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51 单片机红外收发器设计 51 单片机红外收发器设计 学 院：信息科学技术学院 专 业： 姓 名： 指导老师： 自动化 学 号： 职 称： I 51 单片机红外收发器设计 摘 要 随着科学技术的发展， 单片机因其高可靠性和高性价比， 在智能化家用电器、 仪器仪表等诸多领域内得到了极为广泛的应用。 当前单片机对家用电器控制呈现 出外型简单化、 功能多样化、 性能优越化的发展趋向。 红外遥控器具用使用方便、 功耗低、抗干扰能力强的特点，因此它的应用前景是不可估量。 本课题以延伸红外无线遥控技术为目的， 提出了一种红外遥控器集中控制的 方案，核心是设计出一个无线红外多路遥控发射/接收系统。本设计以红外线作 为传递信息的载体，可对 8 个受控对象的工作状态进行短距离无线控制，适用于 工业、医疗、家用电器等设备的开启或关闭遥控，也可以对一种设备的八种工作 状态同步进行控制，或对 2 种设备的 4 种工作状态同时控制。 该系统可实现的具体参数如下： 1. 遥控距离不小于 5m，即红外遥控发射机与红外接收机之间的距离不小于 5m； 2. 遥控路数为 8 路，即可对 8 个受控设备同时进行开关控制； 3. 工作频率为 38KHz，即红外发射和接收的载频为 38KHz； 4. 接收端可显示受控状态。 关键词：关键词： 单片机 红外数据发送与接收 八路 LED 开关电路 键盘控制 II 51 MCU-based infrared encoder and decoder ABSTRACT With the development of science and technology, SCM because of its high reliability and cost-effective, in the intelligent home appliances, instrumentation and many other areas has been very widely used. Control of the current SCM appliances shown on the simplistic appearance, diversification of function, the development trend of superior performance. Infrared remote control apparatus with easy to use, low power consumption, anti-jamming features, so its prospects are immeasurable. The topics to extend the infrared wireless remote control technology for the purpose, a centralized control infrared remote control program, the core is to design a wireless infrared remote control multiple transmit / receive system. The design of an infrared transmission of information as a carrier of controlled object can work 8 state short-range wireless control for industrial, medical, home appliances and other equipment on or off remotely, it can be a device eight kind of working state synchronization control, or two kinds of equipment working state of simultaneous control of 4. The system can achieve the specific parameters are as follows: 1. Remote control distance is not less than 5m, the infrared remote control transmitter and the distance between the infrared receiver is not less than 5m; 2. Remote control for the 8 large ones, can be controlled on the eight switch control device at the same time; 3. Working frequency is 38KHz, the infrared transmission and reception of the carrier frequency of 38KHz; 4. Receiver to display control. Key words: MCU Send and receive IR data Octal LED switching circuit Keyboard control III 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 1 绪论 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 研究目的 . 