基于单片机的红外遥控控制系统.doc

基于单片机的红外遥控控制系统摘要：单片机的红外遥控控制系统常用于我们日常生活中，为我们的生活提供了极大便利。红外控制多用于远距离控制，对我们生活和操作是一个极大地变革，既节省了时间又避免远距离的操作。本单片机的红外遥控控制系统设计主要有单片机、红外发射头、红外接收装置hs0038、led灯、数码管显示组成。单片机和红外发射头完成红外遥控的控制系统，单片机和hs0038及显示部分来完成红外控制系统的接收部分。通过显示器的不同表现，来验证显示红外遥控的实现与否。关键词：单片机，红外遥控，中断，定时，计数，频率1 引言随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的遥控系统开始进入了人们的生活。传统的遥控器采用专用的遥控编码及解码集成电路，这种方法虽然制作简单、容易，但由于功能键数及功能受到特定的限制，只实用于某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。而采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样、操作码个数可随便设定等优点。本设计主要应用了at89s51单片机作为核心，综合应用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识，应用红外光的优点。遥控操作的不同，遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别不同的操作。遥控接收器通过对红外光接收频率的识别，判断出控制操作，来完成整个红外遥控发射、接收过程。其优点硬件电路简单，软件功能完善，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。2 总体设计方案2.1 设计思路 目前市场上一般采用的遥控编码及解码集成电路。此方案具有制作简单、容易等特点，但由于功能键数及功能受到特定的限制，只适合用某一专用电器产品的应用,应用范围受到限制。而采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样、操作码个数可随意设定等优点6。本单片机遥控应用系统采用红外线发射频率的不同，来识别不同的遥控功能。当我们按下某一个按键的时候，由单片机识别出该按键后，由cpu向接有红外发射管的端口发射一定频率的脉冲，该脉冲与38khz左右的载波脉冲进行调制，然后将已调制的脉冲进行缓冲放大，激励红外发光二极管将电能转化为光能，使得红外发光二极管发射出一定频率的红外线，当接收控制系统接收到该红外光后，由单片机内定时/计数器得到该红外光的频率，然后将该频率送往cpu，由cpu对该信号进行反编码，识别出控制信号，从而对控制电路实施控制功能，完成整个遥控功能。单片机红外遥控发射器主要有单片机、独立键盘、低功耗空闲方式控制电路、红外管发射电路以及单片机的一些电源、复位、震荡子电路组成。单片机不工作时一直处于低功耗状态，采用了空闲节电工作方式。当遥控器的某一按键被按下以后，外部中断1产生中断，唤醒单片机进入工作状态，查询键盘按下的是哪一个按键，当确认按键后，控制软件内部产生区别38khz固定频率的不同的高低电平比如100hz、300hz、400hz等不同赫兹的波，将按键产生的波在p2.1输出。将单片机内部产生的固定的38khz从p2.0输出与p2.1口输出的不同的波利用74ls00进行叠加经过放大传送到红外发射管将电信号转变为光信号。进而完成红外发射功能即：红外遥控的空值系统。2.2 总体设计框图按键红外遥控控制系统的原理框图如图2-1所示。它主要由单片机最小系统、按键、单片机1、红外发射、红外接收、单片机2、显示部分组成。显示部分红外接收器红外发射头最小系统单片机2单片机1图2-1红外遥控控制系统的原理框图3 设计原理分析3.1单片机最小系统单片机最小系统是单片机工作的最基本装置，它是单片机工作的基础。最小系统位单片机工作提供频率和复位最基本功能。xtal1 和 xtal2 分别为反向放大器，该反向放大器可以配置为片内振荡器。石英震荡和陶瓷震荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， xtal2 应不接。 由于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。 其原理图如图3-1所示图3-1单片机最小系统原理图3.2按键控制系统首先，初始化定时器，定时频率为38khz的时间段。当按下某一按键时，送数据 p2.1 输出与p2.0的固定频率38khz进行叠加，就开始工作。由于hs0038红外接收装置只识别38khz的波，所以利用按键产生不同的波进行叠加传送红外发射头将电信号转化为光信号传送到hs0038进行接收。光信号经过hs0038将光信号转化为电信号，在经过单片机的识别区分从而进行产生不同的指示命令。当某个操作按键按下时，单片机先读出键值，然后根据键值设定遥控码的脉冲个数，再调制成 38khz 方波由红外线发光管发射出去。p2.0端口的输出与p2.1端口的输出进行叠加进行调制波如图3-2所示。