《基于单片机的家用万能遥控器设计5800字（论文）》

基于单片机的家用万能遥控器设计摘 要本设计是以STC89C52单片机为核心来设计的一款学习型万能遥控器，可以对常用红外遥控方射的红外线进行捕捉、学习以及再现等功能，从而达到我们设计的初衷。这一款万能遥控器，主要是由单片机为核心，红外发射与接收、状态显示以及操作按键组成。处于学习功能的状态时，我们将捕捉到红外信号，按下按键，利用我们的红外接收器，将数据传输到单片机上面存储起来，以便使用；处于控制功能的状态时，我们按下对应的按键后，单片机收到信号后，将对存储的数据转换成红外信号，通过红外发射器发射出去，达到控制对应器件的目的。本设计介绍了此万能遥控器的基本设计思路，系统方案以及对应的硬件的基本用法，并附带有电路设计。关键字：单片机；红外线；万能遥控器；学习型目录1课题研究概况 11.1研究背景及意义 11.2预期目标 11.3面对的问题 12系统的总体设计及硬件设计 22.1系统的总体构成 22.2单片机模块的设计 52.3电源模块的设计 52.4显示模块的设计 62.5时钟晶振模块的设计 72.6复位模块的设计 82.7按键模块的设计 112.8红外发射模块的设计 112.9红外接收模块的设计 113系统的软件设计 123.1主程序的设计 123.2子程序的设计 134硬件调试 174.1硬件调试 175结语 20参考文献 211绪论研究背景及意义对于现在物质生活逐渐饱满的社会，各种家电的拥有率也日益见长。各种各样的遥控器也多了起来，所以把各种家电集中到一个遥控器上，就变得有必要，也就是用一个遥控器控制不同的家用电器，本设计的遥控器是一个红外发送和一个红外接收的装置，能够满足大部分的遥控器红外信号，还可以将接收到的红外信号进行学习，信号再现即发送出去的设计。如家里的空调，电视和机顶盒等等。它可以让我们的生活变得更加简单起来，不再有到处找遥控器的烦恼，更加享受生活。其次这是对我们大学所学知识的运用，把理论知识实践起来，把我们的知识给串接起来；是对自己的一次考验。预期目标设计一款基于STC89C52单片机控制的红外线学习万能遥控器，具有以下功能：1、适用于红外线遥控型家用电器2、可遥控多台家用电器3、具有一个学习/控制复用键4、可通过一个设备选择键和各个功能控制键实现对多台设备的常用功能的学习和控制5、制造成本低，抗干扰的能力强面对的问题本设计是通过按键来完成基本功能的，而且按键数量较多；我们要对按键的设计是比较复杂的，要通过单片机的外部中断完成按键的功能，还有就是复位电路的设计也是难点；硬件部分，对于红外的发射和接收模块都是比较陌生的；我们要对其要有一定的认识才能操控。2系统的总体设计及选型2.1系统的总体构成 该系统是为了一个遥控控制多个电器而设计的，如图2.1所示。本设计有两种状态，当处于学习状态时，它可以对其他红外线进行学习与解析，并将它储存在单片机中，并且对应相应的按键。当处于控制状态时，按下按键，就会把储存在单片机中的红外信号通过红外发射器发射出去，达到控制的目的。图2.1系统总体设计框图2.2单片机模块的设计STC89C52单片机如图2.2所示，其中单片机的P2.7，P2.6，P2.5与LCD1602液晶显示器连接，分别控制数据/命令选择，读/写选择，使能信号。P2.4引脚与红外发射器相连接。其中外部中断一引脚P3.3与红外接收模块相连接。RST引脚与复位模块连接，接收到高电平时，可以实现系统的复位。VSS接地，VCC接电源模块。P0.0~P0.7共8个引脚与LCD1602液晶显示器的D0~D7口连接。P1.0~P1.7连接的是按键矩阵。整个系统采用5V电源供电，保证整个功能正常使用。图2.2STC89C52单片机引脚图2.3电源模块的设计 STC89C52单片机的工作电压为5V，在本次设计中，采用一个电源座由DC电源接口供电，电源座一共三个引脚，其中2号引脚和2号引脚接GND，1号引脚接VCC（如图2.3所示）。图3.2电源电路原理图2.4显示模块的设计 本设计中我们显示电路使用的是字符型LCD1602这个电子器件来显示的，在显示数据时，对要显示的区域通过电压控制，即可显示出数据，如图2.4所示。图3.3显示模块接线图在本设计中LCD1602显示的是当前处于的状态以及红外的文本格式。对与LCD1602这个元件，通过它的名子就可以看出其大致的功能，是一个可以显示两行数据，一行16个字符的元件，字符型LCD1602一般是有14条引脚或者16条引脚，它的液晶是基于HD44780液晶芯片的，16引脚个引脚功能，其中1、2、3、15、16号引脚是电源相关的；4、5、6号引脚是对指令做出操作；7、8、9、10、11、12、13、14号引脚是数据总线；在HD44780芯片内，内置了三个寄存器；DDRAM是用来显示数据RAM，显示我们设计中目前所处在的状态以及红外的编码；我们要显示出数据就需要字符的模板，把它们进行组合达到我们想要的结果，内置的是CGROM和CGRAM，其中CGROM是存放了192个常用的字符，CGRAM是可以存放用户自定义8个字符的；引脚连接方面，RS数据引脚连接单片机的P2.5引脚，RW读写引脚连接P2.6引脚，E使能引脚连接P2.7引脚。 