1 1.3 研究意义 . 1 2 系统分析 3 2.1 设计要求 . 3 2.1.1 整个控制系统的设计要求 . 3 2.1.2 红外载波、编码电路设计要求 . 3 2.1.3 红外解码电路设计要求 3 2.1.4 设备扩展模块设计要求 3 2.2 总体设计方案 . 4 2.2.1 方案论证 . 4 2.2.2 总体设计框图 . 6 2.3 方案的可行性论证 . 7 2.3.1 实用性 . 7 2.3.2 经济可行性 . 7 2.3.3 技术可行性 . 7 2.4 小结 . 7 IV 3 硬件设计 8 3.1 单片机及其硬件电路设计 . 8 3.1.1 单片机的介绍 . 8 3.1.2 时钟电路及RC复位电路 . 9 3.2 单片机红外发射器的电路设计 11 3.2.1 矩阵键盘电路 . 11 3.2.2 红外发射电路 . 12 3.3 单片机红外接收器的电路设计 15 3.3.1 红外接收电路 . 15 3.3.2 电源电路的设计 17 3.3.3 八路LED开关电路 . 18 3.3.4 电磁式继电器 18 3.3.5 LCD1602 液晶显示电路 19 3.4 小结 20 4 程序设计 . 21 4.1 红外发射模块 21 4.1.1 发射电路主程序流程图 21 4.1.2 红外发射子程序流程图 22 4.2 红外接收模块 22 4.2.1 红外接收电路主程序流程图 22 4.2.2 红外接收电路子程序流程图 23 4.3 小结 24 V 5 系统测试 . 25 5.1 系统功能测试 25 5.2 小结 26 参考文献 . 27 附 录 1 . 28 附 录 2 . 32 附 录 3 . 33 谢 辞 . 34 1 1 绪论 1.1 研究背景 近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入， 同时带动传统控制检测日新月益更新。 传统的遥控器大多数采用了无线电遥控技 术，但是随着科技的进步，红外线遥控技术的成熟，红外也成为了一种被广泛应 用的通信和遥控手段。继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及 玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。 工业设备中， 在高压、 辐射、 有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气 干扰。由于红外线抗干扰能力强，且不会对周围的无线电设备产生干扰电 波，同时红外发射接收范围窄，安全性较高。红外遥控虽然被广泛应用，但 各产商的遥控器不能相互兼容。 当今市场上的红外线遥控装置一般采用专用的遥 控编码及解码集成电路，由于其灵活性较低，应用范围有限。所以采用单片机进 行遥控系统的应用设计，遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、 功耗低、功能强、成本低、可靠性高等特点，因此采用单片机的红外遥控技术具 有广阔的发展前景。 1.2 研究目的 本设计主要研究并设计一个基于单片机的红外接收系统， 并实现对八路开关 的控制。 控制系统主要是由 MCS-51 和 52 系列单片机、 电源电路、 红外发射电路、 红外接收电路、LCD 显示电路等部分组成，单片机编码发射遥控信号经红外接收 处理传送给单片机，单片机根据不同的信息码控制八路 LED 发光二极管各个状 态，并完成相应的状态指示。 1.3 研究意义 红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透 墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 2 试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容 易，可进行多路遥控。 信息可以直接通过红外光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的强弱 进行传输，也可以用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进行调制，接 收端去掉载波，取到信息。从信息的可靠传输来说，这就是我们今天看到的大多 数红外遥控器所采用的方法。 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 3 2 系统分析 2.1 设计要求 2.1.1 整个控制系统的设计要求 1、被控设备的控制实时反映，从接收信号到信号处理及对设备控制反映时 间应小于 1s； 2、整个系统的抗干扰能力强，防止误动作； 3、整个系统的安装、操作简单，维护方便； 4、总体成本低。 