基于单片机的智能化电视遥控器设计.docx
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基于单片机的智能化电视遥控器设计
本科毕业论文（设计、创作）
题目：
基于单片机的智能化电视遥控器设计
学生姓名：
学号：
**********
所在院系：
信息与通信技术系专业：
电子信息工程
入学时间：
2010年9月
导师姓名：
职称/学位：
讲师/博士
导师所在单位：
完成时间：
2014年5月
安徽三联学院教务处制
基于单片机的智能化电视遥控器设计
摘要：
对于选用专用的遥控编码及解码集成电路的传统遥控器而言，尽管制作轻易、成本低、简易创作等优点，但也有功能键数和功能受限等缺点，不能完全的便于人们生活的使用。
相比之下，利用单片机进行的遥控器系统的设计，具备着编程灵动易变，操纵功能能够随便设定等多个优势。
本设计主要以AT89C51为芯片的单片机作为重心，对单片机计数器、定时器、存储器、中断系统等多个学识进行了使用。
同时也采用了红外线光的优点。
主要是经过对红外线光的放射频率的控制来区别不相同的遥控操作系统编制。
主要的工作原理就是遥控器经过对红外线光放射的有差别的频率来进行辨别，从而判别出操作系统的体系，以便完成全面的红外发射和接收的进程。
它具备硬件电路创造轻易，软件功能齐备等特征，性价比比较高，且有一定必然的使用价值。
关键词：
单片机；红外遥控；中断；定时；遥控操作系统
TheDesignofSmartTVRemoteControlBasedonMCU
Abstract：
Althoughthosetraditionalremotecontrolswhichbasedonspecificremotecontrolcodinganddecodingintegratedcircuithaveadvantagesateasydesignandmanufacture,andlowcostetc,theybeardefectsoffunctionkeysandlimitations.Therefore,itisnotsoconvenientforpeopletousethem.Bycontrast,thedesignofsmartTVremotecontrolbasedonMCUpossessessuperiority,forinstance,flexibleprogramming,andcasualsettingofmanipulationfunctionandsoon.
FocusingonAT89C51automotivemicrocontrollers,thedesignmakesfulluseofMCUcounter,timer,storageandinterruptssystem.Inthemeanwhile,itabsorbstheadvantagesofinfraredlight,whichmainlyreflectsinitscontrollingoftheradiationfrequencyfrominfraredlightfordistinguishingvariousremoteoperatingsystems.Thechiefoperationalprincipleisthattheremotecontroltellsthekindsofoperationalsystemsbydistinguishingradiationfrequencyemittedfrominfraredlight.Allthisistocompletetheprogressofinfraredemissionandreceiving.Ingeneral,itisofgreatusevalueandhighcostperformance.Also,ithascompletesoftwarefunctionandeasy-madehardwarecircuit.
