单片机红外控制原理非常详细1Word文档格式.docx
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第一阶段（1970年——1974年）：
为4位单片机阶段。
这种单片机的特点是：
价格便宜控制功能强，片内含有多种I/O接口，有的根据不同用途还配有许多专用接口，有些甚至还包括A/D转换器、D/A转换、声音合成等电路。
丰富的I/O功能大大增强了四位单片机应用与录音机、摄像机、电视机、电冰箱、洗衣机、录像机和电子玩具等产品。
第二阶段（1974年——1978年）：
为低中档8位单片机阶段。
它是8位单片机的早期产品，以Inter公司的MCS-48系列单片机为代表，这个系列的单片机在片内集成8位CPU、并行I/O口、8位定时/计数器、RAM和ROM等，中断处理较简单，片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围不大于4KB。
第三阶段（1978年——1983年）：
为高档8位单片机阶段。
这类单片机在低、中档基础上发展起来的，其性能有明显提高。
以Inter公司的MCS-48系列单片机为代表，在片内增加了串行接口，有多级中断处理系统，有16位定时/计数器，片内RAM、ROM容量增大，信纸范围可达64KB，有的片内带有A/D转换接口。
这类单片机功能强，应用领域广，是目前各类单片机中应用最多的一种。
第四阶段（1983年—现在）：
为8位单片机巩固发展阶段及16位单片机、32位单片机推出阶段。
此阶段主要特点是：
一方面不断发展16位单片机、32位单片机及专用单片机。
16位单片机除CPU为16位外，片内RAM为232B，ROM位8KB，片内带有高速输入输出部件，多通道10位A/D转换部件，中断处理为8级，其实时处理能力强。
今年来，各个计算机厂家已进入高性能的32位单片机研制、生产阶段，32位单片机除了具有更高的集成度外，主振频率已达20MHz，这使32位单片机的数据处理速度比16位单片机快的多，性能比8位、16位单片机更加优越。
需要提到的是，单片机的发展虽然经历了4位、8位、16位各阶段，但4位、8位、16位单片机仍各有其应用领域，如4位单片机在一些简单家用电器、高档玩具中仍有应用，8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，16位单片机在比较复杂的控制系统中才有应用，32位单片机因控制领域对它的需求并不十分迫切，所以32位单片机在我过的应用并不多。
正是由于单片机具有上述显著的特点，使单片机的应用范围日益扩大。
单片机的应用打破了人们传统设计思想，原来很多用模拟电路、脉冲数字电路和逻辑部件来实现的功能，现在均可以使用单片机，使用软件来实现。
使用单片机具有体积小、可靠性高、性能价格比高和容易产品化的优点。
单片机应用的主要领域有以下几点。
（1）智能化仪器仪表。
用单片机改造原有的测量、控制仪表，使仪器仪表数字化、智能化、多功能化和微型化，并使长期以来测量仪表中的误差修正和线性化处理等难题迎刃而解。
有单片机构成的智能仪表，集测量、处理控制功能于一身，从而赋予测量仪表以崭新的面貌，是仪器仪表更新换代的标志。
（2）机电一体化产品。
机电一体化是机械工业发展的方向，机电一体化是指集机械技术、微电子技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品。
单片机的出现促进了机电一体化的发展，它作为机电产品中的控制器，使传统的机械产品结构简单化、控制智能化，构成了新一代机电一体化产品。
例如，在电传打字机中，由于采用了单片机而取代了近千个机械部件。
（3）测控系统。
用单片机可以构成各种工业控制系统、自适应控制系统和数据采集系统。
例如，温度、湿度的自动控制、锅炉燃烧的自动控制、电镀生产线的自动控制和包装生产线的自动控制等。
（4）计算机网络及通信技术。
高档单片机集成有通信接口，位单片机在计算机网络与通信设备中的应用提供了良好的条件。
例如，用MCS-51系列单片机控制的串行自动呼叫应答系统、列车无线通信系统、和无线遥控系统等
（5）家用电器。
由于单片机的价格低廉、体积小、逻辑判断的控制功能强，且内部具有定时/计数器，所以广泛应用于家用设备。
总之，单片机将使人类的生活更加方便舒适、丰富多彩。
[1]
1.2红外通信技术概述
1.2.1红外概述
从光学的角度而言，红外是频率低于红色光的不可见光，的无线光谱的整个频率中占有很小一个频率段，波长为0.75—100微秒之间，其中0.75—3微秒之间的红外光称为近红外，3—30微秒之间的红外光称为中红外，30—100微秒之间的称为远红外。
红外光就其性质而言很简单，与普通光线的频率特性没有很大的区别，但是，由于任何有热量的物体均有能量产生，所以红外的利用非常广泛，而且不可取代，能否检测红外、能测到多少红外或者红外检测的技术是否可以应用于任何自然的或想象的场合是红外应用技术的关键。