2.1.2 红外载波、编码电路设计要求 1、单片机定时器精确产生 38KHz 红外载波； 2、根据控制系统要求能对红外控制指令信号精确编码并迅速发送。 2.1.3 红外解码电路设计要求 1、精确接收红外信号，并对所接收信号进行解码、放大、整形、解调等处 理，最后输出 TTL 电平信号； 2、对非红外光及边缘红外光抗干扰能力强。 2.1.4 设备扩展模块设计要求 1、直流控制交流； 2、抗干扰能力强； 3、反应迅速不产生误动作； 4、能承受大电流冲击。 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 4 2.2 总体设计方案 2.2.1 方案论证 （一）单片机控制器模块 方案一：采用目前比较通用的 51 系列单片机。 此单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大，市场上比较多见价格便 宜且技术比较成熟容易实现。 方案二：采用凌阳 16 位单片机 SPCE061A 作为控制核心。 与 51 单片机相比，SPCE061A 具有更加丰富的资源，有 32 个可编程的 I/O 口，14 个中断源。但考虑到本设计没有用到如此多资源且价格贵，市场比较少 见，技术不稳定。 综合分析考虑，选择方案一。 （二）38KHz 载波实现 利用载波对信号进行调制从而减少信号传输过程中的光波干扰,提高数据传 输效率。以下是对产生 38KHz 载波的单片机软件与硬件电路进行比较。 方案一：单片机 T0 定时产生 38KHz 载波 电路原理:STC89C52RC 定时器 T0 产生周期性的 26.3us 的矩形脉冲,即每隔 13us，定时器 T0 产生中断输出一个相反的信号使输出端产生周期的 38KHz 脉冲 信号。计算公式如 2-1 所示，脉冲图如图 2-1 所示。 T=1/38MHz （2-1） 图 2-1 38KHz 载波信号 方案二：硬件晶振电路产生 38KHz 载波 电路分析: 晶振 Y1，电容 C1、C2、U1A、R2 、R3 组成 38KHz 载波振荡电路， MC14011 是逻辑与非门。U1B 对 38KHz 的振荡信号取反，同时隔离前后级的信号 干扰。如图 2-2 所示。P11 属于单片机 P1 口用于单片机对受控对象控制信号处 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 5 理后的数据输出口，数据与 38KHz 信号与 P11 端数据逻辑或非门输出，完成信号 的调制。 图 2-2 脉冲产生的硬件电路图 对于产生 38KHz 脉冲信号的软、硬件电路的实现进行比较选择，软件实现 经济有利于产品开发使用，加密性强，电路板元件少，经济实用，便于产品的推 广。因而采用方案一，即用软件定时产生 38KHz 的载波信号。 （三）红外解码电路的比较 方案一：采用单片机加专用解码芯片 其优点是软件设计简单，但增加了外围电路的设计，使得单片机的 IO 口减 少不利于多路开关电路的扩展。 方案二：采用单片机软件解码 其外围电路简洁，空出的 IO 口多，利于单片机扩展多路开关电路的设计， 而编程就会复杂些。 根据实际情况进行选择，采用方案二。 （四）驱动与开关 方案一：采用晶闸管直接驱动。 其优点是体积小，电路简单，外围元件少。但控制电流小，大电流晶闸管成 本高，并且隔离性能差。 方案二：采用三极管驱动继电器。 其体积大，外围元件多。优点是控制电流大，隔离性能好。 根据实际情况，拟采用方案二。 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 6 2.2.2 总体设计框图 经过上述方案的分析选择，得出系统硬件由以下几部分组成：红外数据发 射电路，键盘采用矩阵键盘，44 矩阵键盘中 P1.0-P1.3 为采集数据入口， P1.4-P1.7 采集数据出口。 整体设计思路为：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 AT89C2051 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 26.3us）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 LT0038 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，如图 2-3 所示。 图 2-3 电路设计整体框图 红外传输 89C2051 单片机 红外发射电路 4*4 矩阵键盘 红外接收电路 STC89C52RC 单片机 设备控制电路 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 7 2.3 方案的可行性论证 2.3.1 实用性 本系统具有实时性、灵活性、稳定性、以及多功能同时控制等优点，方便用 户对多个设备进行控制。 2.3.2 经济可行性 对于有多个红外遥控家电的用户来说，可通过识别已存储在 ROM 中的信号， 实现以现有的单一红外信号，同时对任意红外遥控家用电器进行控制，由于节约 了实现控制功能的多个遥控硬件，从而减少了用户的投资。 