学习型红外线遥控器

毕 业 设 计 说 明 书学习型红外线遥控器专业 电子信息工程学生姓名 陆 雷班级 BMZ 电子 072 班学号 0761417210指导教师 王 媛 媛完成日期 2011 年 5 月 25 日盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）学习型红外线遥控器摘 要:当今社会科学技术的发展与日俱增，人们的生活水平也是日益提高，为了减少人们的工作量，所以对各种家用电器、电子器件的非人工控制的要求也是越来越高，针对这种情况，设计出一种集成度比较高的控制体系是必然的。单片机的集成度很高，它具有体积小、质量轻、价格便宜、耗电少等突出特点，尤其耗电少，又可使供电电源体积小、质量轻等优点，因此广受人们的青睐。本文详细介绍了学习型红外线遥控器的软硬件设计方法，并给出了具体的各单元电路设计、程序设计及程序流程图。在硬件设计中，选取AT89S52 型号单片机为核心器件，并给出外围电路模块如红外线接收模块、红外线发射模块以及外部控制模块等组成部分的设计实现。本学习型红外线遥控器采用最小化应用模式设计，电路简单，尤其是通过大量不同遥控码的特征分析，在遥控码的读入时选择了最佳采样间隔，使遥控码的学习成功率大大提高。因此它能成功地学习各种红外遥控设备的编码，并通过40 kHz载波发送学习到的记忆信号。实现了对各种各样红外遥控的学习，从而实现了学习型遥控器。关键词：单片机；红外遥控；AT89S52盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）Learning infrared remote controlAbstract: In todays society, the development of science and technology increasing peoples standard of living is increasingly improved, in order to reduce the workload of people, so a range of household appliances, electronic device of the artificial control requirements is also more and more high, in this kind of situation, design a kind of integration of relatively high control system is inevitable. MCU integration too high, it has small volume, light quality, price cheap, less consumption such prominent characteristics, especially less consumption, and can make the power supply, small volume, light quality. This design detailed introduces the hardware and software design method of learning remote control, and gives the specific each unit circuit design, programming and program flow chart. In the hardware design, selection of AT89S52 microcomputer as the core component models, and give peripheral circuit module such as infrared receiver module, infrared emission modules and external control module component design implementation. This learning infra-red remote adopts minimize application pattern design, simple circuit, especially by a lot of different characteristics of remote yards in remote yards, choose the best read remote sampling interval, make the learning rate greatly improve code. So it can successfully learn a variety of infrared remote control device, and through the encoding 40 kHz carrier sent to learn memory signals. Realized to various infrared