基于STC51系列单片机的红外遥控风扇系统设计(共49页)

1、青岛大学本科生毕业论文（设计）PAGE 青岛大学本科生毕业论文（设计本科(bnk)毕业论文(设计)题 目：基于(jy)STC51单片机的红外遥控(yokng)风扇系统设计学 院： 自动化工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 段华晓 指导教师： 杨艳 2015年 3月 23 日The design of infrared remote control fans system basedon STC51 micro-controller摘 要本文主要介绍(jisho)了基于STC51系列(xli)单片机的红外遥控(yokng)风扇系统设计，该设计制作的风扇可以进行远红外控制，即由遥控器

2、来控制直流电机的启动、停止和调速，进而来控制扇叶。本设计主要由红外发射模块、红外接收模块、红外解码模块和电机驱动模块组成。在本设计中，通过控制PWM的周期和占空比来对电极进行调速，但是由于STC89C51单片机没有专门的PWM产生模块，所以利用单片机的定时器来产生PWM，进而控制直流电机。系统设计是以宏晶公司的8位51单片机为控制核心，进行红外信号的解码以及PWM的输出。关键词 STC51系列单片机 红外通信 电机驱动AbstractThis paper describes that the design of infrared remote control fans system based

3、 on STC89C51 micro-controller.The fan of designing can be controlled far-infrared, which is controlled by a telecontroller to control DC motor start, stop and speed, and thus to control the fan.The devise consists of an infrared transmitter module, infrared receiver module, infrared decoding module

4、and motor drive modules, respectively, by TC9012 chip, HS0038 chip, STC89C51 microcontroller and dual H-bridge motor driver chip L298N components.In this decise,control the motor speed by controlling the PWM of cycle and duty cycle,so the use of single-chip timer to generate PWM, then control the DC

5、 motor.System design is based on the companys eight macro crystal 51 microcontroller core, decodes and PWM output infrared signals.Keywords STC51MCU infrared communication motor drive目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc23448 前 言 PAGEREF _Toc23448 1 HYPERLINK l _Toc11182 第一章 绪论(xln) PAGEREF _Toc11182 3

6、HYPERLINK l _Toc2375 1.1 风扇(fngshn)智能化研究的可行性 PAGEREF _Toc2375 3 HYPERLINK l _Toc3676 1.2 风扇(fngshn)智能化研究的背景 PAGEREF _Toc3676 3 HYPERLINK l _Toc20274 1.3 风扇智能化研究的现状 PAGEREF _Toc20274 4 HYPERLINK l _Toc24419 1.4 风扇智能化研究的意义 PAGEREF _Toc24419 5 HYPERLINK l _Toc11746 1.5 智能风扇的功能描述 PAGEREF _Toc11746 5 HYP

7、ERLINK l _Toc8090 第二章 主要器件介绍 PAGEREF _Toc8090 6 HYPERLINK l _Toc25479 2.1 单片机概述 PAGEREF _Toc25479 6 HYPERLINK l _Toc31352 2.1.1 对于单片机的基本认识 PAGEREF _Toc31352 6 HYPERLINK l _Toc17325 2.1.2 对于STC单片机的认识 PAGEREF _Toc17325 6 HYPERLINK l _Toc23397 2.2.3 51单片机的引脚图 PAGEREF _Toc23397 8 HYPERLINK l _Toc8682 2.

8、2.4 单片机最小系统 PAGEREF _Toc8682 10 HYPERLINK l _Toc11843 2.3 红外发射芯片TC901 PAGEREF _Toc11843 11 HYPERLINK l _Toc3761 2.3.1 TC9012的引脚 PAGEREF _Toc3761 11 HYPERLINK l _Toc11626 2.3.2 TC9012的编码 PAGEREF _Toc11626 12 HYPERLINK l _Toc24548 2.3.3 TC9012的工作模式 PAGEREF _Toc24548 13 HYPERLINK l _Toc28791 2.3.3 TC90

9、12布图的注意事项 PAGEREF _Toc28791 13 HYPERLINK l _Toc2788 2.4 红外接收头HS0038 PAGEREF _Toc2788 13 HYPERLINK l _Toc19100 2.5 双H桥电动机驱动芯片L298N PAGEREF _Toc19100 15 HYPERLINK l _Toc17450 2.6 直流电动机 PAGEREF _Toc17450 16 HYPERLINK l _Toc15436 2.6.1 对于直流电动机的基本认识 PAGEREF _Toc15436 16 HYPERLINK l _Toc14517 2.6.2 直流电动机的

10、基本工作原理 PAGEREF _Toc14517 17 HYPERLINK l _Toc7036 2.6.3 直流电动机的驱动 PAGEREF _Toc7036 18 HYPERLINK l _Toc6093 第三章 本设计所应用的原理分析 PAGEREF _Toc6093 19 HYPERLINK l _Toc28378 3.1 红外通信技术介绍 PAGEREF _Toc28378 19 HYPERLINK l _Toc6118 3.2 单片机的定时器中断 PAGEREF _Toc6118 19 HYPERLINK l _Toc7064 3.2.1 中断的基本概念 PAGEREF _Toc7

