基于-AT89C51单片机红外遥控系统毕业设计Word格式文档下载.doc
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InfraredRemoteControl;
SignalModulation;
Encoding;
Decoding。
目录
摘要 1
Abstract 2
1绪论 1
1.1课题设计目的及意义 1
1.2红外遥控的设计思路 2
2课题的方案设计与论证 4
2.1红外编码方案 4
2.2硬件系统设计架构 4
2.3系统功能需求 6
3系统的硬件结构设计 8
3.1AT89C51系列单片机功能特点 8
3.2红外发射电路 11
3.3红外检测接收电路 12
3.4光电耦合控制电路 13
3.5电源电路设计 14
3.6显示部分的设计 15
3.7键盘设计 18
4系统软件的设计 20
4.1定时/计数器应用 20
4.2遥控码的发射 23
4.3红外接收 25
4.4调速单元 28
4.5按键抖动问题 30
4.6系统的软硬件的调试 32
结论 33
参考文献 34
附录 35
附录1：
发射程序 35
附录2：
接收程序 38
附录3：
红外发射电路图 42
附录4：
红外接收电路图 43
致谢 44
1绪论
1.1课题设计目的及意义
随着科技的发展，人们生活的节奏也越来越快，随之人们对方便，快捷的要求也随之不断增高。
遥控器的出现，在一定程度上满足了人们这个要求。
遥控器是由高产的发明家RobertAdler在五十年代发明的[1]。
而红外遥控是20世纪70年代才开始发展起来的一种远程控制技术，其原理是利用红外线来传递控制信号，实现对控制对象的远距离控制，具体来讲，就是有发射器发出红外线指令信号，有接收器接收下来并对信号进行处理，最后实现对控制对象的各种功能的远程控制。
红外遥控具有独立性、物理特性与可见光相似性、无穿透障碍物的能力及较强的隐蔽性等特点。
随着红外遥控技术的开发和迅速发展，很多电器都应用了红外遥控，而电风扇也不例外。
从单纯的在电风扇面板上通过按钮控制，到短距离（10M以内）的遥控，虽然改变不大，但其带来的便利无疑是巨大的。
而红外遥控技术的成熟，也使得遥控电风扇变得设计简单，价格低廉。
作为一种老牌的电器，电风扇具有价格便宜、摆放方便、体积轻巧等特点。
虽然现在空调在城市中已经相当普遍，并有替代电风扇的趋势，但由于大部分家庭消费水平的限制，电风扇作为一个成熟的家电行业的一员，尤其在中小城市，以及乡村将来一段时间内仍然会占有市场的大部分份额。
市场的需求促使了电风扇的发展。
随着“智能化”的兴起，电风扇的功能也越来越多，越来越贴进人们生活。
因此，对于电风扇的开发和设计依然有着较大的实用价值。
在现有市场上多功能遥控电风扇的基础上，人们提出了一种新型的智能电风扇，相对于过的电风扇，智能电风扇添加了很多人性化的设计，如安全保护，倾倒保护，智能照明等功能，使电风扇更加人性化，相信其丰富的功能，人性化的设计将会大大提高电风扇的市场竞争力[2]。
而本设计就是以电风扇为对象，通过红外遥控实现电风扇的几种常用功能如开关、调速、定时等的控制，相对于传统的机械控制，体现出了更加方便快捷的优点。
1.2红外遥控的设计思路
1.2.1红外线简介
红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为0.01um~1000um。
根据波长的不同可分为可见光和不可见光，波长为0.38um~0.76um的光波可为可见光，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。
光波为0.01um~0.38um的光波为紫外光（线），波长为0.76um~1000um的光波为红外光（线）。
红外光按波长范围分为近红外、中红外、远红外、极红外4类。
红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为0.76um~1.5um。
用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件（红外发光管）与红外接收器件（光敏二极管、三极管及光电池）的发光与受光峰值波长一般为0.8um~0.94um，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。
1.2.2红外遥控系统简介
红外遥控系统主要由遥控发射器、一体化接收头、单片机、接口电路组成，如图一所示。
遥控器用来产生遥控编码脉冲，驱动红外发射管输出红外遥控信号，遥控接收头完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲。
遥控编码脉冲是一组串行二进制码，对于一般的红外遥控系统，此串行码输入到微控制器，由其内部CPU完成对遥控指令解码，并执行相应的遥控功能。
使用遥控器作为控制系统的输入，需要解决如下几个关键问题：
如何接收红外遥控信号；
如何识别红外遥控信号以及解码软件的设计、控制程序的设计。
1.2.3红外遥控的现状
目前家电中用的最多的遥控方式是红外遥控，红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。
价格低廉，编码简单，近距离的遥控使用红外遥控非常有优势。
由于红外一体化接收头的出现，大大降低了红外遥控的成本和技术难度，目前不仅在家电领域，在玩具、安防等领域也有广泛的应用。
红外遥控系统主要由红外遥控发射装置、红外接收设备、遥控微处理机等组成。
因此，遥控系统是一涉及单片机的数字系统。
目前国内红外遥控电子元器件的竞争很激烈，导致了价格的低廉，表面上有利于消费者，可是长期恶性竞争，互相压价格，必将导致产品质量的下降，最终
损害的只能是消费者。
红外遥控的前景依然看好，不过红外遥控的现状不容乐观。
红外遥控是单工的红外通信方式，整个通信中，需要一个发射端和一个接收端。
发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。
红外接收端普遍采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头接收红外信号，它同时对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并控制相关对象[3]。
