红外遥控发射与接收系统设计

红外遥控发射与接收系统设计摘要:9012型红外遥控器被广泛用在家用电器和仪器仪表中，在了解了其发射的编码脉冲信号波形后，设计了基于单片机AT89C51的红外遥控器解码器，对解码器硬件和相应软件进行分析并给出程序流程图，并且设计利用专用的CX20106红外接收集成电路接收红外信号。将红外遥控器用在生产即时显示系统中，作为参数设置和系统控制用红外遥控器，既操作灵活方便，又能提高系统抗干扰能力，在实际中收到了良好的效果。关键词：红外遥控器、单片机、解码器、专用接收电路、38kHz中图分类号：TP368.2TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"―、系统方案设计1\o"CurrentDocument"二、集成电路2\o"CurrentDocument"1、红外遥控发射电路2\o"CurrentDocument"2、红外遥控接收电路3\o"CurrentDocument"三、电路设计4\o"CurrentDocument"1、红外编码发射电路设计41.1、元器件选择41.2、集成芯片资料4\o"CurrentDocument"1.3、单元电路设计52、红外接收解码电路设计62.1、元器件选择62.2、集成芯片资料7\o"CurrentDocument"2.3、单元电路设计11\o"CurrentDocument"四、计算机仿真14\o"CurrentDocument"五、系统测试14\o"CurrentDocument"六、结论14\o"CurrentDocument"6.1、总结14\o"CurrentDocument"6.2、心得体会14\o"CurrentDocument"6.3、参考文献15\o"CurrentDocument"七、附录15

随着远程教育系统的不断发展和日趋完善，利用多媒体作为教学手段在各学校都得到了广泛应用。近年来，在多媒体教学系统的开发和研制中，经常遇到红外遥控设备，如：数字投影机、DVD、VCD、录像机、电视机等，红外线摇控是目前使用最广泛的一种通信和摇控手段。由于红外线摇控具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机、音响设备、空调机，以及玩具等到其他小型电器装置上也纷纷采用红外线摇控。在工业设备中，在高压、辐射、有气体、粉尘等环境下，采用红外线摇控不但安全可靠而且能有效地隔离电气干扰。在人们懂得了用电的开始，机械动作式的开关就开始与人类相伴，到了科技相当发达的当今时代，传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体，凭借其较为简单的结构、低廉的售价和方便的安装使用方法，牢固地占领着市场。然而，现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化，已使传统的开关感受到产品更新换代的威胁。于是遥控电路便顺理成章的应运而生了。遥控其实就是远距离操纵的意思。它的总体电路流程图如图1所示。按键编码电路三

虹外发射电路红外接收电路解码电路驱动电路控制对象图1按键编码电路三

虹外发射电路红外接收电路解码电路驱动电路控制对象―、系统方案设计方案_一般通常采用专用编码译码配对芯片，组成红外发射和接收电路，完成对设备或电路的远程控制。例如用MC145026/MC145027作为编、译码芯片，它们使用于电压范围宽，功耗低，功能强，宜于采用红外、超声、光纤、射频、电力线载波等各种传输方式的接口，用于各种控制。如图2所示为按此方法进行红外遥控的一般工作过程。按键^MC140502(编码电路红外发射n红外接收—MC145027解码电路'驱动控制电路对象图2红外遥控专用芯片系统工作原理示意图使用专用的配对编、解码芯片来组成红外发射电路和红外接收电路，在控制路数较少时矛盾并不突出。但是当控制路数较多时，其接口的设计和实现就显得比较繁琐;此外因为编、解码芯片通常是专用配对使用的，即某种解码芯片只能识别某种编码芯片的编码，对其他型号的编码芯片的编码则不能识别。因此，不同的编、解码芯片几乎没有互换性。故在本设计中不采用此方案。方案二采用Atmel公司AT89C51单片机作为解码器硬件核心，采用TC9012F芯片为核心构成红外遥控信号的发射器电路，红外遥控接收电路采用日本索尼公司的CX20106红外专用接收集成电路。如图3所示。专用CX20106接收电路AT89C51单片机解码电路专用CX20106接收电路AT89C51单片机解码电路TC9012F是一种通用型红外遥控信号发送用CMOS大规模集成电路，适用于电视(TV),磁带录像机(VTR)，激光唱机等设备的遥控操作。市场上，以TC9012F为核心的9012型红外遥控器被广泛使用且价格便宜。将设计的基于单片机AT89C51的9012型红外遥控解码器应用于生产即时显示系统中，作为参数设置和系统控制用红外遥控器，在实际应用中收到了良好效果。利用单片机直接对红外遥控信号进行解码的方案,一方面，简化了单片机系统的输入接口电路，只使用了P3口的一根位线，因而节省了硬件的开销；另一方面，由于采用软件解码,只要知道编码的格式，就可作相应的处理，很大程度上改善了编码器和解码器的互换性，在使用和设计上增加了更大的灵活性。此外，由于充分利用了单片机的内部资源，使整个应用系统结构更为紧凑，从而降低了系统的设计和实施的成本。故在此设计中采用此类基于单片机解码的红外遥控收发系统。二、集成电路1、红外遥控发射电路如图4所示为由TC9012F芯片为核心构成的红外遥控发射电路。