11、064 19 HYPERLINK l _Toc14257 3.2.2 中断允许寄存器IE PAGEREF _Toc14257 20 HYPERLINK l _Toc17094 3.2.2 定时器/计数器工作方式寄存器TMOD PAGEREF _Toc17094 21 HYPERLINK l _Toc17562 3.2.3 定时器/计数器控制寄存器TCON PAGEREF _Toc17562 22 HYPERLINK l _Toc21074 3.3 脉冲宽度调制 PAGEREF _Toc21074 23 HYPERLINK l _Toc14912 第四章 硬件设计 PAGEREF _Toc149

12、12 25 HYPERLINK l _Toc12065 4.1 总体方案设计及框图 PAGEREF _Toc12065 25 HYPERLINK l _Toc27311 4.2 发射电路设计 PAGEREF _Toc27311 26 HYPERLINK l _Toc18659 4.3 接收电路设计 PAGEREF _Toc18659 26 HYPERLINK l _Toc7519 第五章 软件设计 PAGEREF _Toc7519 29 HYPERLINK l _Toc11661 第6章 系统测试 PAGEREF _Toc11661 32 HYPERLINK l _Toc845 6.1 测试工

13、具 PAGEREF _Toc845 32 HYPERLINK l _Toc8608 6.2 各功能模块的测试 PAGEREF _Toc8608 32 HYPERLINK l _Toc4257 6.3 模块软件测试及系统测试 PAGEREF _Toc4257 32 HYPERLINK l _Toc11170 6.4 完整程序功能测试说明 PAGEREF _Toc11170 33 HYPERLINK l _Toc4287 结束语 PAGEREF _Toc4287 34 HYPERLINK l _Toc13435 谢 辞 PAGEREF _Toc13435 35 HYPERLINK l _Toc12

14、219 参考文献 PAGEREF _Toc12219 37 HYPERLINK l _Toc11152 附 录 PAGEREF _Toc11152 38 前 言自“改革开放”的政策实行(shxng)以来，已历三十余载，煌煌华夏陡然之间发生了翻天覆地的变化。我国的经济水平得到很大提高，已经成为全球第二大经济体，“中国(zhn u)制造”也已经走向了世界。与此同时，和居民的生活水平也得到了明显的提高，在解决了温饱，这个最基本的问题之后，开始(kish)追求更高一级的生活水准。我国人民，正以前所未有的自信面貌，走在科学发展的康庄大道上。家电是居民生活的必需品，是不可或缺的生活用具，是消费品之中的“刚

15、性需求”。居民对于冰箱、洗衣机、空调、电扇、电视机等家电的需求，虽然已经不像上个世纪那样呈现出一种“病态的需求”（即像当今的人们对于手机、电脑的需求一样），但是这类家电已不知不觉的融入人们的生活，成为人们生活不可或缺的一部分。但是，在科技迅速发展的今天，人类将先进的科学技术应用于家电领域已经游刃有余。众多家电生产企业以居民的消费需求为市场化导向，进行新产品的研制与生产，而所带来的含有科技创新成分的诸多产品则又影响了更多居民消费的提高。这种产品与科技的良性互动，由消费者推动，由生产商操刀，收益的却是整个人类，由此带来的发展趋势，就是“智能家居”。“智能家居”，极有可能是人类未来生活的一种主要方式

16、。是以住宅为中心，利用网络通信、红外技术等科技手段，将与家居有关的各种生活器具连接成统一的整体，还兼备系统管理等智能化的家居环境，能够提升家居生活的系统性、协调性和便利性，不但能提供传统的居住功能。“智能家居”主要包括：智能门控系统，智能家电系统以及综合管理系统。总之，对未来的家居生活最合理的比喻就是“电脑”，将家居变成一台电脑，家居最核心的处理系统自然就是其CPU，而家居里的各个延伸功能即是这台电脑中的各种器件所带来的功能，家居的设计者是“程序员”，家居的主人则是最终的受益者。 就目前的科技水平来讲，完全实现上面所描述的“智能家居”还需要很长的路要走。即使是现在能够实现，也只是在比尔盖茨那样

17、的科技型的富豪那里。即当前的实现不仅需要尖端的技术，而且需要雄厚的资金支持，难以大众化。科技类型产品的普及不仅带来的技术层面的更新，而且是低成本、市场化的运作，瓦特并不是发明了蒸汽机，只是将其改良，将其变得实用，能市场化，而被称为“蒸汽机之父”，但是那个发明者却没有在历史长河中留下自己的痕迹，由此可见单纯将某类产品问世是第一步，更重要的是将其市场化，能市场化的关键因素就是成本和消费者需求。所以，“智能家居”接下来的发展方向是将科技含量注入到其成本的降低当中去，只有这样，才有可能实现其市场化。本文(bnwn)所研究的就是“智能家居”的一部分，家电(ji din)智能化的应用，即将电扇在现有科技水

18、平的前提以及控制成本的条件下将其智能化。风扇是一种比较传统的驱热工具，虽然在很多家庭中已逐渐被空调所取代，但在广大的农村家庭还是有很大的市场，同时，将风扇智能化比将空调智能化所消耗的成本更小，更值得去尝试。风扇的主要工作原理是利用发电机的旋转来带动扇叶旋转从而产生风力。而调节风力的大小主要通过对电动机进行变档调速，大部分是有极调速，有的已经是无极调速。但无论是哪种工作方式，都需要手动接触调节调速开关进行调速。而我进行的风扇的智能化尝试，是利用红外技术通过遥控器对风扇进行启动和调速控制，而不需要实际(shj)接触。我设想通过STC51单片机，对电动机的调速实行外延控制下有极调速，将其智能化。 绪

