单片机空调遥控器设计计划书

1 单片机空调遥控器设计计划书 1 绪论 随着社会经济的发展，空调器已经成为现代家庭中不可缺少的家电设备，因此空调遥控器也就成为日常生活中常用的遥控设备之一。目前，红外遥控一直是遥控器设计采用的主要方式之一，它具有体积小，重量轻，简单易用等特点，完全可以满足用户需要。 本文的空调遥控器设计，采用的是中颖电子公司生产的 款单片机具有 8 位 I/O 输出口，可以作为键盘扫描电路的端口；系统的 其进行编程则可以产生红外发射常用的 38K 载波，满足红外发射的需要；该款单片机 还自带 出端口，可以对 行有效驱动，无需外加辅助电路；系统提供的双晶振结构可以对系统时钟进行切换，从而实现空调遥控器的节能设计。空调遥控器的显示界面采用由用户定义笔画的定制 盘采用 3 4矩阵键盘，不仅可以满足用户需求，而且能够很好的与单片机进行协调工作。因此，这款单片机和选择的外围设备能够很好的满足空调遥控器的设计要求。 本文从第二章开始介绍了空调遥控器的设计过程。第二章对空调遥控器的技术要求进行了说明，技术参数是用户的要求，也是设计者进行设计的依据，只有认真研究技术参数才能设计出满足 用户要求的产品。第三章对空调遥控器的硬件设计进行了详细的论述，对每一部分首先从一般原理上进行了研究，然后根据设计要求提出了设计方案。第四章对空调遥控器的软件设计进行了必要的说明，给出了详细的软件流程图并对关键部分进行了阐述。第五章描述了系统仿真和调试过程。 2 2 空调遥控器设计技术要求 本章主要阐述了空调遥控器的设计任务，包括要求完成的功能，系统不同工作模式的说明，系统要求的编码规范和发射波形规范等，这就为空调遥控器的总体设计做出规定，为设计工作提出了基本要求。 能要求 空调遥控 器是以单片机为核心，由键盘接收用户命令，通过发射编码对空调进行操作并用 当前状态进行显示，无操作状态下系统进入低功耗模式。功能有： 1. 自动、制冷、制热、抽湿模式设定 2. 十二小时预约开机或关机功能 3. 温度设定范围： 17. 低、中、高、自动四档风速设定 键字说明 接通电源，遥控器进入的状态称为复位状态。进入复位状态后，液晶显示屏全部笔画点亮两秒钟，然后关闭全部笔画，显示默认设置状态。遥控器的默认设置状态如下： 功能选择“模式” 动 模式区显示自动图标 温度选择“温度” 4 温度区显示“ 24”字样 风速选择“风速” 动 风速区显示自动图标 风向选择“风向” 动 风向区显示自动图标 液晶显示器不显示任何信息。 位后，无定时开机或关机信息。若调整定时开、关时间，则第一次显 3 示时，定时开、关时间均为 时。 开机状态下，运行模式、风速、设定温度、定时开 /关等信息在液晶相应区域显示，并可调整。每次有效的按键操作，均有相应的信息编码以红 外形式发射。 发射指示图标是用来表示正在发射信号的符号。当有信号发射时，发射指示点亮时间与实际发码时间相等。 当无按键输入五秒以后， 系统进入省电模式，减少遥控器功耗。 当芯片处于省电模式中，如果有按键输入，芯片将退出省电模式，进入正常运行。 定时开：按“定时开”，进入定时开调整。 时开”符号，并且初次显示为 定时关：按“定时关”进入定时关调整。 时关”符号，并且初次显示为 在定时调整期间内，如果连续五秒没有键按下，则退出定时设置模式，定时显示熄灭，遥控器处于进入此次定时设置前的状态。 码规范 每次发码奖包含所有信息的编码发出。 L,A,A,B,B,C,C ,D,D ,E,E 为引导码， A=11110000=,A 为 B 为 C 为 ， C， D， E 代表的含义： 表 2,C 编码含义 ,C 4 B C 6 4 7 3 /关机 模式 温度 风速 见表 2表 2表 2表 2 2,E 编码含义 ,E E 6 4 7 3 时开小时 定时开分钟 定时关小时 定时关分钟 见表 2表 2表 2表 2 2 /关机编码 /关机 机 0 0 0 0 关 机 1 1 1 1 表 2式编码 式 动 1 0 0 0 制 热 0 0 0 1 抽 湿 0 0 1 0 制 冷 0 1 0 0 表 2度编码 度 7C 0 0 0 0 18C 0 0 0 1 5 19C 0 0 1 0 20C 0 0 1 1 21C 0 1 0 0 22C 0 1 0 1 23C 0 1 1 0 24C 0 1 1 1 25C 1 0 0 0 26C 1 0 0 1 27C 1 0 1 0 28C 1 0 1 1 29C 1 1 0 0 30C 1 1 0 1 31C 1 1 1 0 32C 1 1 1 1 表 2速编码 速 动 1 0 0 0 低 风 0 0 0 1 中 风 0 0 1 0 高 风 0 1 0 0 表 2时时间小时编码 时 7 6 5 4 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 6 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 无定 时信息 1 1 1 1 表 2时时间分钟编码 钟 3 2 1 0 30分钟 1 1 1 1 0分钟 0 0 0 0 形规范 在红外发射中只有发码和不发码两种状态，于是我们用这两种状态的不同长短组合作为特定意义的编码，实现红外发射。