单片机系统中红外通信接口设计开题报告及单片机红外遥控系统设计.docx
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单片机系统中红外通信接口设计开题报告及单片机红外遥控系统设计
海口经济学院网络学院
通信工程专业毕业设计
开题报告
课题名称：
单片机系统中红外通信接口设计
姓名：
学号************
年级专业：
**级通信工程
指导教师：
职称：
副教授
开题时间：
20**年1月13日
海口经济学院网络学院
本科毕业设计开题报告
题目
单片机系统中红外通信接口设计
一、选题目的及意义
1、选题的意义
（1）红外通信具有隐蔽性，保密性强，结构简单，既可以是室内使用，也可以在野外使用，由于它具有良好的方向性，故国外军事通信机构历来重视这一技术的开发和应用。
这一技术在军事隐蔽通信，特别是军事机密机构、边海防的端对端通信中将发挥出重要的作用。
（2）红外通信由来已久,但是进入上一世纪90年代,这一通信技术又有新的发展,应用范围更加广泛。
1993年6月，一个由部件、计算机系统、外围设备和电信厂商组成的大型集团-红外数据协会（IrDA）就红外通信的一套标准达成一致。
专司制订和推进能共同使用的低成本红外数据互连标准，支持点对点的工作模式。
（3）由于标注的统一和应用的广泛，更多的公司开始开发和生产IrDA模块，技术的进步也使得IrDA模块的集成度越来越高，体积也越来越小。
IrDA1.0可支持最高115.2kbps的通信速率，而IrDA1.1可以支持的通信速率达到4Mbps。
之后，IrDA又推出了最高通信速率在16Mbps的协议，简称VFIR。
（4）红外通信标准IrDA是目前IT和通讯业普遍支持的近距离无线数据传输规范。
红外线通信已成为一种最具成本效益和便于使用的无线通信技术。
红外射束易受尘埃、雨水等物质的吸收，如何在野外环境下克服这些物质的吸收，增强红外射束信号的强度是重要的研究课题。
2、选题的目的
（1）课题的主要工作是完成了单片机的合理选型及其外围电路的设计、红外接收和发射模块的选择和整个系统的软件设计：
（2）单片机采用ATMEL公司生产的51系列AT89S52芯片，论文中将详细讲述这一系列单片机的特点；
（3）红外接收模块选择Vishay公司生产的专用红外接收模块TSOP1738，而红外发送模块则使用由NE555和TSAL6238红外发射管以及一些相关元器件组成的发射电路；
（4）整个系统的软件设计是本课题的重点，完成了红外线双机通信系统的程序设计。
（5）红外线双机通信系统程序设计采用KeiluVision和AltiumDesigner作为开发工具，其软件包括单片机初始化、主程序、数据串口收发程序、键盘扫描子程序、LCD显示子程序。
二、选题设计的思路和方案
本次的系统设计是采用AT89C51作为发射电路（控制器）和接受电路（电风扇）以及38KHz的红外信号载波调制电路的核心CPU，发射电路可以分为基本电路模块、键盘接受模块、红外发射模块三个模块，接收电路可分为基本电路模块、液晶显示模块、电机电路模块三个模块，单独的红外信号载波电路调制电路[8-9]。
发射电路键盘制后，由接收端的红外接收器接受到操作码后进行解码操作得操作码从而得知发采用四乘四矩阵键盘电路，通过程序检索用户的输入，返回相应的按键值到程序中；程序使用得到的按键值，得知用户的输入后取得相应程序中预先设定的操作码发送给红外发射器；再通过红外发射器发射出去的信号经过载波电路38KHz方波调射端的按键输入，从而改变接收端的电机运转情况和LCD液晶显示情况，达到红外通讯控制的目的。
·基本电路模块
基本电路分为AT89C51正常运行所需的晶振电路和复位电路，主要由硬件来控制和实现没有采用软件的控制。
·键盘接受模块
键盘接受模块采用四乘四的外接矩阵键盘，在程序中对矩阵键盘行和列的高低变换来得到用户在键盘的输入情况，需要用到单片机的8个管脚，系统中使用了发射端的P2口的八个管脚，若使用的是P0口的八个管脚则需要外接上拉电阻，阻值大约在5-10K之间。
·红外发射模块
红外发射模块采用SE303红外发射装置来发送信号，发射的操作码为程序中预先设定。
·液晶显示模块
液晶显示模块使用LM016L液晶显示器来显示电机的运转情况，如电机的运转的转速档次、电机定时时间。
·电机电路模块