19、论(xln)1.1 风扇(fngshn)智能化研究的可行性科技水平高度发达的今天，人们对于生活的需求越来越向智能化发展，越来越依赖手机、电脑等智能产品，而单片机的应用范围也越来越广阔。随着科技的进一步发展，人们生活的逐渐提高，人类对信息化、智能化的要求越来越高，而一种产品的开发与利用不仅有较高的科技含量的支撑，还应该能节省开支，降低成本，较容易的实现市场化。而单片机的应用为这些要求的满足提供了可能，单片机的研发方便、扩展应用方便以及成本低廉的特点为家电产品的智能化提供了可行(kxng)的平台。单片机的应用不仅可以为人类带来家居的智能化，而且能为其外延产品智能化的应用提供了其市场化的可能。其在智

20、能方面的应用，实用性强，构造简便，产品低廉，是人类更能也更容易的接受“智能家居”，体验未来的科技生活。它更将使人类懂得数字时代的发展意义及前景，及认为在未来的数字时代的价值和位置。因此，我们完全可以利用单片机作为核心处理器进行信号的接收、处理和传送，利用红外装置发出信号，即人类的要求，利用单片机进行处理并发出命令，再通过其他器件来控制和驱动电机，来启停和调节电机的转速，从而达到将风扇智能化的目的。本设计将以STC51单片机为处理核心，以红外进行控制，最后通过调控电机进行控制的输出。1.2 风扇智能化研究的背景风扇智能化的研究是在当前“智能家居”的背景下进行的。随着我国经济的发展和科技水平的提高

21、，温饱问题早已解决，而简单的文化需求也难以满足科技高速发展背景下人类对于文化的真正追求。人类需要在科技高速发展的今天寻找自己的位置，更需要将发展的科技真正融入自己的生活之中。将科技融入生活，是科技发展的真谛，是其发展的最终目的，也最终促进科技的发展。生活的需求催动了科技的发展，而科技的发展也必将提高科技的追求。无论是科技还是生活，其在未来的道路上将结伴前行，殊途同归。而目前两者最科学的、最主要的也是最有可能的结合方式就是“智能家居”。“智能家居”是一个统一的、系统的整体，将人类的一切家居生活智能化、系统化、协调化。在人类的生活节奏越来越快的今天，“智能家居”的应用是一个机遇，一个能将人来快的生

22、活节奏慢下来的机遇。人类将家居智能化，能减少人类对于一般家居用品的操作时间，能够非常迅速的将家居里的器具启动或者使用亦或是关闭，在今天这个“惜时如金”的社会，如此以来必将能节约很多时间，提高生活的质量和效率，在现代社会，赢得时间即赢得一切，这是将自己生命延长最有效也是最直接的方式。而“智能家居”的概念虽然提出比较早，也在当前得到一定范围的应用，但是在现代的应用十分受限，应用受限的原因不在于其里面所含的科技含量的问题，其中所含的科技含量不但不低，而且还有点过高。真正(zhnzhng)限制其大规模应用的是当前较高的科技含量所带来的高成本。难以使其大范围的应用，首先是技术所限，无法降低科技产品中对于

23、成本的要求，其次就是市场需求。因为科学技术的应用不成熟，难以满足市场的需求。因此，“智能家居”下一步的研究方向是在保证智能化的基础上，将科学技术的研发加入成本(chngbn)控制的考虑。即以市场化为导向，将智能化的产品真正的推向市场。所以(suy)“智能家居”的应用受限于科技和成本，需要一步一步的实现，家电的智能化的实现是其中的一个方面，也是实现“智能家居”的一个步骤。所以“智能家居”的实现可以先从智能家电开始。将风扇智能化即是家电智能化的一个重要方面。将风扇的的启停和调控实现红外控制，从而实现其简单的智能化。同时，通过简单易得的装置来控制其成本，交易向市场推广。1.3 风扇智能化研究的现状当

24、前家电的智能化取得了一定的发展，但是还有很多不足。与此同时，风扇智能化的研究也有很大的进步，但是其中也存在很多不尽人意的地方。比如，有人设计的带有温控系统的智能风扇，加入温度传感器来感知外界温度并将外界的温度传入单片机进行处理，通过单片机再来调控电机的转速。即通过温度传感器感知外界温度，发出信号调整转速，以此形成一个闭环调控系统。这样的电路设计虽然也叫简单易行，但是由于室内温度的变化比较缓慢，而且变化幅度比较小，因此若能完成整套设计地构想，需要比较灵敏的即精十分高的温度传感系统，这样的造价就十分高了，也不容易进行推广。对于整个系统设计的实现，还有一个值得注意的问题，就是风扇的运转实际会带来整个

25、环境温度的升高，而不是降低。因为电流通过线圈时，由于线圈中有电阻，即不可避免的产生了热量，产生热量之后就会向周围环境散发，致使环境温度升高。而之所以人会感到凉爽，是因为电商带动的空气流动造成人体皮肤表层的汗液挥发，从而吸收热量。因此，通过感应外界的温度来控制风扇的快慢的想法是不行的，本设计也没有采用这种设计。1.4 风扇智能化研究(ynji)的意义关于风扇智能化的研究(ynji)有很重要的意义。首先，对风扇智能化的研究是在家电智能化的基础上，即在“智能家居”的基础上。因为无论是智能机电还是智能家居，都难以进行大规模推广的市场化。因此为了突破这一问题(wnt)，需要一步一步逐渐推进，而智能风扇的

