基于mcs-51 系列单片机的红外遥控电路设计

本科毕业设计（2011届）题目基于MCS51系列单片机的红外遥控电路设计学院电子信息学院专业班级学号学生姓名指导教师完成日期摘要由于单片机具有集成度高、体积小、可靠性高、价格便宜等优点，其在机电一体化、工业控制、仪器仪表和家用电器等领域得到了广泛应用。当前单片机对家用电器控制呈现出外形简单化、功能多样化、产品智能化的发展趋向。红外遥控技术具有使用方便、功耗低、抗干扰能力强、价格便宜的特点，因此它的应用前景十分广阔。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4个受控对象的工作状态进行短距离无线控制，适用于遥控工业、医疗、家用电器等设备的开闭状态。并含有设备计数模块，可对处于工作状态的设备进行计数，并显示出来。课题的重点在于通过软件实现二进制数据的编码与解码工作，然后通过红外收发头进行数据传输。关键词单片机红外遥控多路LED光耦隔离键盘控制ABSTRACTASHIGHINTEGRATION,SMALLSIZE,HIGHRELIABILITYANDLOWPRICEOFTHESINGLECHIPITHASBEENWIDELYAPPLIEDONELECTRICALINTEGRATION,INDUSTRIALCONTROL,INSTRUMENTATIONANDHOUSEHOLDAPPLIANCESSCMSINGLECHIPMICYOCOCONTROLOFHOUSEHOLDAPPLIANCESDEVELOPSTOWARDSSIMPLIFIEDFORM,FUNCTIONALDIVERSIFICATION,ANDINTELLIGENTCURRENTLYINFRAREDREMOTECONTROLTECHNOLOGYHASCHARACTERISTICSOFEASYTOUSE,LOWPOWERCONSUMPTION,ANTIINTERFERENCEABILITYANDCHEAP,SOITSPROSPECTSAREBRIGHTTHETOPICSTOEXTENDTHEINFRAREDWIRELESSREMOTECONTROLTECHNOLOGYFORTHEPURPOSE,ACENTRALIZEDCONTROLINFRAREDREMOTECONTROLPROGRAM,THECOREISTODESIGNAWIRELESSINFRAREDREMOTECONTROLMULTIPLETRANSMIT/RECEIVESYSTEMTHEDESIGNOFANINFRAREDTRANSMISSIONOFINFORMATIONASACARRIEROFCONTROLLEDOBJECTCANWORK8STATESHORTRANGEWIRELESSCONTROLFORINDUSTRIAL,MEDICAL,HOMEAPPLIANCESANDOTHEREQUIPMENTONOROFFREMOTELYITCONTAINSCOUNTINGMODULEEQUIPMENT,ANDCANCOUNTTHEEQUIPMENTINWORKINGCONDITION,ANDDISPLAYSTHEFOCUSOFTHETASKISACHIEVINGWORKOFBINARYDATAENCODINGANDDECODINGBYSOFTWARE,ANDTHENWEHADDATATRANSMITTEDWITHINFRAREDTRANSCEIVERKEYWORDSSINGLECHIPMICYOCO；INFRAREDREMOTECONTROL；MULTIPATH；LEDOPTOCOUPLERISOLATION；KEYBOARDCONTROL目录1引言12概述221基于单片机的红外遥控系统概述222本设计方案思路323研发方向和技术关键324主要技术指标33总体设计431红外遥控发射部分432红外遥控接收部分533红外编码标准64硬件设计941主控芯片AT89S51942红外遥控发射电路1343红外遥控接收电路1444电源电路185软件设计2051总体方案2052编码发射程序设计206仿真与制作2661系统仿真2662硬件电路制作与软件下载2763功能测试287结论29致谢30参考文献31附录132附录233附录334附录4381引言近年来随着计算机在社会各领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时也带动传统的控制、检测等工作日益更新。传统的遥控器大多采用无线电遥控技术，随着科技的进步，红外线遥控技术的进一步成熟，红外遥控也逐步成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。为了方便实用，传统的家庭电器逐渐采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等有害环境下，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。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。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，但编程灵活性较低，且产品多相互绑定，不能复用，故应用范围有限。