11LAMKO7CK1139M5SVD4C9':「100pKOj6CKo1514'*■KO'5TS16VDDKO3REOKO2KI35431?30KOIKOpKI1TC9012FSEB0311LAMKO7CK1139M5SVD4C9':「100pKOj6CKo1514'*■KO'5TS16VDDKO3REOKO2KI35431?30KOIKOpKI1TC9012FSEB032、红外遥控接收电路如图5所示为由CX20106芯片为接收部分和AT89C51单片机为解码器组成的红外遥控接收电路。mi"1—I————rr—rTrTn.一ffi一一」ffi■-131514—P1U—P11—P12—P13—P14—P15—P16—P17nmnmmi"1—I————rr—rTrTn.一ffi一一」ffi■-131514—P1U—P11—P12—P13—P14—P15—P16—P17nmnmTlm法X1K2RESETPLHJP01P02P03P04P05P06P07P20P21poo加冗51p23P24P25P26P27RKDTKDALE3!35343-23-32427xxxxxxIL二二一二

------------I三、电路设计1、红外编码发射电路设计1.1、元器件选择红外编码发射电路由键盘，TC9012F微控制器，红外发射管SE303,NPN管，3V直流电源，晶体整荡器等其他相关电阻电容构成。1.2、集成芯片资料1.2.1、TC9012F芯片1）、TC9012F芯片引脚图，如图6所示。[6ES厦匠TC9012FKIoKI1KiaKI3REO[IVddTSCKoCK1Vss2DSCSHKOo恩K01EKO23KO3SKO413KO5□KO[6ES厦匠TC9012F图6TC9012F芯片引脚图2）、内部结构，如图7所示19161?1615141312111.3、单元电路设计1.3.1、TC9012F编码发射电路TC9012F为4位专用微控制器,其内部振荡电路的振荡频率fosc典型值为455kHz。当不按下操作键时,其内部455kHz的时钟振荡器停止工作，以减少电池消耗。内部分频电路将振荡频率fosc进行12分频后，变成频率fc=38kHz,占空比为1/3的脉冲载波信号。红外遥控信号发送器电路由集成电路TC9012F、键盘矩阵电路、驱动器和红外发光二极管SE303组成，如图8所示，遥控信号为38kHz的脉冲载波被遥控编码脉冲调制的已调波，如图9所示。1-2!■-»11314成1丘1718成禳盘输ALAMVssK07CK11-2!■-»11314成1丘1718成禳盘输ALAMVssK07CK1K06CKoK05TSK04VDDK03RE-0K02KI3K01翊KOoKI1W&癖O29&如组成的发射器电路3164/rP连甄发送的编凹林冲波姒1嵌S或乏遥控编殆豚冲波形遥控编码脉冲由引导码、用户码、功能码和功能码的相反码组成,用户码是同一组码发送两次，如图10所示。用户码为8位，所以整个脉冲码为32位。引导码作为接收数据的准备脉冲，他由8TCP(415ms)的高电平和8TCP(415ms)的低电平组成。用户码和功能码采用脉冲位置调制(PPM)方式编码，根据脉冲之间的时间间隔来区分码值的“0”或“1”。对应于二进制数字信号的“0”或“1”，脉冲时间间隔分别为2TCP(11125ms)和4TCP(2125ms），而每一脉冲的宽度仍不变，均为TCP（015626ms）。由于用户码发送两次，功能码与图10遥控编码脉冲本遥控器采用第一次发送的遥控信号的编码脉冲（图11所示）和第二、第三次连续发送的遥控信号的编码脉冲（图12所示）不同的工作方式。这样，当按键一直按着的时候,从第二次连续发送开始，只发送引导码和用户码第一位SO的相反码SO，因此可减少接收处理时间和红外发光二极管功耗,遥控编码脉冲经脉冲载波调制后由TC9021F的第⑤脚输出，再经激励器驱动红外发光二极管,发送出波长为940nm的脉冲红外光。假设用户码为十六进制的76H，则第一次发送的遥控信号的编码脉冲如图11所示。|0|I|1|0|1|I|I|I|0|_jIrm__rL_TL^_rL_rL_TLTLrI—we侦（9ms）图11第一次发送的遥控信号的编码脉冲图12第二以后连续发送的遥控信号的编码脉冲由图10和图11可以看出,遥控编码脉冲波形的输出时间为192TCP或224TCP,a为用户码（8位）的输出时间。当a326TCP时,遥控编码脉冲波形输出时间为224TCP。另外,对于连续发送的编码脉冲中用户码第一位的相反码的脉冲间隔时间，当SO=“1”时，则SO=“0”,该时间为2TCP，当SO=“0”时，则SO="1”,该时间为4TCP。2、红外接收解码电路设计2.1、元器件选择

