单片机遥控系统毕业设计（含外文翻译） .doc

沈阳理工大学学士学位论文摘 要 随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的遥控系统开始进入了人们的生活。传统的遥控器采用专用的遥控编码及解码集成电路，这种方法虽然制作简单、容易，但由于功能键数及功能受到特定的限制，只实用于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、操作码个数可随便设定等优点。 本设计应用at89s52单片机作为核心，综合应用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识，应用红外光的优点。遥控操作的不同，遥控发射器通过对红外光发射载波脉冲数目的控制来区别不同的操作。遥控接收器通过对红外光接收载波脉冲数目的识别，判断出控制操作，来完成整个红外遥控发射、接收过程。 其优点是硬件电路简单，软件功能完善，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。关键词:红外遥控；中断；定时；计数；脉冲数目 abstract with the social development, technological advances, and gradually raise the living standards of people, all kinds of remote control system to facilitate the beginning of life into the peoples lives. the traditional use of a dedicated remote control remote control encoding and decoding circuits, although the production of this method is simple, easy, but because of the number and function keys are certain restrictions, only practical in a dedicated electrical products should sichuan, the scope of application by restrictions. the remote control system with microcontroller for application design, with flexible programming, operation code number can be readily set and so on. at89s52 microcontroller as the core of design applications, integrated application of a microcontroller interrupt system, timers, counters and other knowledge, the advantages of using infrared light. different remote operation, remote control infrared transmitter on the number of emission control carrier pulse to distinguish between different operations. infrared remote control receiver on the number of light pulses received carrier identification, determine the control operation, to complete the infrared remote control transmitter and receiver process. the advantages of simple hardware circuit, software functions, high cost performance characteristics, has some use and reference. keywords: infrared remote control; break; time; count; number of pulses目 录 1 绪论11.1 单片机的发展历程11.1.1 单片机的发展阶段11.1.2 单片机的应用21.2 红外通信技术概述31.2.1 红外概述31.2.2 选择红外遥控的原因31.2.3 红外的简单发射接收原理42 系统设计方案52.1 设计目的与原理52.2 单片机红外遥控发射器设计原理53 系统硬件电路设计73.1 at89s52单片机73.1.1 单片机简介73.1.2 引脚介绍73.1.3 at89s52单片机的主要组成部分113.1.4 复位电路133.1.5 时钟电路153.2 独立式按键163.2.1 按键原理及电路163.2.2 键盘设计注意的问题163.3 红外发射电路的设计173.3.1 遥控发射器遥控方式183.3.2 发射电路的设计183.4 硬件系统的工作原理194 系统功能的实现214.1 遥控码的编码格式214.2 遥控码的发射214.3 利用仿真的系统实现224.3.1 protuse软件简介224.3.2 proteus isis的特点224.3.3 isis智能原理图输入系统234.3.4 操作简介244.3.5 仿真245 系统的软件设计275.1 遥控器发射程序设计275.1.1 程序总体结构275.1.2 伪指令和初始化程序295.1.3 键扫描程序305.1.4 中断服务程序305.2 程序的编译及编译过程31结 论40致 谢41参考文献42附录a43附录b49附录c53541 绪论1.1 单片机的发展历程1.1.1 单片机的发展阶段为适应社会发展的需要，微型计算机不断的更新换代，新产品层出不穷。在微型计算机的大家族中，几年来单片微型计算机异军突起，发展极其迅速。单片微型计算机（sing-chip microcomputer）简称单片机。