遥控系统的设计

毕 业 设 计遥控系统的设计The design of remote system摘 要随着科学技术的飞速发展，信息的飞快传播，红外遥控在人们的生活中已经成为不可或缺的部分。本文重点介绍了利用单片机AT89C51和AT89C2051实现红外发射和接收电路的设计方法。发射电路采用单片机89C2051将待发送的二进制信号编码调制为40KHz的脉冲信号通过红外发射管发射红外信号。红外接收端采用一体化红外接收头HS0038接收红外接收信号。它同时对信号进行放大检波，整形得到TTL电平的编码信号再送给单片机。经单片机解码实现对不同设备的控制。整个电路耗电省、简单可靠、操作灵活、性能价格比高，较好地满足了现代生活，生产和科研的需要。广泛应用在家用电器,安全保卫,及人们的日常生活中。例如电视机的遥控，音响设备的遥控，电风扇的遥控，安全保卫报警器，遥控空调器，自动门等均可采用红外遥控技术来实现。关键词：遥控电路；红外发射；红外接收；单片机ABSTRACT With the rapid development of technology, the rapid dissemination of information means that infrared control has become an indispensable component in peoples life. The article highlighted the design method of transmitting and receiving circuit by infrared control which use single-chip microcomputer AT89C51 and AT89C2051. The emission circuit concocts the binary system signal coding which is prepared to send with the signle-chip microcomputer 89C2051.Then the pulse signal uses infrared emission diode to send the infrared signal. The infrared signal is received by the integrative infrared receiving HS0038. At the same time the signal is magnified and plasticed to get the TTL coding signal sending to the signle-chip microcomputer. After that the signle-chip microcomputer decodes the signal to control different equipments. The entire circuit is simple, reliable, flexible operation，high-performance, of high value and low cost, and it can meet the modern life, production and research need. The infrared remote system is abroad used in the wirings, security ward and people daily life. For emample, it can be used to remote control TV, raido and air-condition. Also used in security alarm, auto door and so on. Key Words：Remote controlling circuit；Infrared emission；Infrared receiving；Single-chip microcomputer目 录1 引言12 方案论证与发展趋势32.1方案论证32.2技术指标62.3红外遥控系统的发展趋势63 红外遥控系统的硬件设计83.1 红外收发电路的设计83.1.1芯片介绍83.1.2红外发射电路123.1.3红外接收电路123.2 直流稳压电源的设计133.2.1单相桥式整流电路133.2.2 滤波电路143.2.3 稳压电路153.3 控制部分的设计153.3.1 可控硅原理153.3.2 光耦原理与作用184 红外遥控系统的软件设计204.1系统功能实现办法204.1.1遥控码的编码格式204.1.2遥控码的发射204.1.3数码帧的接收处理204.2遥控发射及接收控制流程图214.2.1遥控发射部分214.2.2遥控接收部分224.3软件设计254.3.1发射编码的软件设计254.3.2接收编码的软件设计265 调试27结 论30参考文献31附录1： 发射程序32附录2： 接收程序36附录3：红外发射电路图40附录4：红外接收电路图41致 谢43英文资料及中文翻译44611 引言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级各类学校都得到了广泛应用。近年来，在多媒体教学系统的使用、开发和研制中，经常遇到同时使用多种设备，如：数字投影机、DVD、VCD、录像机、电视机等，由于各种设备都自带遥控器，而且不同的设备所遵循的红外传输规约也不尽相同，操纵这些设备得使用多种遥控器，给使用者带来了诸多不便。本次毕业设计的主题就是红外遥控电路设计。通过单片机的控制指令来对不同设备进行远程控制，从而方便快捷的实现远程控制。红外遥控技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它是把红外线作为载体的遥控方式。由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用红外遥控方式时，不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。 