电机电路模块用一个电机模拟电风扇的运转，电机可以改变转速档次，定时运行，并且在相关的线路上接有LED指示灯，分为别为小档指示灯，中档指示灯，大档指示灯，定时指示灯，停转指示灯，用于提示用户电机的运转状态。
2.2.2系统总体设计流程图
2.2.3系统总体结构图
2.3系统设计所需用到的主要器件
89C51单片机作为两个电路的核心CPU,用M50462作为红外发射器，HS0038作为红外接收器，LM016L液晶显示器，一个四乘四的矩阵键盘,绿色和红色的LED指示灯，电机。
三、选题相关支持条件（理论知识、软件或硬件条件等）
1、单片机是微机控制的典型代表，它在一片硅片上集成了中央处理器、存储器和各种输入输出接口，如I/O口，定时器/计数器接口，外部中断接口，串口，读/写接口等）。
这样的芯片因为具有和计算机一样的功能，所以称之为单片微型计算机，简称单片机。
而单片机又主要应用于实时控制，并通常作为其他系统的组成部分使用，故又称之为嵌入式控制器。
自从20世纪70年代中期美国仙童公司推出第一台F8单片机以来，单片机已经有30多年的发展历史。
直至今天，单片的生产厂家和型号已经是各式各样。
2、红外通讯系统的单片机中，采用AT89C51单片机作为中央处理器。
89C51单片机带有4K闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory），128字节内部RAM，32个I/O接口，2个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作，掉电方式保存RAM的数据，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作指导下一个硬件复位。
3、C语言代码简洁易读，使用灵活方便，装性好，代码重用性高。
C语言具有函数，相对于汇编语言来说，代码的封装性远远高于汇编语言，代码的重用性高，并且具有一定的模块化。
并且表达能力强，丰富的数据结构类型，用户根据需要，采用多种数据类型来控制各种复杂的数据；C语言还有多种运算符，用户可以灵活地进行简单或者复杂的算术运算，表达方式也很灵活。
四、选题预期达到的目标
1、对红外通讯系统进行了细致的研究，从编码解码芯片，红外发射接收器件开始了解；随后根据编码解码芯片的原理，自己在软件设计上模拟了编码解码芯片的过程，并且运用于仿真系统中，达到红外通讯的效果，了解并且模拟运用红外通讯的核心技术。
2、仿真系统中，主要使用的是89C51芯片为核心，分成红外通讯的发射端和接收端两部分电路，实现了利用红外通讯技术对电机的控制，液晶显示器的控制。
在单片机仿真系统中使用了Proteus7.8，该仿真软件元件库齐全，使用方便，功能极其强大，应用程序采用C语言编写。
3、通过本论文对红外通讯系统的研究发现，红外通讯的确是一种非常实用的远程控制技术，成本低，点对点控制使用方便，资料及其技术成熟便于深入研究探讨。
当然，红外通讯技术还存在缺点，但是我们可以不断努力改进它，让它更好地造福于人类。
五、进度安排（描述具体年月区间的研究进度及内容等）
20**年11月2日至11月20日，教师命题，学生选题，确定指导教师；
20**年11月21日至20**年12月5日，学生在与指导教师充分沟通的基础上，进一步确定毕业设计题目，对毕业设计（论文）背景调查及技术资料进行收集整理，并在此基础上撰写、确定开题报告的撰写工作；
20**年1月11日至15日：
开题答辩，通过后开始进行相关资料、技术、项目的准备工作；
20**年1月20日至3月20日：
学习相关开发工具同时查阅本次设计相关论文资料就本次设计进行需求分析；进行毕业实习，并根据分析阶段所获得相关文档进行设计，并初步完成各个模块的相关功能；
20**年3月21日至3月25日：
中期检查，填写完成毕业论文（设计）中期检查表,指导教师注意日常指导期间填写“指导检查情况记录表”；
20**年3月26日至5月8日：
测试并完成各功能模块，形成可运行的软硬件系统，并准备各项相关材料，按要求撰写毕业设计（论文）；
20**年5月9日至15日：
完成毕业论文（设计）定稿与装订，完成该阶段相关评阅意见；
20**年5月16日至20日：
毕业设计答辩
六、主要参考文献（不少于5篇）
[1]高茹云.通讯电子线路.西安西安电子科技大学出版社，1999
[2]刘振海.单片机原理及应用技术.北京高等教育出版社
