基于单片机的遥控窗帘课程设计

1、单片机应用与仿真训练设计报告基于单片机的遥控窗帘设计摘要随着电子技术和自动化技术的发展，人们对生活质量的要求越来越高。家用电器产品也在不断的更新换代。从始初的晶体管、到电子管；由模拟到数字；由分立元件到集成电路；从普通向高性能、多功能型；由手动控制向红外线遥控、向智能化发展。此次要设计的就是基于AT89S52单片机的红外遥控窗帘。主要内容就是利用AT89S52型单片机和红外遥控装置实现对直流可逆电机的远程控制，具体要求是控制窗帘的开关、利用直流电机正反转实现；防过卷功能；具有无线遥控和手动按键控制两种功能；能够指示运行状态。主要方法是以单片机为控制核心，加上红外发射电路以及一体化的红外接收头，

2、在红外发射软件和红外接收软件的支持下，达到控制窗帘的目的。遥控器通过监控指令键盘的输入读出相应的发射码，软件采用不同的脉冲宽度来对发射码进行编码。单片机通过软件对接收到的数据进行解码，还原出发送端的数据，准确地控制电动机动作。取得的结果是成功实现了利用遥控装置发送信号给单片机来控制直流电机正反转即停止，即实现控制窗帘的开关。同时也实现了具有无线遥控和手动按键控制两种功能并利用二极管指示运行状态。 目录第一章 概述31.1选题背景31.2设计思路31.2.1主要任务31.2.2工作原理41.2.3设计方案4第二章 系统总体方案及硬件设计52. 1 AT89S52单片机的功能应用52.1.1 AT

3、89S52主要性能52.1.2 AT89S52引脚功能说明52. 2 功能控制电路82. 3 窗帘开关控制电路8第三章 遥控窗帘的软件设计93.1 指令冗余93.2 拦截技术93.3 系统故障处理、自恢复程序的设计103.4 非正常复位的识别103.4.1 硬件复位与软件复位的识别113.4.2 开机复位与看门狗故障复位的识别113.4.3 正常开机复位与非正常开机复位的识别12第四章 Proteus软件仿真13第五章 课程设计体会14参考文献：16附录一：源程序代码17第一章 概述窗帘其基本的作用无非是保护业主的个人隐私以及遮阳挡尘等功能，但传统的窗帘您必须手动去拉动，每天早开晚关也是挺麻烦

4、的，特别是别墅或复式房的大窗帘，比较重，而且长，需要很大的力量才能开关窗帘，很不方便；于是遥控电动窗帘在最近几年得到迅速发展，并广泛应用于智能大厦、高级公寓、酒店和别墅等领域，只要遥控器轻按一下，窗帘就自动开合（百叶窗可以自动旋转），非常方便；采用智能控制系统还可以实现窗帘的定时开关，场景控制等高级控制功能，真正让窗帘成为现代家居的一道亮丽风景线。1.1选题背景从1974年开始，单片机就以它的体积小、质量轻、耗电省、可靠性高、价格低等特点，开始不断发展，并广泛应用于仪器仪表、家电电器、医用设备、航天航空、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。单片机的发展经历了四个阶段。由此可预见单片机的发展趋

5、势将是向大容量、高性能话、外围电路内装化等方面发展，也就是对CPU、存储器、片内I/O的改进，低功耗，特别是系统的单片机是目前单片机发展的重要趋势。而从目前国内对单片机的需求来看：在未来几年里，8位、16位单片机将是单片机的发展主流，它的新发展表现在：（1）CPU功能的增加 （2）内部资源的增多 （3）引脚的多功能化 （4）低电压、低功耗。正因为单片机有着如此多的优点，单片机在工业控制中和家用电器等上的应用中独占鳌头，故又称为微控制器（Microcontroller）1.2设计思路1.2.1主要任务课题名称是“基于单片机的遥控窗帘设计”，课题设计的主要任务就是利用AT89S52型单片机和红外遥

6、控装置实现对直流可逆电机的远程控制。1）控制窗帘的开关、利用直流电机正反转实现。2）防过卷功能。3）具有无线遥控和手动按键控制两种功能。4）能够指示运行状态。1.2.2工作原理和用电磁波用作无线电遥控的信号传播媒介一样，在红外遥控电路中用红外线作为红外线遥控的信号传播媒介。借助于红外线具有直线传播的特性，利用专用的红外传感器具有灵敏度高，响应快和光谱范围窄的性能，制成灵敏度高，抗干扰性能良好的红外遥控装置。利用单片机控制的红外遥控电路，它是利用单片机的异步通讯口，用红外发射口和红外接收来实现发射和接收点信号功能。1.2.3设计方案本系统以单片机为控制核心，加上红外发射电路以及一体化的红外接收头