remote control of study, So as to realize the remote control for learning. Key words: MCU; Infrared remote control; AT89S52学习型红外线遥控器目 录1 概 述 11.1 单片机的发展历史 .11.2 单片机的发展趋势 .22 课题研究的背景与意义 32.1 课题研究背景 .32.2 课题研究意义 .33 方案论证 33.1 单片机的选择 .33.2 红外接收单元的选择方案与论证 .43.3 红外发射单元的选择方案与论证 .43.4 电路设计最终方案决定和功能要求 .54 系统硬件电路的设计 54.1 单片机系统 .64.2 复位电路 .114.3 时钟电路 .114.4 红外线接收电路的设计 .124.4.1 SM3381 应用电路设计 124.4.2 SM3381 简介 134.5 红外发射电路的设计 .134.5.1 三极管 9013 的功能介绍和使用方法 144.5.2 红外发光二极管功能介绍和使用方法 174.5.3 红外遥控信号编码脉冲的波形研究 174.6 学习指示灯电路设计 .184.7 发射指示灯电路设计 .184.8 总电路图设计 .185 系统程序设计 195.1 主程序流程图设计 .195.2 遥控码读入处理程序流程图设计 .205.3 遥控码发射处理程序流程图设计 .235.4 延时程序设计 .235.5 调试及性能分析 .245.5.1 程序调试 .245.5.2 主要性能分析 246 系统功能仿真 246.1 KEIL C51 环境 246.2 proteus 简介 .25盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）6.3 proteus 软件特点 .266.4 系统功能仿真 .267 结束语 30致谢 32参考文献 33附 录 .34附录 1 源程序清单 35附录 2 学习型红外线遥控器电路原理图 39附录 3 学习型红外线遥控器 PCB 图 40盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）1学习型红外线遥控器1 概 述现代科学技术的发展，尤其是计算机技术和网络技术的高速发展，不仅改变了人们的工作方式，也逐渐地改变了人们的生活方式，智能家居是在这样的背景下产生的。红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控方式，由于其具有结构简单、体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而广泛应用于彩电、空调机、CD/VCD、录像机家用电器设备及其工业控制中。随着现在人们生活中家电日益增加的需要，使用红外遥控器也越来越频繁。因其各种红外遥控器编码格式不同，使得各种红外遥控器不能兼容。经常需要更换遥控器，这也给人们生活带来了不便。以AT89S52单片机为核心的学习型红外线遥控器，通过测量红外一体化接收头输出信号，并原样地记录其输出脉冲宽度，然后保存在EEPROM，最后利用单片机定时器中断产生40 kHz载波信号，以软件代替了硬件，节约了资源。该学习型红外遥控器能成功地学习各种红外遥控设备的编码，并通过40 kHz载波发送学习到的记忆信号。实现了对各种各样红外遥控的学习，从而变成了真正的学习型遥控器。1.1 单片机的发展历史经历了SCM、MCU、SOC三大阶段a）SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。b）MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。c）单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU 阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化学习型红外线遥控器2趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。1.2 单片机的发展趋势自单片机出现至今，单片机技术已走过了几十年的发展路程。纵观几十年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器（MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，拉动广泛的应用领域，表现出比微处理器更具个性的发展趋势：A. 采用先进结构以实现高性能在过去的一段时间内，单片机的指令运行速度一直在10MIPS以下，这对于应用在工业控制领域内的单片机来说是足够了，但当单片机被应用在通讯及DSP领域作为高速运算、编码或解码时，就会出现因指令运行速度不够而限制单片机应用的情形，因此提高单片机指令运行速度已经成为迫切需要解决的问题。B. 进一步降低功耗基于80C51的飞利浦低功率、低系统成本微控制器51LPC系列是业界推动单片机向低功耗方向发展的主导单片机系列之一。