LCD1602液晶显示器采用标准的16脚接口，其中各接口的功能如下表2.1所示：引脚号引脚名电平输入/输出引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极（+5V）3VL液晶显示偏压信号4RS0/1输入数据/命令选择端，0：输入指令，1：输入数据5R/W0/1输入读/写选择端，0：向LCD写入指令或数据，1：从LCD读取信息6EN1→0输入使能信号，1时读取信息，1→0执行指令7D00/1输入/输出数据总线8D10/1输入/输出数据总线9D20/1输入/输出数据总线10D30/1输入/输出数据总线11D40/1输入/输出数据总线12D50/1输入/输出数据总线13D60/1输入/输出数据总线14D70/1输入/输出数据总线15BLA+VCCLCD背光电源正极16BLK接地LCD背光电源负极表2.1LCD1602显示器的16引脚功能表2.5时钟晶振模块的设计单片机工作的过程中，各指令的操作在时间上有严格的次序，这种操作的时间次序称作时序，单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部各种操作提供时间基准。时钟晶振电路是由一个晶体振荡器、两个瓷片电容构成。为了电路的稳定性起见，在晶振的两引脚处接入两个10pF~50pF的瓷片电容。本系统选择标准的22pF瓷片电容，晶振选择的是11.0592MHz晶振。电路与STC89C52单片机的X1和X2引脚相连。其电路如图3.5所示。图3.5时钟晶振电路原理图2.6复位模块的设计在单片机开始工作的时候，单片机必须处于一种确定的状态。端口线电平的不稳定以及输入输出状态不确定，都有可能导致外围设备误动作，甚至导致严重事故的发生。因此，任何单片机在开始工作之前，都必须进行一次复位过程。或者单片机系统在运行中由于程序问题中断的时候，按下复位按钮，内部的程序就会自动从头开始执行。本系统中采用的是上电复位与按键复位。在接通电源时，单片机RST端得到一个正脉冲信号，持续两个机械周期，从而达到复位的效果。一般利用电容电压不能突变的原理，把电阻与电容串联。复位电路原理如图2.6所示。（1）上电复位在上电之前，RST端为0电位。接电后，电容没有充电，两端的电压为零，此时RST端变为5V，持续两个机械周期后，单片机系统被复位。这时，电容器开始不断充电，直到电源两端电压和电容两端电压相等，RST端变为低电位，电路进入正常工作状态。（2）按键复位复位按键的作用是在程序运行中出现错误时，可以使用复位按键来手动复位。当复位按键按下后，开关导通，电容被短路，RST端变成了高电平，单片机系统被复位。松开按键后，RST端变成低电平，电路进入正常工作状态。图2.6复位电路原理图2.7按键模块的设计 本设计中我们对按键的依赖性比较高，因为我们在切换模式以及发射或者学习红外线的时候是需要大量按键的，在我们这个系统中，我们采用的是矩阵按键；矩阵按键又称为行列键盘，它一般采用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成的键盘，其键盘布局如图2.7所示图2.7.1矩阵键盘布局图图2.7.2矩阵键盘内部电路图在实际电路中，我们没有按下按键的时候，以图2.7.2为例，P1.4~P1.7与P1.0~P1.3之间是处于开路的。当我们按下按键的时候，按键所连接行线与列线之间短路。判断是否有按键按下及其具体按键，我们分为两步完成，第一步，首先把列线全部置于输入模式，然后从行线输出低电平，再读列线的数据，若有一列线为低电平的话，则该列线上有按键按下；第二步，行线轮流输出低电平，再从列线上读入数据，若读到有一列为低电平，则该对应此时行线有按键按下。通过这两步，我们就可以确定具体是哪个按键按下。2.8红外发射模块的设计 在发射模块，本设计采用的是红外发射管来完成，其跟发光二极管很相似，如图2.8所示，而且控制方式也比较相似，在本设计中，使用的单片机来控制发射管，接在单片机的P2.4引脚。我们一般使用三极管来驱动，其中PNP和NPN都可以，我们采用的是PNP三极管，其中PNP三极管的基极是串联一个电阻接在单片机的GPIO口，而发射管通过电阻接在PNP三极管的发射极上；当单片机的GPIO输出为高电平的时候，PNP三极管处于截止状态，红外发射管不工作；当GPIO输出低电平时PNP三极管导通红外发射管工作，发出红外线。