各种编码定义如下： L S 7 0” 1” 设计任务书是由提出设计要求的部门提供的，其中对设计工作的基本要求做了规范，设计人员应该以此为基础，并在此基础上提出自己的设计方案完成要求。 8 3 空调遥控器硬件设计 本章主要阐述了空调遥控器硬件设计，包括单片机的选型、红外发射电路设计、 盘扫描电路设计和系统双时钟设计，详细阐述了各部分的基本原理和设计过程。 空调遥控器硬件设计框图如图 3 s 片机选型 空调遥控器使用的单片机应该满足 盘扫描，红外发射和系统低功耗设计。中颖电子的 位单片机是精简指令集单片机，所有指令具有相同指令周期，具有速度快，功耗低，抗干扰能力强，结构简单易用，性价比高等特点。 其中的一款具有双晶振及液晶驱动功能的单片机 , 经过编程 8I/B 可作为键盘接口，因此完全满足空调遥控器设计。它的基本功能如下： 程序存储器 ( 4096 16 数据存储器 ( 512 4 输入输出口： 8个 单片机 盘扫描电路 红外发射电路 双时钟电路 图 3调遥控器硬件设计框图 9 液晶驱动： 30 8或 34 4 其中 中断源： 4个 定时器： 2个 8位 内置双通道可编程声音发生器 ( 高低频两组振荡器 另外，中颖电子亦可提供 样 , 对于小量试生产或交货周期短的空调遥控器可以采用 行生产，由于。因此如果生产稳定或遇到成本压力时即可顺利转为掩膜版的 图 3能框图 s 10 51 G 1522S E G 1423S E G 1324S E G 1225S E G 1126S E G 1027S E G 928S E G 829S E G 730S E G 631S E G 532S E G 420S E G 1652P A 153P A 054O S C X C X C C M 160C O M 261C O M 362C O M 463C O M 564C O M 6S H 6 6 1 3片机各引脚定义 脚 功能 频晶振 频晶振 4启动 源脚 源地脚 外输出脚 盘读入脚 盘输出脚 图 3脚图 11 外发射电路设计 外遥控基本原理 人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为 紫光的波长范围为 比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线，红外线遥控就是利用波长为 间的近红外线 来传送控制信号的。 常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外接收二极管一 般有圆形和方形两种。 红外遥控常用的载波频率为 38是由发射端所使用的 455振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取 12，所以455237.9 8也有一些遥控系统采用 364056般由发射端晶振的振荡频率来决定。 多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。当发射端按下某一按键时，相应地在接收端有不同的输出状态。接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。 “ 脉冲 ” 输出是当按发射端按键时， 接收端对应输出端输出一个 “ 有效脉冲 ” ，宽度一般在 100右。“ 电平 ” 输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出 “ 有效电平 ” ，发射端松开键时，接收端 “ 有效电平 ” 消失。此处的 “ 有效脉冲 ” 和 “ 有效电平 ” ，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则 “ 高 ” 为有效；如静态时为高，则 “ 低 ” 为有效。大多数情况下 “ 高 ” 为有效。 “ 自锁 ” 输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来为低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输 出形式为 “ 反相 ” 。 “ 互锁 ” 输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就 12 属此种情况，其它如调光、调速、音响的输入选择等。 “ 数据 ” 输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入 ， 这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。 本文介绍的空调遥控器设计就是采用这种编码。 遥控器所发送的功能指令码一般采用多位二进制串行码， 例如某彩色电视的红外遥控码，其编码规律为：头脉冲、系统码、资料码、资料反码和结束位。头脉冲用做一帧命 令的起始位；系统码用于区别不同类的电器；资料码用于完成命令功能； 资料反码是将资料码按位取反的码。每次进行发送都是先发送脉宽 4510期 2*4510头脉冲，然后连续发送两次系统码、接着发送资料码及资料反码、最后发送结束位，波形见 图 3 图 3控指令编码图 红外通讯数据采用脉冲编码，所谓脉冲编码，就是将每位数据信号用一个脉冲来表示。例 如 红外编码以脉宽 561期 4*561表“ 1”；以脉宽 561期 2*561表“ 0”。脉冲信号都调制在占空比为 1/3，频率为 38载波上再发送出去，调制后的信号“ 1”和“ 0”如图 3示。这样做有两点好处：第一，减少了有效的发射时间，有利于降低平均功耗，这对于采用干电池供电的发射器十分重要；第二，外部干扰信号多为缓变信号，有利于抗干扰。 13 图 3号 1 和 0 红外发射程序流程图如图 3 14 图 3序流程图 外发射电路 常用的红外发光二极管（如 ，其外形和发光二极管 似，发出红外光（近红外线约 m ）。管压降约 工作电流一般小于 20了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。 发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值电流 ，就能增加红外光的发射距离。提高峰值电流的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度。减小冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。要使 红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。红外发射电路如图 3 15 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 19- J 005 S he e t F i l e : C : D oc um e nt s a e t t i s e r 1 桌面 S B O Y E R 论文 M y D e s i r a w n B y :8050 10 1图 3外发射电路 动电路设计 本原理 有耗电低，驱动电压低，结构空间小而有效显示面积大、体 薄物轻等优点，在各类电子产品中得到广泛应用。 液晶显示器的结构如图 3 CD 上、下两层电极之间封入向列型液晶材料，液晶分子平行排列，上、下扭曲 90，在无外部电压状态下，外部入射光通过上偏振片后形成偏振光，该偏振光通过平行排列的液晶材料后备旋转 90，再通过与上偏振片垂直的下偏振片，被反射板反射回来，呈透明状态；当上、下电极加上一定的电压后，电极部分上偏振片 液晶材料 电极 上电极基板 下电极基板 封接剂 反射板 图 3晶显示器基本结构 16 的液晶分子转成垂直排列，失去旋光性，从上偏振片入射的偏振光不被旋转，光无法通过下偏振片返回，因而呈黑色。根据需要将电极做成各种文字、数字、图形，就可以获得各种状态显示。显示内容由引脚端和公共端共同决定，在应用时，只要给相应引脚端写入信号，即可显示， 部自带刷新电路，不必重复写入。本文的空调遥控器设计中采用的是由厂家定制的一款 面板和引脚定义如图 3表 3 C 图 3板图 3计中把 个公共端，30个 表中所示， 式”笔画 ,在程序中将其定义为 同定义了“风速”笔画，在程序中将起定义为 它可以以此类推。数码显示 -用作温度和定时时间的显示，分别由 定义。 表 3脚定义 CDs 时开 17 d d C : 动电路 0 8 或 34 4两种方式，这里定义$15，则采用的是 30 8，即： 8个公共端， 30个 里 24 动电路如图 3 18 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 14- J 005 S he e t F i l e : C : D oc um e nt s a e t t i s e r 1 桌面 S B O Y E R 论文 M y D e s i r a w n B y :L C D. 6614P B 0P B 1P B 2P B 3P A 0P A 2P A 3 C C C X C X S E . . 