红外接收解码电路由CX20106专用接收芯片，AT89C51单片机，CD4049反相器，红外接收管PH302和其他相关电阻电容组成。2.2、集成芯片资料2.2.1、CX20106芯片1）、内部组成和外形引脚图CX20106内部包括前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波电路、积分电路、比较整形电路和自动亮度电平控制电路等，它的内部组成框图如图13所示峰值滤波祯公E转整形输出图13CX20106峰值滤波祯公E转整形输出图13CX20106内部组成框图CX20106的外形和引脚排列如图14所示，为单列直插式8脚塑封结构1…一'CX20J06_1337811L14C^0106J形引脚图1I2）、CX20106集成电路的电性能参数CX20106①脚外加典型电压VDD（5V）时，其各引脚的静态电压如表1所示表1CX20106各引脚静态电压CX20106引脚12345678电压（V）2.52.51.50（V『1.41.05.05.0（Vdd）CX20106的电性能参数如表2所示表2CX20106的主要电性能参数参数名称单位最小值典型值最大值工作电压V4.75.017电源电流mA1.11.82.8

滤波中心频率f0kHz304060电压增益dB747884功耗W0.6工作温度°C-20+702.2.2、AT89C51单片机1）、AT89C51引脚图，如图15所示2）、主要特性:与MCS-51兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；PDIPJVCC数据保留时间：10年；户1.”匚j14Q全静态工作：0Hz-24Hz；P1.1E睥HE虹硕^P1.?g日36JPD.14AD1)三级程序存储器锁定；pudAP1.4E5脱128*8位内部RAM；P1.5匚fl35Zl印.4(AD-1)32可编程I/O线；P切匚Z34Ri.rr833两个16位定时器/计数器；RE7匚g32JPn.7(UI7)[AXDO叫仲匚to31JEA/Vpp6个中断源；(BCCb味匚ti眈JAL&PROB^INTD)P3.2Ef?29JPSEN可编程串行UART通道；flHTI)P3JEJP2.7供通低功耗的闲置和掉电模式；唧爨匚打jlP2jftW4jW*P3.&EIS26JP2.5的13,片内振荡器和时钟电路。西P3港匚坪3P2.4W2)(RD)P3.7EIT24ZIPSWM3）、管脚说明：EJ图11AT89C51引J脚图HP2立明KTAI1E龄32VCC：供电电压。GND：接地。13ND匚2ftgjO网P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1□:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的是它的第二功能，如下表3所示：表3P3口其他重要功能端口引脚第二功能P3.0FIXD（串行输入口）P3.1〈串行输出口）P3.2INW（外中断P33InTT〔外中断1）P3.4TO〔定时/计数器PS.5T1〔定时/计数器1）P3-6WR〔外部数据存储器写选通）”7而（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。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。4）、振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。5）、芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。6）、编程方法编程前，需按表6和图6所示设置好地址、数据及控制信号，编程单元的地址在P1口和P2口的P2.0—P2.3（11位地址范围位000H-0FFFH），数据从P0口输入，引脚P2.6、P2.7和P3.6、P3.7的电平设置见表6，PSEN为低电平，RST保持高电平，函/Vpp引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电压，ALE/PROG引脚输入编程脉冲（负脉冲）。编程时，可采用4—20MHz的时钟振荡器，AT89C51编程方法如下：1、在地址线上加上要编程单元的地址信号。2、在数据线上加上要写入的数据字节。3、激活相应的控制信号。4、在高压编程方式时，将EA/Vp端加上+12V编程电压。5、每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG编程脉冲。改变编程单元的地址和写入的数据，重复1—5步骤，直到全部文件编程结束。每个字节写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms。2.3、单元电路设计2.3.1、CX20106红外接收电路及工作过程由⑦脚输出下跳变指令信号。平时，即VD1没有检测到红外光信号时，CX20106的输出端⑦脚呈高电位（接近+5V）；在VD1接收到红外光指令信号后，⑦脚的输出才转为低电平（约0.2V）。当然，如果收到的是红外光脉冲编码信号，则⑦脚输出的就是脉冲编码信号。CX20106输出的信号经反相器IC2A放大、倒相后，经由VD2、VD3和C6组成的整流器电路整流、滤波后加至IC2B，经倒相、整形后输出、信号经vd2、vd3和C6组成的整流滤波后，可消除杂散的电磁干扰或瞬间接收到的红外干扰信号。2.3.2、AT89C51单片机解码器设计1）、解码器硬件设计解码器硬件以AT89C51单片机为核心，如图17所示，图中只给出接收红外遥控信号的部分电路。红外遥控信号经过红外接收模块接收后，解调为遥控信号的编码脉冲由输出端A