红外遥控是利用波长为0.76m-1.5m之间的近红外线来传递控制信号的。它具有以下特点2：1由于为不可见光，因此，对环境影响很小。红外线的波长远小于无线电波的波长，所以，红外遥控不会干扰其它家用电器，也不会影响近邻的无线电设备。2红外线为不可见光，具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗，警戒等安全保卫装置中也得到了广泛的应用。3红外线遥控的遥控距离一般为几米至几十米或更远一点。4红外线遥控具有结构简单，制作方便，成本低廉，抗干扰能力强，工作可靠性高等一系列优点，特别是室内遥控的优先遥控方式。同时，由于采用红外线遥控器件时，工作电压低，功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛。 它在技术上的主要优点是：1. 无需专门申请特定频率的使用执照；2具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点；3传输速率适合于家庭和办公室使用的网络；4信号无干扰，传输准确度高； 它的缺点是：由于它是一种视距传输技术，采用点到点的连接具有方向性，两个设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物;而且通讯距离较短，此外红外LED不是一种十分耐用的器件。由于红外线在频谱上居于可见光之外，所以抗干扰性强，具有光波的直线传播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。信息可以直接对红外光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的强弱进行传输，也可以用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进调制，接收端再去掉载波，取到信息。从信息的可靠传输来说，后一种方法更好，这就是我们今天看到的大多数红外遥控器所采用的方法。由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用 红外遥控方式时，不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。同时，由于采用红外线遥控器件时，工作电压低，功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛。2 方案论证与发展趋势2.1方案论证 根据任务书的要求，利用单片机设计一个遥控开关电路，可以拟定以下的几种方案。方案一：（简易红外遥控电路）在不需要多路控制的应用场合，可以使用由常规集成电路组成的单通道红外遥控电路。这种遥控电路不需要使用较贵的专用编译码器，因此成本较低。红外发射部分：产生震荡频率红外发射 图2.1 红外发射框图考虑到本方案电路是简单的单通道遥控器，可直接产生一个控制功能的震荡频率，再通过红外发光二极管发射出去。红外接收部分：红外接收解调控制受控电器 图2.2 红外接收框图当红外接收头接收到控制频率时，由一个电路对其进行解调并产生相应的控制功能。方案二：（利用红外遥控开关电路）红外线发射/接收控制电路均采用单片机来实现，输出控制方式可选择，实用性强。方案结构图：红外发射部分：单片机红外发射遥控按钮 图1.3图2.3 红外发射框图当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出去。红外接收部分：红外接收单片机受控电器控制方式选择开关 图1.4图2.4 红外接收框图当红外接收器接收到控制脉冲后，由控制方式选择开关选择是“互锁”还是单路控制，再由单片机处理后，对相应的受控电器产生控制。方案三：利用红外遥控开关电路用单片机制作一个红外电器遥控器，可以分别控制5个电器的电源开关，和一个电灯开关，并且可以对电灯进行亮度的调光控制。红外发射部分结构图如下：单片机按键控制红外发射 图1.5图2.5 红外发射框图当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出去。受控电器电源开关红外接收部分结构如下：单片机显示红外接收电灯调光电路 图1.6当红外接收器接收到控制脉冲后，经单片机处理由显示设备显示出当前受控电器的序号，并判断是否对电灯进行调光，如需调光则经调光电路处理后实现调光功能。综上所述通过比较三套方案，方案一未采用单片机控制，功能过于单一，仅能对一路电器进行简单的遥控；方案二和方案三的红外线发射/接收控制电路采用单片机来实现，电路简单，实用性强。方案二虽可虽可控制多个电器，但控制功能过于单调，仅能实现电器开关的控制，实用价值不大；方案三不仅可用控制键实现对电器的控制，而且可对一路电灯进行亮度控制，方便实用。且本设计用到的元器件较少，电路相对简单实用。所以本设计采用方案三作为设计蓝本。2.2技术指标 红外遥控是目前使用较多的一种遥控手段。红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点。在家庭生活中，录音机、音响设备、空调彩电都采用了红外遥控系统。设计要求利用红外传输控制指令及智能控制系统，借助微处理器强大灵活的控制功能发出脉冲编码，组成的一个遥控系统。本设计的主要技术指标如下：(1) 遥控范围：46米;(2) 发射接受角：90;(3) 接收灵敏可靠，抗干扰能力强;(4) 遥控器发射时工作电流：8mA; 采用红外线遥控方式时，距离角度等使用效果受一定的限制，如果采用调频或调幅发射接收，则发射距离会更远，接收将不受角度的影响。本设计采用单片机遥控编码及解码方案适合一切需要应用到遥控的电器系统，是自行设计带遥控功能的控制系统的首选理想方案。2.3红外遥控系统的发展趋势红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。红外遥控技术在这十年来得到了迅猛发展，在电子领域得到广泛应用，随着人们生活水平的提高，对产品的追求是使用更方便、更具智能化，红外遥控技术正是一个重点的发展方向。