毕业设计（论文）-单片机红外遥控器按键输入系统实现.doc

摘 要 摘 要 本设计主要应用了AT89C52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。文章首先介绍了红外遥控的基本原理和应用范围，再对AT89C52单片机的结构和性能给出简单的说明，接着给出了遥控器的编码格式，及遥控发射器，遥控接受器的电路设计。对于遥控操作的不同，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。最后分别详细介绍遥控系统的发射部分和接收部分的电路原理图和程序流程图。关键词：单片机 红外线 发射 接收摘 要ABSTRACTThe design has used AT89C52 microprocessor as core, intergrately apply the interruptive system, timer, counter, etc. mainly to design originally and also take the advantage of the infrared light. Firstly，the fundamental principle and application ranges of infrared remote control are introducedSecondly，the structure and performance of AT89C52 single chip are simply given outNext，the code form of remote controller is given hereThe remote control launcher distinguishes different operation through the control on frequency of infrared emission of light. The remote control receiver judges control operation by adopting the discerned frequency of the received infrared light to finish the whole launching and receiving course. Its advantage is that the hardware circuit is simple, the software is with perfect function, have certain use and reference value. Lastly, both the transmitting and receiving parts are explained, including particular circuit and program flow chart respectivelyKeywords: Single-Chip Microcomputer Infrared ray Launch Receive i目 录目 录第一章 绪论11.1 红外概述61.2 外遥控的功能与特点61.3 选择红外遥控的原因71.4 红外的简单发射接收原理8第二章 设计方案论述92.1 设计目的与原理92.2 单片机红外遥控发射器设计原理92.3 单片机红外遥控接收器设计原理102.4 发光二极管112.5 按键12第三章 硬件电路设计153.1 单片机的发展153.2 单片机AT89C52介绍163.3 最小系统设计19 3.3.1 时钟电路19 3.3.2 复位电路203.4 红外遥控器电路设计213.4.1 脉冲宽度编码信号发射电路213.4.2 曼彻斯特编码信号发射电路23第四章 系统软件设计294.1 Protel199SE的简介294.2 Keil C51的简介304.3 C语言的介绍314.3.1 C语言简介314.3.2 C语言特点314.3.3 C语言结构33i目 录4.4 遥控接收器程序设计354.5 遥控接收器程序脉冲宽度解码代码364.6 遥控接收器程序曼彻斯特解码代码42第五章 软硬件调试475.1硬件调试475.2软件调试47第六章 总结与展望496.1本文总结496.2进一步的工作50第七章 结束语51致谢53参考文献54附录551第一章 绪论第1章 绪论随着电子技术的飞速发展新型大规模遥控集成电路的不断出现，使遥控技术有了日新月异的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。一遥控技术的种类电动常见的遥控电路一般有如下几种类型：声控、光控、无线电遥控、红外遥控等等。1.声控方式声控就是用声音去控制对象动作，一般采用驻极体话筒或压电陶瓷片作为传感元件来拾取声音，通过电路放大驱动后级电子开关动作。为防止外界音频干扰，可以采用超声波控制，但也有故意选用声频来进行控制的，比如用小孩发出的声音频率去控制声控玩具娃娃的哭笑动作等。2.光控方式 简单的单通道光控电路是利用光敏管受光以后内阻发生变化使电子开关的状态发生变化，传感器有光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光敏电池等等（早期生产的玻璃壳封制晶体管，刮掉外面黑色遮光油漆后就是一个不错的光敏管。）。这个光源既可以是可见光，也可以是红外线等不可见光源，不同的光敏元件有着不同的光谱。复杂一些的光控电路则能够完成多通道开关或模拟量变化控制，应用极其广泛，可以说家家都有。因为带遥控的电视机、功放音响、VCD录像机等家用电器的遥控器都是利用红外线光源进行遥控的典例。上海现在有许多居民楼的走廊照明灯都采用了光控与声控相结合的电路，利用路过的人发出的脚步声、谈话声或其他声音去触发照明灯的声控电子开关，用光控电路使得照明灯在白天自动关闭停止响应。