图2.8红外发射器2.9红外接收模块的设计在接收这一模块，本设计中采用的是一体化红外接收器HX1838，其原理图如2.9.2所示，在使用的时候只需要把它接入到电路中就可以了，其中1号引脚接单片机的P3.3，2号引脚接地，3号接电源；本设计中红外遥控协议采用的是NEC编码规则，NEC协议载波的频率是38Khz，其中NEC编码的一帧由引导码、地址码及数据码组成，其中把地址码和数据码取了反码，是为保证数据的准确性。其编码格式如下图2.9.2所示图2.9.11838红外接收器图2.9.2红外编码格式结合图来看，引导码是由9ms的载波和4.5ms的空闲组成；后面就是数据码了，其中”0”是由560us的高电平+560us的低电平组成，“1”是由560us的高电平和1.68ms的低电平组成；通过这个协议，当遥控器发出信号时，红外接收器通过接收和解析红外信号，再转成指定指令，达到控制的目的。3系统的软件设计本系统采用的是C语言编写各主程序和子程序，从而实现系统功能。软件编写的主体思路是将系统按功能模块化划分，然后根据模块要实现的功能写各个子程序。该系统软件程序编写内容包括主程序、红外发射子程序、红外接收子程序、LCD显示子程序、按键子程序等部分。3.1主程序的设计主程序实现的功能：与硬件相结合，实现遥控系统的各个功能。主要是检测与显示，数据存储，功能子函数的调用。其流程如图3.1所示。是是开始初始化扫描按键？信号发射否图3.1主程序流程图 先接通电源，启动单片机和显示器，同时对单片机内部进行初始化，紧接着初始化显示器，初始化完毕后，系统处于扫描按键的过程中，等待按键按下后再处理数据。3.2子程序的设计3.2.1LCD显示子程序 显示模块在本系统中主要功能是数字和字母显示。显示模块在工作的时候，首先会进行初始化。在显示器显示数据的时候，要先确定是显示的位置，当定位坐标完成后，即可显示相应的内容，在显示字符串时，只需定位最开始的位置，后面的会自动跳转到下一个位置进行显示，不需要每个都定位。当接收到显示信号后，开始定位行列坐标，每显示一个字符，系统都会判断是否已经显示完，如果没有显示完，则继续下一轮循环，直到显示完所有的字符。LCD显示子程序流程如图3.2所示。图3.2LCD显示子程序流程图3.2.2按键子程序图3.3按键子程序流程图在按键子程序中加入了1000ms的延时，来用作防抖动处理。当按键被按下后，调用延时函数。延时结束后，判断按键状态是否仍处于被按下的状态，若是，则根据按键执行相应的功能，若不是，则结束按键子程序。按键子程序流程如图3.3所示。3.2.3红外发射子程序 红外发射模块中，我们使用的是红外发射管，发射红外数据的时候，根据NEC协议，我们依次发送编码。本设计中红外发射管接在单片机的P2.4引脚，所以我们通过控制P2.4的高低电平来控制红外发射管工作。流程如图3.4所示。图3.4红外发射流程图3.2.4红外接收子程序 红外接收模块，我们采用的是红外接收器HX1838。我们采用中断的方式来检测是否有红外信号；在处于学习模式的时候，按下按键单片机就会把当前红外信号解析并记录起来。达到学习的目的。在接收红外信号的时候，我们先检测引导码是否正确，正确的话，再对后面的编码进行解码和记录。其接收流程如图3.5所示。图3.5红外接收流程图4硬件调试4.2硬件调试 首先是对各部件之间进行焊接，在焊接过程中要注意焊接是否完整，是否有漏焊、虚焊等情况。在焊接过程中，我们也应该优先焊接较小的元件，以及避免对电子元件长时间接触，造成损坏。焊接完成之后，将程序通过keil软件烧录到板子中，然后进行实物的调试，其实物图如图4.1所示图4.1实物图 我们在对其进行上电调试,首先对按键进行测试，是否能够进行模式之间的转换。再就是对功能的检测，使用一个备用遥控器对其发射红外信号，看是否可以捕捉并学习。5结语这次的设计是对以前学习的内容进行一个系统性的使用，之前学的时候，对很多东西设计的地方不是很懂，又觉得有些知识太过于简陋，没什么意思；但是通过这个设计之后，对于以前学的有了全新的认识，就拿我这个万能遥控器来讲，在我接触这个题目之前，我觉得万能遥控是个高大上的东西，他是怎么控制器件的；在我了解了它的原理的时候，才发现它就是我们学习过的单片机控制的，再加上几个其他模块就可以达到家用的目的；在我设计中，我划分了红外发射、红外接收、按键控制以及显示模块；确定好整个系统后，利用仿真软件画出原理图，修改好之后就进行了焊接，再进行程序的设计，进行调试和运行。对设计刚上手时，对单片机的认识仅仅停留在课本上，只知道有多少个引脚，各个引脚的大致功能，到底有什么的具体的用处；随着对设计一点点的深入，这些问题也都不攻自破。在就是对自己亲自动手的能力也提升了不少，只是对以后工作的一个基本能力的提升；