[3]沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析.北京北京航空航天大学出版社
[4]原东昌.李晋炬.通信原理与电路实验指导书.北京北京理工大学出版社
[5]严天峰,王耀琦.红外通信模块设计例程.中京航空航天大学出版社
[6]徐玮，51单片机综合学习系统—红外线遥控篇.北京电子工业出版社
[7]江世明.基于Proteus的单片机应用技术.北京电子工业出版社
[8]黄迪明等.C语言程序设计教程.北京国防工业出版社
[9]周立功等.增强型80C51单片机速成与实战.北京北京航空航天大学出版社
指导教师意见：
指导教师签名：
年月日
专家组意见：
组长签名：
成员签名：
年月日
网络学院毕业设计开题报告评分标准
指标
说明
考核标准
通过
不通过
设计选题
题目大小、专业角度、深度是否合适，技术难度、理论意义或实用价值
具有一定新意、研究难度或实用价值；研究目的、内容明确
选题不当，在研究或技术方面不明确，或达不到本科专业人才培养目标要求。
实施方案、进度安排
方案目标是否明确，内容是否丰富，思路如何，进度安排是否合理
目标基本明确，解决问题的思路清晰，内容清楚，在若干方面有新意或具有实用性，研究进度安排合理
目标不明确或有错误，内容不具体；研究方法简单，技术路线不严密，技术难度过低，没有抓住技术关键；研究进度安排不合理
方案可行性
方案可行性程度
文献调研充分，设计技术方案基本可行；基本掌握技术关键，对可能遇到的主要问题，分析基本正确，开题条件基本具备
文献调研不充分，技术方案不明确或有错误；不熟悉技术关键，不能正确分析可能遇到的主要问题，开题条件不成熟；预期达到的研究目标过高或过低。
表达质量
文字及综合表达能力；回答问题简洁性、准确性；格式规范性
能正确阐述主要内容，层次清楚；回答问题简洁，基本准确；开题报告格式规范
阐述条理不清楚，报告内容不清楚；不能准确回答问题；开题报告格式不规范
备注：
其中“论文选题”、“实施方案、进度安排”、“方案可行性”实行一票否决。
本科毕业设计
题目单片机红外遥控系统设计
院（系部）河南理工大学万方科技学院
专业名称电气工程及其自动化
年级班级电气***班
学生姓名
指导教师
20**年4月20日
摘要
随着人们生活水平越来越好，人们的日常生活中出现了许多有益的远程遥控程序。
以前做工简单的遥控器使用特有的遥控编解码电路，但因为功能键及性能的限制，只有某些特定的领域才能使用。
而使用单片机有可以实现远程控制程序,方便编程,可以自由设置操作码的优点。
这个设计主体特别采用了AT89C51单片机，综合采用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识，采用红外光的特长，编写一个红外遥控系统。
这个系统包含了发送和接收两部分，应用程序的编码/解码芯片来控制操作。
发射方面包含键盘矩阵、编码调制、LED红外线发射器；接受部分包含红外接收芯片、光电转换器、调解电路。
其优势是拥有简短的硬件电路,软件功能完善,更好的性价比优势,有一定的应用和参考价值。
关键词：
单片机AT89C51；LED红外发射器
Abstract
Withpromotionofhumanistic,scientificprogressandpeoplelivingstandardriseslowly,allconducivetolifeoftheremotecontrolsystembegantostridethelivesofpeople.Previousremotecontrolremotecodinganddecodingthespecialintegratedcircuitusingthe,thisapproach,whileworkissimpleeasy,butasaresultoffunctionkeynumberandfunctionbytheconstraintsofthespecialappliesonlyintheuseofsomespecialelectricalproducts,serviceareasaffected.Andtheuseofsingle-chipdesignintheuseofremotecontrolsystem,withprogrammingisflexible,setarbitraryandadvantageofoperationcodenumber.