3.无线电遥控方式 57第一章 绪 论无线电遥控电路比起声控或光控电路复杂多了，但控制距离也更远是它的主要特点，光控、声控电路一般仅有几米到十几米的作用距离，而无线电遥控视不同的应用场合近可以是零点几米，远则可以超越地球到达太空！它由发射电路和接收电路2部分组成，当接收机收到发射机发出的无线电波以后驱动电子开关电路工作。所以它的发射频率与接收频率必须是完全相同的。根据其发射的高频波形有等幅、调幅、调频、数字脉冲发射机，根据其控制的开关数目有单通道遥控和多通道遥控等。 等幅发射只能用于单通道控制，线路简单发射效率高但是抗干扰性极差。用固定的音频频率/b去调制高频发射波的b幅度（所谓调制，就是使发射的高频电波随着音频频率的变化而产生相应变化的过程。），使发射的高频电波幅度随着音频频率的变化而产生相应变化，这就是调幅发射。它可以用不同的音频频率去控制不同的开关通道，所以可以做成遥控多通道控制电路。由于调幅波的高频发射功率不能被全部利用，所以高频发射效率比较低，但是因为它采用了音频调制的方法，所以大大提高了抗干扰的能力。 如果用固定频率的音频去调制高频发射波的频率，使得高频发射频率随着音频频率产生相应的频率偏移，这就是调频发射。因为调频发射发送的是高频等幅波（高频全功率发射），充分利用了高频发射功率，所以在发射机的高频发射功率相同的情况下，控制距离比调幅波远得多。由于自然界里的干扰电波多数是调幅波，所以调频波的抗干扰性能也远远优于调幅波，缺点是调频接收电路相对调幅接收电路来说比较复杂一些。 如果用于调制的音频不是固定频率，而是直接用人的话音频率去调制高频发射波，那就是无线电对讲机了，发送接收的基本道理都一样。如果用数字信号去调制高频发射电波，那发射的就是高频脉冲波了。接收电镀虽然更复杂，但是各项技术指标均有提高，工作的可靠性、稳定性都是其他调制方式望尘莫及的。 由于发射功率过大会干扰和影响其他电子设备的正常工作（飞机上不允许乘客使用手机，就是怕手机的高频发射电波会干扰驾驶舱电子仪器的正常运行而产生事故。），所以每个国家都有专门的无线电管理委员会进行监督管理，对在不同3第一章 绪论场合、不同工作性质下使用的无线电波发射功率、发射频率均有严格的限制和规定。对于业余无线电爱好者，开辟有专门的业余波段提供使用。遥控有效距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。但由于上述发射功率、工作频率受到各种限制，一般可以从提高接收灵敏度、改善接收电路的抗干扰性能等方面入手去改进接收电路。 最初级的无线电遥控电路，接收采用简单的超再生电路，会产生“沙沙”的电路特有噪声，当接收到发射机发出的与接收频率相同的高频等幅波时，噪声立刻被抑制，使后级的低频放大电路的输入状态改变而驱动电子开关动作。由于它只有在打开或关闭发射机时产生对应的开关信号，所以只能工作在单通道遥控方式。而且当遥控距离拉长后，由于接收到的高频电波减弱，电路噪声将不能被完全抑制，此时的电子开关就处于极不稳定的临界状态，或开或关，这可是遥控电路的大忌！所以此遥控电路应用范围很小。 调幅接收机接收到经过音频调制的高频调幅信号以后，通过检波级将音频信号截下送往后级放大电路。如果是多通道的接收机，一般用磁罐制作精密电感组成多级不同谐振频率的LC音频滤波电路，每级只允许与该级谐振频率相同的音频频率通过，经过处理转换成直流电平驱动后面的电子开关。接收机视遥控场合的不同要求可以是直放式、高放式、外差式等电路组合，抗干扰要求高的重要场所还可以增加二次变频电路加强安全系数。 无线电遥控电路的重点就是抗干扰和稳定性问题，所以电路里为了安全可能会设置了许多的附加电路。毕竟无线电遥控电路与无线电对讲机在安全要求方面大不一样，对讲机一句话没听清楚可以要求对方再说一遍，说错了还可以纠正，用于重要场合的遥控器要是开关动作错了，也许就是人命关天的后果！4.红外遥控方式红外遥控就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。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。 二、红外遥控技术的研究现状和成果57第一章 绪 论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。目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940mm左右，外形与普通5发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样；用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉锯法来粗略判判定。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。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。红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。5第一章 绪论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。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。接收端地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。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、空调机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。