[2]
当今红外技术的一个重要分支是红外通信技术的应用，这个应用的发展非常迅速，尤其是红外通信应用于计算机设备中，近几年的发展已经表现出其非常成熟的特性[3]。
1.2.2选择红外遥控的原因
无线遥控方式可分为无线电波式、声控式、超声波式和红外线式。
由于无线电式容易对其它电视机和无线电通讯设备造成干扰，而且，系统本身的抗干扰性能也很差，误动作多，所以未能大量使用。
超声波式频带较窄，易受噪声干扰，系统抗干扰能力差以及声控式识别正确率低，难度大而未能大量采用。
红外遥控方式是以红外线作为载体来传送控制信息的，同时随着电子技术的发展，单片机的出现，催生了数字编码方式的红外遥控系统的快速发展。
另外，红外遥控具有很多的优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器易于小型化且价格低廉；
采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；
红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；
反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。
所以现在很多无线遥控方式都采用红外遥控方式。
[4]
1.2.3红外的简单发射接收原理
在发射端，输入信号经放大后送入红外发射管发射，在接收端，接收管收到红外信号后，由放大器放大处理后还原成信号，这就是红外的简单发射接收原理。
[5]
2系统设计方案论证
2.1设计目的与原理
目前市场上一般采用的遥控编码及解码集成电路。
此方案具有制作简单、容易等特点，但由于功能键数及功能受到特定的限制，只适合用某一专用电器产品的应用,应用范围受到限制。
而采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样、操作码个数可随意设定等优点[6]。
本单片机遥控应用系统采用红外线发射频率的不同，来识别不同的遥控功能。
当我们按下某一个按键的时候，由单片机识别出该按键后，由CPU向接有红外发射管的端口发射一定频率的脉冲，该脉冲与38KHz左右的载波脉冲进行调制，然后将已调制的脉冲进行缓冲放大，激励红外发光二极管将电能转化为光能，使得红外发光二极管发射出一定频率的红外线[7]，当接收控制系统接收到该红外光后，由单片机内定时/计数器得到该红外光的频率，然后将该频率送往CPU，由CPU对该信号进行反编码，识别出控制信号，从而对控制电路实施控制功能。
完成整个遥控功能[8]
2.2单片机红外遥控发射器设计原理
单片机红外遥控发射器主要有单片机、行列式键盘、低功耗空闲方式控制电路、红外管发射电路以及单片机的一些电源、复位、震荡子电路组成[9]。
单片机不工作时一直处于低功耗状态，采用了空闲节电工作方式。
当遥控器的某一按键被按下以后，外部中断1产生中断，唤醒单片机进入工作状态，查询键盘按下的是哪一个按键，当确认按键后，控制软件启动定时器T0、T1，T1作为发射时间控制器，T0作为红外线发射频率控制器，T0定时溢出时中断程序使红外管接口电平反转一次，写入定时器的初值不同，在输出端口就得到不同的发射频率。
T1定时溢出时中断程序关闭关闭T0定时器，停止红外线发射[10]。
其设计原理框图如下。
图2.1单片机遥控发射器设计原理图
2.3单片机红外遥控接收器设计原理
单片机红外遥控接收器主要有单片机、红外遥控接收电路、状态指示电路、控制电路以及单片机的一些外围电路组成。
利用单片机中的T0作为红外脉冲计数器，T1作为计数时间控制器。
当电路中红外接收管接收到第一个红外脉冲时，外部中断1被触发，启动计数器T0和定时器T1。
定时溢出，中断程序关闭计数器T0，读入计数值并进行判断，确定操作对象（遥控按键）对其进行反转操作，控制电路对所控制的负载进行开或关[11]。
还可对接收电路实行上锁功能，对控制电路上锁后，遥控器不能对控制电路实施遥控功能[8]。
其设计原理方框图如下:
图2.2红外接收遥控电路原理框图
3系统硬件电路设计
3.1有关AT89C2051单片机的介绍
3.1.1简介
AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS8位单片机。
片内含有2KB可反复擦写的只读存储器（EPROM）和128B的随机存取存储器（RAM），器件采用ATMEL的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储器，功能强大。
AT89C2051只有20个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是完整的8位双向I/O口，两个外中断，2个16位可编程定时/计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器