51LPC系列单片机采用以下三种方法降低功耗：a)使系统进入空闲模式，在空闲模式下，只有外围器件在工作，任意的复位及中断均可结束空闲模式；b)使系统进入低功耗模式，在低功耗模式下，振荡器停止工作，使功耗降到最小；c)使系统进入低电压 EPROM操作；EPROM 包含了模拟电路，当Vcc高于4V 时，可通过软件使这些模拟电路掉电以降低功耗，在上电情况下可使系统退出该模式。C. 采用 Flash Memory随着半导体工艺技术的不断进步，MPU的Flash 版本逐渐替代了原有的OTP 版本。Flash MPU具有以下优点：与多次可编程的窗口式EPROM相比，Flash MPU的成本要低得多；在系统编程能力以及产品生产方面提供了灵活性，因为Flash MPU可在编程后面再次以新代码重新编程；可减少已编程器件的报废和库存；有助于生产厂商缩短设计周期，使终端用户产品更具有竞争力。D. 集成更多功能及兼容性目前单片机的另一个发展趋势是在芯片上集成更多的功能。如模拟功能，包括模拟比较器、A/D和D/A转换器等。具体表现在：兼容性作为设计的第一考虑；额外的新的特点是透明的；使用同一种编程器；OTP 使器件快速提升及标准化成为可能。E. 强抗干扰能力不断加强抗干扰能力是单片机进一步发展的必然趋势。ST Microelectronics公司盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）3推出的ST62 系列单片机在这方面是佼佼者，其优良的抗干扰能力使得许多大公司将其应用在系统中的关键部件上。许多单片机开发商也正朝着这个方向努力。F. 朝系列化、全面化方向发展各大单片机开发商在增加产品功能的同时效力于形成产品的系列化、全面化，以满足各种控制领域的要求，这也是单片机发展的趋势之一。日本TOSHBA公司开发了从4位到64位的多系列单片机，日立公司也有从4位到32位的单片机，目前还没有哪个厂家生产的单片机比东芝公司的种类多。随着单片机性能的不断提高，不断的克服和弥补自身的不足。在各种控制领域，单片机将拥有更加广阔的使用天地。在很长的一段时间内，它将一直是工程设计人员的首选控制芯片之一。2 课题研究的背景与意义现在科学技术的发展，尤其是计算机技术和网络技术的高速发展，不仅改变了人们的工作方式，也逐渐地改变了人们的生活方式，智能家居即是在在这样的背景下产生的。2.1 课题研究背景红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控方式，由于其具有结构简单、体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而广泛应用于彩电、空调机、CD/VCD、录像机家用电器设备及其工业控制中。随着现在人们生活中家电日益增加的需要，使用红外遥控器也越来越频繁。因其各种红外遥控器编码格式不同，使得各种红外遥控器不能兼容。经常需要更换遥控器，这也给人们生活带来了不便。再此情况下，我们急需研究出一种新型的遥控器来解决上述带来的不变。2.2 课题研究意义目前国内学习型遥控器大多采用复制遥控器红外波形达到学习目的，其方法简单，实现起来较方便。但其采用专用遥控集成的芯片，导致设计复杂，成本高，并且遥控器的红外信号形成都是采用红外线遥控发射芯片产生，其集成度高，且价格昂贵。 而且不同品牌、不同型号的设备之间易产生误操作，在不同的设备中使用不同的传输规则或者识别码，这就使得各个型号的遥控器都只是用于各自的遥控对象，容易造成实际使用中遥控器多而复杂，经常搞混的结果。学习型红外线遥控器43 方案论证3.1 单片机的选择单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，可能还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小并且完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。单片机性能不断提高，其应用系统也不断发展，就我国的8位单片机应用系统而言，从7080年代盛行的Z80到80 90年代的INTEL8031，再到902000年代的INTEL80C51 或AT89C51，而目前流行使用的AT89C52单片机是INTEL MCS-51系列的8位单片机。它具有 40引脚，片内带8KB闪速存储器EEPROM，一般作程序存储器；片内带256KBRAM；提供32条I/O引脚，大部分引脚都可作数字和脉冲输入和输出；3个16位定时计数器，对外计脉冲数可使用单片机的P3.4(T0) 或P3.5(T1) ； 6个中断源，其中直接提供外部中断处理可使用P3.2(INT0)或P3.1(INT1) ；2个可编程标准串口，其引脚为 P3.0(RXD)和P3.1(TXD)；时钟频率可达424MHz ；具有睡眠状态，指令系统与8031指令系统完全兼容。除上述技术性能外，还有价格低廉，保密性强，功耗低，应用灵活、方便等优点。故选择AT89S52单片机为本设计的核心是较佳的选择。这种单片机具有足够的空余硬件资源，可以实现其他的扩充功能。如果考虑使用电池供电，则可采用LV系列单片机。