单片机的红外遥控器解码设计.docx
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单片机的红外遥控器解码设计
第1章红外解码系统分析
第1节设计要求
整个控制系统的设计要求：
被控设备的控制实时反应，从接收信号到信号处理及对设备控制反映时间应小于1s；整个系统的抗干扰能力强，防止误动作；整个系统的安装、操作简单，维护方便；成本低。
红外载波、编码电路设计要求：
单片机定时器精确产生38KHz红外载波；根据控制系统要求能对红外控制指令信号精确编码并迅速发送。
红外解码电路设计要求：
精确接收红外信号，并对所接收信号进行解码、放大、整形、解调等处理，最后输出TTL电平信号；对非红外光及边缘红外光抗干扰能力强。
设备扩展模块设计要求：
直流控制交流；抗干扰能力强；反应迅速不产生误动作；能承受大电流冲击。
第2节总体设计方案
2.1方案论证
驱动与开关
方案一：
采用晶闸管直接驱动。
其优点是体积小，电路简单，外围元件少。
但控制电流小，大电流晶闸管成本高，并且隔离性能差。
方案二：
采用三极管驱动继电器。
其体积大，外围元件多。
优点是控制电流大，隔离性能好。
根据实际情况，拟采用方案二。
2.2总体设计框图
经过上述方案的分析选择，得出系统硬件由以下几部分组成：
电视红外遥控器，51单片机最小系统，接收放大于一体集成红外接收头，1602液晶显示驱动电路。
整体设计思路为：
根据扫描到不同的按键值转至相对应的ROM表读取数据。
确认设备及菜单选择键后AT89S2将从ROM读取出来的值，按照数据处理要求从P2.5输出控制脉冲与T0产生的38KHz的载波（周期是26.3μs）进行调制，经NPN三极管对信号放大驱动红外发光管将控制信号发送出去。
红外数据接收则是采用HS0038一体化红外接收头，内部集成红外接收、数据采集、解码的功能，只要在接收端INT0检测头信号低电平的到来，就可完成对整个串行的信号进行分析得出当前控制指令的功能。
然后根据所得的指令去操作相应的用电器件工作，如图1-1所示。
图1-1电路设计整体框图
第2章红外解码硬件电路设计
第1节单片机及其硬件电路设计
1.1单片机的介绍
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
图2-1AT89S52引脚图
1.2时钟电路及RC复位电路
AT89S52芯片内部有一高增益反相放大器，用于构成振荡器反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。
在XTAL1、XTAL2（第19、18引脚）两端接一个石英晶体振荡器，和两个电容就构成了稳定自激谐振电路。
晶振频率为11.0592MHz，C12、C13是两个瓷片电容，与晶振Y2构成了自激谐振电路。
其电容的作用主要是对频率进行微调，一般取30～45pF左右。
使用该电路可产生稳定的11.0592MHz频率，受外界的环境的干扰影响非常小。
其接法如图2-2所示：
图2-2晶振电路
复位是单片机初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动。
复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。
本设计采用了按键手动复位方式。
该复位电路如图2-3所示。
复位电路采用了按键与上电复位。
上电与按键均可以有效复位。
上电瞬间RST引脚获得高电平，单片机复位电路随着电容的C11的充电，RST引脚的高电平逐渐下降。
RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。
按键复位是直接将高电平通过电阻R11、R10分压到达RESET引脚，实现复位操作。
图2-3复位电路图
第2节红外遥控器电路
2.1采用TC9012芯片编码的遥控器
TC9012是一块用于东芝系列红外遥控系统中的专用发射集成电路，采用CMOS工艺制造。
它可外接32个按键，提供8种用户编码，另外还具有3种双重按键功能。
TC9012的管脚设置和外围应用线路都进行了高度优化，以配合PCB的布图和低成本的要求。
图2-4TC9012引脚图
低压CMOS工艺制造，低功耗超小静态电流，低工作电压，精简条指令码，8种用户编码可选择，TSOP-20、SOP20、COB可选的封装形式。
应用范围：
电视机、组合音响设备、录音卡座、VCD、DVD播放机。
2.2红外发射电路
将脉冲编码信号调制在载波振荡器产生的载波上（也称脉码调制），然后用这脉码调制信号去驱动红外发光二极管，以发出经过调制的红外光波，其红外遥控系统电路如图2-5所示。
图2-5红外遥控系统电路框图
通常，红外遥控器将遥控信号（二进制脉冲码）调制在38KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去。
二进制脉冲码的形式有多种，其中最为常用的是PWM码（脉冲宽度调制码）和PPM码（脉冲位置调制码）。
前者以宽脉冲表示1，窄脉冲表示0。
后者脉冲宽度一样，但是码位的宽度不一样，码位宽的代表1，码位窄的代表0。
脉宽为0.56ms、间隔0.565ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.56ms、间隔1.69ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。