7、，在红外发射软件和红外接收软件的支持下，达到控制窗帘的目的。遥控器通过监控指令键盘的输入读出相应的发射码，软件采用不同的脉冲宽度来对发射码进行编码。单片机通过软件对接收到的数据进行解码，还原出发送端的数据，准确地控制电动机动作。 第二章 系统总体方案及硬件设计2. 1 AT89S52单片机的功能应用2.1.1 AT89S52主要性能1、与MCS-51单片机产品兼容；2、8K字节在系统可编程Flash存储器；3、1000次擦写周期；4、全静态操作：0Hz-33MHz；5、三级加密程序存储器；6、32个可编程I/O口线；7、三个16位定时器/计数器；8、六个中断源；9、全双工UART串行通道；10

8、、低功耗空闲和掉电模式；11、掉电后中断可唤醒；12、看门狗定时器；13、双数据指针；14、掉电标识符 。2.1.2 AT89S52引脚功能说明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和在系统可编程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

9、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可降至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。 AT89S52引脚图 PLCC封装VCC/GND：电源/接地引脚；Port 0：P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1(对端口写1)时作高阻抗输入端；P0还可以用作总线方式下的地址数据复用管脚，用来操作

10、外部存储器。在这种工作模式下，P0口具有内部上拉作用。对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节、校验程序、输出指令字节时，要求外接上拉电阻；Port 1：P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口，输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用；另外，P1.0、P1.1可以分别被用作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和触发输入(P1.1/T2EX)；对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息；Port 2：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口；输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用；P2

11、口在存取外部存储器时，可作为高位地址输出；内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息；Port 3：P3是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口，输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。P3引脚功能复用见下表P3.0 串行通讯输入(RXD) P3.1 串行通讯输出(TXD) P3.2 外部中断0( INT0) P3.3 外部中断1(INT1) P3.4 定时器0输入(T0) P3.5 定时器1输入(T1)P3.6 外部数据存储器写选通WR P3.7 外部数据存储器写选通RD P3引脚功能复用如下：RST：在振荡器运行时，有两个机器周期(24个

12、振荡周期)以上的高电平出现在此管脚时，将使单片机复位。只要这个管脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0P3口均置1，管脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序；XTAL1、XTAL2 ：XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz至24MHz内选择，电容取30PF左右。ALE/PROG：访问外部存储器时，ALE(地

13、址锁存允许)的输出用于锁存地址的低位字节，即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6)，在访问外部数据存储器时，出现一个ALE脉冲；PSEN：该引脚是外部程序存储器的选通信号输出端。当AT89S52由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出2个脉冲，即两次有效。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出；EA/Vpp：外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低电平。要使AT89S52只访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH)， 这时该引脚必须保持低电平；2. 2 功能控制电路工原理作 2. 3 窗帘开关控制电路工作原理：电机执

14、行部分完全受单片机的控制，通过单片机的P3.0和P3.1完成。单片机复位状态下P1.0和P1.1输出高电平，三极管V3、V2，V4、V5截止，两个继电器J1、J2释放状态，方向可逆的电动机因无电源供电而停止。当P1.0或者P1.1其中有一个被拉低后，两个继电器便会有一个导通，例如P1.0拉低后V1导通、V4导通，J1吸合，电机得电转动，当只有P3.1拉低后，电机则反方向转动，实现了窗帘的拉开和关闭。两个继电器的工作状态受单片机控制，在同一个时间内两个继电器仅能有一个吸合。即便是在电机工作期间，操作了反向转动按键，单片机也是先释放当前工作的继电器，并延时一段时间后再吸合另外一个继电器，防止了电机

15、正反工作线圈同时通电的冒险。第三章 遥控窗帘的软件设计在工程实践中，软件抗干扰研究的内容主要是： 一、消除模拟输入信号的嗓声（如数字滤波技术）；二、程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法。 3.1 指令冗余CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。若“飞” 到了三字节指令，出错机率更大。在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写称为指令冗余。通常是在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP。这样即使乱飞

16、程序飞到操作数上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被当作操作数执行，程序自动纳入正轨。此外，对系统流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入两条NOP，也可将乱飞程序纳入正轨，确保这些重要指令的执行。3.2 拦截技术 所谓拦截，是指将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。通常用软件陷阱来拦截乱飞的程序。因此先要合理设计陷阱，其次要将陷阱安排在适当的位置。(1)软件陷阱的设计 当乱飞程序进入非程序区，冗余指令便无法起作用。通过软件陷阱，拦截乱飞程序，将其引向指定位置，再进行出错处理。软件陷阱是指用来将捕获的乱飞程序引向复位入口地址0000H的

17、指令。通常在EPROM中非程序区填入以下指令作为软件陷阱： NOP NOP LJMP 0000H其机器码为。(2)陷阱的安排 通常在程序中未使用的EPROM空间填。最后一条应填入，当乱飞程序落到此区，即可自动入轨。在用户程序区各模块之间的空余单元也可填入陷阱指令。当使用的中断因干扰而开放时，在对应的中断服务程序中设置软件陷阱，能及时捕获错误的中断。如某应用系统虽未用到外部中断1，外部中断1的中断服务程序可为如下形式： NOP NOP RETI 返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP 0000H”。如果故障诊断程序与系统自恢复程序的设计可靠、 完善，用“LJMP 0000H”作返回指令可直接

18、进入故障诊断程序，尽早地处理故障并恢复程序的运行。 考虑到程序存贮器的容量，软件陷阱一般1K空间有2-3个就可以进行有效拦截。(3)软件“看门狗”技术 若失控的程序进入“死循环”，通常采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。“看门狗”技术可由硬件实现，也可由软件实现。 在工业应用中，严重的干扰有时会破坏中断方式控制字，关闭中断。则系统无法定时“喂狗”，硬件看门狗电路失效。而软件看门狗可有效地解决这类问题。 笔者在实际应用中，采用环形中断监视系统。用定时器T0监视定时器T1，用定时器T

19、1监视主程序，主程序监视定时器T0。采用这种环形结构的软件“看门狗”具有良好的抗干扰性能，大大提高了系统可靠性。对于需经常使用T1定时器进行串口通讯的测控系统，则定时器T1不能进行中断，可改由串口中断进行监控（如果用的是MCS-52系列单片机，也可用T2代替T1进行监视）。这种软件“看门狗”监视原理是：在主程序、T0中断服务程序、T1中断服务程序中各设一运行观测变量，假设为MWatch、T0Watch 、T1Watch,主程序每循环一次，MWatch加，同样T0、T1中断服务程序执行一次，T0Watch、 T1Watch加。在T0中断服务程序中通过检测T1Watch的变化情况判定T1运行是否正

20、常，在T1中断服务程序中检测MWatch的变化情况判定主程序是否正常运行，在主程序中通过检测T0Watch的变化情况判别T0是否正常工作。若检测到某观测变量变化不正常，比如应当加1而未加1，则转到出错处理程序作排除故障处理。当然，对主程序最大循环周期、定时器T0和T1定时周期应予以全盘合理考虑5。限于篇幅不赘述。3.3 系统故障处理、自恢复程序的设计 单片机系统因干扰复位或掉电后复位均属非正常复位，应进行故障诊断并能自动恢复非正常复位前的状态。3.4 非正常复位的识别 程序的执行总是从0000H开始，导致程序从 0000H开始执行有四种可能：一、系统开机上电复位；二、软件故障复位；三、看门狗超

21、时未喂狗硬件复位； 四、任务正在执行中掉电后来电复位。四种情况中除第一种情况外均属非正常复位，需加以识别。3.4.1 硬件复位与软件复位的识别 此处硬件复位指开机复位与看门狗复位，硬件复位对寄存器有影响，如复位后PC=0000H， SP07H，PSW00H等。而软件复位则对SP、SPW无影响。故对于微机测控系统，当程序正常运行时，将SP设置地址大于07H，或者将PSW的第5位用户标志位在系统正常运行时设为1。那么系统复位时只需检测PSW.5标志位或SP值便可判此是否硬件复位。图4.2是采用PSW.5作上电标志位判别硬、软件复位的程序流程图。 此外，由于硬件复位时片内RAM状态是随机的，而软件复

22、位片内RAM则可保持复位前状态，因此可选取片内某一个或两个单元作为上电标志。设 40H用来做上电标志，上电标志字为78H，若系统复位后40H单元内容不等于78H，则认为是硬件复位，否则认为是软件复位，转向出错处理。若用两个单元作上电标志，则这种判别方法的可靠性更高。图3.1硬、软件复位识别流程3.4.2 开机复位与看门狗故障复位的识别开机复位与看门狗故障复位因同属硬件复位， 所以要想予以正确识别，一般要借助非易失性RAM或者EEROM。当系统正常运行时，设置一可掉电保护的观测单元。当系统正常运行时，在定时喂狗的中断服务程序中使该观测单元保持正常值（设为 AAH），而在主程中将该单元清零，因观测