3.2 红外接收单元的选择方案与论证方案 一：采用前置放大电路、解调电路、指令检出电路、记忆及驱动电路组成；当红外接收器件收到遥控器发射二极管的红外光信号时，它将红外光信号变成电信号并放入前置放大器进行放大，再经解调后，由指令信号检出电路将指令信号检出，最后由记忆和驱动电路驱动执行电路，实现各种操作。但是电路繁杂，价格过高，所以本文不予采用。方案 二：采用红外接收一体化红外接收器SM3381，该接收器是黑色环氧聚光透镜，能够滤除可见光干扰，集红外接收和放大于一体，内含红外线PIN接收管、选频放大器和解调器，不需任何外接元件，就可以完成从红外遥控信号中分离出基带信号，输出与TTL 电平兼容的所有工作。因此我们采用实现容易的电路作为本设计的单元盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）5电路。3.3 红外发射单元的选择方案与论证方案 一：采用一片高速CMOS型四重二输入带施密特触发器的与非门74F132 芯片，其中一组“与非门 ”组成载波振荡器，振荡频率在 38kHz左右，红外发光二极管采用TSAL6200红外发光二极管，它的脉冲编码信号与载波信号合成转变成一定频率的电信号，通过发光二极管产生光脉冲码发射出去。此种设计难免使电路结构复杂，且器件价格昂贵，本设计不予采用。方案 二：采用单片机的模拟产生一定频率的方波，经过三极管放大后，驱动红外发光二极管，在软件处理过程中应用延时程序模拟此频率的红外载波信号，这种电路结构简单且容易实现，故本设计采用此单元电路。3.4 电路设计最终方案决定和功能要求综上各方案所述，对此次作品的方案选定：采用AT89S52 作为主控制系统、 SM3381为红外接收器为主要器件的接收单元和由三极管驱动红外发光二极管的发射单元电路。按照系统设计功能的要求，初步确定系统由主控模块、红外发射模块、红外接收解调器模块、指示灯模块及按键模块组成，学习型红外遥控器的总体设计框图如图3-1 所示。学习型红外线遥控器要求可以学习不同遥控器的某个按键码功能。使用时先用原遥控器对着红外接收器按一下某操作键，学习器就可实现原遥控器中该键的遥控功能。图 3-1 学习型红外遥控器的总体设计框图4 系统硬件电路的设计该电路采用AT89S52单片机最小化应用系统，因此控制线 /PSEN、ALE 不用，红外发射电路红外接收解调器控制器AT89S52 发射指示灯学习指示灯按键单元学习型红外线遥控器6/EA接高电平，使用片内程序存储器；P1.0口接遥控发射按键；P1.6口用作状态指示，绿灯亮代表学习状态，绿灯熄灭代表码已读入；P1.7口用于指示遥控键的操作，闪烁代表遥控码正在发射中；第9引脚（RST）为单片机的复位引脚，采用简单的RC上电复位电路；第12引脚为单片机中断输入口，用于工作方式的转换控制，当该引脚为地点平时，系统进入学习状态；第14引脚用于红外线接收解码器的输出信号输入；第15引脚为遥控码红外调制信号的输出口，输出40kHz的方波脉冲；第18、19引脚接12MHz晶振。4.1 单片机系统AT89S52单片机具有足够的空余硬件资源，可以实现其他的扩充功能，还有价格低廉，保密性强，功耗低，应用灵活、方便等优点。故选择AT89S52 单片机为本设计的核心是较佳的选择。AT89S52是一个低电压，高性能CMOS8 位单片机，片内含 8kbytes的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、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存储单元，功能强大的AT89S52单片机可以提供许多较复杂系统控制应用场合。图4-1 AT89S52芯片引脚。图 4-1 AT89S52 芯片AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）7Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89S52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要性能参数： 与 MCS-51 产品指令和引脚完全兼容 8k 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0Hz 24MHz 三级加密程序存储器 256 字节内部 RAM 32 个可编程 I/O 口线 3 个 16 位定时/计数器 6 个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式功能特性概述：AT89S52提供以下标准功能：8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线， 3个16位定时/计数器，1个6向量两级中断结构， 2个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S52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的工作，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中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。