程序流程图如图3-3所示：图3-2调制波图3-3程序流程图3.3红外发射系统遥控发射通过键盘，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在38kh z 的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲，通过空间的传送到受控机的遥控接收器。 p0口作为按键部分， p2.1口和p2.0口作为发射部分，然后用三极管的放大驱动红外发射。电路如下图图3-4所示。图3-4电路红外发射系统3.4红外接收部分at89s51的引脚图如图3-5所示图3-5 at89s51的引脚图 主电源及时钟引脚-此类引脚包括电源引脚vcc、vss、时钟引脚xtal1、xtal2。（1）vcc（40脚）：接+5v电源，为单片机芯片提供电能。（2）vss（20脚）接地。（3）xtal1（19脚）在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，该放大器构了片内的振荡器，可提供单片机的时钟控制信号。（4）xtal2（18脚）在单片机内部，接至上述振荡器的反向输出端。控制引脚此类引脚包括reset（即rsr/vpd）、ale/prog、psen、ea/vpp，可以提供控制信号，有些具有复用功能。（1）rsr/ vpd（9脚）：复位信号输入端，高电平有效，当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（rest）。复位后应使此引脚电平保持为不高于0.5v的低电平，以保证单片机正常工作。掉电期间，此引脚可接上备用电源（vpd），以保持内部ram中的数据不丢失。当vcc下降到低于规定值，而vpd在其规定的电压范围内（50.5v）时，vpd就向内部ram提供备用电源。（2）ale/prog（30脚）：ale为地址锁存允许信号。当单片机访问外部存储器时，（地址锁存允许）输出脉冲的下降沿用于锁存16位地址的低8位。即使不访问外部存储器，ale端仍有周期性正脉冲输出，其频率为振荡器频率的1/6。但是每当访问外部数据存储器时，在两个机器周期中ale只出现一次，即丢失一个ale脉冲。ale端可以驱动8个lsttl负载。（3）psen（29脚）：程序存储器允许输出控制端。此输出为单片内访问外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或取常数）期间，每个机器周期均psen两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的psen信号将不会出现。psen同样可以驱动8个lsttl负载。（4）ea/vpp（31脚）：ea功能为内外程序存储器选择控制端。当ea端保持高电平时单片机访问内部程序存储器，但在pc（程序计数器）值超过0fffh时将自动转向执行外部程序存储器内的程序。输入/输出引脚此类引脚包括p0口、p1口、p2口和p3口。（1）p0(p0.0p0.7)是一个8位三态双向i/0口，在不访积压外部存储器，做通用i/0口使用，用于传送cpu的输入/输出数据，当访问外部存储器时，此口为地址总路线低8位及数据总路线分时复用口，可带8个lsttl负载。（2）p1（p1.0p2.7）是一个8位准双向i/o口（作为输入时，口锁存器置1），带有内部上拉电阻，可带4个lsttl负载。（3）p2（p2.0p2.7）是一个8位准双向i/o口，与地址总路线高8位复用，可驱动4个lsttl负载。3.5红外接收部分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。红外发光二极管一般有圆形和方形两种。图3-6 hs0038图由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mw左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用pc1373h、cx20106a等红外接收专用放大集成电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（vdd）、电源负（gnd）和数据输出（vo或out）。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。红外遥控常用的载波频率为38khz这是由发射端所使用的455khz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455khz1237.9khz38khz。也有一些遥控系统采用36 khz、40 khz、56 khz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体 ，即通信信道。红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制pwm（pulse-width modulation）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制ptm(pulse-time modulation)两种方法 。简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。