23、单元掉电可保护，则开机时通过检测该单元是否为正常值可判断是否看门狗复位。3.4.3 正常开机复位与非正常开机复位的识别识别测控系统中因意外情况如系统掉电等情况引起的开机复位与正常开机复位，对于过程控制系统尤为重要。如某以时间为控制标准的测控系统，完成一次测控任务需1小时。在已执行测控50分钟的情况下，系统电压异常引起复位，此时若系统复位后又从头开始进行测控则会造成不必要的时间消耗。因此可通过一监测单元对当前系统的运行状态、系统时间予以监控，将控制过程分解为若干步或若干时间段，每执行完一步或每运行一个时间段则对监测单元置为关机允许值，不同的任务或任务的不同阶段有不同的值，若系统正在进行测控任务或

24、正在执某时间段，则将监测单元置为非正常关机值。那么系统复位后可据此单元判系统原来的运行状态，并跳到出错处理程序中恢复系统原运行状态。第四章 Proteus软件仿真 第五章 课程设计体会通过本次单片机课程设计实习，使我加深了对单片机的了解，对单片机这门课的认识进一步加深了。从一个刚入门的学习者,渐渐的爱上了这门技术，虽然说对于单片机技术方面的知识还有很多要学习和提高，但是在这两周中我还是感受到这门课程的魅力所在。我学会了Proteus软件仿真，并通过上网搜索资料，查阅课本及课外书籍，对电路各部分组成器件的工作原理加深了解。学会了动手设计电路组成器件以及器件之间的布局与连接，焊电路板，加强了动手能

25、力。这是一个磨练意志的过程。从课题的选择开始，到硬件和软件系统的设计，这其中经历了很多困难，但是更重要的是在这个过程中我得到了很大的锻炼。一方面通过C52单片机等一些器件的设计让我学习和掌握了单片机技术的基础知识和技术要点，也使以前学的很多知识都得到了运用；另一方面在用Proteus软件仿真软件画电路图,这个过程中让我掌握了计算机辅助的设计技术。当然，这是一个需要不断的尝试，不断的校核，不断的修改，最后完成一个合理的设计的过程。这个过程需要的是细心和耐心。在很大程度上培养了我拼搏的工作精神。使我受益匪浅，更加明确了自己专业的方向。这次时间是短暂的，但这我想我们学到的应该不仅仅是专业技术等表面上

26、的东西，更深一层的是对人生的感悟，对未来的想法，年轻人的桀骜不驯在此时已经不在有意义，取而代之的是理性的思维。我们应该具备什么样的能力，我们适合什么样的人生，我们应该在怎样的岗位上实现自己的人生价值。实习是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，通过课程设计我们能够比较系统的了解理论知识，把理论和实践相结合，并且用到生活当中。在做设计的过程中总会出现各种问题，在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决问题，无形间提高了我们的动手，动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。实习是短暂

27、的，影响却是长远的。通过实习让我体会了团队合作的益处，在团队中一起发现问题、讨论问题，共同进步、共同提高。硬件实习主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把所学的知识学的更加扎实。最后，我要由衷的感谢我的指导老师，胡治国老师。在课程设计期间，我得到了胡老师的悉心指导，论文的撰写从命题到结构的安排及修改，他都提出了很多宝贵的指导和意见。从中，我学到了做学问的态度：认真，踏实，负责，开放，交流，这些都将让我终生受用。参考文献：1

28、胡汉才.单片机原理及系统设计. 北京：清华大学出版社，2002.5 2 丁元杰.单片微机原理及应用. 北京：机械工业出版社，2003.7 1-33 肖景和，赵 健. 实用遥控电路. 北京：人民邮电出版社，2002.7 35-374 王建校，杨建国. 51系列单片机及C51.程序设计 北京：科学出版社 2002.4 67-725 王幸之.单片机应用系统抗干扰技术.北京：北京航空航天大学出版社 2000.2 178-1816 李朝青.无线发送/接收IC芯片及其数据通讯技术选遍.北京：北京航空航天大学出版社 2003.5 121-1257 李 华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京航空大学出版社，1993 32-378 孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用.东南大学出版社，1991 46-519 余永叔，何小敏.世界流行单片机技术手册.北京：北京航空航天大学出版社 2002 63-6610 沈德金.MOS-51系列单片机接口电路与应用程序实例.北京：北京航空航天大学 78-8011 刘光斌，刘冬，姚志成.单片机系统实用抗干扰技术.北京：人民邮电出版社 2003 92-9812 余永全.单片机与家用电器智能化技