下图4-2为POFP/TQFP封装形式；图4-3 为 PLCC 封装形式。学习型红外线遥控器8图 4-2 POFP/TQFP 封装形式图 4-3 PLCC 封装形式MCS-51单片机共有4个双向的8位并行I/O端口（Port），分别记作P0-P3，共有32根口线，各口的每一位均由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器所组成。实际上P0-P3已被归入特殊功能寄存器之列。这四个口除了按字节寻址以外，还可以按位寻址。由于它们在结构上有一些差异，故各口的性质和功能有一些差异。盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）9P0口是双向8 位三态I/O 口，此口为地址总线（低8 位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL 负载。P1口是8位准双向I/O口，可驱动4个LS 型负载。P2口是8位准双向I/O 口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。P3口是8位准双向I/O 口，是双功能复用口，可驱动4个LS型TTL 负载。P1口、P2口、P3 口各I/O口线片内均有固定的上拉电阻，当这3个准双向I/O口做输入口使用时，要向该口先写“1”，另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态，故称为准双向I/O 口。P0 口： P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址 /数据总线复用口。作为输出口用时，每位用吸收电流的方式驱动8个TTL 逻辑门电路，对端口P0写“l ”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时， P0口接收指令字节。而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL 逻辑门电路。对端口写 “l”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。与 AT89C5l不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时 /计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表4-1 。Flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。表 4-1 P1.0 和 P1.l 的第二功能P2 口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL 逻辑门电路。对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR, A指令）时， P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX Ri, A指令）时， P2口输出P2锁存器的内容。 Flash编程或校验时，引脚号 功能特性P1.0T2（定时计数器 2 外部计数脉冲输入） ，时钟输出P1.1 T2EX（定时计数器2捕获重装载触发和方向控制）学习型红外线遥控器10P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向 I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“l ”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL ）。 P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表 4-2 P3 口特殊功能P3 口引脚 特殊功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 （外部中断 0）P3.3 （外部中断 1）P3.4 T0（定时器 0 外部输入）P3.5 T1（定时器 1 外部输入）P3.6 WR（写入外部存储器控制）P3.7 RD（读取外部存储器控制）XTAL1：振荡器反向放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。AT89S52单片机内部设有三个16位的可编程定时器 /计数器。可编程的意思是指其功能（如工作方式、定时时间、量程、启动方式等）均可由指令来确定和改变。在定时器/计数器中除了有两个16位的计数器之外，还有两个特殊功能寄存器（控制寄存器和方式寄存器）。本设计主要用到定时器T0 与T1 ，这里简单介绍一下。