2.3.3 技术可行性 单片机对数据进行处理，定时器产生 38KHz 的载波对红外信号调制，采用一 体红外接收头对红外信号放大、解码、电平转换。 2.4 小结 整个系统的设计要求抗干扰能力强，防止误动作；安装、操作简单，维护方 便；总体成本低。 总体设计经过综合分析论证采取最优方案。系统硬件由以下几部分组成：红 外数据发射电路，键盘采用矩阵键盘，44 矩阵键盘中 P1.0-P1.3 为采集数据 入口，P1.4-P1.7 采集数据出口。 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 8 3 硬件设计 3.1 单片机及其硬件电路设计 3.1.1 单片机的介绍 STC89C52RCSTC89C52RC 单片机 STC89C52RC 系列单片机是有超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代 码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟机器周期和 6 时钟机器周期可任意选择， 最新的 D 版本内部集成 MAX810 专用复位电路。 特点： 1、增强型 6 时钟机器周期，12 时钟机器周期 8051 CPU； 2、工作电压：5.5V-3.4V（5V 单片机）/3.8V - 2.0V（3V 单片机）； 3、工作频率范围:0-40MHz，相当于普通 8051 的 080MHz.实际工作频率 可达 48MHz； 4、用户应用程序空间 4K/8K/16K/20K/32K/64K 字节； 5、片上集成 1280 字节/512 字节 RAM； 6、通用 I/O 口（32 个），复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉（普 通 8051 传统 I/O 口）P0 口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻， 作为 I/O 口用时，需加上拉电阻； 7、ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器、仿真 器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序 3 秒即可完成； 8、EEPROM 功能； 9、看门狗； 10、内部集成 MAX810 专用复位电路（D 版本），外部晶体 20M 以下时，可 省外部复位电路。 11、共 3 个 16 位定时器/计数器，其中定时器 0 还可当成 2 个 8 位定时器 使用； 12、外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down 模式可由 外部中断低电平触发中断方式唤醒； 13、通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个 UART； 14、工作温度范围：0 - 75/-40 - +85； 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 9 15封装： PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。 AT89C2051AT89C2051 单片机 89C2051 是由 ATMEL 公司推出的一种小型单片机。95 年出现在中国市场。 其主要特点为采用 Flash 存贮器技术， 降低了制造成本， 其软件、 硬件与 MCS-51 完全兼容，可以很快被中国广大用户接受，其程序的电可擦写特性，使得开发与 试验比较容易。 89C2051 共有 20 条引脚，2051 继承了 8031 最重要引脚：P1 口共 8 脚，准 双向端口。 P3.0P3.6 共 7 脚， 准双向端口， 并且保留了全部的 P3 的第二功能， 如 P3.0、P31 的串行通讯功能，P3.2、P33 的中断输入功能，P3.4、P3.5 的定时器输入功 能。 在引脚的驱动能力上面， 89C2051 具有很强 的下拉能力， P1， P3口的下拉能力均可达到20mA. 相比之下， 89C51/87C51 的端口下拉能力每脚最 大为 15mA。但是限定 9 脚电流之和小于 71mA. 这样，引脚的平均电流只有 9mA。89C2051 驱动 能力的增强， 使得它可以直接驱动 LED 数码管， 如图 3-1 所示。 图 3-1 89C2051 引脚图 3.1.2 时钟电路及 RC 复位电路 STC89C52RC 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 跨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 所示： 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 10 图 3-2 晶振电路 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 3-3 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 3-3 复位电路图 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 11 3.2 单片机红外发射器的电路设计 硬件电路组成: 4X4 矩阵键盘电路、红外发射电路、红外接收电路、电源 电路。 