26、研究则是其中一个比较容易进行的项目。本设计所设计进行的智能风扇，应用原理简便。就是应用红外信号进行控制，利用红外信号的发射装置发出红外信号，通过接收装置进行接收并加以处理，然后再输出进行电机调速。这些装置简便易得，价格低廉，有一定的市场前景。最关键的是，这是“智能家居”的以此有效尝试，将“智能家居”由概念变为实际的应用，并且能够进行市场化的推广。1.5 智能风扇的功能描述本设计的功能实现是通过红外通信方式来控制风扇的转速。将遥控器上的K1键的设计实现功能设为一级转速，按下该按键后则调节风扇的转速变为最低档也就是一级转速，设定遥控器上的K2键设计实现功能设为二级转速，以此类推，风扇总共设计了五级

27、转速，级数越大风速越大。设定遥控器的K6按下则风扇停止转动。风扇开机则默认为一级转速，按下遥控器的K6键风扇停止后，按其他风速调整键则可再次启动风扇。在这里，每一次不同的按键按下，红外遥控器将发出一组不同的红外信号，红外接收端接收信号并解码判断哪一个键按下，由单片机处理后进而由控制器执行相应的电动机的控制操作。因此，本产品的设计思路就是通过红外信号发射器发出红外信号，由接收器接收后交由单片机进行处理并分析，得出用户所发出的指令，进行解码，并将指令通过控制器来发应到电机那里，从而完成通过红外进行调速的一整套过程。 主要(zhyo)器件介绍2.1 单片机概述(i sh)2.1.1 对于单片机的基本

28、(jbn)认识单片机是在设备上集成了CPU及各种I/O接口的芯片，这样一来，这块设备上就具有了计算机的属性，符合“计算机之父”冯诺依曼对于计算机的定义。通俗点讲，单片机就是一块集成芯片，但是这块集成芯片因为有了计算机的构造而就有了一些特殊的功能，而它的这些功能的实现要靠我们使用者自己来编程完成。编程时我们可以选择C语言进行编程，都可以使用汇编语言进行编程，即单片机即支持C语言也支持汇编语言的编程。2.1.2 对于STC单片机的认识 本实验所使用的单片机是STC89C51单片机，如下图：图2.1 两者封装形式的STC89C51单片机其标识解释如下：STC前缀，表示芯片为STC公司生产的产品；8表

29、示该芯片为8051内核芯片；9表示内含FlashEPROM存储器；C表示该器件(qjin)为CMOS产品；5固定(gdng)不变1表示该芯片内部的程序(chngx)存储空间的大小，而此单片机所采用的1即表示内部存储空间为4KB。在图2.2中展现的是两种封装类型，左面的是DIP（Dual In-Line Package）,即双列直插型封装，而右面的则是PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）,即带引线的塑料芯片封装。DIP封装较常见，应用于绝大多数的中小规模的集成电路，本设计所使用的芯片即采用这种封装形式。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，其引脚一般不超过100个，

30、需要插入具有DIP结构的芯片插座上。如图2.3所示。而PLCC型封装则作为表面贴型封装之一，具有外形尺寸小、可靠性高的优点。如图2.4所示。图2.2 DIP封装图2.3 PLCC封装2.2.3 51单片机的引脚图无论是哪一种单片机，其外延的的功能都是通过引脚实现的，而不同的引脚发挥(fhu)着不同的的功能，需认识不同引脚的的不同功能，再通过这些引脚连接其他的芯片。51单片机的引脚如图2.5所示。图2.4 51单片机的引脚图下面(xi mian)，对图2.4的引脚进行(jnxng)简单的介绍：Vcc（40脚）、GND（20脚）单片机上的连接外接电源的引脚，外接电压的可以是+5V或+3.3V，根据

31、具体需求而定，一般选用+5V；XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚)外接时钟引脚。XTAL1引脚为单片机片内部所使用的振荡电路的一端输入端，而XTAL2引脚则为单片机片内部所使用的振荡电路的一端输出端，8051的振荡时钟工作的工作方式有两种比较常见的类型：片内时钟振荡和外部时钟，本设计实验采用的工作方式为前者；RST（9脚）单片机上的作为复位功能使用的复位引脚，其复位功能就是将单片机内的程序初始化；（29脚）该引脚的名称是单片机所应用的程序存储器的允许输出控制端，当单片机正在读外延程序存储器时，引脚低电平有效；（30脚）当该位连接的是高电平时，允许(ynx)地址锁存信号，当访问外部存储器时

32、，ALE信号负跳变则将P0口上低8位地址信号送入锁存器，当ALE为低电平时动作基本与高电平时一致，为编程脉冲的输入端，写好的程序(chngx)只有通过编程输入端才能写入单片机内部存储器（即ROM）中；（31脚）接高电平时，单片机读取内部(nib)程序存储器，当为低电平时，单片机直接读取外部（ROM）;I/O口引脚P0口（32脚-39脚）、P1口（1脚-8脚）、P2口（21脚-28脚）和P3口（10脚-17脚），其中，P3口除了作为输入/输出口之外，还可以作为第二功能使用，功能如下表2.1所示。表2.1 P3口引脚的第二功能定义标号引脚第二功能说明P3.010串行输入口P3.111串行输出口P3