输出，其波形如图11和图12所示，此信号是在红外接收模块中经过反相器CD4069输出后输入到AT89C51的外部中断INT0输入端。单片机通过运行程序对红外遥控器TC9021所发出的编码脉冲进行接收和译码。012345674XJx1A1A1ha1APPPPPPPP『30P红外接收012345674XJx1A1A1ha1APPPPPPPP『30P红外接收模块EA/VPX1X2RESET3837363S343332212223242S262728101130390123456700000000PPPPPPPP0123456722222222PPPPPPPPdd-pmXx/ERTESLpA2）、单片机程序设计单片机程序主要解决的问题就是如何对接收到的9021型红外遥控器所发射的信号进行解码，编码脉冲信号是由引导码、用户码、和功能码等部分组成，我们只对获取其功能码过程进行分析。在单片机设置中，将单片机AT89C51内部定时器/计数器T0设为定时方式1,定时时间为1ms;设外部中断INT0为下降沿中断触发方式，由于在接收时将编码脉冲信号进行反相，因此，每当INT0外管脚信号下降沿到来时，外部中断INT0发生中断，启动定时器T0,定时器每次中断定时时间为1ms并累加到定时计数器中，在下一次外部中断INT0发生中断时读取定时计数器中的时间，通过对两个脉冲之间的定时时间的分析来对遥控器功能码进行解码。图18、图19和图20分别给出解码器主程序、定时器T0中断程序和外部中断INT0中断程序的流程图。图18主程序流程图•楠ill,图19定时器T0中断程序流程图图20四、计算机仿真略五、系统测试略六、结论6.1、总结利用单片机直接对红外遥控信号进行解码的方案，一方面，简化了单片机系统的输入接口电路，只使用了P3口的一根位线，因而节省了硬件的开销;另一方面，由于采用软件解码，只要知道编码的格式，就可作相应的处理，很大程度上改善了编码器和解码器的互换性，在使用和设计上增加了更大的灵活性。此外，由于充分利用了单片机的内部资源，使整个应用系统结构更为紧凑，从而降低了系统的设计和实施的成本。生产即时显示系统面向生产现场，对生产效率进行量化管理,目前在发达国家和国内一些外资企业已经得到广泛的应用。他通过即时显示生产中的定额任务量、生产目标以及当前时刻实际完成的生产数量，可以使生产情况一目了然，提高了生产效率。此显示系统一般都安放在生产线上方,工作人员需要经常对显示系统进行操作，设定和修改数据,用红外遥控器对生产即时显示系统进行不接触。6.2、心得体会为期两周的电子课程设计结束了，这次设计是我第一次独立地完成的一次设计任务。在设计中我运用自己所学的电路知识和其他网上、图书馆的资料进行设计。在设