3.2.1 矩阵键盘电路 (1)44 矩阵键盘的工作原理: 矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用 4 条 I/O 线作为行线，4 条 I/O 线作为 列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中 按键的个数是 44 个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中 I/O 口的利用率。行线接 P1.4-P1.7，列线接 P1.0-P1.3，如图 3-4 所示。 图 3-4 矩阵键盘电路图 (2)键值得读取: 首先从 P1 口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从 P1 口的低四位 读取键盘状态。然后再从 P1 口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从 P1 口的高四位读取键盘状态。 将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征 编码 (3)按键功能说明: 设备 1-3 是用电器件的选择按键，按下时则相应的用电器件被选中，如果长 按下超过 5 秒钟， 则会关断对应的用电器件； S1-12 是用电器件的功能选择按键； OFF 是 LED 指示灯和所有用电器件的总关断按键，OFF 按键按下时会使 LED 指示 灭二达到节能的目的，如果长按超过 5 秒钟，则会关掉所有的用电器件。 以控制八路 LED 开关电路控制为例，首先按下设备 3 按键，然后再按下要哪 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 12 个 LED 要亮或者灭的对应的按键（第一次按下为亮，第二次就会灭），则单片机 就会把相应的红外控制信号发射出去控制相应的电路工作。 3.2.2 红外发射电路 (1)红外线遥控制系统的原理框图： 将指令脉冲编码信号调制在载波振荡器产生的载波上（也称脉码调制），然 后用这脉码调制信号去驱动红外发光二极管，以发出经过调制的红外光波，其红 外遥控系统电路如图 3-5 所示。 图 3-5 红外遥控系统电路框图 (2)红外编码原理: 通常，红外遥控器将遥控信号(二进制脉冲码)调制在 38KHz 的载波上，经 缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去。二进制脉冲码的 形式有多种， 其中最为常用的是 PWM 码(脉冲宽度调制码)和 PPM 码(脉冲位置调 制码）。前者以宽脉冲表示 1，窄脉冲表示 0。后者脉冲宽度一样，但是码位的 宽度不一样， 码位宽的代表 1， 码位窄的代表 0。 脉宽为 0.56ms、 间 隔 0.565ms、 周期为 1.125ms 的组合表示二进制的“0”；以脉宽为 0.56ms、间隔 1.69ms、 周期为 2.25ms 的组合表示二进制的“1”。 如图 3-6 示。 本课题是以 PPM 码 （ 脉 冲位置调制码）对红外数据的发送进行论证。 AT89C2051 (指令编码) 38KHZ 载波 驱动电路 调制 红外发射 控制盘 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 13 图 3-6 指令脉冲图 遥控编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号 组成。引导码也叫起始码，由宽度为 9ms 的高电平和宽度为 4.5ms 的低电平组成 （不同的红外家用设备在高低电平的宽度上有一定区别），用来标志遥控编码脉 冲信号的开始。如图 3-7 所示。 图 3-7 信号引导码图 系统码也叫识别码，它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防 止各遥控系统的误动作功能码也叫指令码，它代表了相应的控制功能，接收机中 的可根据功能码的数值完成各种功能操作。 系统反码与功能反码分别是系统码与 功能码的反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差 错。脉冲位置表示的“0”和“1”组成的 32 位二进制码前 16 位控制指令，控制 不同的红外遥控设备。而不同的红外家用电器又有不同的脉冲调控方式，后 16 位分别是 8 位的功能码和 8 位的功能反码。串行数据码时序图如 3-8 所示。 图 3-8 串行数据码时序图 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 14 将要发送的指令脉冲编码信号调制在 38KHz 的载波上， 可以增加信号的抗干 扰能力，提高信号传输效率。