如图2-6示。
本设计是以PPM码（脉冲位置调制码）对红外数据的发送进行论证。
图2-6指令脉冲图
遥控编码脉冲信号是由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。
引导码也叫起始码，由宽度为4.5ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组成（不同的红外家用设备在高低电平的宽度上有一定区别），用来标志遥控编码脉冲信号的开始。
如图2-7所示。
图2-7信号引导码图
系统码也叫识别码，它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防止各遥控系统的误动作功能码也叫指令码，它代表了相应的控制功能，接收机中的可根据功能码的数值完成各种功能操作。
系统反码与功能反码分别是系统码与功能码的反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差错。
脉冲位置表示的“0”和“1”组成的32位二进制码，前16位控制指令，控制不同的红外遥控设备。
而不同的红外家用电器又有不同的脉冲调控方式，后16位分别是8位的功能码和8位的功能反码。
串行数据码时序图如2-8所示。
图2-8串行数据码时序图
将要发送的指令脉冲编码信号调制在38KHz的载波上，可以增加信号的抗干扰能力，提高信号传输效率。
信号调制时序如2-9所示。
图2-9信号调制图
TC9012作为红外遥控器控制核心，遥控编码脉冲信号是由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。
以PPM码（脉冲位置调制码）对红外数据调制在38KHz的载波上对外进行发射信号。
第3节红外接收显示电路
硬件电路组成有：
红外接收电路、电源电路、1602液晶显示电路。
3.1红外接收电路
HS0038是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，集成红外线的接收、放大、解调，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输，中心频率38.0kHz。
接收器对外只有3个引脚：
OUT、GND、VCC与单片机接口非常方便。
1脚接电源（+VCC），2脚GND是地线（0V），3脚脉冲信号输出，经非门U6缓冲与P24的判断信号进行逻辑与使得进入INT0的信号恰好是红外数据发射电路输出端P25的相反相信号，只要检测到INT0信号下降沿从而测出控制指令的功能。
图2-12HS0038内部结构工作流程
HS0038接收原理：
红外线接收是把遥控器发送的数据（已调信号）转换成一定格式的控制指令脉冲（调制信号、基带信号），是完成红外线的接收、放大、解调，还原成发射格式（高、低电位刚好相反）的脉冲信号。
这些工作通常由一体化的接收头来完成，输出TTL兼容电平。
最后通过解码把脉冲信号转换成数据，从而实现数据的传输。
图2-13是一个红外线接收电路框图。
图2-13红外接收及控制电路框图
本设计的核心部分在于红外接收及LCD显示。
其中红外数据接收是对红外二进制脉冲的宽度进行测量，从而获得红外遥控的脉冲信息。
采用外部中断成为了理所当然的选择，外部中断只有低电平和下降沿触发两种方式，这就使得单片机只能一次性对脉冲的高电平或低电平进行测量，而一连串的脉冲是不可能分开多次测量的，因此，为了解决这一问题，本人将从接收头出来的红外二进制脉冲信号与标志位（P24）进行逻辑或非，然后再输入到INT0（P3.2）引脚，使得输入INT0的信号恰好是红外数据发射电路输出端P25的信号，只要检测到INT0信号下降沿到上升沿的这段时间。
如果相邻的两个中断间隔的时间长度为1.125ms，说明接收到的是“0”；时间长度是2.25ms则为“1”。
因此，脉冲电平的每一次跳变都会形成一次中断，在中断服务子程中即可实现一次性对一连串连续波形的测量，在测量后对0和1的各数据统计从而测出控制指令的功能。
硬件或非门的反应速度是纳秒级的，满足实时要求。
红外接收电路连接图如图2-14所示。
图2-14红外接收电路图
3.21602液晶显示电路
1602LCD主要技术参数：
显示容量：
16×2个字符，芯片工作电压：
4.5～5.5V，工作电流：
2.0mA（5.0V），模块最佳工作电压：
5.0V，字符尺寸：
2.95×4.35（W×H）mm。
1．引脚功能说明
1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表2-1所示。
表2-1液晶1602引脚说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
第1脚：
VSS为地。
第2脚：
VDD接5V正电源。
第3脚：
VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变到低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15脚：
背光源正极。
第16脚：
背光源负极。
2．指令说明
1602液晶模块内部的控制器共有6条控制指令。
1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