ThisdesignadoptsAT89C51micro-controllerasthemainbody,usingacombinationofMCUinterruptsystem,timer,counterandotherknowledge,usinginfraredexpertise,toprepareainfraredremotecontrolsystem.Thesystemincludestransmittingandreceivingpart,applicationcoding/decodingchiptocontroltheoperation.Emissionincludingmatrixkeyboard,modulationandcoding,LEDinfraredemitter;acceptance
Partcontainsinfraredreceivingchip,photoelectricconverter,themediationcircuit.Theadvantagesofthehardwarecircuitissimple,softwarefunction,cost-effectiveandotheradvantages,havecertainapplicationandreferenceability.
Keywords:
singlechipmicrocomputerLED;AT89C51infraredemitter
1绪论
1.1研究背景
现在市面上通常是使用遥控编码和解码集成电路。
这种方法的优点是简单,但由于功能键的数量和特殊的功能是有限的,这种电路只适用于一个特定的电子产品使用，应用领域遭到特别的限制。
单片机设置遥控系统有编程灵活多样,操作码个数可以自由设置优势,而且单片机遥控应用程序与红外发射频率是不同的,可以识别不同的远程控制能力。
当我们按下按钮,识别的关键是通过单片机CPU一端接红外发射管发射特定频率的脉冲,脉冲和39千赫载波脉冲调解,然后将不得不调整缓冲放大器、脉冲激励红外发光二极管将电能转化为光能,使红外发光二极管发射红外线的特定频率,接收控制系统接收到红外线后,通过单片机定时器/计数器在这个红外频率,然后发送CPU的频率,从CPU这个信号编码、识别控制信号,从而控制电路实现控制功能，完成远程控制的功能。
1.2国内外研究现状
发射和接收部分是红外遥控系统的最基本的一部分。
发射部分的一些最重要的元素称为红外发光二极管（led）。
它本质上是一个发光二极管;因为它的内部材料和普通发光二极管（led）有一定的差异,所以他的两端加一定电压后,发出一种红外线代替可见光。
红外波长近940毫米是目前大量使用的二极管,形状与一般φ5led差不多只是有不同的颜色。
红外发光二极管经常看到有深蓝色,黑色,透明三种颜色。
那么如何判断红外发光二极管呢，性质上和判断正常的二极管是一样的:
用万用表电阻挡,然后测量红外发光二极管,反向电阻。
在发光效率、红外发光二极管（led）需要使用特殊的仪器来测量准确,没有条件只能使用拉锯法来判断。
光敏二极管是接收部分里面的红外接收管。
实际应用中让他工作的话需要加反向偏压，也就是说红外接收二极管需要反向运用才能得到较高的灵敏度。
红外发光二极管的形状正常有圆形和方形两种。
红外发光二极管发射功率控制在100mw,相对较小,因此,红外接收二极管接收到的信号很弱,所以将添加一个名为高增益放大器电路的电路。
不影响周围环境,不影响电气设备是红外遥控控制的特点。
因为红外光可以穿透墙壁,用于家用电器遥控和不会造成干扰,电路调试简单,假使一个给定的电路连接的功能是正确的,通常不需要任何调试可以添加工作;解码很简单,可以多通道远程控制。
1.3研究目的与意义
随着科学技术的发展,人们的生活节奏变得越来越快,追求方便,快速的需求也在增加。
远程控制的出现在一定程度上,满足人民的需求。
远程控制是一个叫罗伯特·阿德勒的发明家在五十年代发明的。
而红外遥控是在1970年代开发的远程控制技术,其原理是使用红外线发送控制信号,实现远程控制的控制对象,具体就是一个发射机发送红外信号,接收器进行信号处理,最终实现各种功能的控制对象的远程控制。
红外遥控具有独立、物理性质和光学相似,无法穿透的障碍和隐蔽性很强的特点。