7第一章 绪 论1.1 红外概述从光学的角度而言，红外光是频率低于红色光的不可见光，在无线光谱的整个频率中占有很小一个频率段，波长为0.75100微秒之间，其中0.753微秒之间的红外光称为近红外，330微秒之间的红外光称为中红外，30100微秒之间的称为远红外。红外光就其性质而言很简单，与普通光线的频率特性没有很大的区别，但是，由于任何有热量的物体均有能量产生，所以红外的利用非常广泛，而且不可取代，能否检测红外、能测到多少红外或者红外检测的技术是否可以应用于任何自然的或想象的场合是红外应用技术的关键。 当今红外技术的一个重要分支是红外通信技术的应用，这个应用的发展非常迅速，尤其是红外通信应用于计算机设备中，近几年的发展已经表现出其非常成熟的特性。1.2 红外遥控的功能与特点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： 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： 7第一章 绪论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。1.3 选择红外遥控的原因无线遥控方式可分为无线电波式、声控式、超声波式和红外线式。由于无线电式容易对其它电视机和无线电通讯设备造成干扰，而且，系统本身的抗干扰性能也很差，误动作多，所以未能大量使用。超声波式频带较窄，易受噪声干扰，系统抗干扰能力差以及声控式识别正确率低，难度大而未能大量采用。红外遥控方式是以红外线作为载体来传送控制信息的，同时随着电子技术的发展，单片机的出现，催生了数字编码方式的红外遥控系统的快速发展。另外，红外遥控具有很多的优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器易于小型化且价格低廉；采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；反应速度快、传输效率高、工作稳定可靠等。所以现在很多无线遥控方式都采用红外遥控方式。 9第一章 绪 论1.4 红外的简单发射接收原理 红外的简单发射接收原理如图1.1所示。其中发射电路采用红外发光二极管发出经过调制的红外光波，如图1.1（a）所示。接收电路由红外接收二极管三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光波转换为相应的电信号，再送放大器处理还原成信号，如图1.1（b）所示。接收电路发射电路 （a）红外发射 （b）红外接收图1.1 红外的简单发射接收原理9第二章 设计方案论述第二章 设计方案论述2.1 设计目的与原理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。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。2.2 单片机红外遥控发射器设计原理单片机红外遥控发射器主要有单片机、行列式键盘、低功耗空闲方式控电路、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，控制软件启动定时器T0、T1，T1作为发射时间控制器，T0作为红外线发射频率控制器，T0定时溢出时中断程序使红外管接口电平反转一次，写入定时器的初值不同，在输出端口就得到不同的发射频率。T1定时溢出时中断程序关闭T0定时器，停止红外线发射。其设计原理框图如图2.1所示。11第一章 绪 论AT89C52单片机 +5V电源行列式键盘时钟电路红外管发射电路图2.1 单片机遥控发射器设计原理图2.3 单片机红外遥控接收器设计原理 单片机红外遥控接收器主要有单片机、红外遥控接收电路、状态指示电路、控制电路以及单片机的一些外围电路组成。利用单片机中的T0作为红外脉冲计数器，T1作为计数时间控制器。当电路中红外接收管接收到第一个红外脉冲时，外部中断1被触发，启动计数器T0和定时器T1。定时溢出，中断程序关闭计数器T0，读入计数值并进行判断，确定操作对象（遥控按键）对其进行反转操作，控制电路对所控制的负载进行开或关。还可对接收电路实行上锁功能，对控制电路上锁后，遥控器不能对控制电路实施遥控功能。其设计原理方框图如图2.2所示。AT89C52单片机红外接收电路状态指示电路控制电路+5V电源 图2.2 红外接收遥控电路原理框图11第二章 设计方案论述2.4 发光二极管发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。常简写为LED(lightemitting diode)。发光二极管与普通二极管一样也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压（大于LED 的正向压降）就会发光，当给发光二极管加上负向电压就不会发光。发光二极管的发光亮度与通过的工作电流成正比，一般情况下，LED 的正向工作电流在10mA 左右，若电流过大时会损坏LED，因此使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：R（EUF）IF式中E 为电源电压，UF为LED 的正向压降，IF为LED 的一般工作电流。普通发光二极管的正向饱和压降为1.42.1V,正向工作电流为520mA。LED 广泛应用于各种电子电路、家电、仪表等设备中、做电源或电平指示。图2.3 LED连接图2.3 中A 点就相当于单片机的I/O 口，A点相当于单刀双掷开关，可以接到+5V，也可以接到电源地。接到+5V 或者悬空，整个电路中没有电流流过，LED 的的状态是熄灭。如果A 点接到电源地，2端压差5V，假设LED 正常工作压降1.5V，正常工作电流10mA。我们通过图上的参数得知实际工作：I=（5V-1.5V）/390 欧姆=8.9mA，接近于正常工作电流，所以LED被点亮。