16位的定时/计数器分别由两个8位专用寄存器组成，即： T0由TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。其访问地址依次为8AH到8DH。每个寄存器均可单独访问。这些寄存器是用于存放定时或计数初值的。此外，其内部还有一个8位的定时器方式寄存器TMOD和一个8位的定时控制寄存器TCON 。这些寄存器之间是通过内部总线和控制逻辑电路连接起来的。TMOD主要是用于选定定时器的工作方式；TCON主要是用于控制定时器的启动停止，此外TCON还可以保存 T0、T1的溢出和中断标志。当定时器工作在计数方式时，外部事件通过引脚T0（P3.4）和T1 （P3.5 ）输入。盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）11下图 4-4 单片机最小系统。图 4-4 单片机最小系统4.2 复位电路当MCS-51单片机的复位引脚RST 出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位的基本功能是：系统上电时提供复位信号。直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分- 合过程中引起的抖动而影响复位。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。由于本设计只采用内部存储器，不会执行外部程序，因此EA端一般为高电平。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。与其他计算机一样，MCS-51单片机系统常常有上电复位和操作复位两种方法。学习型红外线遥控器12操作复位指用户按下“复位”按钮使计算机进入复位状态。上电复位电路是种简单的复位电路，只要在RST复位引脚接一个电容到VCC，接一个电阻到地就可以了。上电复位是指在给系统上电时，复位电路通过电容加到RST复位引脚一个短暂的高电平信号，这个复位信号随着VCC对电容的充电过程而回落，所以RST引脚复位的高电平维持时间取决于电容的充电时间。为了保证系统安全可靠的复位，RST引脚的高电平信号必须维持足够长的时间。MCS-51单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。下图4-5是上电复位电路。图4-5 上电复位电路4.3 时钟电路时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有条不紊的一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。单片机的定时功能是用片内的时钟电路和定时电路来完成的，而片内的时钟产生有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。本设计用的是内部时钟方式。本系统采用内部时钟方式，片内高增益反相放大器通过XTAL1，XTAL2外接作为反馈元件的晶体（呈感性）与电容组成的并联谐振回路过程的一个自激振荡向内部时钟提供振荡时钟。电容的值通常取30pF左右。电路图4-6 如下：图 4-6 时钟电路单片机以晶体振荡器的振荡周期为最小的时序单位，片内的各种微操作都以此周期为时序基准。振荡频率二分频后形成状态周期，一个状态周期包含2个振荡周期，振荡频率二分频后形成机器周期，一个机器周期包含有6个状态周期或者12个振荡周期，1到4个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间便是指令周期。在MCS-51单片机的所有指令中，有些完成的比较快，只需一个机器周期就行，有些完成的比较慢，则需两个机器周期或者四个机器周期才能完成。具体的周期计算是这样的。如果外接晶振频率为12MHZ，那么振荡周期为 1/12MHZ=0.0833us,状态周期为0.0167us,机器周期为1us，指令周期为1到4us。当单片机工作于计数模式时，它的初值为（计数个数）求补，当工作于定时模式时，它的初值为（定时时间/机器周期）求补，根据不同的工作模式对初值进行装入。盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）134.4 红外线接收电路的设计红外接收电路选用了市面上常见的一体化红外接收头SM3381。SM3381集光电转换、解码和放大于一体，可以不接任何外接原件就可以解出需要的脉冲。SM3381平时输出为高电平，当有遥控信号输入时，其输出为高低电平脉冲，故接收时一个码由一个低电平后跟一个高电平构成。利用不同长短高低电平的组合，可构成不同的码。4.4.1 SM3381 应用电路设计SM3381使用起来比较方便，电路结构简单。因为SM3381集光电转换、解码和放大于一体，可以不接任何外接元器件就可以解出需要的脉冲。此脉冲波可以直接被单片机捕捉并通过T0（P3.4）存储到单片机的数据存储器中，最后将学习结果存放到EEPROM 中。还原时，AT89S52扫描按键，识别相应的键值，从 EEPROM中取出对应键值的遥控基带信号，即二进制的高电平与低电平的维持时间，再把基带信号调制到由T1产生的40kHz 的载波信号上。