6614S E G C O CD 盘扫描电路设计 盘基本原理 键盘系统一般分为非编码式键盘和编码式键盘，这里只讨论非编码式键盘。 由若干个按键组成的键盘，其电路结构可分为独立键结构和矩阵键盘结构。 独立按键结构每个键单独占用一根 I/根 I/。 矩阵键盘结构按键排列为行列式矩阵结构，也称行 列式键盘结构。如 4行 4列共 16个键，只占用 8根 I/键数目较多时可节省 I/这种结构的软件较繁。本文的空调遥控器设计就是采用 3 4矩阵式键盘。 图 3动电路图 19 在无按键操作时，通常 在有按键操作时才根据闭合键执行相应的键处理任务。 键盘的工作方式可分为编程控制方式和中断控制方式。 用完成其他任务的空余时间，调用键盘扫描子程序。经程序查询，若无键操作，则返回；若有键操作，则进而判断是哪个键，并执行相应的键处理程序。这种方式为编程扫描方式。 有时在正常工作中，并不会经常进行键操作，因而编程控制方式使 提高 采用中断控制方式。只要有按键按下，便向 中断服务程序中进行键盘扫描、查键值与键处理等工作。 非编码键盘系统基本任务如下： 监测有无键按下； 判断是哪个键按下； 完成键处理任务。 为快速可靠的实现按处理任务，还应从电路或软件角度妥善解决如下问题。 消除键抖动影响 键触点的闭合或断开瞬间，由于机械触点的弹性作用，会产生短暂的抖动现象，其抖动时 间长短与其机械特性有关，一般约为 5动过程引起电平信号的波动，有可能令 引起误处理。 消除键抖动影响的颖键方法是每个键增加一个 种方法只适用于键数目较少的情况。若键数目较多，通常采用软件延时的方法：当监测到有键按下时，调用一个延时（一般 5程序，然后在此监测到该键电平仍为闭合状态，才确认该键已按下，并进行相应处理工作。这种消除键抖动影响的软件措施是切实可行的。 采取串键保护措施 串键是指同时有一个以上的键按下。串键会引起为机的错误相应。 通常用软件 提供串键保护。当判断是一个以上的键被按下，则返回重新进行监测。只有当监测到只有一个键被按下时，才去查键号、执行相应键处理工作。 为了防止误操作的不良影响，应从软件设计的角度着手设置保护。对于某些设定参数的键，如果参数存在上、下限值要求，可采取软件限幅措施。对于某些参数若存在非法数值，可由软件判断，必要时予以拒绝接收。 20 键盘扫描技术可分为行扫描法、线反转法、状态矩阵法，这里仅简单介绍下面将要用到的行扫描法。 行扫描法是在确认有键闭合之后，逐行（或逐列）置低电平，并读入列（或行）状态，如果出现 非全 1状态，那么 0状态的行、列交叉点就是被按下键。例如， 4行 4列键盘，首先只使第一行为“ 0”电平，其余各行为“ 1”电平，然后读入列状态，在进行键盘去抖动处理后再次读入列状态，比较两次读入结果，如果相同则可确认按下有效键，并到键盘状态表中查找与已经储存信息相吻合的键值，然后进入相应的键盘处理程序。 盘扫描电路 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 14- J 005 S he e t F i l e : C : D oc um e nt s a e t t i s e r 1 桌面 S B O Y E R 论文 M y D e s i r a w n B y :K 10K 11K 12 6614P B 0P B 1P B 2P B 3P A 0P A 2P A 3 C C C X C X S E . . ey 中用 成 3 4 矩阵键盘。其中们分别为：开机、关机、模式、温度、风速、温度 +、温度 -、定时开、定时关、小时、分钟，按下按键则进入相应操作，具体含义和操作步骤可以参看空调遥控器按键功能设计， 12在系统中没有定义，可以在以后修改设计增加功能时使用，在制作线路板时做出但不必做按键。 调遥控器按键功能设计 1 图 3盘扫描电路 21 在关机状态下，按一下此键，发射指示点亮， 控器进入开机状态，同时把当前设定的运行模式、温 度值、风速、定时等信息按编码规范的要求，发射信息。 2 在开机状态下，按一下此键，发射指示点亮一次， 时发射关机信息。若已设定了定时开机、定时关机，遥控器进入关机状态之前，先取消以上两种设定状态，然后发射关机信息。 3 在开机状态下，每按一次此键，液晶屏的模式区显示相应的模式，发射指示点亮一次，同时把当前设定的运行模式、温度值、风速、定时等信息以红外编码方式发射出去。 运行模式按如下顺序循环切换：自动、制冷、抽湿、制热 4 “ +” /“ -”键 按一次调整 “ +”键，设定温度递增一度，并发射相应的红外信息。当温度增至 32C，即使继续按此键，设定温度亦不再增加，但有信号发射。 按一次调整“ -”键，设定温度递减一度，并发射相应的红外信息。当温度增至 17C，即使继续按此键，设定温度亦不再减少，但有信号发射。 