在数字电路中，我们接+5V认为是电平“1”，接地为“0。13第一章 绪 论2.5 按键把对应的端口赋值高电平，即“1”，按键按下，端口被拉低至低电平，即“0”，通过检测该端口的电平即可判断按键是否按下。如图2.4所示。图2.4 独立按键连接一去抖概念按键是机械器件，按下或者松开时有固定的机械抖动，抖动图如图2.5所示。图2.5 机械抖动上图看出按键按下和松开的瞬间出现机械抖动，这个抖动时间虽然很短，一般1015ms，不同按键抖动不同，但对应单片机来说，很轻松就能检测到，单片机是uS 级别。但这个结果并不是我们需要的，实际上只进行一次按键操作，但有可能执行了多次按键结果，这就是抖动造成的，所以大多数产品实际使用中都使用了按键去抖功能。按键去抖分为硬件去抖和软件去抖，硬件去抖最简单的就是按键2端并联电容，容量根据实验而定。软件去抖使用方便不增加硬件成本，容易调试，所以现在大都使用软件去抖。二软件去抖原理1、检测到按键按下后进行1015ms 延时，用于跳过这个抖动区域。15第二章 设计方案论述2、延时后再检测按键状态，如果没有按下表明是抖动或者干扰造成，如果仍旧按下，可以认为是真正的按下。并进行对应的操作。3、同样按键释放后也要进行去抖延时，延时后检测按键是否真正松开。57第二章 设 计 方 案 论 述17第三章 硬件电路设计第3章 硬件电路设计3.1 单片机的发展单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机也被称为微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。由于单片机具有控制功能强，体积小，成本低，功耗小等一系列的特点，使它在工业控制，智能仪器，节能技术改造，通信系统，信号处理及家用电器产品中都得到广泛的应用，随着数字技术的发展及单片机在电子系统中的广泛应用，19第三章 硬 件 电 路 设 计在很大程度上改变了传统的设计方法。以往采用模拟电路，数字电路实现的电路系统，大部分功能单元都可以通过对单片机硬件功能的扩展及专用程序的开发来实现系统提出的要求，这意味着许多电路设计问题将转化为程序设计问题。这种用模拟技术，数字技术的综合设计系统，用软件取代硬件实现和提供系统系能的新的设计思想体系，一般称之为微控制技术。在微控制系统的设计中，系统设计和软件设计起着关键性的作用。3.2 单片机AT89C52介绍3.2.1 简介AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。AT89C52主要功能特性：1. 兼容MCS51指令系统 ；2. 8k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM； 3. 2个双向I/O口； 4. 256x8bit内部RAM； 5. 3个16位可编程定时/计数器中断； 6. 时钟频率0-24MHz； 7. 2个串行中断，可编程UART串行通道； 8. 2个外部中断源，共8个中断源； 9. 2个读写中断口线，3级加密位； 10. 低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能； 11. 有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。17第三章 硬件电路设计 AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标 PDIP封装的AT89C52引脚图准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。3.2.2 单片机管脚功能说明管脚如图3.1所示。图3.1 AT89C52引脚图VCC：供电电压。 GND：接地。21第三章 硬 件 电 路 设 计 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口：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口除了作为普通I/O口，还有第二功能：P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（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。 23第三章 硬件电路设计I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。AT89C52的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。 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。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。3.3 最小系统设计时钟电路及复位电路是单片机工作的基本电路,单片机加上这两部分电路就构成了单片机最小系统，即单片机系统就可以工作了。3.3.1 时钟电路AT89C52虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。AT89C52单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式（如图3.2所示）。57第三章 硬 件 电 路 设 计图3.2 AT89C52时钟电路本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。 3.3.2 复位电路复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。按键手动复位电路见图3.3。