而本文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。2概述21基于单片机的红外遥控系统概述当今社会科学技术的发展与日俱增，人们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。现代科技的飞速发展在许多危险、不可近场合也对远程控制提出了越来越高的要求。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机的集成度很高，它体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化、使用方便等突出特点，尤其耗电少，又可使供电电源体积小、质量轻。所以特别适用于“电脑型产品”，它的应用已深入到工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活用品（家电、玩具）等各种领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机特别适合把它做到产品的内部，取代部分老式机械、电子零件或元器件。可使产品缩小体积，增强功能，实现不同程度的智能化。红外线是一种光线，具有普通光的性质，可以以光速直线传播，强度可调，可以通过光学透镜聚焦，可以被不透明物体遮挡等等。特别制造的半导体发光二极管，可以发出特定波长（通常是近红外）的红外线，通过控制二极管的电流可以很方便的改变红外线的强度，以达到调制的目的，因此，在现代电子工程应用中，红外线常常被用做近距离视线范围内的通讯载波。使用红外线做信号载波的优点很多成本低、传播范围和方向可以控制、不产生电磁辐射干扰，也不受干扰等等。因此被广泛地应用在各种技术领域中。由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电设备。最典型的应用就是家电遥控器。红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套发射器和接收器要有不同的遥控频率或编码否则，就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器。同类产品的红外线遥控器，也可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方面。本设计主要研究并设计一个基于单片机的红外发射及接收系统，实现对四路开关的隔离控制并对工作状态设备计数。控制系统主要是由MCS51系列单片机、电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LED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四路LED发光二极管各个状态，并完成相应的状态指示（如图1）。按键编码和调制红外发射红外接收解码并响应红外遥控红外接收图1红外线遥控系统框图22本设计方案思路本设计主控芯片采用目前比较通用的MCS51系列单片机。此类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。红外传输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。由单片机AT89S51定时器T0产生周期性的263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。再由单片机将键盘信息及系统识别码等数据调制在红外载波上经红外发射头发射出去。接收方由红外一体化接收头实现对接收信号的放大解调并还原为数据流，经由单片机解码后对相关IO口进行操作（如图1）。23研发方向和技术关键（1）合理设计硬件电路，使各模块功能协调；（2）红外发射信号的脉冲波形；（3）红外发射信号的编解码；（4）单片机对IO口的操作；24主要技术指标（1）遥控距离4到6M（2）遥控路数为4路，即可对4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。3总体设计红外遥控系统是集中集光、电于一体的系统。其工作原理是用户按键信号经单片机编码处理后转化为脉冲信号，经由红外发射头发送出去；接收端由红外一体化接收头实现对接收信号的放大解调并还原为数据流，经由单片机解码后对相关IO口进行操作，从而完成整个遥控操作。整个系统主要是由电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LED显示电路等部分组成。系统硬件由以下几部分组成红外数据发射电路，键盘采用普通按键键盘，按键统一接在单片机P0口。整体设计思路为根据扫描到不同的按键值对发射脉冲编码赋值后AT89S51将按照数据处理要求从P35输出控制脉冲与T0产生的8KHZ的载波（周期是26US）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HS38B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所示。图2系统总体结构框图31红外遥控发射部分红外遥控发射部分系统框图见图3。