此外，AT89C2051的时钟频率可为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入工作状态，省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止震荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件系统复位方可继续工作[12]。
3.1.2引脚介绍
Vcc：
接+5V电源正端
GND：
接+5V电源地端
P1.0—P1.7：
完整的双向串行通信接口，P1.0与P1.1还有第二种功能
P3.0—P3.7：
除P3.6外，双向I/O口，除P3.7外，均有第二功能，第二功能与MCS-51系列单片机基本相同
XTAL1：
震荡器反向放大器内部工作时钟输入端
XTAL2：
震荡器反向放大器的输出端
RST：
复位引脚，震荡器工作时，该引脚上两个机器周期的高电平复位[10]
图3.1AT89C2051引脚图
主要功能特性
●兼容MCS51指令系统
●15个双向I/O口
●两个16位可编成定时/计数器
●时钟频率0—24MHz
●两个外部中断源
●可直接驱动LED
●低功耗睡眠功能
●可编程URRL通道
●2KB可反复擦写FlashROM
●6个中断源
●2.7—6.0V宽工作电压范围
●128*8位内部RAM
●两个串行中断
●两级加密位
●内置一个模拟比较放大器
●软件设置睡眠和唤醒功能
3.1.3AT89C2051单片机的主要组成部分
1．CPU
CPU是单片机的核心部分,他的作用是读入和分析每条指令,根据每条指令的功能要求,控制各个部件执行相应的操作。
AT89C2051单片机内部有一个8位的CPU，它是由运算器和控制器组成[13]。
A．运算器
运算器主要包括算术、逻辑运算部件ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存器YMP1、YMP2、程序状态寄存器PSW、布尔处理器及十进制调整电路等。
运算器主要用来实现数据的传送、数据的算术运算、逻辑运算和位变量处理等。
B．控制器
控制器包括时钟发生器、定时控制逻辑、指令寄存器指令译码器、程序计数器PC、程序地址寄存器、数据指针寄存器DPTR和堆栈指针SP等。
控制器是用来统一指挥和控制计算机进行工作的部件。
它的功能是从程序存储器中提取指令，送到指令寄存器，再进入指令译码器进行译码，并通过定时和控制电路，在规定的时刻发出各种操作所需要的全部内部控制信息及CPU外部所需要的控制信号，如ALE、PSEN、RD、WR等，使各部分协调工作，完成指令所规定的各种操作。
2．存储器
A．程序存储器
程序存储器用于存放编好的程序、表格和常数。
CPU的控制器专门提供一个控制信号EA来区分内部ROM和外部ROM的公用地址区：
当EA为无效电平时，单片机从片内ROM的2KB存储器取指令，而当指令超过07FFH后，就自动转向片外ROM取指令；
当EA为有效电平时，CPU只从片外ROM取指令。
在程序存储器中，有6个单元具有特殊存储功能。
0000H—0002H：
是所有执行程序的入口地址，2051单片机复位后，CPU总是从0000H单元开始执行程序。
0003H：
外部中断0入口。
000BH：
定时/计数器0溢出中断入口。
0013H：
外部中断1入口。
001BH：
定时/计数器1溢出中断入口。
0023H：
串行口中断入口。
使用时，通常在这些入口地址处存放一条绝对跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断程序起始地址，或者从0000H起始地址跳转到用户设计的初始程序上。
B．数据存储器
片内数据存储器的8位地址共可寻址256B单元，2051单片机将其分为两个区：
00H—FFH的128B单元为片内RAM区，可以读、写任何数据；
80H—FFH的高128B单元为专用寄存器区。
在低128B的内部RAM中，前32个单元（地址为00H—1FH）为通用工作寄存器区，共分为四组（寄存器0组、1组、2组、3组），每组8个工作寄存器由R0—R7组成，共占32个单元。
选用哪一组由程序状态字PSW中的RS1、RS0这两位的设置决定，若程序并不需要四个4组工作寄存器，那么剩下的工作寄存器可作一般的存储器来使用。
CPU在复位时自动选中0组20H—2FH的16个单元为位寻址区，每个单元8位，共128位。
其位寻址范围为00H—7FH。
位寻址区的每一位都可当作软件触发器，由程序直接进行处理。
程序中通常把各种程序状态标志、位控变量设在位寻址区。
同样，位寻址区的RAM单元也可作为一般的数据存储器按字节单元使用。