33、.212外部中断0P3.313外部中断1P3.414定时器/计数器0外部输入端P3.515定时器/计数器1外部输入端P3.616外部数据存储器写脉冲P3.717外部数据存储器读脉冲2.2.4 单片机最小系统单片机最小系统是指单片机工作所需要的不可或缺的基本元器件和连接电路，所以单片机最小系统是最基本的单片机电路连接，主要包括三个部分，分别为： = 1 * Arabic * MERGEFORMAT 1.电源电路单片机的外接电源的方法是将40脚接电源VCC（也就是+5伏），20引脚接地（GND），如图2.5所示； = 2 * Arabic * MERGEFORMAT 2晶振电路(dinl) 51系

34、列单片机已经在单片机的内部(nib)装了振荡电路，只要在18脚、19脚连接上晶振电路即可，晶振频率可以选取11.0592MHz，这个频率可以准确的得到9600波特率和19200波特率，用于串口通信。另一个晶振频率为12MHz，它可以产生比较(bjio)精确的微秒级延时，方便定时操作，本设计就是采用的12KHz的晶振，如图2.5所示。 = 3 * Arabic * MERGEFORMAT 3复位电路51系列单片机的复位引脚是9脚，当此引脚连接高电平超过两个机器周期时，即可产生复位动作。为了保证使单片机所正在进行的应用程序系统准确地功能进行复位，因此在设计本设计实验所使用的复位电路进行复位时，通常

35、的做法是使RST引脚始终保持在的高电平的时间要10ms以上。复位电路有上电复位和手动复位两种，本例采用上电复位的形式。电路如图2.5所示。图2.5 单片机最小系统2.3 红外发射芯片TC901红外发射芯片TC9012是一款专门用于日本东芝公司所生产的红外遥控系统的专用红外发射集成电路。该款芯片在使用中可外以对外进行连接32个按键，可以提供8种可供用户选择的用户编码，与此同时，其按键还可以具备双重按键的功能。红外发射芯片TC9012的所应用的各个引脚的功能设置和所应用的外围应用线路都进行比较高度的优化，其目的是为了配合PCB的电气布线和价格成本低廉的要求。2.3.1 TC9012的引脚TC901

36、2的引脚图如图2.6所示，其引脚功能(gngnng)定义见表2.2。图2.6 TC9012的引脚图表2.2 TC9012引脚功能(gngnng)引脚号名称类型描述1-4KI0-KI3IN4位输入引脚，用于键盘扫描输入（平时为低电平，内置下拉电阻）5REMOUT带载波的遥控信号输出6VDD电源正端（2-4.0V），3V（典型）7NC空引脚8OSC0OUT晶振输出9OSC1IN晶振输入10VSS电源负端（接地）11LMPOUT指示灯输出12-19KO0-KO7OUT8位输出引脚，用于键盘扫描输出20SELIN用户编码选择跳线（平时为高电平，内置下拉电阻）2.3.2 TC9012的编码(bin m)

37、 在本设计实验所使用的TC9012芯片的一帧传输数据中，总共是含有了32位码（两次8位用户(yngh)码、8位数据码及其反码），发射码的格式如图2.7所示。图2.7 TC9012的发射(fsh)码格式S0S1S2S3S4S5S6S7S0S1S2S3S4S5S6S7D0D1D2D3D4D5D6D7012345678引导码用户码用户码数据码数据码的反码TC9012共有(n yu)8位用户码，其中S0、S1和S2由SEL与KO0-KO7的连接来确定，S3固定为“1”，S4、S5、S6和S7固定为“0”。用户码一共有8种，利用SEL引脚与KO0-KO7中的任意引脚相连接来进行选择。TC9012的用户码

38、设置见表2.3。表2.3 TC9012的用户码设置与SEL相连用户码（S2 S1 S0）与SEL相连用户码（S2 S1 S0）KO0000KO4100KO1001KO5101KO2010KO6110KO3011KO7111红外发射芯片TC9012最主要的功能设置是设置了4个通过按键进行的功能输入端KI0-KI3和8个通过按键进行的功能输出端KO0-KO7，从而形成了一个矩阵键盘，而这个矩阵键盘将共有48=32个功能按键，由于是在同一系统下，所以这32个功能按键均按照同一方式进行编码，以实现特定的功能。其使用方法是：若将32组按键中其中一个按键按下且保持按下的状态，那么所产生的效果就是将一帧码发

39、完之后然后会不断的发射固定的重复码，而如果此时松开该枚按键，那么所产生的效果就是系统在该帧码发完后会成功进入使用的低功耗模式。用户码以及键数据码的发送顺序所应用的规律均是低位在前，高位在后。2.3.3 TC9012的工作模式红外发射芯片TC9012有两种比较常用的工作模式，这两种模式分别是正常工作模式和低功耗模式。在实际实验操作中，如果没有任何按键被按下，那么实验中的振荡器所处的状态是停振的，这样的效果是可以明显的降低功耗。在本电路中设计了消抖功能，如果在扫描过程中检测到按键按下的的时间小于32毫秒，则被认为是按键的抖动，而不是正常的按键，所以没有任何码发出，随之产生的效果是振荡器会停振。红外