图1-1遥控器原理框图
2课题的方案设计与论证
2.1红外编码方案
红外编码有很多种方式，下面列举两种实现方案：
方案一：
脉宽调制的串行码。
这种遥控码具有以下特征：
以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；
以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。
其相关的波形图如图2-1所示:
图2-1串行码编码
方案二：
码分制。
采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的被控对象，最小为2个脉冲。
为了使接收可靠，第一位码宽为3ms，其余为1ms，遥控码数据帧间隔大于10ms，如图2-2所示。
电器0的遥控输出码
电器1的遥控输出码
图2-2码分制编码波形图
本设计采用方案二，码分制编码编程简单，在按键较少的情况下优势明显。
2.2硬件系统设计架构
2.2.1手持段遥控器电路框图：
单片机系统由显示电路、红外发射电路以及按键电路，稳压电路等组成。
其
手持段遥控器电路设计原理图如图2-3所示：
图2-3手持段遥控器方框图
2.2.2红外接收端电路框图：
单片机系统及显示电路、红外发射电路以及按键电路，电源电路，控制单元等组成。
其红外接收端设计原理图如图2-4所示：
图2-4红外接收端方框图
2.3系统功能需求
本遥控系统要求用单片机作为控制芯片制作一个遥控器[4]，另一个单片机控制系统能被遥控操作。
本系统要求遥控器具有多级调速，开关，定时，以及自然风，睡眠风切换等功能。
将单片机、控制、键盘组合在一起完成了人机对话。
用AT89C51单片机来作主芯片控制，采用红外HS0038接收头，用双向可控硅MC97A6控制电机开关，具有红外遥控功能。
自然风的处理流程:
图3-3自然风的循环图
睡眠风的处理流程:
图3-4睡眠风的循环图
正常风的处理流程:
图3-5正常风循环
3系统的硬件结构设计
3.1AT89C51系列单片机功能特点
3.1.1主要特性
·
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
3.1.2管脚说明
—VCC：
供电电压。
—GND：
接地。
—P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。
—P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
—P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，
且作为输入。
作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
—P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL），也是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2（外部中断0）
P3.3（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6（外部数据存储器写选通）
P3.7（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
—RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
—：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
—：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期两次有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。
当保持低电平时，访问外部ROM；
注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；
当端保持高电平时，访问内部ROM。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
—XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
—XTAL2：
来自反向振荡器的输出[5]。
内部结构框图如图3-6所示。
图3-6AT89C51的内部结构框图
3.1.3AT89C51的基本操作
如图3-7所示，在X1和X2之间接一只石英振荡晶体构成了单片机的时钟电路，它还有另一种接法，是把外部振荡器的信号直接连接到XTAL1端，XTAL2端悬空不用。
AT89C51复位引脚RST/VP通过片内一个施密特触发器（抑制噪声作用）与片内复位电路相连，施密特触发器的输出在每一个机器周期由复位电路采样一次。
当振荡电路工作，并且在RST引脚上加一个至少保持2个机器周期的高电平时，就能使AT89C51完成一次复位。
复位不影响RAM的内容。
复位后，PC指向0000H单元，使单片机从起始地址0000H单元开始重新执行程序。
所以，当单片机运行出错或进入死循环时，可按复位键重新启动。
MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种复位方式。
上电复位利用电容器充电来实现。
按钮复位又分为按钮电平复位和按钮脉冲复位。
前者将复位端通过电阻与Vcc相接；
后者利用RC微分电路产生正脉冲来达到复位目的。
复位电路参数的选择应能保证复位高电平持续时间大于2个机器周期。
图3-7AT89C51基本操作电路
3.2红外发射电路
本遥控发射器采用码分制遥控方式，码分制红外遥控就是指令信号产生电路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。
在确定选择AT89C51作为本设计发射电路核心芯片和点触式开关作为控制键后，加上一个简单红外发射电路和12M晶体震荡器便可实现红外发射。