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。因此，现在红外遥控在加用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。随着红外光电器的大量出现,红外遥控已经广泛应用在家用电器,安全保卫,及人们的日常生活中的应用就更加广泛了。例如电视机的遥控，音响设备的遥控，录像机的遥控，电风扇的遥控，安全保卫报警器，遥控空调器，自动水龙头，自动门等均可采用红外遥控技术来实现。采用同一遥控器遥控多个设备是现在红外遥控系统的主流方向，也是未来的发展趋势。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，相应地接收端有不同地输出状态。接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自馈、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100ms左右。“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”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。电视机的选台就属此种情况，其他如调光、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。一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便以后适时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。 除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。7 总之，红外遥控凭借其体积小、功耗低、功能强、成本低，不影响周边环境的、不干扰其他电器设备，编解码容易，可进行多路遥控等特点。在电子领域得到广泛应用。3 红外遥控系统的硬件设计3.1 红外收发电路的设计红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，系统采用编/解码专用集成电路和单片机芯片来进行控制操作。设计的电路由如下的几个基本模块组成：直流稳压电源，红外发射电路，红外接收电路和控制部分。红外遥控有发送和接收两个组成部分。发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码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。红外接收端普遍采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头(如HS0038，它接收红外信号频率为40KHz，周期约26s)接收红外信号，它同时对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并控制相关对象。系统框图如图31所示。电源单片机89C2051发射部分按键部分电源单片机89c51接收部分控制部分图31 红外遥控电路框图 3.1.1芯片介绍3.1.1.1AT89C51的介绍11AT89C51具有下列主要性能：(1) 4KB可改编程序Flash存储器 （可经受1，000次的写入/擦除周期） (2) 三级程序存储器保密(3) 128 X 8字节内部RAM(4) 32条可编程I/O线(5) 2个16位定时器/计数器(6) 6个中断源(7) 可编程串行通道(8) 片内时钟振荡器AT89C51是用静态逻辑来设计的，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式和掉电方式。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，一切功能暂停，只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。2AT89C51的引脚及功能89C51单片机的管脚说明如图32所示。图3-2 89C51单片机的管脚说明 (1) 主要电源引脚 VSS 电源端 GND 接地端(2) 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1 接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。(3) 输入/输出引脚 P0.0 P0.7、P10.P1.7、P2.0 P2.7 和P3.0P3.7。 P0端口（P0.0 P0.7） P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。 P1端口（P1.0 P1.7） P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。作输入口时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。 P2端口 （P2.0P2.7） P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器(如执行MOVX DPTR指令)时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX Ri , A指令)时，P2口引脚上的内容(就是专用寄存器(SFR)区中P2寄存器的内容)，在整个访问期间不会改变。 P3端口（P3.0P3.7） P3 是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在AT89C51中，P3端口还用于一些专门功能，这些兼用功能如下：(1) P3.0 RXD（串行输入口）(2) P3.1 TXD（串行输出口）(3) P3.2 /INT0（外部中断0）(4) P3.3 /INT1（外部中断1）(5) P3.4 T0（记时器0外部输入）(6) P3.5 T1（记时器1外部输入）(7) P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）(8) P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）(9) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号3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。