红外遥控技术的发展使得许多电器产业快速发展对红外遥控的应用。
2系统方案设计论证
2.1单片机红外遥控发射器设计原理
单片机,谐振器,复位电路,红外发射管,行列式键盘和低功率空闲模式控制电路的单片机红外遥控发射器。
单片机不工作时处在低功耗的阶段,使用闲置节电工作。
按下遥控器上的按钮,外部中断1中断,之后直接触发单片机,并使其进入阶段,知道哪个键盘按下按钮,信号是什么意思,确认按钮后,软件控制启动计时器T0和T1,红外发射频率控制器T0，启动时间控制器T1,当T0定时器溢出时,红外接口级别打断逆转时间,定时器初始值不同,系统获得了不同的发射频率输出端口。
当T1定时溢出T0定时器将中断程序关闭,红外停止射击。
设计原理图如下。
2-1单片机遥控发射器原理图
2.2单片机红外遥控接收器设计原理
单片机、红外遥控接收电路、状态指示电路、控制电路和单片机的一些外围电路组成红外遥控接收器。
红外脉冲计数器是使用单片机的内部T0,T1则受控于计数时间控制器。
当红外接收管接收红外脉冲触发外部中断,定时器计数器T0和T1已启动。
定时溢出,计数器T0中断程序关闭,读计数价值判断,操纵遥控按钮后立即反转操作,控制电路负载对应的打开或关闭。
也可以实现锁定功能于接收电路,控制电路被锁定后,远程控制无法实现远程控制的功能控制电路。
其设计原理如图2-2所示。
2-2单片机遥控接收器原理图
2.3方案选择和论证
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。
这种遥控编码具有以下特征：
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2-3
2-3串行码编码
2-4码分制编码波形图
3红外解码硬件电路设计
3.1红外解码系统设计
红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段，电视机遥控器是红外遥控系统中的典型代表。
由于各厂家经常使用专用的遥控芯片，不同的遥控器之间互不兼容，因此给我们的生活带来一些不便。
我的设计是使用常用的芯片AT89C51代替专用的遥控芯片制作一个遥控器，实现遥控器之间的通用化.
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AT89C51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。
3.2单片机及其硬件电路设计
3.2.1单片机AT89C51
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的CMOS8位微处理器，其特点是低电压、高性能，俗称单片机。
AT89C2051是带2K字节闪存能编程也能擦除的一种只读存储器单片机。
可擦除只读存储器能够进行1000次的反复擦除。
这种只读存储器蕴含的技术是ATMEL高密度非易失存储器制造，同时也和MCS-51指令集和输出管脚相兼容，MCS-5是工业标准。
在单个芯片包含了多红能8位CPU也同时包含了闪烁存储器，ATMEL的微型控制器是AT89C51特点是很高效，AT89C2051是AT89C51的一种精简版本。
单片机AT89C51提供了很多灵活廉价的方案给嵌入式控制系统。
如图3-2-1
。
图3-2-1单片机引脚图
3.2.2晶振电路
AT89C51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3-2-2所示：
图3-2-2晶振电路
3.2．3复位电路
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3-2-3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3-2-3复位电路
3.3红外发射电路设计
红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，系统采用编/解码专用集成电路和单片机芯片来进
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