下图4-7红外发射单元电路。图 4-7 红外发射单元电路4.4.2 SM3381 简介采用红外接收一体化红外接收器SM3381，该接收器是黑色环氧聚光透镜，能够滤除可见光干扰，集红外接收和放大于一体，内含红外线PIN接收管、选频放大器和解调器，不需任何外接元件，就可以完成从红外遥控信号中分离出基带信号，输出与TTL 电平兼容的所有工作。图4-8 为SM3381实物图。（电源引脚、地线和信号线）图 4-8 SM3381 实物图学习型红外线遥控器144.5 红外发射电路的设计红外发射电路中的载波信号直接由单片机模拟产生，经过三极管放大后，驱动红外发光二极管，在软件处理过程中应用延时程序模仿40kHz的红外载波信号，电路中放大三极管采用9013系列，红外发光二极管采用普通的遥控器中的器件。单元电路设计如下图4-9所示。图 4-9 红外发射单元电路4.5.1 三极管 9013 的功能介绍和使用方法9013三极管是一种三端器件，内部有两个离的很近的背靠背排列的PN结（发射结和集电结）。两个PN结上加不同极性、不同大小的偏置电压时，半导体三极管呈现不同的特性和功能。在此的三极管实现放大的功能，是将微弱的电信号不失真的放大到需要的数值，为了增强电信号几乎每个电子系统中都要用到放大电路。图4-10 9013引脚图。图4-10 9013引脚图9013技术指标： 结构 NPN 集电极-发射极电压 25V 集电极-基极电压 45V 发射极-基极电压0.7V 集电极电流IC Max 0.5A 耗散功率 0.625W盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）15 工作温度 -55 +150 特征频率 150MHz三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管 BE 结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V ）。当基极与发射极之间的电压小于0.7V 时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比 0.7V 要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V 时，基极电流都是0）。在90系列，包括低频小功率硅管9013（NPN） 、9012（PNP） 、低噪声管9014（NPN） 、高频小功率管9018（NPN）等。它们的型号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是 TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6（低频小功率硅管） 、3AX31（低频小功率锗管）等，它们型号都印在金属外壳上。我国生产的晶体管有一套命名规则：第一部分的3表示为三极管。第二部分表示器件的材料和结构，A： PNP 型锗材料， B： NPN 型锗材料 ，C： PNP 型硅材料，D： NPN 型硅材料 。第三部分表示功能，U：光电管， K：开关管， X：低频小功率管， G：高频小功率管， D：低频大功率管 ，A：高频大功率管。另外，3DJ 型为场效应管，BT 打头的表示半导体特殊元件。三极管有一个重要参数就是电流放大系数 。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流 倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。常用小功率品种三极管参数（表4-3）：表 4-3 三极管的参数参数型号极性PCM/MWICM/MAU(BR)CEO/VHFE ICBO/UACOB/PF备注 FT/MHZ9014 NPN 450 100 45 600-1000 0.05 塑封 150首先：根据电路工作频率确定选用低频管或高频管。低频观特征频率学习型红外线遥控器16FT2.5MHz 高频管的 fT 达几千兆赫，甚至更高。其次：根据三极管实际工作的最大集电极电流 Icm,管耗 Pcm,以及电源电压 Vcc选择合适的三极管，要选用的三极管的 PcmPcm,IcmIcm,U(BD)CEOVcc。对于三极管 值的选择， 太大了容易引起自身的振荡，这样的三极管工作起来不稳定，一般选在 40-100之间。但是9014低噪声，高 值， 值达数百时温度性能很好，选用管子穿透电流 越小越好，这样电路的稳定性好。CEOI三极管的主要参数反映了三极管各种性能的指标，是分析三极管电路和选用三极管的依据。电流放大系数，共发射极电流放大系数、共发射极直流电流放大系数、共发射极交流电流放大系数，共基极电流放大系数。1.集-基反向饱和电流 ICBOICBO是指发射极开路，在集电极与基极之间加上一定的反向电压时，所对应的反向电流。它是少子的漂移电流。在一定温度下，I CBO是一个常量。随着温度的升高 ICBO将增大，它是三极管工作不稳定的主要因素。在相同环境温度下，硅管的ICBO比锗管的 ICBO小得多。