它是一种集成在电路的芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器（central processing unit，cpu）、随机存储器（random access memory，ram）、只读存储器（read only memory，rom）、多种i/o口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、a/d转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。它的特点是：高性能，高速度，体积小，价格低廉，稳定可靠，应用广泛。单片机诞生于20世纪70年代末，它的发展史并不长，经历了scm、mcu、soc三大阶段。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构。“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。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。 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。从scm到soc三个阶段，单片机的发展虽然经历了4位，8位，16位各阶段，但是4位，8位，16位单片机仍有其各自的应用领域，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、小规模的应用场所仍占主流地位，16位单片机只有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不是十分紧切，所以32位单片机在过去应用并不是很多12。1.1.2 单片机的应用 正是由于单片机具有上述显著的特点，使得单片机的应用范围日益扩大。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能ic卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 在智能仪器仪表上的应用。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 在工业控制中的应用。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管芯片理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子称量设备，五花八门，无所不在。 在计算机网络和通信领域中的应用。现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 单片机在医用设备领域中的应用。单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 在各种大型电器中的模块化应用。某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于rom），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。 单片机在汽车设备领域中的应用。单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于can总线的汽车发动机智能电子控制器，gps导航系统，abs防抱紧系统，制动系统等等。 此外，单片机在工商、金融、科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途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，红外光是频率低于红色光的不可见光，在无线光谱的整个频率中占有很小的一频率段，波长为0.75100微秒之间，其中0.753微秒之间的红外光称为近红外，330微秒之间的红外光称为中红外，30100微秒之问的红外光称为远红外。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13。 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2。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，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12。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，遥控发射器益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，不会产生信号干扰；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠。所以现在很多无线遥控方式都采用红外遥控方式。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3,4。 2 系统设计方案 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。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（本设计采用40khz载波脉冲），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，当接收控制系统接收到该红外光后，由单片机内定时器/计数器得到该红外光的脉冲数目，然后将该脉冲数目送往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5,8。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、独立式按键、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、振荡电路组成。本设计中单片机的p0口的p0.0和p0.1会做键扫描端口，在p0.0和p0.1两个引脚引上拉电阻。在无按键按下的时候两个引脚全部为高电平，当p0.0和p0.1两引脚有任意一个按键按下时候，会触发其引脚变为低电平。在软件编程时，cpu会一直扫描p0.0和p0.1这两个引脚电平，当扫描发现有低电平出现的时候会自动转移到按键所对应的子程序中去。