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。4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， 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。3.1.1.2 89C2051介绍89C2051共有20条引脚，如图33所示。图3-3 89C2051单片机管脚说明 P1口共8脚，准双向端口。P3.0P3.6共7脚，准双向端口，如P3.0、P3.1的串行通讯功能，P3.2、P3.3的中断输入功能，P3.4、P3.5的定时器输入功能。 在引脚的驱动能力上，89C2051具有很强的下拉能力，P1,P3口的下拉能力均可达到20mA.相比之下，89C51的端口下拉能力每脚最大为15mA。但是限定9脚电流之和小于71mA.这样，引脚的平均电流只9mA。89C2051驱动能力的增强，使得它可以直接驱动LED数码管。 相对于89C51它少了一些功能，但是它的功耗少，便于携带，更经济使它在发射电路中起着重要的地位。因此，在本设计红外发射的电路中就用了它来实现脉冲信号的产生。3.1.2红外发射电路本遥控发射器采用码分制遥控方式，码分制红外遥控就是指令信号产生电路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。在确定选择AT89C51作为本设计发射电路核心芯片和点触式开关作为控制键后，加上一个简单红外发射电路和12M晶体震荡器便可实现红外发射。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，它发出的便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940nm左右，外形与普通5发光二极管相同，只是颜色不同。 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40KHz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。P1口作为按键部分，P3.5口作为发射部分，然后用三极管的放大驱动红外发射。电路图见附录3。3.1.3红外接收电路在接收过程中，脉冲通过光学滤波器和红外二极管转换为40KHZ的电信号，此信号经过放大，检波，整形，解调，送到解码与接口电路，从而完成相应的遥控功能。接收电路图见附录4。通常，红外遥控器将遥控信号(二进制脉冲码)调制在40KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，产生红外信号发射出去。将上述的遥控编码脉冲对频率为40KHz(周期为26s)的载波信号进行脉幅调制(PAM )，再经缓冲放大后送到红外发光管，将遥控信号发射出去。根据遥控信号编码和发射过程，遥控信号的识别即解码过程是去除40KHz载波信号后识别出二进制脉冲码中的0和1。由MCS51 系列单片机AT89C51、一体化红外接收头、存储器、还原调制与红外发光管驱动电路组成。接收部分主要元件是红外接收管，它是一种光敏二极管（实际上是三极管，基极为感光部分）。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。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(如HS0038)，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。一体化红外接收头采用HS0038 ，它负责红外遥控信号的解调。将调制在40kHz上的红外脉冲信号解调后再输入到AT89C51的INT0（P3.2）引脚，由单片机进行高电平与低电平宽度的测量。遥控信号的还原是通过P3.1输入二进制脉冲码的高电平与低电平及维持时间，当接收头接收信号时，单片机产生中断，并在P3.1口记下脉冲的个数，这在后面的软件设计中会具体介绍到，通过单片机处理后驱动控制部分。3.2 直流稳压电源的设计直流稳压电源主要功能是为后两个部分提供电压的输出。在设计中分出了2个支路，分别输出 5V电压。直流稳压电源的主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。框图如图34所示。 图3-4直流稳压电源的方框图3.2.1单相桥式整流电路整流电路主要实现将交流电变换成直流电。实现这一目标主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。我采用的是单桥式整流电路。本设计整流电路如图35所示。在图中，输入电压V1通过电源变压器成V2。它的作用是将交流电电压V1变成整流电路要求的交流电压V2。其中的电阻是要求支流供电的负载电阻。四个整流二极管D1到D4接成电桥的形式。通过负载R的电流I以及电压V3的波形如图3-6。它们都是单方向的全波脉动波形。图35单桥式整流电路图3.2.2 滤波电路在整流电路输出波形中由于含有较多的纹波成分，与所要求的波形不太符合。所以在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。而滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等。本电路采用的是电容滤波电路。如图3-7所示。OOV2tO234iLOOtD1D3D2D4D1D3D2D4t图3-6 单相桥式整流电路波形图 图3-7 电容滤波电路图3.2.3 稳压电路典型应用电路如图3-8所示。