发送端采用单片机的定时中断功能，由定时器T0产生周期为26US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单片机输出端产生周期为38KHZ的脉冲信号。脉冲图如图4遥控按键编码单片机红外发射管红外传输红外一体化接收头解码单片机执行部分所示。系统通过直连单片机的按键获取用户遥控信息，经按键扫描确认，然后交由单片机对将要发射数据进行整理，将待发送的二进制信号编码调制在38KHZ脉冲基波上，生成脉冲发射信号,最后通过红外发射管发射红外信号。图3红外遥控发射电路框图图438KHZ载波信号32红外遥控接收部分红外遥控接收电路框图见图5。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HS38B,它接收红外信号频率为38KHZ,周期约26S。它能同时对信号进行放大、检波、整形,得到TTL电平的编码信号。红外接收头收到信号后单片机立即产生中断，开始接收红外信号。接收到的信号经单片机解码得到用户遥控信息并转至IO口执行,同时单片机还完成对处于工作状态的设备进行计数并显示。图5红外遥控接收电路框图驱动按键部分单片机89S51编码红外发射电源5V5V红外接收单片机89S51解码设备数显示受控设备电源9V光电隔离33红外编码标准本设计中采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码,编码由发送单片机来完成。以间隔056MS、脉宽为0565MS、周期为1125MS的组合表示二进制的“1”；以间隔1685MS、脉宽为0565MS、周期为225MS的组合表示二进制的“0”，其波形如图6所示。图6二进制信号“1”和“0”的编码遥控编码脉冲信号由引导码、识别码、识别反码、控制码、控制反码信号组成。引导码也叫起始码，由宽度为5MS的高电平和宽度为3MS的低电平组成，用来标志遥控编码脉冲信号的开始。如图7所示。图7信号引导码图识别码也叫系统码，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。控制码也叫功能码，它代表了相应的控制功能，接收机可根据功能码的数值完成各种功能操作。识别反码与控制反码分别是识别码与控制码的反码，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位的控制码和8位的控制反码。串行数据码时序图如8所示。引导码识别码识别反码控制码控制反码图8串行数据码时序图3MS低电平5MS高电平225MS1685MSBIT“1”1125MS056MSBIT“0”331二进制信号的调制二进制信号的调制仍由发送单片机来完成,如图9所示,A是二进制信号的编码波形,B是频率为38KHZ周期为26S的连续脉冲,C是经调制后的间断脉冲串相当于CAB,用于红外发射二极管发送的波形。图9中,待发送的二进制数据为101。图中脉冲个数仅为示意非真实情况。图9二进制信号的调制332二进制信号的解调二进制信号的解调由一体化红外接收头HS38B来完成,它把接收到的红外信号图10中波形D,也是图9中波形C经内部处理并解调复原,在输出脚输出图10中波形E正好是对图9中波形A的取反,HS38B的解调可理解为在输入有脉冲串时,输出端输出低电平,否则输出高电平。可直接与单片机串行输入口及外中断相联，以实现随时接收遥控信号并产生中断，然后由单片机对编码还原。表示1表示0表示1ABCCAB图10红外接收头接收及输出波形333二进制信号的解码二进制信号的解码由接收单片机来完成,它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码,还原出发送端发送的数据。如图10,把波形E解码还原成原始二进制数据信息101。原码1原码0原码1DE4硬件设计41主控芯片AT89S51AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KBYTES的可系统编程的FLASH只读程序存储器,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8051指令系统及引脚。它集FLASH程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中。411主要特性8031CPU与MCS51兼容4K字节可编程FLASH存储器寿命1000写/擦循环4055V的工作电压范围全静态工作0HZ33MHZ三级程序存储器保密锁定1288位内部RAM32条可编程I/O线两个16位定时器/计数器6个中断源全双工串行UART通道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低功耗空闲和掉电模式灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）412功能概述AT89S51提供以下标准功能4K字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个IO口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时计数器，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，AT89S51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。