40、发射芯片TC9012所使用455KHz的晶振，与此同时，芯片采用的是可以进行脉宽调制的串行码，定义产生的脉宽幅度为0.565毫秒、而两个脉宽之间的间隔为0.56毫秒、总共的脉宽周期为1.125毫秒的组合表示二进制的“0”；定义产生的脉宽幅度为0.565毫秒、而两个脉宽之间的间隔为1.685毫秒、总共的脉宽周期为2.25毫秒的组合表示二进制的“1”。2.4 红外接收(jishu)头HS0038一体化的红外射线接收头HS0038可以接收遥控信号、放大遥控信号、检波(jinb)遥控信号和整形遥控信号，而且在与单片机相配合情况下可以输出能够让单片机识别的信号TTL信号，这样(zhyng)做的效果就是明

41、显简化了本设计实验中所使用接收电路的复杂程度以及整个实验电路的设计工作。红外一体化接收头HS0038的外观如图2.8所示。图2.8 红外一体化接收头HS0038如上图所示，一体化红外接受头芯片HS0038是黑色外壳，使用环氧树脂材料进行封装，这种封装形式能够使芯片不受荧光、灯日光等光源的干扰。在本设计实验中，将会采用用小功率发射管进行信号的发射，由此所决定的接收距离大概为35米。HS0038为直立侧面收光型。一体化红外信号接收芯片HS0038所能构接收的红外信号频率为38kHz，由此得出其需要的周期为26微妙。如上图所示，一体化红外信号接收芯片HS0038共有三个引脚，分别是接地（GND）、+

42、5V电源（Vs）、解调信号输出端（OUT）。在进行本设计实验时，当在遥控器上没有任何按键按下时，对应的红外发射二极管将不会发出红外信号，此时，遥控信号接收头所输出的信号即为输出信号1。而当在遥控器上有按键按下时，输出信号0和输出信号1编码中的高电平经遥控信号接收头导向后所输出的信号将会是输出信号0。由于红外遥控信号接收头的输出端与所相连接单片机的中断引脚相关联，即相应的引脚的电平为低电平时将会触发单片机产生中断。而单片机在产生中断时产生的效果是将会使用定时器0开始计时，并且同时通过特定的软件可以判断出当前的电平情况和周期和周期的情况，由此获得的结果是可以得知接收到的数据(shj)是引导码还是0

43、或者1。如果接收到的情况是接收到了在一个完整的传输周期内呈现高电平状态时间为4.5毫秒，与此同时，在一个完整周期里维持低电平状态的时间也为4.5毫秒，那么藉此所获得的结论就是认为接收到的就是导引码，而如果此时的所获得的计时值是等于1.12毫秒，那么所获得的结论就是认为接收到的是编码0，而如果此时所获得的计时值等于2.25毫秒，那么所获得的结论就是认为接收到的是编码1。解码(jim)方法如下： 进行单片机初始化外部中断0，首先(shuxin)就是把定时器0设定为16位计数器，而初始值则设定为0。 程序第一次进入遥控中断后，中断开始计时。 通过软件判断在第一个周期内高电平以及低电平的时间幅度，如果

44、所获得的计时值与事先预设的前导码的时间幅度相符，那么直接进入第（4）步，而如果获得的计时值与事先预设的不符，则就将会进入第（6）步。 继续接收前导码之后的地址码两次（16位）数据码（8位）、数据反码（8位）。 而当接收完总共的32位数据码时，说明在此时接收完毕了一帧数据。此时可停止定时器的计时，并判断本次接收的是否有效。如果两次地址码相同且等于本系统的地址，数据码与数据反码之和等于0 xFFH，则接收的本帧数码有效。否则丢弃本次接收到的数据。 接收完毕，初始化本次接收的数据，准备下一次遥控接收。2.5 双H桥电动机驱动(q dn)芯片L298NL298N芯片是由ST宏盛公司生产的一种(y zh

45、n)电动机驱动芯片，该芯片可以驱动高电压、大电流状态下的电动机，其实物如图2.9。图2.9 L298N芯片(xn pin)实物图如图2.9所示，双H桥电机驱动芯片共有15个引脚，其特点主要是：工作电压高、输出电流大、额定功率高。在驱动芯片内总共设置了两个H桥的大电流高电压形式的全桥式驱动器，该芯片的功能是既可以用来驱动直流电动机也可以用来驱动步进电机以及继电器线圈等感性负载。而在使用L298N芯片驱动电动机，该芯片可以驱动一台两相步进电动机或四相步进电动机，也可以驱动两台直流电动机。L298采用15引脚的MULTIWATT15（垂直型）封装，其引脚图如图2.10所示，各引脚定义见表2.4。图2

46、.10 L298N的引脚图表2.4 L298N引脚说明引脚号符号引脚说明引脚号符号引脚说明1ISEN A电流反馈 A9VSS逻辑电源电压2OUT 1输出引脚 110IN 3输入引脚 33OUT 2输出引脚 211EN B使能引脚 B4VS电源电压12IN 4输入引脚 45IN 1输入引脚 113OUT 3输出引脚 36EN A使能引脚 A14OUT 4输出引脚 47IN 2输入引脚 215ISEN B电流反馈 B8GND接地引脚VSS所提供的电压最小为4.5伏，最大可达36伏；VS最大电压值也是36伏。但是经过一系列的实验比较，VS电压应该比VSS电压高，否则有时会出现失控(sh kn)现象。