然后再由p1.0引脚将调制好对应的40khz的方波通过红外线发射管发送出去5。其设计原理框图如图2.1所示。单片机红外发射按键控制图2.1 单片机遥控发射原理框图 3 系统硬件电路设计3.1 at89s52单片机3.1.1 单片机简介 at89s52是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系统可编程flash存储器。使用atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位cpu和系统可编程flash，使得at89s52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。at89s52具有以下标准功能：8k字节flash，256字节ram，32位i/o口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89s52可降0hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.1.2 引脚介绍 如图3.1所示，at89s52单片机有40个引脚，每个引脚具有不同的功能，这些引脚使得单片机工作方式变得简单灵活，下面介绍每个引脚的功能：vcc：at89s52电源正端输入，接+5v。vss：电源地端。xtal1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。xtal2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 xtal1 和 xtal2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入30pf的小电容，可以对振荡频率起到微调的作用，也可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。图3.1 at89s52单片机引脚图reset： at89s52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，at89s51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000h处开始读入程序代码而执行程序。ea/vpp：ea为英文external access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部eprom中）来执行程序。因此在8031及8032中，ea引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8051 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8051内部eprom时，可以利用此引脚来输入21v的烧录高压（vpp）。ale/prog：ale是英文address latch enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。at89s52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74ls373），将端口0的地址总线（a0a7）锁进锁存器中，因为at89s52是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ale引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8051程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。psen：此为program store enable的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（ea=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到eprom的oe脚。at89s52可以利用psen及rd引脚分别启用存在外部的ram与eprom，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64k的定址范围。port0（p0.0p0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（open drain）双向输出入端口，共有8个位，p0.0表示位0，p0.1表示位1，依此类推。其他三个i/o端口（p1、p2、p3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，p0在当做i/o用时可以推动8个ls的ttl负载。如果当ea引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），p0就以多工方式提供地址总线（a0a7）及数据总线（d0d7）。设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为a0a7，再配合端口2所送出的a8a15合成一完整的16位地址总线，而定址到64k的外部存储器空间。port2（p2.0p2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向i/o端口，每一个引脚可以推动4个ls的ttl负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。p2除了当做一般i/o端口使用外，若是在at89s52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节a8a15，这个时候p2便不能当做i/o来使用了。port1（p1.0p1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向i/o端口，其输出缓冲器可以推动4个ls ttl负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，p1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而p1.1可以有t2ex功能，可以做外部中断输入的触发脚位。