图11AT89S51芯片引脚AT89S51方框图图12AT89S51内部功能框图413引脚功能说明VCC电源电压（5V）。GND电源接地。P0P0口是一组8位漏极开路型双向I0口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“L”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F1ASH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。P1PL是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，PL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）。FLASH编程和程序校验期间，PL接收低8位地址。P2P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO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MOVXDPTR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MOVXRI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I0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。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。P3口除了作为一般的I0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示表1P3口的第二功能端口引脚第二功能P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P32（外部中断0）0INTP33（外部中断1）1P34T0（定时/计数器0外部输入）P35T1（定时/计数器1外部输入）P36（外部数据存储器写选通）WRP37（外部数据存储器读选通）DRST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。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFRAUXR的DISRT0位（地址8EH）可打开或关闭该功能。DISRT0位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALE/当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）PROG输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的16输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对F1ASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条M0VX和M0VC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当PSENPSENAT89S51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，PSEN即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器，没有两次有效的信号。EA/VPP外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。F1ASH存储器编程时，该引脚加上12V的编程电压VPP。XTALL振荡器反相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。414时钟电路AT89S51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图13。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容CL、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容CL、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF10PF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40PF10F。本设计中我们采用的是石英晶体，电容为22PF。图13AT89S51振荡电路415复位电路复位电路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销复位信号，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。