图中C1、C2用于频率补偿，防止自激振荡和抑制高频干扰；C3采用电解电容，以减少电源引入的低频干扰对输出电压的影响；D是保护二极管，当输入端短路时，给C3一个放电的通路，防止C3两端电压激穿调整管的发射结。图3-8 稳压电路图3.3 控制部分的设计3.3.1 可控硅原理1、工作原理9 可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图3-9所示当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 图3-9 可控硅原理等效图解由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表3-1表3-1 可控硅导通和关断条件 状态 条件 说明从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1、 阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位 2、阳极电流小于维持电流任一条件即可 2、基本伏安特性可控硅的基本伏安特性见图3-10（1）反向特性 当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图3-11），J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向击穿。（2）正向特性 当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图3-12），J1、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处的是UBO叫：正向转折电压 。由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图3的虚线AB段。图3-11 可控硅反向特性图3-12 可控硅正向特性这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态-通态，此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似，见图3-10中的BC段图3-10 可控硅基本伏安特性3、触发导通 在控制极G上加入正向电压时（见图3-13）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图3-10）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。图3-13 可控硅触发导通3.3.2 光耦原理与作用 在控制部分采用了隔离驱动电路，用光电器件作为隔离元件，利用光耦来隔离强电，以防止强电影响单片机的工作。光电隔离的目的是割断两个电路的电气联系，使之相互独立，从而也就割断了噪声从一个电路进入另一个电路的通路。光电隔离是通过光电耦合器实现的。光耦又称光电隔离器或光电耦合器，它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器与受光器封装在管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接收后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“光电光”的转换。光电耦合器是把一个发光二极管和一个光敏三极管封装在一个外壳里的器件。外壳有金属的或塑料的两种。发光二极管和光敏三极管之间用透明绝缘体填充，并使发光管与光敏管对准，以提高其灵敏度，光电耦合器的电路符号如图3-14所示。对于数字量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“0”。图3-14 光电耦合器原理图输入信号使用权发光二极管发光，其光线又使光敏三极管产生电信号输出，从而既完成了信号的传递又实现了电气上的隔离。光电耦合的响应时间一般不超过几个微秒。光电耦合器的输入端与输出端在电气上是绝缘的，且输出端对输入端也无反馈，因而具有隔离和抗干扰两方面的独特性能。通常使用光电耦合器是为实现以下两个主要功能：电平转换：TTL电路与电源电路之间不需另加匹配电路就可以传输信号，从而实现了电平转换。隔离：这时由于信号电路与接收电路之间被隔离，因此即使两个电路的接地电位不同，也不会形成干扰。光电耦合器中光敏三极管的基极有引出和不引出两种形式。基极引出通常是经一个电阻接地。通过接地电阻可以控制耦合的响应速度和灵敏度。总的来说，电阻越小，响应速度越高。4 红外遥控系统的软件设计4.1系统功能实现办法4.1.1遥控码的编码格式该遥控器采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的被控对象，最小为2个脉冲。为了使接收可靠，第一位码宽为3ms，其余为1ms，遥控码数据帧间隔大于10ms，如图41所示。4.1.2遥控码的发射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40kHz方波由红外线发光管发射出去。P3.5端口的输出调制波如图41所示。通常，红外遥控是将遥控信号（二进制脉冲码）调制在40KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。为了提高抗干扰性能和降低电源消耗，将上述的遥控编码脉冲对频率为40KHz（周期为26us）的载波信号进行脉幅调制（PAM），再经缓冲放大后送到红外发光管，将遥控信号发射出去。18电器0的遥控输出码电器1的遥控输出码图41 端口输出编码波形图4.1.3数码帧的接收处理当红外线接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平将启动中断程序，实时接收数据帧。在数据帧接收时，将对第一位（起始位）码的码宽进行验证。若第一位低电平码的脉宽小于2ms，将作为错误码处理。当间隔位的高电平脉宽大于3ms时，结束接收，然后根据累加器A中的脉冲个数，执行相应输出口的操作。