port3（p3.0p3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向i/o端口，其输出缓冲器可以推动4个ttl负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：p3.0：rxd，串行通信输入口。p3.1：txd，串行通信输出口。p3.2：int0，外部中断0输入。p3.3：int1，外部中断1输入。p3.4：t0，计时计数器0输入。p3.5：t1，计时计数器1输入。p3.6：wr：外部数据存储器的写入信号。p3.7：rd，外部数据存储器的读取信号。 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。ale/prog：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指令是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。psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的psen信号将不出现。ea/vpp：当ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，ea将内部锁定为reset；当ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。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。 主要功能特性：拥有灵巧的8位cpu和在系统可编程flash；晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12mhz）；内部程序存储器（rom）为 8kb内部数据存储器（ram）为 256字节；32 个可编程i/o 口线；8 个中断向量源；三个 16 位定时器/计数器；三级加密程序存储器；全双工uart串行通道6,10。3.1.3 at89s52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。at89s52单片机内部有一个8位的cpu，它是由运算器和控制器组成。（1）运算器 运算器丰要包括算术、逻辑运算部件alu、累加器acc、寄存器b、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。（2）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（1）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为高电平时，单片机从片内rom的8kb存储器取指令，而当pc超过0fffffh后，就自动转向片外rom执行指令；当ea为低电平时，cpu只执行片外rom指令。（2）数据存储器at89s52单片机内部程序存储器ram为256个字节，地址范围为00h-ffh。它主要是用来存放运算的中间结果和数据等。它分为两个部分，低128字节(00h-7fh)为真正的ram区；高128字节（80h-ffh)为特殊功能寄存器（sfr）区。低128b ram分为工作寄存器区、位寻址区和用户ram区。高128b ram是特殊功能寄存器区，里面含有累加器a、b寄存区、程序状态寄存器psw、堆栈指针sp、数据指针dptr、中断优先级寄存器ip、中断允许控制寄存器ie、定时器方式寄存器tmod、定时器控制寄存器tcon、串行口控制寄存器scon、定时器0定时初值寄存器t0、定时器1定时初值寄存器t1等。3、定时器/计数器（1）定时器/计数器简介at89s52单片机内部设有两个16位可编程的定时器/计数器，简称定时器0（t0)和定时器1（t1)。定时器/计数器的工作方式、定时时间和启停由程序来确定。定时器/计数器由定时器0、定时器1和两个特殊功能寄存器（tcon、tmod)组成。这两个定时器有4中工作方式，可由程序选择。任一定时器/计数器在定时时间到或计数值到时，可由程序安排产生中断请求信号或不产生中断请求信号。（2） 定时器/计数器的控制和状态寄存器 如图3.2所示定时器控制寄存器（tcon）。 tcon为定时器/计数器的控制寄存器，同时也锁存外部中断请求标志，各位定义如下： 图3.2 定时器控制寄存器（tcon） tf1：定时器/计数器1中断请求标志位。当定时器计数满溢出回零时，由硬件置位，并可申请中断。当cpu响应中断并进入中断服务程序后，tf1自动清零。 tr1：定时器/计数器1运行控制位，靠软件置位或清除。置位时，定时器/计数器1接通工作，清除时停止工作。 tf0：定时器/计数器0中断请求标志位，其功能和操作情况类同于tf1。 tr0：定时器/计数器0运行控制位，其功能和操作情况类同于tr1。 ie1：外部中断1的请求标志位，检测到在int引脚上出现的外部中断信号的下降沿时，由硬件置位，申请中断。进入中断服务程序后被硬件自动清除。 it1：外部中断1的触发当时选择位。it1=1，由下降沿触发；it10，由低电平触发。可以由软件来设置或清除。 ie0：外部中断0的请求标志位。其功能和操作情况类同于ie1。 it0：外部中断0的触发方式选择位。其功能和操作情况类同于it1。 如图3.3所示工作方式寄存器（tmod）。tmod确定定时器的工作方式及功能选择，不能位寻址。其中，高4位用于控制定时器1，低4位用于控制定时器0。tmod各位的定义如下: 图3.3 工作方式寄存器（tmod） gate：门控位，当gate1时，只有into或int1引脚为高电平，且tr0或tr1置1时，定时器/计数器才工作。当gate0时，定时器/计数器仅受tr0或tr1的控制，而不管int0或int1引脚的电平是高还是低。 c/t：定时器/计数器功能选择位，c/t0时，设置为定时功能；c/t1时，设置为计数功能。 m1m0 ：工作方式选择位。由m1和m0共2位形成4种编码，对应以下4种工作方式。 m1m000：工作方式0（13位方式）。 m1m001：工作方式1（16位方式）。 m1m010：工作方式2（自动重装初值8位方式）。 m1m011：工作方式3（2个独立8位方式仅对t0）。 （3） 定时时间的计算方法当设定为工作方式0时，定时初值的计算公式为：x213-t/t机 ；计数初值的计算公式为：x213 -计数值。