发射部分的主要元件为红外发光二极管。
它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它发出的便是红外线而不是可见光。
目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通Φ5发光二极管相同，只是颜色不同[6]。
遥控发射通过键盘，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在40KHz的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲，通过
空间的传送到受控机的遥控接收器。
P1口作为按键部分，P0.7口作为发射部分。
电路图如图3-8所示
图3-8红外发射电路
3.3红外检测接收电路
在接收过程中，脉冲通过光学滤波器和红外二极管转换为40KHZ的电信号，此信号经过放大，检波，整形，解调，送到解码与接口电路，从而完成相应的遥控功能，接收电路如图3-9所示。
通常，红外遥控器将遥控信号（二进制脉冲码）调制在40KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，产生红外信号发射出去。
将上述的遥控编码脉冲对频率为40KHz（周期为26μs）的载波信号进行脉幅调制（PAM），再经缓冲放大后送到红外发光管，将遥控信号发射出去。
根据遥控信号编码和发射过程，遥控信号的识别——即解码过程是去除40KHz载波信号后识别出二进制脉冲码中的0和1。
由MCS—51系列单片机AT89C51、一体化红外接收头、还原调制与红外发光管驱动电路组成。
接收部分主要元件是红外接收管，它是一种光敏二极管（实际上是三极管，基极为感光部分）。
在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度[7]。
图3-9红外接收电路
3.4光电耦合控制电路
在控制部分采用了隔离驱动电路，用光电器件作为隔离元件，利用光耦来隔离强电，以防止强电影响单片机的工作。
光电隔离的目的是割断两个电路的电气联系，使之相互独立，从而也就割断了噪声从一个电路进入另一个电路的通路[8]。
光电隔离是通过光电耦合器实现的。
光耦又称光电隔离器或光电耦合器，它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器与受光器封装在管壳内。
当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接收后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“光—电—光”的转换。
光电耦合器是把一个发光二极管和一个光敏三极管封装在一个外壳里的器件。
外壳有金属的或塑料的两种。
发光二极管和光敏三极管之间用透明绝缘体填充，并使发光管与光敏管对准，以提高其灵敏度，光电耦合器的电路符号如图3-10所示。
对于数字量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；
当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“0”。
图3-10光电耦合器原理图
输入信号使用权发光二极管发光，其光线又使光敏三极管产生电信号输出，
从而既完成了信号的传递又实现了电气上的隔离。
光电耦合的响应时间一般不超过几个微秒。
光电耦合器的输入端与输出端在电气上是绝缘的，且输出端对输入端也无反馈，因而具有隔离和抗干扰两方面的独特性能。
通常使用光电耦合器是为实现以下两个主要功能：
电平转换：
TTL电路与电源电路之间不需另加匹配电路就可以传输信号，从而实现了电平转换。
隔离：
这时由于信号电路与接收电路之间被隔离，因此即使两个电路的接地电位不同，也不会形成干扰。
光电耦合器中光敏三极管的基极有引出和不引出两种形式。
基极引出通常是经一个电阻接地。
通过接地电阻可以控制耦合的响应速度和灵敏度。
总的来说，电阻越小，响应速度越高。
其控制电路如图3-11所示。
图3-11光电耦合控制电路
3.5电源电路设计
3.5.1稳压电路
典型应用电路如图3-12所示。
图中C5用于频率补偿，防止自激振荡和抑制高频干扰；
C6采用电解电容，以减少电源引入的低频干扰对输出电压的影响；
D4是保护二极管，当输入端短路时，给C4一个放电的通路，防止C4激穿[9]。
图3-12稳压电路
3.5.2直流稳压电源的设计
直流稳压电源的主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。
框图如图3-13所示。
图3-13直流稳压电源
3.6显示部分的设计
由LED组成的7段发光管显示器是不太复杂的单片机应用系统常用外部设备之一。
①7段发光管显示器由7段发光线段组成，并按“日”字形排列，每一段都是一个发光二极管，如图3-15所示。
图中将7个LED的阴极连在一起，称之为共阴极接法。
反之为共阳极接法。
②如果将公共阴极接地，而在a～g各段的阳极加上不同的电压，就会使各段的发光情况不同，形成不同的发光字符。
加在7段阳极上的电压可以用数字量表示，如果某一段的阳极为数字量1，则这个段就发光；
如为0，则不发光。
数字量与段的对应关系如表3.1所示。
数码管原理图如3-14所示。
图3-14数码管原理图
在本设计中使用了四个7段LED显示器，而多位显示器连用有两种方法。
其一，每一位都用各自的8位输出口控制，在显示某字符时，相应的段恒定发光或不发光。
这种显示方法属于静态显示。
显然，静态显示需占用较多的I/O口线。
其二，是动态显示。
即将多个7段LED的段选端复接在一起，只用一个8位输出口控制段选，段选码同时加到各个7段LED显示器上，通过控制各个显示器公共阳极轮流接高电平的办法，逐一轮流地启动各个LED。
在这种方法中，只要恰当地选择点亮时间和间隔时间，就会给人以这样一种假相：
似乎各位LED是“同时”显示的。
动态显示法是目前各种单片机采用的流行方法。
其优点是硬件简单，“动态”由软件
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