图42就是红外线接收器输出的一帧遥控码波形图。1ms第一位1ms10ms3ms10ms 图42 红外线接收器输出的一帧遥控码波形图4.2遥控发射及接收控制流程图4.2.1遥控发射部分 下图4-3是遥控发射的主程序，首先初始化程序,然后调用键扫描处理子程序.扫键过程:首先判断控制键是否按下,若有控制键按下则进行逐行扫描,按照P口值查找键号.最后按照键号转至相应的发射程序如下图4-4所示.开始初始化调用键扫描处理子程序图 4-3 遥控发射主程序流程图扫键开始键按下？逐行扫描按P口值查键号 Y返回 N按键号转至相应的发射程序图4-4 遥控发射键扫描程序流程图红外信号发射过程:首先装入发射脉冲个数(发射时为3ms脉冲,停发时为1ms脉冲),此时若发射脉冲个数为1则返回主程序,若不为1则发1ms脉冲,然后停发1ms脉冲,这样便结束整个发射过程.在实践中,采用红外线遥控方式时,由于受遥控距离,角度等影响,使用效果不是很好,如采用调频或调幅发射接收码,可提高遥控距离,并且没有角度影响。4.2.2遥控接收部分遥控接收部分的主程序及初始化及延时过程如下:首先初始化,然后按照显示亮度数据设定调光脉冲延时值,看P3.0口的脉冲是否为0,若不为0则调入延时程序,此时P2.7口输出调光脉冲然后返回;若为0则直接返回。开始发射装入发射脉冲个数（R1）发3ms脉冲停发1ms(R1)-1=0? Y发1ms脉冲返回 N 停发1ms图4-5 遥控发射器遥控码发射程序流程图开始 初始化按显示亮度数据设定调光脉冲延时值 P3.0=0? N Y调延时程序P2.7口输出调光脉冲图4-6 遥控接收器主程序流程图中断过程:首先判断低电平脉宽度是否大于2ms,若脉宽不到2ms,则中断返回;若低电平大于2ms,则接收并地低电平脉冲计数,接下来看判断高电平脉宽度冲是否大于3ms,若脉宽不到3ms,则返回上一接收计数过程;若高电平脉宽大于3ms,则按照脉冲个数至对应功能程序.此时中断返回.中断开始低电平脉宽2ms N接收并对低电平脉冲计数 Y高电平脉冲3ms N按脉冲个数至对应的功能程序 Y中断返回图4-7 遥控接收器中断程序流程图4.3软件设计4.3.1发射编码的软件设计首先，初始化定时器，定时为频率为40KHz的时间段。当按下某一按键时，发送数据1，就开始工作。同时定时器溢出，也就是定时器记满了，执行定时器中断，由此就产生了40KHZ的载波信号。当发送数据0时，定时器不工作。4.3.2接收编码的软件设计单片机上电复位后，首先对其内部定时器初始化，用定时器及软件计数的方法，当有信号输入时，单片机产生中断，并在P3.1口进行计脉冲个数，测量P3.1高、低电平的宽度。P3.1引脚平时为高电平，当接收到红外遥控信号时，由于一体化红外接收头的反向作用，INT0引脚下跳至低电平。5 调试本电路总共设计了6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，对应的的设备工作即5号发光二极管发光。当再次按下按键5时，5号发光二极管灭。按键数越大灯泡亮度越大。控制电路板的安装与调试在整个系统研制中占有重要位置，它是把理论付诸实践的过程，也是把纸面设计转变位实际产品的必经阶段。对试验阶段的电路板的安装一般有两种方式即焊接方式和面包板插接方式。使用面包板焊接更加方便，容易更换线路和器件，而且可以多次使用。但在多次使用的面包板中弹簧片会变松，弹性变差，容易造成接触不良，这是需要注意的。在完成系统硬件的检查后主要是对软件进行调试，对遥控器的主要调试主要是用示波器观察能否在遥控接收器输出图4-2所示的波形，另外调整发射电阻的大小可以改变红外线发射的作用距离。电灯亮度控制系统的调试主要是对可控硅延时时间的调整，电灯按0-5共6档进行调整，控制延时经调整确定如下：最最暗时的移相角控制延时：256 us26H=9728 us最暗移相角控制延时：256 us1CH=7168 us次暗移相角控制延时：256 us19H=6400 us中间亮移相角控制延时：256 us16H=5632 us次亮移相角控制延时：256 us12H=4608 us最亮移相角控制延时：256 us0EH=3584 us遥控接收头在安装时应该注意尽量靠近表面，以扩大接收角度，不同厂家遥控接收的灵敏度也不一样，应注意。 本设计在调试过程中也遇到很多问题。(1) 电路要求遥控控制距离为46m，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，换用40KHz的接收头时基本满足了设计需求。(2) 由于将3ms的接收脉冲放在1ms的后面，编码解调出现错误，导致接受端无信号输出。解决方法是将3ms的接收脉冲放在前面就可以接收到信号。因为在电路的解码过程中，单片机进行数码帧的接收处理，首先是对3ms的脉冲检验，当第一位低电平码的脉宽小于2ms时就会错误处理。在初始化过程中，将P1口全置0，但是继电器仍工作，通过反复调试，将初始化的P1口全置1，通过反向使得输出全为0，从而满足上电复位，继电器掉电，满足初始化要求。 实验和调试常用的仪器有：万用表、稳压电源、示波器、信号发生器等。调试的主要步骤：1调试前不加电源的检查 对照电路图和实际线路检查连线是否正确，包括错接、少接、多接等；用万用表电阻档检查焊接和接插是否良好；元器件引脚之间有无短路，连接处有无接触不良，二极管、三极管、集成电路和电解电容的极性是否正确；电源供电包括极性、信号源连线是否正确；电源端对地是否存在短路（用万用表测量电阻）。若电路经过上述检查，确认无误后，可转入静态检测与调试。2静态检测与调试 断开信号源，把经过准确测量的电源接入电路，用万用表电压档监测电源电压，观察有无异常现象：如冒烟、异常气味、手摸元器件发烫，电源短路等，如发现异常情况，立即切断电源，排除故障； 如无异常情况，分别测量各关键点直流电压，如静态工作点、数字电路各输入端和输出端的高、低电平值及逻辑关系、放大电路输入、输出端直流电压等是否在正常工作状态下，如不符，则调整电路元器件参数、更换元器件等，使电路最终工作在合适的工作状态；对于放大电路还要用示波器观察是否有自激发生。3动态检测与调试 动态调试是在静态调试的基础上进行的，调试