通常发送端采用脉时调制（ptm）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、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 。对于发送端来说，当无红外脉冲发射时，发送的是二进制数据1；而有红外脉冲发射时发送的是二进制数0。而对于接收端来说，没有接收到红外光，则认为是1；接收到则认为是0。相比之下，96年发布的fir不再依托uart（universal asynchronous receiver transmitter，通用异步收发器），其最高通讯速率有了质的飞跃，可达到4mbps的水平 。fir采用了全新的4ptm调制解调，即通过分析脉冲的相位来辨别所传输的数据信息，每2个二进制数据位有4种状态，把每个位分为4个相，脉冲出现不同的相位上表示两位数据的不同状态。 3.6红外显示部分数码管显示主要是显示所发射的所发送的信号的哪个按键，它就实现以下的作用。当按下某一按键比方说 2 键，第二个led灯亮同时数码管会显示2。下面介绍数码管的主要性能。数码管由 7 个发光二极管组成，又叫 7 段 led 显示器，显示器中还有一个圆点型发光二极管，用于显示小数点。通过7个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。led 显示器中的发光二极管共有两种连接方法：1. 共阳极接法把发光二极管的阳极连在一起构成共阳极。使用时供阳极接+5v 。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。 2. 共阴极接法把发光二极管的阴极连在一起构成共阴极。使用时供阳极接+5v 。这样阳极端输高低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。在设计的电路中，采用了共阳极接法。本实验的显示部分如图图3-7所示。图3-7 红外控制系统接收显示4 调试与仿真本电路总共设计了8个输入按键。当输入一个按键 5 时，通过红外发射和接收电路，对应的led灯5的设备工作即 5 号发光二极管发光 ，而数码管显示工作的设备的个数，就显示5 。当再次按下复位键时，5号发光二极管灭，数码管不显示。同理，其他灯和数码显示。电路要求遥控控制距离为4 6m ，在利用 38khz 的接收头时，虽然能接收到信号，但是接收的距离很有限。经过反复调试，基本满足了设计需求。仿真因仿真软件没有相应的发射接收装置，仿真采用连线的方法完成操作。仿真结果见附录2。5总结与体会在这次实习过程中我认识单片机的控制的重要性同时对红外遥控控制原理也有了深刻的理解和学习。我明白了设计电路的一般过程，既是设计、仿真、组装、调试的过程。我们需要运用我们所学的电子技术方面的知识，通过查阅相关的资料，才能完成设计任务的过程。 通过这次实习，我学到了许多我未接触过的知识。我对课本上的知识我更加充分的理解。我在单片机设计方面有了更深的认识。学到的知识只有用到实践中才能体现出知识的价值，才能体现出知识的重要性。也只有这样，我们才能很好的发挥我们的能力。在这次实习中，学到了很多东西也认识了很多自身的不足。在以后的学习中，我应当好好学习专业知识哪怕是不知道用在什么地方，将来也许就用上了。我还应当注重培养自己的动手能力，培养自己自我学习的能力，为将来如果从事电子设计方面的工作打下坚实的基础。参考文献1 叶挺秀.应用电子学.杭州：浙江大学出版社，1994 2 何希才.常用集成电路简明速查手册m北京：国防工业出版社，2006.83 刘福太.电子电路m北京：科学出版社,2007.104 金唯香等编. 电子测试技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年5 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2001年附录1：单片机红外遥控控制系统原理图图1：单片机红外遥控控制系统发射原理图图2：单片机红外遥控控制系统接受原理图附录2：单片机红外遥控控制系统仿真图附录3：单片机红外遥控控制系统pcb图图1：单片机红外遥控控制系统发射图2：单片机红外遥控控制系统接收附录4：单片机红外遥控控制系统发射程序org 0000hljmp mainorg 000bhorg 001bhljmp zhong1org 0030hmain:mov tmod,#21hsetb easetb et1mov th1,#0e6hmov tl1,#0e6hsetb tr1z1:jb p0.0,looplcall d0loop:jb p0.1,loop1lcall d1loop1:jb p0.2,loop2lcall d2loop2:jb p0.3,loop3lcall d3loop3:jb p0.4,loop4lcall d4loop4:jb p0.5,loop5lcall d5loop5:jb p0.6,loop6lcall d6loop6:jb p0.7,z1lcall d7sjmp maind0:jb p0.0,v3mov th0,#0echmov tl0,#0a8hsetb et0setb easetb tr0jnb tf0,$cpl p2.1sjmp d0v3:retd1:jb p0.1,v4mov th0,#0f6hmov 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