47、SENSE A、SENSE B为电流反馈引脚，用于电动机的保护，串联0.5/2W采样电阻(dinz)接地。当L298N控制(kngzh)电动机停止时，电动机由于惯性的作用并不能马上停下来，还会继续转动。这是电动机就相当于“发电机”，产生较高的反向电压，若没有渠道将它释放出来，它就自己找渠道反向放给驱动器芯片，于是L298N就会瞬间烧坏。这样就需要增加续流二极管，接在L298N的输出端与电源（地）之间，用来释放反向电压。本实验的二极管选用快速反应二极管1N5822。2.6 直流电动机2.6.1 对于直流电动机的基本认识电动机简称电机，是使机械能与电能相互转换的机械，直流电动机把直流电能变成机械能

48、，其实物图见图2.11.图2.11 直流电动机直流电机的主要功能是作为执行机电功能的动力元器件，其内部会存在一个闭合的主磁路。线圈产生的主磁通将会在主磁路中流动，同时会与电动机内部的两个主要电路相交联，其中的一个电路是通过电磁定律来产生磁通的，称为励磁绕组，而另一个电路是对外提供动力的，称为电枢回路。电动机必然会包括定子和转子，在直流电机中，励磁回路作为定子，电枢回路作为转子。2.6.2 直流电动机的基本(jbn)工作原理下图2.16是直流动机的工作原理图。在电刷A和电刷B外接直流电源的情况下，两个电刷及其与之相连的线圈内会产生电流。如果电刷A是连接的外接电源的正极，而电刷B则连接的外接电源的

49、负电位时，那么由此所形成的效果将会是此时与N极磁铁相近的导体内的电流方向是由a指向b，而在在S极范围内导体内的电流流向是由c指向d。这样产生的效果是通电线圈会在磁场中受到电磁力的作用，由于上下两个导体所在磁场范围不同，所以两者所受的会相反。又由于N极和S极所产生的磁场相同的，上下两个导体又流经的相同的电流，所以a这两条边所受电磁力的将会是大小相等，方向相反。那么整个线圈就会受力转动。当线圈继续转动直到转到磁极的中性面上时，从图中可以看出，换向器将会与电刷脱离，那么线圈将不再与外接电源相连，所以此时线圈中并未有电流流过，电流为零的情况下即不会在产生电磁力。电磁力为零，也即磁场中的线圈不再受力的作

50、用，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈继续转动直到恰好转过半周的位置上时，这个时候线圈一边(ybin)ab边和线圈一边cd边的位置发生了调换，也即线圈的一条边ab转到了磁极S范围内，而线圈的另一条边cd边转到了磁极N的范围内,与此同时，此前与电刷相连接的换向器也发生了调换，所产生的后果就是线圈内流经电流的方向也发生了变化，cd边中的电流是d流向c，而ab边中的电流则是从b流向a。所以，整个线圈所受的电磁力的方向依然不变，仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在N极和S极的范围内的导体中的电流总是不变的，因此在其范围内的线圈的受力方向也不发生变化，这样线圈就可以按照受力方向不停的旋转，通过齿

51、轮获皮带等机构的转动，便可以带动其他机械的工作。图2.16 直流电动机(dngj)的原理图从以上的分析可以看出，要使线圈按照一定方向的旋转，关键问题是导体从一个磁极转到另外一个磁极时，导体中的电流方向也要同时改变煤，而上图所显示的换向器和电刷就是完成这一任务的装置。在直流电机中，换向器和电刷把输入的直流电变成线圈中的交流电，从而(cng r)带动外部装置一个方向的转动。这就是直流电动机的基本原理。2.6.3 直流电动机(dngj)的驱动 在本设计实验中，用单片机进行控制驱动直流电动机时，不能直接相连，需要增加驱动电路(dinl)来进行电机的驱动，这样将会给直流电动机提供足够大的驱动电流。根据不

52、同的直流电机，选择的驱动电流也不同。因此，我们根据实际需求来选择合适的驱动电路。一般有三种驱动电路：三极管电流放大驱动电路，电机专用驱动模块（如本实验所使用的L298N）和达林顿驱动器。如果是驱动单个电机，并且电机的驱动电流不大时，可以使用三极管搭建驱动电路，但是这样的电路连接比较复杂，所以本实验未采用此种方式。如果所需要的驱动电流较大，可以直接选用电机驱动模块，本实验即选用的双H桥电动机驱动芯片L298N，不仅能为本实验所使用的电机提供较大的驱动电流，而且接口简单，操作方便，较易使用，因此本实验采用此种电机的驱动方式。 本设计所应用的原理(yunl)分析3.1 红外通信技术(jsh)介绍本设

53、计的信号发射与接收是使用的红外通信实现的，即通过红外发射芯片TC9012发射红外信号，而通过红外接收头HS0038进行接收并解码分析。而红外通信，就是通过红外线（波长范围(fnwi)0.7微米1毫米）进行传输数据的一种通信方式。电脑技术发展的早期，数据传输都是通过线缆等实物介质完成的，比较麻烦。所以后来就出现了可以明显提高传输效率与质量的红外通信技术。红外通信技术实际上就是在两点之间利用红外技术进行一定距离以内的保密通信和信息转发的技术，用于红外发射和红外接收系统的装置是其基本的结构组成，而由发射和接收装置构成的系统称为红外通信系统。本设计设定的红外发射装置是红外发射芯片TC9012，而设定的