信号调制时序如 3-9 所示。 图 3-9 信号调制图 (3)红外发射二极管的主要技术参数: SIR333 是 GaAlAs 红外发射二极管，其特点 是体积小、功耗低、高发射强度、 高可靠性、发射角度 45、SIR333 管子直径 5mm。广泛应用于仪器、仪表、电 气设备近距离红外数据传输、电视机、空调机等家用电器红外遥控信号发射其红 外发射距离为 8-10 米。 (4)红外数据发射电路的设计: 在红外数据发射过程中，由于发送信号时的最大平均电流需几十 mA（对应 mW 级发射功率），所以需要三极管放大后去驱动红外光发射二极管（又称电光 二极管） 。 软件编程将数据从 P3 口第 6 脚 （P37） 将数据输出。 T0 定时产生 38KHz 载波信号。红外数据射发射电路图如 3-10 所示。 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 15 图 3-10 红外数据发射电路 3.3 单片机红外接收器的电路设计 硬件电路组成有: 红外接收电路、电源电路、用电器控制电路、八路开关 电路。 3.3.1 红外接收电路 LT0038 是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，集成红外线的接收、放 大、解调，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与 TTL 电平信号 兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥 控和红外线数据传输，中心频率 38.0kHz。接收器对外只有 3 个引脚：OUT、GND、 VCC 与单片机接口非常方便，如图 3-11 所示。 图 3-11 LT0038 外型图 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 16 1 脚接电源（+VCC），2 脚 GND 接系统的地线（0V），3 脚脉冲信号输出， 经非门U6缓冲与P24的判断信号进行逻辑与使得进入INT0的信号恰好是红外数 据发射电路输出端 P25 的相反相信号，只要检测到 INT0 信号下降沿从而测出控 制指令的功能。 LT0LT0038038 内部结构框图 图 3-12 LT0038 内部结构工作流程 LT0038LT0038 接收原理 红外线接收是把遥制发送的数据(已调信号)转换成一定格式的控制指令脉 冲(调制信号、基带信号)，是完成红外线的接收、放大、解调，还原成发射格式 （高、低电位刚好相反）的脉冲信号。这些工作通常由一体化的接收头来完成， 输出 TTL 兼容电平。 最后通过解码把脉冲信号转换成数据， 从而实现数据的传输。 图 3-13 是一个红外线接收电路框图。 图 3-13 红外接收及控制电路框图 八路开关 放大电路 调制电路 红外接收 STC89C52RC (指令译码) 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 17 本课题的核心部分在于红外发射、接收及八路开关功能演示。其中红线数据 接收是对红外二进制脉冲的宽度进行测量，从而获得红外遥控的脉冲信息。怎样 才能实时、 准确地对红外二进制脉冲波形进行测量呢？采用外部中断成为了理所 当然的选择，外部中断只有低电平和下降沿触发两种方式，这就使得单片机只能 一次性对脉冲的高电平或低电平进行测量， 而一连串的脉冲是不可能分开多次测 量的，因此，为了解决这一问题，本人将从接收头出来的红外二进制脉冲信号与 标志位（P24）进行逻辑或非，然后再输入到 INT0（P3.2）引脚，使得输入 INT0 的信号恰好是红外数据发射电路输出端 P25 的信号，只要检测到 INT0 信号下降 沿到上升沿的这段时间。如果相邻的两个中断间隔的时间长度为 1.125ms，说明 接收到的是“0”；时间长度是 2.25ms 则为“1”。因此，脉冲电平的每一次跳 变都会形成一次中断， 在中断服务子程中即可实现一次性对一连串连续波形的测 量，在测量后对 0 和 1 的个数据统计从而测出控制指令的功能。硬件或非门的反 应速度是纳秒级的，满足实时要求。红外接收电路连接图如图 3-14 所示。 图 3-14 红外接收电路图 3.3.2 电源电路的设计 由于本设计不需要高功率电源，所以采用三端稳压器足以满足要求，如图 3-15 所示。 图 3-15 电源电路 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 18 3.3.3 八路 LED 开关电路 八路开关电路的实现是本次设计的重点， 通过八路开关的功能演示来体现本 次多功能红外遥控器的设计思想，其电路图 3-16 所示。 图 3-16 八路 LED 开关电路 K4 是八路开关电路的总开关，只要接收到八路开关电路工作的红外控制信 号，则 K4 就会闭合，LED 灯才能进入演示功能。LED1 亮表明该路电路接通，灭 则表明电路电路断开，其他 LED 灯功能类同。 3.3.4 电磁式继电器 电磁继电器是一种常见的以电控电的交流继电器，图 3-17 这种继电器的结 构示意图。 