Keywords:
Microprocessor；InfraredremotecontrolInterrupt；Timing；distinguishingvariousremoteoperatingsystems
第一章概述
1.1单片机的发展与前景
为顺应于社会的迅速发展,微型计算机接连不断的革新,新产品络绎不绝的被创作出。
在微型计算机的不断更新发展中，带动着单片微型计算机发展迅速。
单片机就是我们日常生活中小型计算机的简便称呼。
单片机的芯片主要有中央微处理器，只读存储器，随机存取存储器和定时器，计数器以及I接口和O接口电路等等部件。
这种单片微型计算机具有速度快、性能高、体积小、价格适中性能稳定等特点而被广泛的应用。
单片机的发展尽管经历了4位，8位，16位的三个成长阶段。
但这三个发展阶段仍然有着各自的应用领域。
且各个领域之间仍然占据着主流地位。
因为单片机本身所具有的很多优点，使得它的应用范围也越来越大。
1.2红外通信技术概述
1.2.1红外线的概述
红外光在实际上就是一种具有特殊色彩的通俗光。
然而我们却看不到这类特殊的色彩，缘由是红外光的波长大于950nm，位居于可见光谱之下。
尽管我们看不到它，但并不意味着我们不能利用它。
根据其性质来说，与普通光的特点是没有区别的。
但由于任何有热量的物体都能产生能量，所以红外线就被广泛的利用，且无可替代。
另一个原因就是红外发光二极管（LED）易制作且成本低。
近几年红外光的发展已经日益成熟完善。
红外技术的一个重要领域是红外通信技术的应用，此技术领域发展十分迅速。
确切的说，只要能够发热的物体都能够发出红外光。
因此，在制作应用中我们要确保红外遥控传递的信息能够准确的发送到接收器上面。
1.2.2选择红外遥控的原因
红外技术的遥控是以发光二极管为发射装置，可以提高信号传输的抗干扰能力，功耗低，反应速度灵敏，性能稳定可靠，红外线也不会产生信号串扰等等优点。
伴随着技术的日趋完善，单片机的成长，使得红外遥控技术也得到了飞快的发展和使用。
因此现在社会上很多无线遥控方式都是应用红外线遥控方式技术。
1.2.3红外的发射原理
一般来说，发射机是一个手持装置电池的设备。
它们可以几近处于不消耗电能电势的低功耗的待机工作形式中，当使用者按下按钮发出所需命令时，他们能够做到马上发射相应的红外命令。
1.2.4红外的接收原理
最重要的条件接收的用户区的可行性和调制频率的选择性。
使用者在发射端输入执行的信号，接收端接到红外信号，通过中间放大器步骤的放大处理，之后将还原成信号。
第二章系统设计方案及原理
2.1通用电视遥控器的介绍
上个世纪80年代中期，日本最先在电视产物中使用了红外遥控技能。
现如今红外遥控技术已在各个领域获得了普遍的使用。
电视遥控器选用特有的的集成遥控芯片来完成遥控码的发射的。
这些芯片是比较贵，但远程控制对方的编码格式不兼容，所以各种类型通常只根据自己的特殊对象不能实现一般的远程控制。
这种情况下只有一个电视用户没有什么影响，但对生产车间的员工和电视修理人员来说，为他们带来了很多的不便和麻烦。
因此我们利用单片机制作了将多台遥控器合成为一个通用遥控器。
利用单片机编程的特点，将不同的遥控编码通过软件摹拟联合在一起，同时再连接外围的放射系统电路就可以做出一个通用遥控器。
2.2课题设计目的与原理
此课题方案具有方便制作，性价比较高等优点。
目前的市场上大部分都是采用解码与遥控编码所组成的电路，但因为功能的按键数量和功能受限的原因，通常只能为一种专用电器而设计。
此设计采用单片机的应用设计，它具有灵活多变，功能键数可随意设定等特点。
通过系统发射的异同的红外频率，来辨别不同的遥控指令。
2.3单片机红外遥控发射器设计原理
单片机红外遥控发射器重要的器件有单片机、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。
[]单片机在不工作的时间都会自动选用节约电能的工作模式，即它会处在低功耗的状态。
它的设计原理图如下图所示。
图2-1单片机遥控发射器设计原理图
2.4单片机红外遥控接收器设计原理
红外单片机遥控器的重要组成部件有单片机、控制电路、红外遥控的接收电路、状态表明的电路和单片机的外围主要的电路部分。