2.穿透电流 ICEOICEO是指基极开路，集电极与发射极之间加一定反向电压时的集电极电流。该电流好象从集电极直通发射极一样，故称为穿透电流。I CEO和 ICBO一样，也是衡量三极管热稳定性的重要参数。频率参数是反映三极管电流放大能力与工作频率关系的参数，表征三极管的频率适用范围。共射极截止频率 f，特征频率 fT，三极管的 值是频率的函数，中频段 =o 几乎与频率无关，但是随着频率的增高， 值下降。当 值下降到中频段 O1倍时，所对应的频率，称为共射极截止频率，用 f 表示，当三极管的 值下降到 1时所对应的频率，称为特征频率。在 ffT 的范围内，值与 f 几乎成线性关系，f 越高， 越小，当工作频率 ffT，时，三极管便失去了放大能力。如下图4-11所示为 NPN 型三极管共射极连接时的输出特性曲线。1234iC/mA盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）17图4-11 NPN 型三极管共射极连接时的输出特性曲线三极管的简单测试：用万用表可以判断三极管的电极、类型及好坏，一般将万用表置欧姆档“R*100”、 “R*1K”。判断基极和三极管的类型。先假设三极管的某极为“基极”，将黑表笔接在假设的基极上，再将红表笔一次接到其余两个电极上，若两次测得的电阻都很大或者很小，则对换表笔再重复上述测量，若测的两个电阻值相反，则可确定假设的积极是正确的。否则假设另一电极为“基极”，重复上述的测量，以确定基极。若无一个电极符合上述测量结果，说明三极管已坏。当基极确定后，将黑表笔接基极，红表笔分别接其他两极，若测的电阻值都很小，则该三极管为NPN型，反之，为PNP型。判断集电极和发射极。以9013为例，把黑表笔依次接到假设的集电极上，红表笔接到假设的发射极上，并用手捏住基极和集电极，读出表头所示的电阻值，然后将红黑表笔反接重测。若第一次电阻值比第二次小，说明假说成立。因为集电极和发射极间的电阻值小说明通过万用表的电流很大，偏置正常。4.5.2 红外发光二极管功能介绍和使用方法红外发光二极管将是将电信号转变为光信号，此信号是波长范围为840nm 到960nm之间的红外光。红外发射二极管具有单向导电性，正向时才能发光。具有工作电压低、耗电量少、体积小、响应速度快、抗冲击、耐震动，寿命长等特点。检测红外发光二极管的好坏是用万用表的R*10k测正反向电阻，一般正向电阻应小于30k，反向电阻应大于1M，若正反电阻均为零，说明内部击穿短路；若正反无穷大，说明内部开路。发光二极管的正向工作电压一般在1.53V ，允许通过电流为220mA，电流的大小决定发光的亮度。若与TTL器件相连使用时，一般串接一个降压电阻，以防器件损坏。4.5.3 红外遥控信号编码脉冲的波形研究红外遥控器发射的遥控编码脉冲由前导码、系统码、功能码和功能反码组成。前导码是一个遥控码的起始部分，由一个高电平和一个低电平组成，作为接收数据的准备脉冲，这些编码是经40kHz的载波脉宽调制发射出去。通过分析大量不同类型的红外遥控码波形，遥控码的数据帧间歇宽度均为10ms以上，前导码的高电平平均为5ms以上，通常为9ms左右。编码在10us和5ms之间，本设计中，只考虑遥控器发射信号的高低电平宽度，不考虑编码方式，以简化设计。下图4-12 为编码脉冲信号。3 6 129 vCE/V学习型红外线遥控器18前导码 系统码 功能码 功能反码图4-12 编码脉冲信号4.6 学习指示灯电路设计学习键按下时，单片机的P1.6引脚输出高电平学习指示灯发光，学习过程中指示灯闪烁后熄灭，说明学习结束。下图4-13为学习指示灯电路。图 4-13 学习指示灯电路4.7 发射指示灯电路设计发射键按下时，单片机的P1.7引脚输出高电平发射指示灯发光，发射过程中指示亮后熄灭，说明学习结束。下图4-14为发射指示灯电路。图 4-14 发射指示灯电路4.8 总电路图设计图4-15 单件学习型红外遥控器原理图， P1.0口接遥控发射按键；P1.6口用作状态指示，绿灯亮代表学习状态，绿灯熄灭代表码已读入；P1.7口用于指示遥控键的操作，闪烁代表遥控码正在发射中；第9引脚（RST）为单片机的复位引脚，采用简单的RC上电复位电路；第12引脚为单片机中断输入口，用于工作方式的转换控制，盐城工学院本科生毕业设计说明书（2011）19当该引脚为低电平时，系统进入学习状态；第14引脚用于红外线接收解码器的输出信号输入；第15引脚为遥控码红外调制信号的输出口，输出40kHz的方波脉冲；第18、19引脚接12MHz晶振。图 4-15 单件学习型红外遥控器原理图5 系统程序设计单片机的程序设计有其自身的特点。在单片机系统中，硬件与软件紧密结合，由于硬件电路的设计不具有通用性，所以必须根据具体的硬件电路来设计对应的软件，硬件设计的优劣直接影响到软件设计的难易，软件设计的优劣又直接影响到硬件的发挥。在很多时候，软件可以替代硬件的功能，当然，需要付出额外占用CPU时间的代价。软件程序的设计是根据硬件电路图的连接和各个元器件的功能进行设计。在编写软件时，按各个程序的功能将软件细分为各个功能模块，再通过主程序的调用来实现整个软件系统。而一般编写的程序都是根据事前所用的流程