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。图14所示的RC复位电路可以实现上述基本功能。SM为手动复位开关CH可避免高频谐波对电路的干扰。42红外遥控发射电路遥控发射通过键盘，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38KHZ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。P2口作为按键部分，P35口作为发射部分，然后用三极管的放大驱动红外发射。电路组成为按键电路，单片机及其周围电路（时钟电路、复位电路）和驱动发射电路。发射部分总体框图见图3。具体电路421按键电路本设计为多路遥控系统，可控设备设置为4个，按键数为6，故可以直接与单片机的IO口相连。这里选择了P2口，因其内部具有上拉电阻故按键部分直接接地即可。如图15按键功能说明系统中受控设备数为四个，故每个设备均由一个按键单独控制，此外另有两个按键可用来图14单片机复位电路对全部设备进行控制，即全开和全关。图15按键电路422红外发射电路红外发送器大多是使用GA、AS等材料制成的红外发射二极管，其能够通过的LED电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大；发射强度越大，红外传输距离就越远，传输距离正比于发射强度的平方根。这里采用的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。通常，红外遥控器将遥控信号二进制脉冲码调制在40KHZ周期为263MS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。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）。单片机通过软件编程将调制好的脉冲信号从P3口第6脚（P35）将数据输出。因此电路由红外发射头，一个NPN8050的三极管和两个限流电阻组成。根据红外发射头工作时的电流需要，采用280倍的放大器S8050。同时红外发射头的串接电阻在100欧姆数量级，这里采用68欧姆。8050的基极接千欧级电阻，这里选用51K欧姆的电阻。红外数据射发射电路图如16所示。图16红外驱动发射电路系统发射部分整体电路图见附件1。43红外遥控接收电路本部分电路是该设计中硬件电路的重点部分，系统由红外接收电路，单片机电路，设备驱动电路，状态显示电路组成。整体框图见图5一体化红外接收头采用HS38B，它负责对接收到的红外遥控信号的解调。将调制在40KHZ上的红外脉冲信号解调后再输入到AT89S51的INT0（P32）引脚，由单片机进行高电平与低电平宽度的测量。遥控信号的还原是通过P31输入二进制脉冲码的高电平与低电平及维持时间，当接收头接收信号时，单片机产生中断，并在P31口对信号电平进行识别，并还原为原发送数据，这在后面的软件设计中会具体介绍到。数据流通过单片机处理后送驱动控制部分。并通过数码管显示用电设备的个数。431红外信号接收电路HS38B是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，它的主要功能包括放大,选频,解调几大部分,要求输入信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调会在输出端直接输出原始信号的反相信号。其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，从而使电路达到最简化灵敏度和抗干扰性都非常好。它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输，中心频率380KHZ。接收器对外只有3个引脚从左至右依次为OUT、GND、VCC。OUT脚即图示1号脚与单片机IO口直接相连。芯片如图17所示。红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，依次在接收头的供电脚上必须加上滤波电容。故红外接收部分电路如下图18红外接收头电路432控制部分电路单片机收到红外接收头解调后的信号后，对其进行解码，从中解出控制码，此时系统将转至对具体设备的控制工作。本设计中受控设备为四个，采用LED灯模拟，且受控设备电源为9V因此如何防止供电电源与受控设备电源间的干扰也是需要考虑的部分。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，利用光耦来隔离两路电源，以防止电流噪声影响单片机的工作。光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管组合起来的器件，发光二极管是把输入边的电信号变换成相同规律变化的光，而光敏三极管是把光又重新变换成变化规律相同的电信号，因此，光起着媒介的作用。由于光电耦合器抗干扰能力强，容易完成电平匹配和转移，又不受信号源是否接地的限制。所以应用日益广泛。