时钟频率选用12MHz。图3.3 手动复位电路25第三章 硬件电路设计3.4 红外线遥控电路设计3.4.1 脉冲宽度编码信号发射电路 遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本NEC的编码形式举例：TC9012 是一块用于东芝系列红外遥控系统中的专用发射集成电路，采用CMOS 工艺制造。它可外接32 个按键， 提供 8 种用户编码，另外还具有3 种双重按键功能。TC9012 的管脚设置和外围应用线路都进行了高度优化，以配合PCB 的布图和低成本的要求。一主要特点1、低压CMOS 工艺制造2、低功耗超小静态电流3、低工作电压（VDD=2.05.0V）4、32+3 条指令码5、8 种用户编码可选择 6、TSOP-20、SOP20、COB 可选的封装形式二编码方式:脉冲宽度编码TC9012 的一帧数据中含有32 位码，包含两次8 位用户码，8 位数据码和8 位数据码的反码及最后位的同步位。引导码由4.5ms 的载波和4.5ms 的载波关断波形所构成，以作为用户码、数据码以及他们的反码的先导。同步位（SY）是标志最后一位编码是“0”或“1”的标识位，它只有0.56ms的有载波信号构成。发射码的格式如下图3.4所示。图3.4 TC9012 的发射码的格式“1”和“0”的区分取决于脉冲之间的时间，称之为脉冲位置调制方式（PPM）。如图3.5所示。57第三章 硬 件 电 路 设 计图3.5 TC9012 的“1”和“0”输出波形发射端输出高电平时按图3.6 的载波波形发送， 频率：38KHz；占空比：1/3。图3.6 载波波形信号发射电路原理图如图3.7所示。图3.7 TC9012 参考应用电路图27第三章 硬件电路设计3.4.2 曼彻斯特编码信号发射电路一简介曼彻斯特编码（Manchester Encoding），也叫做相位编码(PE)，是一个同步时钟编码技术，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。曼彻斯特编码被用在以太网媒介系统中。曼彻斯特编码提供一个简单的方式给编码简单的二进制序列而没有长的周期没有转换级别，因而防止时钟同步的丢失，或来自低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误。在这个技术下，实际上的二进制数据被传输通过这个电缆，不是作为一个序列的逻辑1或0来发送的（技术上叫做反向不归零制(NRZ)）。 相反地，这些位被转换为一个稍微不同的格式，它通过使用直接的二进制编码有很多的优点。曼彻斯特编码，常用于局域网传输。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从低到高跳变表示1，从高到低跳变表示0。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示0或1，有跳变为0，无跳变为1。如图3.8所示。图3.8 曼彻斯特编码二优点 由于曼彻斯特编码每一个码元的正中间时刻出现一次电平的转换， 这对接收端的提取位同步信号是非常有利的。但是可从曼彻斯特编码的波形图看出其它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。曼码需要较复杂的技术， 但可以获得较好的抗干扰性能。如图3.9所示。29第三章 硬 件 电 路 设 计图3.9 曼码优点由图3.9中我们可以很清晰的发现曼码的特点：1）编码信息是靠边延识别，其中下跳（10）表示1，上跳（01）表示0，这种方法抗干扰性比较好，而且信息的有效跳变是出现在0.5T 的位置。2）当出现两个连续的1 或两个连续的0 时就会出现一次空跳，且空跳发生在T 的位置。曼码的解码方案根据曼码的编码特点，我们提出了两个解决编码的方案。在这里分别命名为间隔读取法， 连续检测法，两种方法在下面分别进行说明。1.间隔读取法。所谓间隔读取法， 就是通过定时器控制每隔一段时间对数据进行一次读取。通过对图3.9 观察不难发现， 只有前0.5T 的数据是有效的，而后0.5T 的数据是没有效的，所以在读取数据时只要读取0-0.5T 的数据就可以了， 这种方法主要是利用定时器间歇读取数据来完成的。针对上面出现的空跳现象， 解决的方法是通过延时躲过空跳点，这样就可以有效的读出数据了。2.连续检测法。所谓连续检测法，是针对上面提到的间隔读取法而言的，这种方法不是间隔读取数据，而是一直在监视着电平的变化，然后通过波形维持高电平和低电平的时间长度以及高低电平的有序组合来判断当前的数据是“1”还是“0”。在图3.10 中所有单向箭头都是表明数据的有效翻转，而没有箭头的翻转就是上文中提到的“空跳”。这种方法的主要思路是对高低电平进行“计时”，只要是维持原来电平就一直计时直到有跳变产生时停止计时。如图3-10 主要分四种情况： 1）如果上一个数据是0，并产生跳变变为高开始计时到变为低电平停止计数然后与时钟周期相比较，如果时间长度约为0.5T 时，再接着计高电平时间也维持大约0.5T 说明该数据为0； 25第三章 硬件电路设计2）如果刚才的高电平维持大约为1个T时，说明这位数据为1；3）如果上一位数据是1，并产生负跳变开始计时到低电平结束然后和时钟周期比较，如果时间长度约1T 时说明该位数据为0；4）如果低电平维持的时间约为0.5T，则接着计高电平的时间，如果维持时间也大约是0.5T 则说明该位数据为1。 图3.10 曼码四种情况两种方法的比较：1)间隔读取法。其主要的优点是编程比较简单，而且容易理解但是也存在一定的缺点， 如定时器的时间是预先设定的，一旦确定就很难改变， 所以当器件的电器特性发生变化，即如果特定器件的“0/1” 维持的时间长度比标准值有较大偏差时就容易出现错误。2）连续检测法。这种方法实现起来比较麻烦，而且不容易想到。但其优点也是很明显的，它很好的解决了特定器件的电器特性偏差