当设定为工作方式1时，定时初值的计算公式为：x216-t/t机；计数初值的计算公式为：x216 -计数值。当设定为工作方式2时，定时初值的计算公式为：x28-t/t机；计数初值的计算公式为：x28 -计数值13。3.1.4 复位电路 rc上电复位电路的理解： 单片机要复位，本质上是在其reset脚上保持一定时间的高电平（一般保持两个机器周期的高电平），单片机检测到这个电平保持时间大于它要求的时间就会自动复位。最简单的上电复位电路是用一个电容与一个电阻串联组成，电容接vcc，电阻接地，reset脚接在它们中间，当上电时，电容相当于短路，此时电阻上的电压等于vcc，经过一段时间后电阻电压逐渐变小直至为0，只要rc时间选择合适，就可以用来上电复位。但是这个电路要想起到重新复位的作用，只能先下电，再上电才行。如果在电容两端并联一个按键，就成了按键复位电路，只要按下这个按键，单片机就能复位而无需下电，这个就是两者的区别。 在硬件电路中，本设计电路采用单片机手动按键复位rc电路，就是用一个10uf的电解电容与一个8.2k的电阻串联组成，电容接vcc高电平，电阻接地，reset引脚接在他们中间，在电解电容两端并接一个按键。当上电时，电容相当于短路，此时电阻上的电压等于vcc，引脚reset端的电压也为vcc（高电平），经过一段时间后，由于电容不断充电，电阻电压逐渐变小直至为0，这个时候电容相当于开路，因此引脚reset的电压也为0（低电平），单片机在连续两个机器周期的高电平时间段里完成复位过程。关于复位时间的计算由于数字逻辑电路中，电源正电压为5v，高于3.5v为高电平，低于1.5v为低电平。当端口reset的电压低于3.5v时候，虽然电容还在继续充电，但是单片机复位结束，这时候端口reset为低电平。充电时间=rc，若c的单位是f（微法），r的单位是m（兆欧），时间常数的单位就是秒。复位时间一般取0.6，具体由复位有效电平决定。因为把复位时间拖长10倍都没关系，而且阻容也有误差，所以用=rc估算下，放足裕量就行了。这里 = rc = 8.2k10f = 82ms 。 电容在上接高电平，电阻在下接地，中间为rst。这种复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是rst引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，rst端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平时，单片机开始正常工作14。1、 上电自动复位 上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，rst端为高电平，自动复位；电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路，rst端为低电平，程序正常运行。2、手动按键复位 首先经过上电复位，当按下按键时，rst直接与vcc相连，为高电平形成复位，同时电解电容被短路放电；按键松开时，vcc对电容充电，充电电流在电阻上，rst依然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，rst为低电平，单片机开始正常工作10。 除以上两种复位电路之外，还有很多种复位电路。复位电路的设计日趋多样化，并且在各行各业中都有用到，复位电路的重要性可谓不言而喻了。3.1.5 时钟电路 at89s52单片机的时钟信号通常由两种方式产生：一是内部振荡方式，二是外部时钟方式。时钟设计电路图如3.4图,图3.5所示。 图3.4 内部方式时钟电路 图3.5 外部方式时钟电路1、内部振荡方式 电路如图3.4所示。在51单片机内部有一个高增益的反相放大器，用于构成振荡电路，反相放大器的输入端接xtal1，反相器的输出端接xtal2。内部振荡方式是在xtal1和xtal2引脚的两端跨界石英晶体振荡器和两个电容构成稳定的自激振荡路。通常电容c1和c2取30pf，对振荡频率有微调作用。晶体振荡范围是1.2mhz-12mhz2、外部时钟方式外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机。对51单片机而言，如图3.5所示，外部时钟由xtal2输入，直接送入内部时钟电路，xtal1接地；而对chmos 51单片机而言，则xtal1输入，xtal2悬空。外部时钟方式常由多片51单片机同时工作，以便多个单片机同步，。一般要求外部时钟信号为高电平持续时间大于20ms，且频率低于12mhz的方波1,10。3.2 独立式按键3.2.1 按键原理及电路 如图3.6所示，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。本设计采用独立式按键电路。当按键数目多的时候，可采用矩阵式按键。独立式按键配置灵活，软件结构简单，上拉电阻保证了按键断开时，i/o 口线有确定的高电平，其电路原理图如下:图3.6 独立式按键电路3.2.2 键盘设计注意的问题 键盘设计也应该有注意的问题。机械式按键在按下或释放的时候，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定时间的触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。其抖动过程如图3.7所示，抖动的时间长短与开关的机械特性有关，一般为5-10ms（本设计中去抖动延迟时间是10ms）。 如图3.7所示，在触点抖动期间检测按键的通与断状态，可能导致判断错误，即按键一次按下或释放被错误地认为是多次操作。系统设计中如果开关脉冲是作为外部中断触发信号或要对开关脉冲进行计数时，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取去抖动措施，去抖动可以从硬、软两方面予以考虑。由于本设计采用软件去抖动方式，所以硬件去抖动的方法在这里不详细解释。软件上采取的措施是在检测到有按键按下时，执行一个10ms左右（具体时间应视所使用的按键进行调整）的延时程序，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态；同理，在检测到该键释放后，也应该采用相同的步骤进行确认，从而消除抖动对系统的影响。 本设计中采用软件去按键抖动，在检测有键按下后执行一个10ms的延时程序，然后再去确认该键控制的端口电平是否仍闭合状态电平，如果是，cpu执行下一步程序，如果不是，则返回继续等待按键。当确定按键有效之后，检测该键是否释放，如果释放，延迟10ms去抖动，查看是否处于释放电平状态，如果仍是释放电平的状态，则单片机cpu会转到对应按键的子程序中去执行指令。如果10ms延时过后发现不是按键释放电平的状态，则继续等待按键释放1。图3.7 按键触点的机械抖动 3.3 红外发射电路的设计 根据发射管本身的物理性质，必须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，而在频率为38khz（本设计取频率为40khz）的载波信号下，发射管的性能最好，发射距离最远，所以在硬件设计上15，本设计采用40khz的晶振产生载波信号，与发射信号进行逻辑“与”运算后，通过三极管的功率驱动到红外发光二极管上。红外发送电路由单片机发送控制电路和红外发送管驱动输出电路组成，当单片机p1.0口输出为“0”时，发射管不发光，当单片机p1.0输出为“1”时，红外发送管发出40khz的载波信号。3.3.1 遥控发射器遥控方式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。当不同的指令键被按下时，指令信号电路产生不同脉冲编码的指令信号，也就是进行编码，然后经调制电路调制，变为编码脉冲编码脉冲调制信号，再由驱动电路驱动红外发射器发射红外信号4。整体过程如图3.8所示。驱动红外发射调制指令编码指令键 图3.8 遥控发射过程3.3.2 发射电路的设计本发射电路采用一个12mhz的晶体振荡器，产生相对应受控开关的脉冲频率，通过红外线发射管发射出去。如图3.9所示，其中第9脚（rst）所接的是手动按键rc复位电路。p1.0接一个三极管，红外发光二极管利用红外光为介质，将控制信号以红外光脉冲的形式发射出去，由接收电路再进行放大，解调，信号还原。晶体三极管主要用于放大电路中起开关作用，本设计采用的是一个npn型的三极管9013，高电平驱动三极管工作。为了得到更大的放大倍数，采用了类似共射极接法。因为从p1.0口出来的为高电压，而三极管9013不能承受此电压，所以采用了一个阻值较大的电阻来起分压作用，从而缓冲了加到三极管上的电压（本设计采用4.7k电阻来分压）。红外发射管的工作电压一般为1.5v至1.7v，不能直接用5v的电压加在上面，所以又接了一个39的电阻，起分流作用，以保证红外发射管正常工作。 图3.9 遥控发射器硬件原理图3.4 硬件系统的工作原理 由遥控发射器的电路原理图可以知道，单片机at89s52的引脚不是每一个都会用到，本设计中p0口的p0.0和p0.1会做键扫描端口，在p0.0和p0.1两个引脚引上拉电阻。在无按键按下的时候两个引脚全部为高电平，当p0.0和p0.1两引脚有任意一个按键按下时候，会触发其引脚变为低电平。在软件编程时，cpu会一直扫描p0.0和p0.1这两个引脚电平，当扫描发现有低电平出现的时候会自动转移到相应的子程序中去。然后再由p1.0引脚将对应的40khz的方波通过红外线发射管发送出去。 单片机的18和19引脚接12mhz的石英晶体振荡器，本设计单片机的时钟信号采用内部振荡方式，内部振荡方式是在xtal1和xtal2引脚两端跨接石英晶体振荡器和两个电容构成稳定的自激振荡电路。通常电容c1和c2取30pf，对振荡频率有微调作用，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机9,12。 单片机的9引脚接单片机复位电路，本设计单片机采用手动按键rc上电复位，当复位引脚rst出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就会执行复位操作。因为使用12mhz的晶振，则需持续2us以上才能完成复位操作。 单片机的31引脚ea为外部程序存储器地址允许输入端，本设计中上拉一个高电平给这个引脚，使cpu可以正常的读取片内程序存储器rom指令。单片机的1引脚作为红外线遥控码的输出口，用于输出40khz载波编码，其中引脚电路上的9013三极管的作用是驱动红外发射管发射载波脉冲，当p1.0为高电平的时候，三极管驱动红外线发射管发射脉冲。控制信号以红外光脉冲的形式发射出去，再由接收电路再进行放大，解调，信号还原。当p1.0为低电平的时候，三极管工作在截止区，集电极无电流，相当于断路，红外线发射管不发射脉冲。4 系统功能的实现4.1 遥控码的编码格式 该遥控器采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的码，最小为2个脉冲，最大为3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4.1所示，图中前两个遥控输出码为本次设计所要输出的遥控码，一共两个按键，两个遥控输出码。第三个遥控输出码是在按键扩展中才会用到的，本次设计不会出现。第1脚p1.0输出编码波形。图4.1 遥控码的编码格式4.2 遥控码的发射当系统上电工作无按键按下时候，由于两引脚上拉电阻的作用，会一直持续高电平状态。由于软件设计，cpu会一直扫描po口的p0.0和p0.1两引脚，直到有按键按下，触发引脚的低电平时候，程序会自动转移到按键所对应的子程序中去，然后设定遥控码的 脉冲个数。由于采用红外线遥控方式，所以能受到遥控距离、角度等影响，使用效果不是很好。如果调制成40khz的载波或调幅的方式进行编码，可提高遥控距离，并且，没有角度影响。4.3 利用仿真的系统实现在本次设计中过程中，为了查看软件是否可以和硬件搭配实现实物所有的功能。采用了protuse软件来进行仿真实验。利用软件画出电路原理图，然后将程序存储到单片机的rom寄存器中。4.3.1 protuse软件简介proteus isis是英国labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于windows操作系统上，可以仿真、分析(spice)各种模拟器件和集成电路，该软件的功能是：实现了单片机仿真和spice电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、rs232动态仿真、i2c调试器、spi调试器、键盘和lcd系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。提供软件调试功能。在硬件仿真系统