3．特殊功能寄存器
A．累加器A
累加器A是一个最常用的8位特殊功能寄存器，它既可用于存放操作数，
也可用于存放运算的中间结果。
大部分单操作数指令的操作数就取自累加器。
用ACC表示A的符号地址。
B．寄存器B
寄存器B是一个8位寄存器，主要用于乘法和除法的运算。
乘法运算时，B
中存放乘法，乘法操作后，乘积的高8位又存于B中；
除法运算时，B中存放除数，出发操作后，B中又存放余数。
在其他指令中，寄存器B可作为一般的寄存器使用，用于暂存数据[14]。
3.2定时器/计数器
3.2.1主要特性
（1）AT89C2051单片机有两个可编程的定时器/计数器——定时器/计数器0与定时器/计数器1，可有程序选择作为定时器用或作为计数器用，定时时间或记数值也可由程序设定。
（2）每一个定时器/计数器具有4种工作方式，可用程序选择。
（3）任一定时器/计数器在定时时间到或记数值到时，可有程序安排产生中断请求信号或不产生中断请求信号[15]。
3.2.2定时/计数器0和1的控制和状态寄存器
特殊功能寄存器TMOD和TCON分别是定时/计数器0和1的控制和状态寄存器，用于控制和确定各定时/计数器的功能和工作模式。
1．模式控制寄存器TMOD
TMOD用于控制T0和T1的工作方式和4种工作模式。
其中低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。
其格式如下：
GATE
C/T非
M1
M0
C/T非
GATE位：
门控位。
当GATE=1时，只有INTO非或INT1非引脚为高电平且TR0或TR1置1时，相应的定时/计数器才被选通工作；
当GATE=0，则只要TR0和TR1置1，定时/计数器就被选通，而不管INT0非或INT1非的电平是高还是低
C/T非位：
计数/定时功能选择位。
C/T非=0，设置为定时器方式，计数器的输入是内部时钟脉冲，其周期等于机器周期。
C/T非=1，设置为计数器方式，计数器的输入来自T0（P3.4）或T1（P3.5）端的外部脉冲。
M1、M0位：
工作模式选择位。
2位可形成4中编码，对应4种工作模式，见下表：
M1M0
功能描述
00
方式0：
13位定时器/计数器
01
方式1：
16位定时器/计数器
10
方式2：
具有自动重装初值的8位定时器/计数器
11
方式3：
定时/计数器0分为两个8位定时/计数器，定时/计数器1在此方式无实用意义
2．控制寄存器TCON
TCON用来控制T0和T1的启、停，并给出相应的控制状态，高4位用于控制定时器0、1的运行；
低4位用于控制外部中断。
格式如下：
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
TF1：
定时器1溢出标志。
当定时器1溢出时，由硬件置1。
使用查询方式时，此位做状态位供查询，查询有效后需由软件清零；
使用中断方式时，此位做中断申请标志，进入中断服务后被硬件自动清零。
TR1位：
定时器1运行控制位。
该位靠软件置位或清零，置位时，定时/计数器接通工作，清零时，停止工作。
TF0位：
定时器溢出标志位，其功能和操作情况类同于TF1。
TR0位：
定时器0运行控制位，其功能和操作类同于TR1。
IE位：
外部中断请求标志位。
当CPU采样到INT0非（或INT1非）端出现有效中断请求时，IE0（或IE1）由硬件置1，中断响应完成后转向中断服务时，再由硬件自动清零。
IT位：
外部中断请求出发方式位。
IT0（IT1）=1为脉冲触发方式，后负跳有效。
IT0（IT1）=0为电平触发方式，低电平有效。
3．定时/计数器的初始化
AT89C2051单片机的定时/计数器是可编程的，因此，在进行定时或计数之前也要用程序进行初始化。
初始化一般应包括以下几个步骤：
（1）对TMOD寄存器赋值，以确定定时器的工作模式；
（2）置定时/计数器初值，直接将初值写入寄存器的TH0，TL0或TH1，TL1；
（3）根据需要，对寄存器IE置初值，开放定时器中断；
（4）对TCON寄存器中的TR0或TR1置位，启动定时/计数器，置位以后，计数器即按规定的工作模式和初值进行计数或开始定时。
在初始化过程中，要置入定时/计数器的初值，这时要做一些计算。
由于计数器是加法计数，并在溢出时申请中断，因此不能直接输入所需的计数值，而是要从计数最大值倒退回去一个计数值才是应置入的初值。
设计数器的最大值为M（在不同的工作模式中，M可以为8192，65536，256），则置入的初值可以这样来计算。
计数方式时
X=M—记数值
定时方式时
（M—X）T=定时值
所以
X=M—定时值/T
式中，T为计数周期，是单片机的机器周期[13]。
3.2.3T0和T1的4种工作方式
13位定时/计数器，TL1（或TL0
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