图 3-17 电磁式继电器 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 19 电磁继电器的工作原理是，当继电器线圈通电后，线圈中的铁芯产生强大的 电磁力，吸动衔铁带动簧片，使触点 1、2 断开，1、3 接通。当线圈断电后，弹 簧使簧片复位，使触点 1、2 接通，1、3 断开。我们只要把需要控制的电路接在 触点 1、2 间（1、2 称为常闭触点）或触点 1、3 间（称为常开触点），就可以 利用继电器达到控制红外线辐射区域设备的目的。 在设计本论文的电磁继电器次端的工额定工作要求大于 250 伏， 触点间允许 通过的电流大于 30 安培，继电器的原边控制电流为几十毫安培，电压为 3 - 5V。 在本论文的设计中电磁式继电器的作用是在继电器原边用微（弱）电来控制次边 强电， 使得整个红外信号接收处理控制系统在侦察到红外信号后电磁继电器开关 动作被控设备处于待机状态，其控制电路如下图 3-18 所示。 图 3-18 电磁式继电器 3.3.5 LCD1602 液晶显示电路 LCD1602液晶显示器是一种低功耗，体积小，显示内容丰富、超薄轻巧、高 可靠性的理想显示模块。它内置192 种字符（160个57点阵字符和32个510 点阵字符）具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个58点阵字符或四个5 11点阵字符。利用单片机驱动LCD1602液晶显示器的电路如图3-19所示。 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 20 图 3-19 LCD1602 显示电路图 3.4 小结 发射模块采用 AT89C2051 单片机作为控制核心，硬件电路组成: 4X4 矩阵键 盘电路、 红外发射电路、 红外接收电路、 电源电路。 遥控编码脉冲信号由引导码、 系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。以 PPM 码（脉冲位置调制码） 对红外数据调制在 38KHz 的载波上。 接收模块采用 STC89S52 单片机作为控制核心。硬件电路组成:采用 LT0038 小型一体化红外接收头、电源电路、八路 LED 开关电路、LCD1602 显示电路。 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 21 4 程序设计 4.1 红外发射模块 单片机对红外遥控八路开关的控制括二个子系统：红外遥控器指令发射、红 外遥控指令接收，二个子系统是有很强的互连性，但各个子系统的软件系统差别 较大，下面将分别介绍二个子系统的软件设计。 使用C语言编写程序，调用的库函数多，易于移植，编程简单。本论文的设 计只给出了部分程序。 4.1.1 发射电路主程序流程图 主程序设计是首先是初始化键盘和红外发射端口的参数值，然后让单片机扫 描检测键盘，如果有按键按下就让其相应的按键编码通过红外发射管发射出去。 如图 4-1 所示。 图 4-1 主程序流程图 初始化键盘、红外发射端口 按键扫描 红外数据发射 开始 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 22 4.1.2 红外发射子程序流程图 子程序设计是让单片机等待按键按下发送编码信号，如果检测到信号就让其 按循序发射引导码、系统码、系统反码、数据码、数据反码还有结束标志位。如 图 4-2 所示。 图 4-2 红外发射子程序流程图 4.2 红外接收模块 4.2.1 红外接收电路主程序流程图 主程序是首先初始化红外接收端口，然后检测是否接收红外信号，如果接收 发送引导码 发送系统码 Y 发送系统反码 发送数据码 发送数据反码 发送结束标志位 1 红外数据发送? 开始 N 结束 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 23 到红外信号就调用接收子程序， 然后就通过 LCD1602 显示当前 LED 灯熄灭的状态 如此循环，如图 4-3 所示。 图 4-3 红外接收主程序流程图 4.2.2 红外接收电路子程序流程图 子程序是首先读取 T0 定时器的长度，如果是 1.125ms 就认为是“0”，将其 存入缓冲区并且计数器加一，如果是 2.25ms 就认为是“1”，将其存入缓冲区并且 计数器加一。如果计数器值为 32 时，就接收结束标志位并且将计数器清 0，如果计 数器值不为 32 时，就认为是接收误码，计数器也将清 0，此时重新等待读取红外信 号。如图 4-4 所示。 初始化红外接收端口 调用接收子程序 Y 接收到红外信号？ N 开始 LCD1602 显示 返回 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 24 图 4-4 红外接收程序流程图 4.3 小结 单片机对红外遥控八路开关的控制括二个子系统分别是：红外遥控器指令发 射、红外遥控指令接收。发射主程序设计是首先是初始化键盘和红外发射端口的 参数值，然后让单片机扫描检测键盘，如果有按键按下就让其相应的按键编码通 过红外发射管发射出去。接收主程序是首先初始化红外接收端口，然后检测是否 接收红外信号，如果接收到红外信号就调用接收子程序，然后就通过 LCD1602 显示当前 LED 灯熄灭的状态如此循环。 