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，从而也就割断图17HS38B引脚了噪声从一个电路进入另一个电路的通路。光电隔离是通过光电耦合器实现的。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19所示。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。图19光电耦合器原理图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。我们这里采用的是一种无引出的光电耦合器。图20显示了单个受控设备的连接情况图20受控设备与单片机光电隔离433显示部分红外遥控系统接收到遥控码并对相关设备操作后，单片机将对正在工作的设备进行计数并通过一个七段共阳数码管显示。数码管通过译码器74LS47驱动。U11OPTOISO24331共阳数码管LED显示器由7个发光二极管组成，又叫7段LED显示器，显示器中还有一个圆点型发光二极管，用于显示小数点。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。LED数码管按其内部接法不同可分为共阳极数码管和共阴极数码管，所谓共阴共阳即是把数码管内部的发光二极管的阴/阳极连在一起构成公共端而来的。因此使用时需按数码管极性将其公共端接地或5V，否则数码管不亮。图21LED数码管段码图22十六进制数的字形代码表433274LS47译码器74LS47是BCD7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字，通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，从而简化了程序，节约了单片机的IO开销，因此得到了广泛应用。译码为编码的逆过程，它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输DPGFEDCBA字形字形码110000000C0H111110011F9H101001002A6H101100003B0H10010010499H10010010592H10000010682H111110007F8H10000000880H10010000990H01000000040H出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。图2274LS47管脚图单片机内部软件对处于工作状态的设备进行计数，因受控设备总数为四，故计数最大值也为四，所以系统只需一位数码管即可。单片机将计数结果送到P1口第四位，与之相连的译码器即对单片机IO口数据解码并驱动数码管进行显示。显示电路如下图图23译码显示电路整个红外遥控系统接收电路图见附录2。44电源电路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。三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。电路如图24所示。由于在本电路中须要两个不同电压供电，所以采用了两个固定三端稳压器，7805和7809。在设计中分出了2个支路，一个输出的电压为9V，另外一个输出的电压为5V。电路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24所示。图24电源电路框图电路图如下图25电源电路电源变压器滤波电路整流电路稳压电路二次滤波220V5软件设计51总体方案基于单片机的红外遥控电路系统设计中编码解码部分全部由单片机实现。即本设计为软件编解码。因此软件设计也是设计的一大重点。编码标准章节33红外编码标准已详细介绍。这里将具体讲述编解码的软件实现过程。MCS51单片机通常使用汇编语言和C语言来进行软件开发。汇编语言是一种简单易掌握、效率较高的开发语言。其程序结构简单，执行速度快，实时性好，程序易优化，编译后占用存储空间校少，是简单的单片机应用系统开发中最常用的程序设计语言。本设计采用汇编语言进行编程，编译器采用KEILVISIONV400A，该编译器是51系列单片机程序设计的常用工具，既可用汇编，也支持C语言编译。同时具有完善的调试功能。52编码发射程序设计红外发射程序任务要采集用户的按键信息，生成控制码及控制反码连同预设的系统识别码和识别码反码共同组成四个八位的二进制数据流，然后通过单片机的中断系统将以引导码开头的数据流以脉冲形式发送出去。具体编码方法本文章节33已有介绍。图26为红外发射主程序流程图四个八位二进制数据调用四次数据发送子程序，最后以结束码1结尾。表示本次数据发送完毕。开始初始化键盘及中断延时130MS键按下发射引导码数据发送子程序四个八位码发送完毕发送结束码1返回YNYN图27为红外发送子程序的流程图。它每被调用一次便将累加器中的八位二进制数据发送出去。程序从高位开始依次发送累加器中的二进制数据。为0则先发送168MS的低电平，为1则先发送056MS的低电平。然后打开中断，利用八位自动重装初值定时器使T0口为产生周期26MS的脉冲，脉冲持续时间为056MS。脉冲发送完毕，关中断。直至八位数据发送完，本次发射子程序退出。