5 定时开、定时关键 按定时开，进入定时开设定，定时开符号显示，然后按小时、分钟键调整时间，定时关与此相同。 6 小时、分钟键 按相 应键 ,进入响应时间调整 ,只在定时开 /定时关时有效。小时键每次增加1小时， 1钟键每次改变 30分钟。 高风 自动 中风 低风 22 统双时钟设计 就为空调遥控器的节能设计提供了方便，在没有编码发射时系统采用 振，维持系统的运行，在长期（超过 5m）没有按键和发码操作则系统暂停工作，进一步节省能源；当有效按键按下有编码发射时，系统时钟切换到 455K，利用单片机中的 8K 载波，发射红外编码。系统时钟电路如图 3 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 15- J 005 S he e t F i l e : C : D oc um e nt s a e t t i s e r 1 桌面 S B O Y E R 论文 M y D e s i r a w n B y :O S C 6614P B 0P B 1P B 2P B 3P A 0P A 2P A 3 C C C X C X S E . . 调遥控器硬件电路图 综合前面各硬件电路功能模块的设计，图 3 图 3钟电路 23 1 2 3 4 5 6it l eN u m b e r R e v i s i o nS iz a t e : 2 3 - J u n 0 5 S h e e t o f F il e : C : D o c u m e n t s a n d S e t t in g s s b o y e r 1 桌面 青岛科技大学本科毕业论文 M y D e s i g n .d d bD r a w n B y : . 7 6 8 C 5 p p 0 p 0 p S E 0 5 0 u F / 1 0 C D. . . . . . . . . . . . 0K 1 1K 1 20 1 u 6 6 1 4P B 0P B 1P B 2P B 3 C C C X C X S E . . . . . . G C O 调遥控器硬件电路图 调遥控器的硬件设计，严格按照任务书的要求，进行了单片机的选型，并以单片机为基础进行了红外发射电路、键盘扫描电路和 针对空调遥控器通常为干电池供电的特点，在硬件电路中采用了双时钟，既满足了发码时的要求，又满足了无编码发射时的低功耗设计，同时为软件的低功耗设计奠定了基础。 4 空调遥控器软件设计 24 本章给出了软件设计的总流程图和各主要功能模块的流程图，并进行了详细的说明，对主要部分还给出了源程序，并对 件 功能模块设计 系统初始化程序框图如图 4 初始化系统寄存器：这是上电之后进入的第一个程序模块，同时也是 这个程序模块中，系统首先对系统寄存器进行了初始设置，包括：开中断，中断服务寄存器清零， 义 输入口、 义 8 主要源程序代码： E,00H ；关中断 0H ；清中断服务寄存器 0H ；初始化 0L,00H 0H,00H 0H ；初始化 2H ；设置 输出 ；设置 0H ；设置 2H ；关闭 4 初始化系统寄存器 初始化用户寄存器 图 4统初始化程序框图 of 25 ；设置 设置 ；设置 387H 0H 0H 0H 0H 9H 初始化用户寄存器：大部分用户寄存器初始值为 00H，但也有少部分寄存器要设置初始值。例如模式和风速寄存器初始值设位自动，温度显示寄存器设为24要源程序代码如下： 8H ；设置初始模式为自动 8H ；设置初始风速为自动 2H ；设置初始温度为 24C，高位为 02H 4H ；低位为 04H s 程序。 这里之所以把两个模块放在一起，是因为尽管在总的看来这是两个模块，但实际上这两个模块公用了大段程序，只是从不同的入口进入，而从相同的出口返回。主要源程序如下： 0H ；关闭所有 显示所有 清 屏显示 2s 图 4 满屏显示程序框图 CD s 26 0H ；打开 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 6H 在入口处设置延长时间，每次只要设置可以延长不同倍数的子程 序时间，主要代码如下： 1H ；判断 +2 ；回到主程序 1H 1H 1H 27 在这个程序中， 责接收，可以从扫描码及接收码来判 断哪一个键被按下，并将其值存储，然后转向键盘处理程序。键盘扫描程序如图 4 源代码如下： ；置位 ；置位 _1H ；置扫描码（第一个扫描码） _0H 0H 扫描码异或 0 向 扫描码 读取 值 是否有 键按下？ 再次读取 值 延时 20否有 键按下？ 两次是否 相同？ 查表读取键值 更新扫描码 扫描完成？ 结束 A Y N Y N Y N B B 图 4盘扫描程序框图 of 28 0H ；将扫描码输 出到 0H ；从 0H ；判断是否有键按下 ；无键按下则跳转 ；去抖动处理 0H ；再次读