进入中断 读 T0 定时长度 计数器=32 0缓冲区 2.25ms 1.125ms？ 计数器加 1 1缓冲区 正确接收标志=1 计数器加 1 计数器清 0 N N 退出中断 Y Y Y 计数器清 0 N 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 25 5 系统测试 5.1 系统功能测试 经过硬件和软件的设计后制作出了作品，并对作品进行了系统的测试，达到 了设计要求。下面进行遥控的开关状态量进行测试，数据如表 5-1，达到红外遥 控功能。 表 5-1 遥控发射与接收的对应关系 次 数 按 键 设备 Z 指示灯 对应发光二极管 显示 状 态 1 B 亮 灭 Welcome 正常 1 S1 亮 发光 Device 1 on 正常 2 S1 亮 灭 Device 1 off 正常 1 S2 亮 发光 Device 2 on 正常 2 S2 亮 灭 Device 2 off 正常 1 S3 亮 发光 Device 3 on 正常 2 S3 亮 灭 Device 3 off 正常 1 S4 亮 发光 Device 4 on 正常 2 S4 亮 灭 Device 4 off 正常 1 S5 亮 发光 Device 5 on 正常 2 S5 亮 灭 Device 5 off 正常 1 S6 亮 发光 Device 6 on 正常 2 S6 亮 灭 Device 6 off 正常 1 S7 亮 发光 Device 7 on 正常 2 S7 亮 灭 Device 7 off 正常 1 S8 亮 发光 Device 8 on 正常 2 S8 亮 灭 Device 8 off 正常 长按 5S B 灭 全部熄灭 Device all off 正常 通过示波器可以测到输出波形（Ch1）与接收波形（Ch2）的关系，如图 5-1 所示: 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 26 图 5-1 发射与接收波形对应波形图 5.2 小结 整个系统组装完毕后进行综合测试， 系统发射和接收的关系由表 5-1 和图 5-1 得出系统功能达到了设计要求。 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 27 参考文献 1迟荣强:单片机原理及接口技术M，高等教育出版社，第 56 页。 2刘文涛:单片机语言 C51 典型应用设计M，人民邮电出版社，第 102 页 3童长飞:C8051F 系列单片机开发编程M，航空航天大学出版社，第 54 页。 4何立民:单片机应用技术选编M,北京航空航天大学出版社，第 79 页。 5张运波:工厂电气控制技术M,高等教育出版社，第 69 页。 6张龙三:C 语言控制与应用M,清华大学出版社，第 28 页。 7胡宴如:高频电子线路M,高等教育出版社，第 88 页。 8沙占友:单片机外围电路设计M，电子工业出版社，第 53 页。 9张立科:单片机典型模块设计实例导航M，人民邮电出版社，第 38 页。 10刘国永：陈杰平： 单片机控制步进电机系统设计J，高等教育出版社， 第 61-63 页。 11赵 健： 实用声光及无线电遥控电路 300 例M,中国电力出版社出版,第 21-52 页。 12姚金生、刘小利： 元器件M,北京电子工业出版社,第 61-72 页。 13黄继昌： 电子元器件应用手册 M,北京人民邮电出版社，第 12-52 页。 14张伟、王力、赵晶： 电子设计与制版Protel DXP入门与提高 M,北京人 民邮电出版社, 第41-52页。 15姜立东、姜雪： Protel DXP原理图与PCB设计 M,北京邮电大学出版社, 第71-92页。 16杨素行:模拟电子技术基础M,高等教育出版社, 第 91-102 页。 17梁延贵:现代集成电路实用手册 M,北京科学技术文献出版社. 第 121-152页。 18STANLEY P. LIPSHITZ; JOHN VANDERKOOY Journal of the Audio Engineering Society.2004，52(3).-200-215 M.美国：734B0009（刊号）. 19AT Attachment with Packet Interface Extension (ATA/ATAPI-5) ANSI NCITS 1998 . 20Maury Wright. Disk Drivers at 40 Lean. Mean Storage Machines. 1996. 北京理工大学珠海学院 2010 届本科生毕业设计 28 附 录 1 红外编码子程序 /= /hongwai.c /writer:莫熙乐 2010 年 4 月 /= void sendirdata() uchar s=0,user=0,shuju=0,hc=0; TR0=1; /*发送引导码*/ endcount=700; /发送 9ms 起始码的高电平 p3_7=1; count=0; dowhile(countendcount); endcount=350; /发送 4.5ms 的结果码低电平 count=0; p3_7=0; d