版社.1995.6

[2]楼然苗51系列单片机设计实例［M］.北京：

北京航空航天出版社.2003.3

[3]何立明单片机高级教程［M］.北京：

北京航空航天出版社.2001

[4]赵晓安MCS-51单片机原理及应用［M］.天津：

天津大学出版社.2001.3

[5]肖洪兵跟我学单片机［M］.北京：

北京航空航天出版社.2002.3

[6]夏继强单片机实验与实践教程[M].北京：

北京航空航天出版社2001

[7]于凤明单片机原理与接口技术[M].北京：

中国轻工业出版社1998

[8]王质朴MCS-51单片机原理接口及应用[M].北京：

北京理工大学出版社.2009.11