（说明：
1为高电平、0为低电平）
指令1：
清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。
指令2：
光标复位，光标返回到地址00H。
指令3：
光标或显示移位S/C，高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。
指令4：
读忙信号和光标地址BF，为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。
指令5：
写数据。
指令6：
读数据。
3．写时序图
图2-16液晶1602时序图
图2-17LCD1602显示电路图
图2-18LCD1602显示效果图
第3章红外解码程序设计
使用C语言编写程序，调用的库函数多，易于移植，编程简单。
第1节红外接收电路主程序流程图
主程序是首先初始化红外接收端口，然后检测是否接收红外信号，如果接收到红外信号就调用接收子程序，然后就通过LCD1602显示当前按键的解码值，如图3-1所示。
图3-1红外接收主程序流程图
第2节红外接收电路子程序流程图
子程序是首先读取T0定时器的长度，如果是1.125ms就认为是“0”，将其存入缓冲区并且计数器加一，如果是2.25ms就认为是“1”，将其存入缓冲区并且计数器加一。
如果计数器值为32时，就接收结束标志位并且将计数器清0，如果计数器值不为32时，就认为是接收误码，计数器也将清0，此时重新等待读取红外信号。
如图3-2所示。
图3-2红外接收程序流程图
附录1
部分红外解码程序
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharirtime;
ucharstartflag;
ucharirdata[33];
ucharbitnum;
ucharirreceok;
ucharircode[4];
ucharirprosok;
uchardisplay[8];
ucharcodetable[16]="Infraredcontrol";
uchartable1[16]="Nowcode:
";
sbitlcden=P3^6;
sbitlcdrs=P3^7;//rw接地
ucharnum;
voidirpros（void）//数据处理函数
{
uchark=1,i,j;
ucharvalue;
for（j=0;j<4;j++）
{
for（i=0;i<8;i++）
{
value=value>>1;
if（irdata[k]>6）
{
value=value|0x80;
}
k++;
}
ircode[j]=value;
}
irprosok=1;
}
voidirwork（void）//数据分离函数
{
display[0]=ircode[0]/16;
display[1]=ircode[0]%16;
display[2]=ircode[1]/16;
display[3]=ircode[1]%16;
display[4]=ircode[2]/16;
display[5]=ircode[2]%16;
display[6]=ircode[3]/16;
display[7]=ircode[3]%16;
}
voidnumzh（void）//ASCII码转换函数
{
uchari,j=8,a;
for（i=0;i<8;i++）
{
switch（display[i]）
{
case0:
a=48;break;
case1:
a=49;break;
case2:
a=50;break;
case3:
a=51;break;
case4:
a=52;break;
case5:
a=53;break;
case6:
a=54;break;
case7:
a=55;break;
case8:
a=56;break;
case9:
a=57;break;
case10:
a=65;break;
case11:
a=66;break;
case12:
a=67;break;
case13:
a=68;break;
case14:
a=69;break;
case15:
a=70;break;
}
table1[j]=a;
j++;
}
}
voidmain（）//主函数
{
timer0init（）;
int0init（）;
lcdinit（）;
play_1（）;
while
（1）//循环检测处理
{
if（irreceok）
{
irreceok=0;
irpros（）;
}
if（irprosok）
{
irprosok=0;
irwork（）;
numzh（）;
play_2（）;
}
}
}
voidtinmer0（）interrupt1//定时器0中断函数
{
irtime++;
}
voidint0（）interrupt0//外部中断0函数，数据接收
{
if（startflag）
{
if（irtime>30）//检测引导吗
{
bitnum=0;
}
irdata[bitnum]=irtime;
irtime=0;
bitnum++;
if（bitnum==33）
{
bitnum=0;
irreceok=1;
}
}
else
{
startflag=1;
irtime=0;
}
}
附录2
系统总电路原理图
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