设计原理图如下图所示。
图2-2红外接收遥控电路原理框图
第三章系统硬件电路设计
3.1AT89C2051单片机的介绍
3.1.1简介
AT89C2051单片机是一个八位的单片机。
单片机中放有2KB的重复擦写的只读存储器（EPROM），128B的随机存取存储器（RAM），器件采用了不易失性技术，还采用了高密度的ATMEL的技能，同时还兼并了MCS-51的指令，内部还放有常用的8位中央处理器（CPU）和（Flash）存储器，实用效果非常巨大。
3.1.2单片机的引脚介绍
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.[]
图3-1AT89C2051引脚图
3.1.3AT89C2051单片机的主要组成部分
1．CPU（CentralprocessingUnit,中央处理器）
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。
[]
A.控制器
AT89C2051单片机控制器的功能是从程序存储器中提取指令，在发送到指令寄存器，再发送进入带指令译码器中进行译码过程，在由外部控制信息和CPU规定时间完成是在一个理想的控制信号所需的操作，各个组件彼此调节运行，从而完成指令发出所需的种种操作。
B.运算器
运算器是用来完成数据进行算术（逻辑）算法，位变量的处置和数据的传递等。
2．存储器
A．程序存储器
程序存储器一般都被用来已经编好的程序，表格或者是常数当中。
中央处理器CPU供给一个特定的控制信息来辨别内部的和外部的ROM之间的公共地址区域。
在它中，共有6个单元区域具备特意的存储功能。
B．数据存储器
在一般情况下，片内RAM，首批32个单元的存储区域，被分成四组，每一组有8个工作寄存器，共拥有32个单位。
该地区在RS0来选择程序，RS1决定设置状态。
当程序中没有完全的使用上四个四组工作存储器的时候，系统将自动认为剩下的寄存器可以作为一般存储器。
位寻址地区的每个部分都可以被当作软件触发器来使用，可以由程序选用直接的办理。
相同道理，也能够把位寻址区的RAM单元看作为普通的数据存储器来使用。
3．特殊功能寄存器
A．累加器A
累加器A是一个被常用的8位且具有特殊功能的寄存器。
B．寄存器B
寄存器B是属于8位的寄存器，他最重要的是应于一些除乘的算法。
在其他的一些指令，这就像使用一个通用寄存器，可用于临时存储数据。
3.2定时器（计数器）
3.2.1主要特性
（1）任何的定时器（计数器）都有4种工作方式。
（2）AT89C2051单片机分别有定时器（计数器）0、定时器（计数器）1两个可编程的应用。
选用哪个可以由程序操作者自己来设定。
（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。
[]
3.2.2定时/计数器0和1的控制和状态寄存器
1．模式控制寄存器TMOD
TMOD是控制T0和T1的工作方式，还控制单片机的四种工作方式。
它的格式如下图所示。
表3-1寄存器TMOD的工作方式
GATE
C/T非
M1
M0
GATE
C/T非
M1
M0
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。
[]
表格如下所示：
表3-2M1、M0的工作方式
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
控制寄存器TCON是用来控制T0和T1的启动和停止，并给出与之相对应的控制状态。
其中高四位是用来控制定时器0和定时器1的运行，低四位是主要用来控制外部的中断。
它的格式如下图所示。
表3-3控制寄存器TCON的格式
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。
选用检查方法时，此位做状态位提供查询，查询结果有效之后须要由软件清零；使用中断方式，这样做的中断请求标志，进入中断服务后，硬件复位。
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．定时器（计数器）的初始化
AT89C2051单片机的定时器（计数器）可以用来编写程序。
所以，在单片机程序进行定时（计数）之前也需要进行程序的初始化。
包括下面几个步骤，
（1）对TMOD进行赋值，用来确保定时器的工作状态；
（2）设置定时器（计数器）的初始值，然后直接将设置好的初始值放入寄存器中；
（3）再根据程序的需要，对寄存器IE设置初始值。
（4）对TCON的TR0和TR1进行置位，在启动定时器（计数器）。
根据规定的工作模式和设定的初始值进行计数或者是开始定时。
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。
[]
3.3独立式按键结构
独立式按键是指直接用I/O线构成的单个按键电路，每个独立式按键占有一根I/O口线，每根I/O口线上的按键的工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态，其结构简单，但I/O口线浪费较大。
[]他的电路图原理图如下图所示。
图3-2独立式按键电路
3.4低功耗控制电路
3.4.1低功耗的实现方法
AT89C2051芯片的中央处理器共有2种节电工作状态，分别是待机工作状态和掉电状态。
本设计采用的是待机节电的方式。
当中央处理器CPUIDL=1指令，系统将自动进入低功耗的待机模式。
3.4.2掉电保护和低功耗的设计
1．掉电保护
单片机工作的时候，若是电源供电不足或断电，单片机就会停止工作。
然后，当电源恢复供电，单片机将再次进入复位状态，在停电之前，所有的数据都将丢失，这带来了很多不便的工人，也不允许。
因为我们要进行掉电保护措施及时对此现象进行处理。
掉电保护过程AT89C2051芯片单片机是当电压检测时，电源电压的降低，中断服务程序的同时，不仅将RAM的有用数据的外部存储，而且还要将单片机中特殊功能的寄存器的有用内容给保存起来，最后将对电源控制的存储器进行设置。
PCON寄存器的定义如下列表所示。
表3-4PCON寄存器的定义
D7D6D5D4D3D2D1D0
SMOD
—
—
—
GF1
GF0
PD
IDL
它的电路图如下图所示。
图3-3掉电保护电路
2.低功耗设计
在大部分的情况下，单片机的工作环境的条件都不怎么好。
例如，供电比较困难的地方，在荒郊的野外，或者是在危险的高空中工作。
在这个时候，我们将要单片机系统的低功耗操作。
因此，单片机开发待机模式。
待机工作方式即是在单片机不执行程序的时候就能够停止工作，从而达到低功耗的目的。
待机工作状态主要是经过设力电源节制的寄存器的IDL位来完成的。
中断退出中断系统处于待机模式还是工作，终端响应都能使IDL引脚位复位，在待机模式下撤退了。
系统也自动将进入中断的服务状态。
在掉电方式下，Vcc可降至2V，使片内RAM处于50微安左右的“饿电流”供电状态，以最小的耗电保存信息，Vcc恢复正常之前，不可进行复位；当Vcc正常后，硬件复位10ms即能使单片机退出掉电方式。
[]
硬件复位在复位的时候每个专用的寄存器都要恢复最初的默认值的状态，复位的时候也使IDL清零，从然退出待机工作方式。
本设计主要采用中断退出的方式。
它的电路图如下图所示。
图3-4低功耗控制电路
3.5CPU时钟电路
时钟电路主要是用来提供所急需的时钟讯息。
时钟讯息可以分为2种发生的方式。
分别是内部和外部时钟方式。
内部时钟方式
内部时钟模式本质上是属于一二分钟频率触发器，时钟信号，其信号输出是在工作的微控制器。
外部时钟方式
在外部时钟模式的实质是外部振荡器的振荡信号发生器的应用，通过XTAL2外部引脚的一端直接进入内部时钟，同时，XTAL1引脚端应该处于接地的状态。
在通常情况下，单片机都是选用内部的时钟方式，在外面接上一个震荡电路即可。
本设计主要选用内部时钟方式，它的晶振选用的是12MHZ。
它的图如以下图所示。
图3-5AT89C2051时钟电路
3.6复位电路
3.6.1复位状态
当计算机在启动的时候，系统就会进入自动复位的状态。
在复位状态的过程中，系统和中央处理器CPU都会处于一个稳定的起初状态或是原始状态。
在这样的情况下，所有的寄存器就都会恢复默认值。
它的复位状态如下表格所示。
表3-1复位状态各寄存器初值
专用寄存器
复位状态
专用寄存器
复位状态
PC
ACC
B
PSW