中断服务程序INTT1CPLP3538KHZ红外线遥控信号产生RETI中断返回发送子程序OUT04循环发射累加器中各数据位MOVR1,08HOUTRLCAACALLSENDDJNZR1,OUT八位数据发送完毕退出RETSENDCLRTR1关定时器T1进入发射子程序待发射位为0延时168MS开中断发射056MS脉冲延时056MS关中断八位数据发送完毕退出发射子程序YNYN图26红外遥控发射主程序流程图图27红外发射子程序流程图CLRET1关T1中断CLRP35关脉冲输出JCSEND1MOVR3,08H发射0码SEND0MOVR4,69H0码低电平DJNZR4,DJNZR3,SEND0AJMPSIG转脉冲发送信号SEND1MOVR3,02H1码低电平SEND10MOVR4,8CHDJNZR4,DJNZR3,SEND10SIGSETBET1开T1中断SETBTR1开启定时器T1MOVR3,08CH发脉冲DJNZR3,CLRTR1关定时器T1CLRET1关T1中断CLRP35关脉冲输出RET具体发送程序见附录3。54红外遥控接收程序设计红外遥控接收程序主要任务是将红外接收头发出的信号还原为二进制编码。因红外接收头输出的信号是对输入信号的求反。因此其接收到的引导码为5MS低电平和3MS的高电平，低电平引发接收端单片机中断。单片机在收到中断信号后对低电平时间进行计数，超过4MS才认定引导码有效。利用延时跳过3MS的高电平，单片机才开始接收数据。图28单片机对接收头输出信号的判定红外接收头输出的信号为一列方波如图28。如何将其还原为二进制中的1和0是软件设计的关键。从编码标准得知信号的1和0信号占空比不同。即接收头对信号反相后码1和0的高电平时间长度不同。由0码和1码的高低电平宽度可设定程序延时08MS后对信号的电平取样。若为低电平即为原码的1，高电平为原码0。由上所述可知，红外遥控系统接收部分的主程序流程图如图29所示。程序首先初始化端口并开中断，随后单片机即对处于工作状态的设备计数，等待中断。引导码识别正确后单片机调用四次读码子程序，分别接收四个八位数据，并对码值进行校验，不符则跳出中断。当接收到结束码1后，单片机开始对控制码进行响应，对相关IO口置位，之后返回LED数码管显示程序。原码1原码0原码1E08MS08MS低电平高电平图29红外遥控接收主程序开始初始化端口及中断LED数码管显示中断引导码IO口操作YN返回调用读码值子程序码值判定YN接收结束码1YN四个八位码接收完毕YN红外遥控接收部分读码子程序利用码1和0的电平特性对接收头输出的信号进行解码。以八位二进制码为一个循环。在高电平到达后08MS对P31口电平采样，取反后即为二进制原码，将其逐位保存到累加器中。电平采样后软件延时等待下一个高电平的出现。等八位数据全部读取完毕退出子程序。图30红外遥控接收部分读码子程序中断接收并判断引导码INTEX0MOV35H,A采用中断接收保护现场MOV20H,CCLREX0关外中断JNBP31,READP31口为低电平转READ为高电平退出OUTSETBEX0开中断（系干扰）MOVA,38H恢复现场MOVC,20HRETI退出中断进入读码子程序八位数据是否读完接收头电平高延时08MS0累加器A1累加器A等待高电平结束等待下一个高电平出现退出子程序YNYNREADCLRA清A读取引导码MOVDPH,A清DPTRMOVDPL,AHEADJBP31,HEAD01P35变高电平转HARD01INCDPTR用DPTR对低电平计数MOVR1,04HDJNZR1,AJMPHEAD转HARD循环（循环周期为16微秒）HEAD01MOVA,DPHDPTR高8位放入AJZOUT为0（脉宽小于162554毫秒）退出MOVR1,0AH3MS空隙读码子程序READ01MOVCODENUM,08H读取数据码8位CLRA清ALJMPREAD02READ02CLRCMOVR1,02H延时08MSREAD03MOVR2,0C8HDJNZR2,DJNZR1,READ03MOVC,P31取码CPLC还原码值RLCA移位赋值JBP31,JNBP31,DJNZCODENUM,READ02RET具体接收程序见附录4。6仿真与制作设计进行到这里进入到了最后的验证及实施阶段。因本设计是基于单片机的课题，故可采用软件对系统的关键环节进行仿真调试，以证实设计的可靠性，并对原设计的不足之处做出更改。61系统仿真系统的软件仿真主要采用PROTEUS和KEIL两款软件。PROTEUS软件是英国LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。PROTEUS是世界上著名的EDA工具仿真软件，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。在编译方面，它也支持IAR、KEIL和MPLAB等多种编译器。KEIL软件是目前最流行开发MCS51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持KEIL即可看出。它是由德国开发的一个51单片机开发软件平台。KEIL提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（UVISION）将这些部分组合在一起。这里主要采用这两款软件进行来联调，以验证软硬件的协调性。仿真的主要部分放在了红外发射功能，即通过遥控发射电路与遥控发射程序的联合调试验证模块是否能按要求输出波形。