54、红外接收装置是红外接收头HS0038。一般来讲，两个事物如果传递信息进行通信，必然会通过一定的渠道，也即信息通道，而红外通信所利用的通信信道是950纳米近红外线。红外通信装置的信息发射端将基带上的二进制信号调制为一系列脉冲序列串信号，然后通过红外发射管发射已变为脉冲序列的红外信号。红外通信装置的信息接收端将接收到的光脉冲转换为电信号，在经过放大滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出，这样就完成了一组红外通信。 由于红外线遥控技术没有必要具有像无线电遥控技术那样穿过一系列的障碍物去控制被控对象的能力，因此通常在设计和选择红外线的信息发射和信息接收装置时，不必像无线电遥控器那

55、样，发射器和接收器要有不同的遥控频率和编码，所以同类的红外线发射器和接收器，因此可以拥有相同的或者是相类似的遥控频率或者是控制编码，而不会出现像是无线电遥控通信时所产生的遥控信号“串门”的情况。3.2 单片机的定时器中断3.2.1 中断的基本概念在单片机处理指令的过程中，有些时候会产生中断。所谓的单片机的中断是指单片机的中央处理器在处理某一条指令A时，又接到了另外的一条指令B，请求处理器迅速去处理新接到的这条指令（中断发生）；此时处理器将会暂时停止原来指令的处理（中断响应），而转去处理刚刚接到的那条指令（中断服务）；待处理器将新近接到的那条指令处理完毕后，再回到原来接收原指令的地方继续处理未完

56、成的原指令的处理（中断返回），这一过程称为中断。其流程图如图3.1所示。中断响应图3.1 单片机中断过程主程序中断请求 执行(zhxng)主 程序(chngx) 执行中断 断点(dun din) 处理程序 中断返回 继续 执行 主程序 单片机的CPU之所以会发生中断，是因为有中断源，中断源意即引起单片机CPU中断的根源，本设计实验所使用的51单片机内部一共有5个中断源，分别是：外部中断0（INT0），外部中断1（INT1），定时器/计数器0中断（T0），定时器/计数器1中断（T1），串行口中断（TX/RX）。3.2.2 中断允许寄存器IE在单片机中，用来控制各个中断源的打开或关闭的寄存器是中断

57、允许寄存器IE。IE寄存器的字节地址为A8H，位地址（由低位到高位）分别是A8HAFH，各位定义见表3.1。表3.1 中断允许寄存器位序号D7D6D5D4D3D2D1D0位符号EAESET1EX1ET0EX0位地址AFHACHABHAAHA9HA8H下面分列出各位符号的含义及赋值，为：EA全局中断允许位，EA=1，打开全局中断控制，在此条件下，由各个中断控制位确定相应(xingyng)中断的打开或关闭，EA=0,关闭全部(qunb)中断； 无效(wxio)位；ES串行口中断允许位，ES=1，打开出串行口中断，ES=0，关闭出串行口中断；ET1定时器/计数器1中断允许位，ET1=1，打开T1中断

58、，ET1=0，关闭T1中断；EX1外部中断1中断允许位，EX1=1，打开外部中断1中断，EX1=1，关闭外部中断1中断；ET0定时器/计数器0中断允许位，ET1=1，打开T0中断，ET1=0，关闭T0中断；EX0外部中断0中断允许位，EX0=1，打开外部中断0中断，EX0=1，关闭外部中断0中断。3.2.2 定时器/计数器工作方式寄存器TMOD定时器/计数器工作方式在特殊功能寄存器中，字节地址为89H，不能位寻址，TMOD用来确定定时器的工作方式及功能选择。单片机复位时TMOD全部清0，其各位定义见表3.2。表3.2 定时器/计数器工作方式寄存器TMOD位序号D7D6D5D4D3D2D1D0位

59、符号GATE M1M0GATEM1M0定时器1定时器0由表3.2可知，TMOD的高4设置定时器1,低4设置定时器0，对应4位的含义如下：GATE门控制位，GATE=0，定时器/计数器启动与停止仅受TCON寄存器中的TRX（X=0,1）来控制，GATE=1，定时器/计数器启动与停止受TCON寄存器中的TRX（X=0,1）和外部中断引脚（INT0或INT1）来共同控制；定时器模式(msh)和计数器模式选择位，=1，为计数器模式(msh)，=0，为定时器模式(msh)；M1M0工作方式选择位，每个定时器/计数器都有4种工作方式，他们由M1M0设定，对应关系如表3.3所示。表3.3 定时器/计数器的4

60、种工作方式M1M0工作方式00方式0，为13位定时器/计数器01方式1，为16位定时器/计数器10方式2，8位初值自动重装的8位定时器/计数器11方式3，仅适用于T1，分成两个8位计时器，T1停止计数3.2.3 定时器/计数器控制寄存器TCON在单片机中，用于控制定时器的启、停、标志定时器溢出和中断情况是定时器/计时器控制寄存器TCON，字节地址为88H,位地址（由低位到高位）分别是88H8FH，其各位定义如表3.4。表3.4 定时器/计数器控制寄存器TCON位序号D7D6D5D4D3D2D1D0位符号TF1TR1TF0TR0IE1IF0IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH8