基于单片机的红外遥控灯的设计.doc
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常州信息职业技术学院
学生毕业设计（论文）报告
二级学院：
电子与电气工程学院
专业：
电子信息工程技术
班号：
电子141
学生姓名：
吴梦丽
学生学号：
1406013127
设计（论文）题目：
基于单片机的红外遥控灯的设计
指导教师：
苏永刚
设计地点：
常州信息职业技术学院
起迄日期：
2016.07.10~2016.11.20
毕业设计（论文）任务书
专业电子信息工程技术班级电子141姓名吴梦丽
一、课题名称：
基于51单片机的红外遥控灯的设计
二、主要技术指标（或基本要求）：
（1）电源电压：
AC220V/50HZ/DC＋5V；
（2）载波频率：
38KHZ；
（3）晶振频率：
12MHZ；
（4）红外发射距离范围：
5-10m；
（5）可通过遥控按键控制多种花样显示LED灯的亮灭效果；
三、主要工作内容：
采用AT89C51单片机设计红外遥控灯
（1）根据课题的基本性能要求选择合适的设计方案
（2）根据设计方案画出满足要求的电路方框图和各模块的原理图
（3）根据系统硬件的基本要求完成系统软件的设计
（4）使用Protel99SE软件画出系统整体的电路原理图并进行PCB电路板排版
（5）根据电路原理图，列出元件清单，完成实物的焊接
（6）实现硬件的调试，对结果进行总结
四、主要参考文献：
[1]谭穗妍,彭玉娜.无线遥控照明开关设计[J].黑龙江科技信息.2016（21）
[2]王慧泉,赵喆,刘鸣.无线遥控电路的原理与应用[J].实验室科学.2007（04）
[3]段刚.基于51单片机的无线遥控技术[J].科技促进发展,2011.（S1）
[4]董增寿.基于单片机的多路无线遥控开关[J].机械管理开发,2004（04）
[5]刘红.红外遥控接收头的结构原理和代换（上）[N].电子报.2010.（08）
学生（签名）20年月日
指导教师（签名）20年月日
教研室主任（签名）20年月日
二级学院领导（签名）20年月日
常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目
基于单片机的红外遥控灯的设计
一、选题的背景和意义：
伴随着大批智能电子产品的不断出现，红外遥控技术在未来的发展中占有不可或缺的重要地位。
由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用红外遥控方式时，不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。
本设计通过红外遥控按键控制由多个LED灯组成的汉字的多种花样显示效果，同时还可以调节LED灯的亮度强弱。
在日常生活中人们使用的床头灯和各种LED灯的电子小产品应用比较广泛。
二、课题研究的主要内容：
（1）查阅具体有关资料，选择并确定合适的系统设计方案。
（2）根据课题研究的基本性能要求，完成单片机最小系统、红外发射与接收、电源电路、LED灯显示电路的设计。
（3）根据系统硬件的基本要求，完成系统软件的设计。
（4）使用Protel99SE画出电路原理图并生成PCB板。
（5）对焊接好的电路板进行调试，最后做出系统的总结。
三、主要研究（设计）方法论述：
（1）调查方法：
在确定课题之前，首先通过因特网搜索有关于本课题的相关资料，了解一下基本的设计脉络。
（2）历史与逻辑分析方法：
对以往做过的电子小产品用到的方法经验进行总结汇总，并熟练掌握Protel99SE软件操作。
（3）信息搜集方法：
采用咨询老师、同学或朋友、网上查询、图书馆看书等方式搜集有关课题研究的知识。
四、设计（论文）进度安排：
时间（迄止日期）
工作内容
2016.07.15-07.18
理解确认毕业设计任务书
2016.07.19-07.21
完成调研与资料收集、整理
2016.07.22-07.25
完成毕业设计的开题报告
2016.07.26-07.31
确定设计方案及原理框图
2016.08.01-08.06
相关电路部分资料收集，各模块电路设计
2016.08.07-08.15
完成程序的编写、画原理图并生成元件清单购买元器件
2016.08.16-08.25
完成电路板焊接与调试
2016.08.26-08.31
撰写毕业论文
2016.09.01-11.10
修改毕业论文、整理装订
五、指导教师意见：
指导教师签名：
年月日
六、二级学院意见：
签名：
年月日
基于单片机的红外遥控灯的设计
目录
摘要
Abstract
第1章前言 1
第2章红外线遥控系统的总体设计 2
2.1红外线简介 2
2.2总体设计方案 2
2.2.1单片机控制器模块 2
2.2.2设计的系统框图 3
第3章控制模块的硬件设计 4
3.1单片机的主控模块 4
3.1.1单片机的概括 4
3.1.2AT89C51芯片有以下功能特性 4
3.1.3AT89C51芯片的引脚功能 4
3.2单片机的外围电路 6
3.2.1电源电路 6
3.2.2晶振电路 7
3.2.3复位电路 8
3.2.4按键模块电路 9
3.2.5LED发光二极管显示电路 9
3.2.6遥控接收模块电路 10
3.3红外发射模块的硬件电路 11
3.3.1遥控发射器的介绍 11
3.4红外接收模块的硬件电路 12
第4章控制模块的软件设计 14
4.1红外编码原理 14
4.2各模块程序流程图 15
4.2.1红外遥控发射初始化程序和主程序 15
4.2.2红外遥控接收初始化程序和主程序 16
4.2.3红外遥控器按键扫描子流程图 17
第5章整机的调试 19
5.1硬件调试 19
5.2软件调试 20
5.3软硬件联调 21
5.4成品展示 23
第6章结束语 24
参考文献
答谢辞
附录一电路原理图
附录二软件程序
4
5
摘要
本系统是以89C51单片机为核心的红外传输系统，以延伸红外遥控技术为目的，采用了红外遥控器集中控制的方案，核心设计出一个无线遥控器控制LED灯花样显示效果，控制系统主要由51系列单片机、红外发射电路、红外接收电路、电源电路等部分构成。
利用4个遥控按键不仅可以对多个LED灯的工作状态实现短距离无线遥控，还可以实现多种LED灯花样显示效果。
关键词：
AT89C51单片机；红外发射电路；红外接收电路
6
Abstract
Thissystemisbasedon89C51asthecoreoftheinfraredtransmissionsystem,toextendtheinfraredremotecontroltechnologyforthepurpose,usingtheinfraredremotecontrolcentralizedcontrolscheme,coredesignawirelessremotecontroloftheleddisplaydesigns,thecontrolsystemismainlycomposedof51seriesmicrocontroller,infraredemissioncircuit,infraredreceivingcircuit,powercircuitandotherparts.Notonlycan4keymicroswitchformultipleworkconditionofthecontrolledobjecttorealizetheshortrangewirelessremotecontrol,alsocanrealizemanykindsofledlightsout.
KeyWords:
AT89C51;infraredemissioncircuit,infraredreceivingcircuit
常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文
第1章前言
伴随着社会生活的不断提高，近年来红外遥控技术的出现，不仅推动了一些智能电子产品的发展，还促进了这个世界变得更加美丽。
在电子方面，例如：
早期的电视机只能通过机身上的几个简单按键来调试节目频道、风扇也必须用手触到开关和档位、家庭照明灯只能实现开和关两种状态等等。
如今随着红外遥控技术的出现，人们可以距离电视机长达10m以内通过遥控器调试各种频道，风扇也可以不用手触就可以转动，家庭照明灯即使不在房间也可以控制亮灭。
此外，红外遥控技术在工业自动化、医疗方面、环境检测、安全防范等诸多领域都得到了广泛应用。
在生活环境方面：
以前的城市灯光暗淡，街上的路灯颜色单调，缺少了那一抹热闹的氛围。
如今，在许多场合下经常会看到类似霓虹灯的炫彩的电子产品出现在我们的日常生活中，低廉的造价|、简单的构造设计、光彩夺目的灯光给人们的生活增添了很多乐趣。
从酒吧到卡拉OK包房，从节日祝福到日常生活的点缀，可以揭示人们的生活需求有了质的飞跃，但同时我们的科技水平已经在实际应用中取得了很大的提高。
尽管红外遥控技术被广泛的应用，然而可以远程控制各个厂家实现互相兼容，因为红外遥控设备灵活性低，使用范围被限制。
所以现在红外遥控设备基本上使用功能对口的遥控解码集成电路。
这就是为什么选用单片机实现遥控系统设计的重要原因之一。
此外，遥控设备具有消耗的功率较低、价格比较便宜、程序简单、遥控范围广、较高的安全性等特点。
因此，红外遥控在未来的发展中，将会很受欢迎。
本设计主要是在51单片机的基础上研究无线遥控灯，主要由单片机最小系统、红外发射接收电路、电源电路等部分组成控制系统。
红外遥控器根据不同的编码信息控制LED灯的多种变换显示效果。
1
常州信息职业技术学院电子与电气工程学院毕业设计论文
第2章红外线遥控系统的总体设计
3
2
2.1红外线简介
1800年德国科学家hoshel发现红外线是太阳光线中的许多看不见的射线之一，叫做红外热辐射。
他使用三棱镜分解开太阳光线，把不同的色带放在温度计上，尝试检测不同的加热效果。
有发现，在外面的红色光的温度上升是最快的。
红外线是指在太阳光谱里面存在我们用肉眼看不到的光。
也可以当做传输之媒介。
红外线可以被划分成近红外区域、中红外区域、远红外区域，其波长分别为0.75至1.50um之间、1.50至6.0um之间、6.0至1000um之间。
例如：
红外摄像机，红外夜视仪，对一些导弹的目标和热释电红外探测就是利用红外这一特性工作的。
红外线具有以下特点：
（1）类似墙壁的物体可以对红外线起到阻挡的作用，所以同一个遥控器可以被不同的电子设备使用，并且不会带来干扰问题，这是无线电遥控不能做到的。
（2）红外线遥控距离根据不同的客户需要，设计不同的发射距离（距离范围有限）。
（3）红外线隐蔽性和保密性比较强，所以在安全保卫装置中应用普遍。
（4）红外遥控设计成本较低、架构简易、故障出现率较低等特点，尤其是在室内应用遥控方式的电子电器设备上。
（5）红外遥控具有方向性。
当信号被发射给接收物体时，两设备中间不能存在挡碍物；通讯范围较窄，另外，LED红管容易损坏。
2.2总体设计方案
2.2.1单片机控制器模块
1.方案一：
采用手动控制方式
红外发射部分的按键和接收部分在同一个电路板上，当按下相应的按键时，LED灯显示不同的闪烁效果，减少成本的支出，元器件较少，焊接和操作都相对方便。
但是满足不了客户的要求，跟不上电子行业的发展，功能单一，在某些时候不方便操作。
2.方案二：
无线遥控控制方式
红外发射和接收部分焊接在不同的万用板上，独立存在。
当在短距离5-10cm的范围甚至更远距离下，对接收模块发射信号，红外发射模块上不同的按键控制不同的LED灯显示效果。
可以实现远距离操作，携带方便，降低雇佣成本，满足当下人们对产品的要求，符合电子行业的发展方向。
综上可见：
方案二节约成本，操作方便，较方案一而言，人们更倾向于方案二的设计
根据实际情况，拟采用方案二。
2.2.2设计的系统框图
硬件电路由红外遥控、红外接收头、单片机最小系统、LED灯显示电路四大部分构成。
整体设计思路：
扫描到不同的键值到相应的只读存储器中读取数据。
确认该装置和菜单选择键后，单片机将从只读存储器中读取出来值，然后从I/O口输出控制脉冲并对计时器T0产生的频率为38KHz的载波进行调制，经PNP管对信号放大驱动，如果控制信号由红外发光管发送出去，红外数据接收内部集成数据采集、红外接收和解码的功能，如果在接收端外部中断源0检测出低电平，就可以分析整个串口信号，从而得到当前控制命令的功能。
根据指令从相应的电器零件的使用来实现这一工作。
如图2.1所示：
红外遥控器发射电路
红外传输
红外接收电路
AT89C51单片机
LED显示电路
图2.1电路设计系统框图
第3章控制模块的硬件设计
3.1单片机的主控模块
3.1.1单片机的概括
单片机又叫微型处理器，是把CPU，ROM，RAM，中断部分，输入/输出部分，定时器/计数器等主要功能器件的数字电子计算机组装在半导体芯片上。
单片机具有低电压、低功耗、速度快、处理功能强、易于应用在简单、容易携带的电子产品上等特点。
3.1.2AT89C51芯片有以下功能特性
（1）8位CPU-4Kbytes程序存储器（ROM）
（2）128bytes数据存储器（RAM）
（3）32个I/O端口，111条操作指令
（4）21个寄存器
（5）5个中断源和2个定时/计数器
（6）一个全双工串口通信端口89C51的芯片引脚
该红外发射接收电路均使用的核心控件是AT89C51单片机。
AT89C51是一个电压低、性能高的CMOS8位单片机，可擦除存储器芯片包含2K字节和128字节（RAM），一个通用8位CPU和闪存单元的微控制器芯片。
3.1.3AT89C51芯片的引脚功能
AT89C51单片机选用40个引脚排列的封装形式，如图3.1所示。
具体引脚可分为电源部分，时钟部分，控制部分和并行I/O端口部分四类。
芯片功能图如下所示：
24
图3.1芯片引脚图
（1）电源部分引脚
①VCC（引脚40）：
电源端。
②GND（引脚20）：
接地端。
（2）时钟部分引脚
①XTAL2（引脚18）：
外接一个石英晶振和两个普通电容时构成内部振荡电路，使用外部时钟时，用来输出时钟脉冲。
②XTAL1（引脚19）：
XTAL1（引脚19）：
内部振荡电路外接一个石英晶体和两个电容，使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。
（3）控制部分引脚
①RST（引脚9）：
RST是复位部分的输入端口，在高电平情况下生效。
②ALE/PROG（引脚30）：
地址锁存容许信号端口。
③PSEN（引脚29）：
程序保存容许输出信号端口。
④EA/VPP（引脚31）：
外部存储器地址容许输入端。
当引脚连接到高电平时，该处理器只访问内部只读存储器，并在内部存储器中运行。
当引脚连接到一个低电平，中央处理器只访问外部只读存储器，并执行在外部存储器中的指令。
（4）并行I/O端口部分引脚
①P0口（P0.0～P0.7，引脚39～32）：
是一个8位双向I/O端口。
有三个功能，一是作为外部扩展存储器的数据总线，二是作为外部扩展存储器的地址总线。
三是作为普通的I/O使用。
②P1口（P1.0～P1.7，引脚1～8）：
是一个8位准双向I/O口并且它的内部接有上拉电阻。
除了把P1口当作一般的准双向I/O端口外，一部分的引脚还具有特定的功能，如表3.1所示。
表3.1P1端口的第二功能
引脚号
名称
解释说明
P1.1
T2ET
方向控制端口
P1.5
MOSI
在线可编程使用
P1.6
MISO
在线可编程使用
P1.7
SCK
在线可编程使用
③P2口（P2.0～P2.7，引脚21～28）：
有两种功能。
一是作为外部扩展存储器的地址总线，二是作为一般端口，不需要接上拉电阻。
④P3口（P3.0～P3.7，引脚10～17）：
P3口（P3.0～P3.7，引脚10～17）：
有两种功能。
一是作为一般端口使用，二是作为特殊功能使用，如表3.2所示。
表3.2P3口功能
引脚号
名称
解释说明
P3.0
RXD
串行输入端口
P3.1
TXD
串行输出端口
P3.2
INT0
外部中断源0
P3.3
INT1
外部中断源1
P3.4
T0
计时器外部输入端
P3.5
T1
外部计数输出端
P3.6
WR
写选通输出端
P3.7
RD
读选通输出端
3.2单片机的外围电路
3.2.1电源电路
电源部分主要由DC电源插口和自锁开关构成。
电路中的电源插入DC电源插口，经过自锁开关给整个设计电路供电。
图3.2电源电路
本设计采用的供电方式有两种：
（1）USB电源供电
图3.3USB供电
（2）电池（5V）供电：
由3节1.5V的电池串联在一起，电压4.5V，满足设计的需求
图3.4电池供电
3.2.2晶振电路
在设计中，图3.5在XTAL1和XTAL2（第19和18引脚）两端接一个12MHz的晶振和2个电容组成单片机的振荡电路。
其电容的主要是对频率进行微调，选用范围大多是在20-45pF，本设计选用30pF。
使用该电路产生稳定的频率，为单片机能够正常工作提供了稳定的振荡信号。
图3.5晶振电路
3.2.3复位电路
复位电路的作用是让系统上电后进入复位状态，让单片机内部的程序指针指向程序运行部分。
加入复位电路可以避免单片机在工作中出现某种死循环状态。
单片机上电时需要在其复位脚也就是第九脚RST接入一个大于2us的信号电平，单片机才能正常的进入程序区进行工作。
本设计中的图3.6由复位键和一个10uF的电容和一个10K的电阻组成。
当电路在瞬间上电时，电容C1导通，5v电压加载到单片机的RST（第9脚），在振荡器作用时保持复位引脚高电平有效，单片机实现复位。
复位模式一般有2种类型：
自动复位模式，手动复位模式。
本设计是使用手动复位模式。
图3.6复位电路
3.2.4按键模块电路
如图3.7所示，按键有四个引脚，3脚接地，只要按下按键，1、2、3、4脚导通，2脚接单片机的网络编号P32（12脚P3.2/INT0），导通后，P3.2口变低电平，程序上检测到低电平并执行相应的控制程序。
本设计采用两种方式的按键来控制LED灯的花样显示效果：
1.遥控按键模块电路
本设计总共有6个遥控按键，一个遥控按键控制一种LED灯的花样显示效果。
2.手动按键模块电路
三个独立按键分别控制发光二极管的花样变换效果、亮度的强弱和开关状态。
图3.7按键模块电路
3.2.5LED发光二极管显示电路
如图3.8LED显示电路：
因为电源电压是5V，LED二极管的电压是3V，LED二极管的电压比电源电压低，所以每个LED二极管的负极需串联一个2.2K的分压电阻，正极连接电源VCC。
电阻的另一端连接对应的网络编号。
1.遥控按键模块电路
1键控制LED发光二极管按照汉字的比划依次亮。
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