发射模块的硬件电路在PROTEUS中按电路图完成搭建，并在单片机的中断口T1口接上软件提供的虚拟示波器，以显示其输出波形。发射系统的软件部分在KEIL中采用汇编语言编辑。在软件编译无错后可进行软硬件联调。在软硬件协调的情况下，即可从虚拟示波器中观察到单片机输出的待发射波形。图31为PROTEUS中的硬件电路。图32为虚拟示波器波形。经过仿真并通过观察波形对设计中的软硬件进行修改以达到需要的功能。验证完后即可进行下一步的实际制作中。图31PROTEUS硬件电路图32虚拟示波器输出波形62硬件电路制作与软件下载在结束了仿真及调试阶段后，设计所采用的软硬件方案均最后确定，接下来便是具体的制作过程。621硬件电路的布线与焊接本设计硬件电路分三部分电源电路，遥控发射电路，遥控接收电路。因客观条件限制，无法制作印刷电路板，故本次设计电路均采用万用版手工焊接。6211总体特点该系统所涉及的各部分硬件电路，总体的特点是（1）电路原理简单，所用的器件均为常用器件。（2）各硬件对周围环境要求不高，适应性强。因此，应合理布线，以降低焊接难度，降低出错率，同时防止干扰。根据各电路的功能且为方便焊接与调试，把电路按其功能分别采用一块电路板焊接。6212焊接焊接前应熟悉各芯片的引脚，焊接时参照电路图，仔细地连接引脚。按照以下原则进行焊接（1）先焊接各芯片的电源线和地线，这样确保各芯片有正确的工作电压；（2）同类的芯片应顺序焊接，在一片焊接并检查好之后，其他的同类芯片便可以参照第一片进行焊接。这样便可大大节省时间，也可降低出错率；（3）各部分焊接完毕后注意检查电路是否正确，必要时上电验证。622程序下载本设计中采用的AT89S51单片机具有灵活的在系统编程功能，故在硬件制作中只需为ISP串行编程接口留出引脚，方便程序的下载。软件下载采用USBASP下载器下载。该下载器价格便宜，使用简单，可直接通过便携电脑对单片机进行软件下载。63功能测试在设计的实物部分完成并正常工作后，进行对系统的功能测试。本电路总共设计了6个输入按键，5号,6号按键为特殊按键。其余14号按键各对应一个受控设备。当输入一个按键3时，通过红外发射和接收电路，对应的光电耦合器3的设备工作即3号发光二极管发光，而数码管显示工作的设备的个数，就显示1。当再次按下按键3时，3号发光二极管灭，数码管显示0。当先后按下两个键3和4时，3号和4号二极管亮，数码管显示2。当按下按键5时，所有设备都工作，数码管显示4，发光二极管都发光。当按下按键6时，所有设备都不工作，数码管显示0，发光二极管都不发光。试验中遥控端与接收端有效距离为5M左右，基本满足课题要求。7结论由于目前的遥控装置大多对某一设备进行单独控制，而在本设计中的红外遥控电路设计了多个控制按键，可以对不同的设备，也可以对同一设备的多个功能进行控制。系统可通过设定发射及接收程序中的识别码及识别反码达到不同遥控器间相互区分，对识别码、识别反码、控制码和控制码反码的判定一方面消除了非遥控信号的红外干扰，另一方面降低了误操作发生的几率。经过测试，设计结果完全达到课题任务要求。但是本电路也有不完善的地方,由于作者时间、水平和经验有限，在信号的发射、编码、抗干扰及功耗控制等方面仍有不足之处，有改进的余地。例如设计中可通过增加红外线发射功率进而增加遥控距离，改进信号编码方式以提高数据的传输速度，使用小型单片机以降低功耗等。另外在系统的调试方面，由于时间和设备的原因，只进行了短距离的调试，更多参数有待进一步的调试。在设计过程中，通过大量的查阅资料，认真研究教材，对单片机有了更为深刻的理解，在编写软件时，须仔细的分析硬件电路及所要达到的功能，然后设计程序流程，编写代码。整个过程培养了我的耐性和刻苦钻研的精神。这次毕业设计对于我来说，既是一次机遇，又是一次挑战。通过这次的毕业设计，我学到了很多东西。通过自己的实践，增强了动手能力，掌握了系统的分析解决问题的方法。通过实际工程设计也使我了解到书本知识和实际应用的差别。在实际应用中遇到很多的问题，这都需要我对问题进行具体的分析，并一步一步地去解决它。致谢在这几个月的时间里，从对课题的理解，方案的设计，到电路的制作，再到论文的写作，中间有着自己的努力，更有着老师和同学的关心和巨大的帮助。毕业设计是我大学学习生活的最后一项学习任务，是对我大学四年学习的一个综合考核。通过设计的工程提升了我的综合素质。这次毕业设计,我选择了方志华老师所带的这个比较具有实用性的有意思的课题基于单片机的红外遥控电路设计。在为期两个多月的毕业设计过程中，我较为系统的复习了以前学的知识，也根据课题需求学习了许多新知识，使我的知识结构更加系统化，也更加完善。同时，也提高了我独立分析问题、解决问题的能力。在整个设计制作过程当中，我感觉收获非常大，我获得的不仅是理论上的收获,还有实践中的丰收，同时还有的就是同学们之间的合作精神。在此，祝愿我校日后蓬勃发展，成为一所独具风格的综合性大学。祝愿母校的将来更美好这是本人初次单独完成系统的整体设计，难免会出现错误和不足之处，恳请批评指正参考文献1赵巍，冯娜单片机基础及应用M北京清华大学出版社2009941032高慧芳单片机原理及系统设计M杭州杭州电子科技大学20081241743聂诗良,李磊民采用单片机发送并接收红外遥控信号的方法J信息技术,2004,28221964施新华利用单片