SP
DPTR
P0—P3
IP
IE
0000H
00H
00H
00H
07H
0000H
FFH
XXX00000B
0XX00000B
TMOD
TCON
TH0
TL0
TH1
TL1
SCON
SBUF
PCON
00H
00H
00H
00H
00H
00H
00H
XXXX
0XXX0000B
3.6.2复位电路
复位电路由片上下两部分的芯片，在一个采样在外部信号的每个周期的复位电路，当两周期连续RST引脚处于高水平状态下，单片机就自动进行一次内部的复位。
单片机的外部复位主要就是为了单片机的内部复位连续提供两个高电平而设计出来的。
单片机的复位方法常常都是选用上电主动复位与手动按键复位。
本设计主要采用上电自动复位模式。
其原理图如下所示。
图3-6复位电路
3.7红外发射电路的设计
根据红外发射管的物理特性，要有载波信号与即将发射的信号相“与”，然后将相“与”后的信号送发射管，才能进行红外信号的发射传送，所以在硬件设计上，通过三极管的功率驱动到红外发光二极管上。
[]
其发射波形如下图所示。
图3-7调制过程中的波形
3.8红外接收电路的设计
红外接收电路专门采用集成电路RPM6938，RPM6938有三个引脚，一个接电源一个接地，另外一个接信号端，它集光电转换，解调和放大于一体。
[]它的电路图如下图所示。
图3-8红外接收电路
3.9完整的系统电路设计图
完整的电路图请详见附录1
第四章系统软件设计
4.1遥控发射器程序设计
4.1.1程序总体结构
本设计是一个红外遥控发射器，是基于关键的区别来完成不同的红外信号发射。
应用红外线有差别的频率发射原理，来辨别不相同的指令。
操作键设定为8个，K0至K7，分别接至单片机的P1.0至P1.7口。
发射时间确定为一个定值，由定时/计数器0来控制发射频率，T0作为定时器。
[]当T0定时时间一到，间断程序使P3.4断口的电平回转一下再T0重新进行定时值与之前一致，时间中断程序推翻，P3.4端口等等，在固定的时间间隔发送红外信号。
通过定时时间设置到控制红外信号发射频率。
4.1.2键盘扫描程序
键盘扫描程序的意思就是看是否有按键被按下，即是否出现低电平。
当按下按钮时，第一确定哪些按钮，再发出的指令执行。
如果没有按键被按下，各个按键均为高电平。
4.1.3中断服务程序
1．外部中断1
外部中断1在程序中的作用就是唤醒单片机，使单片机从空闲方式回到工作状态。
当有键按下时，通过与门触发外部中断1中断，IDL被硬件硬件清零，单片机结束低功耗空闲节电方式。
[]
外部中断主要是为外部的原因产生的，总共有2个中断源分别是外部中断0和1。
外部中断触发模式也有两种，分别是脉冲触发方式和触发模式。
EA
—
ET2
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
表4-1外部中断请求IE的格式
外部中断请求IE的格式如下表所示：
IE的每一位都可以由软件置1或清零。
且1——中断允许，0——中断屏蔽
EA：
中断允许总控制位。
EA=0时，表示CPU禁止所有中断，即所有的中断请求被屏蔽；EA=1时，表示CPU开放中断，但每个中断源的中断请求是允许还是禁止，要由各自的允许位控制。
EX：
外部中断允许控制位
ET：
外部中断允许控制位。
ET：
定时/计数器的中断允许控制位
ES：
串行中断允许控制位。
[]
2．定时器中断服务程序
作为发射时间控制器定时器T1，当接收到的信号来确定按下一个按钮，开始计时，计时和时间为50ms，当定时时间到时，定时器T1中断时，红外线的发射脉冲就会停止发射。
当T0产生一个中断，在逆转的P3.4端口处，T0设置初始值，定时时间与之前的时间相一致，计时器T0设定的时间到达时P3.4端口又将反转一次，如此重复上述步骤，一直当定时器T1的时间到达时，就将定时器T1和定时器T0关闭，再重新回到主程序当中。
4.2遥控接收器程序设计
4.2.1程序总体结构
遥控接收器是根据接收到的不同频率的红外光信号，由CPU转化为对应的控制功能对控制电路实施控制。
当接收电路接收到第一个红外线脉冲
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