红外学习型遥控器的设计.doc

河南农业大学河南农业大学 本科生毕业论文 题 目 红外学习型遥控器的设计 学 院 理学院 专业班级 08 级信安一班 学生姓名 陈晨 指导教师 贾树恒 撰写日期： 2012 年 5 月 22 日 河南农业大学理学院本科毕业论文 指导教师评语（主要评价论文的工作量、试验数据的可靠性、论文的主要内 容与特点、写作水平等）： 论文的工作量： 试验数据的可靠性： 论文的主要内容与特点、写作水平： 签 名： 2012 年 5 月 22 日 答辩委员会评语及论文成绩（主要评价论文的性质、难度、质量、综合训练、 答辩情况、不足等。评定论文成绩）： 论文的性质、难度、质量： 学生的综合训练、答辩情况、不足等： 论文成绩： 主任委员签名： 2012 年 5 月 28 日 河南农业大学理学院本科毕业论文 红外学习型遥控器的设计 陈晨 摘要摘要 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。 本设计以单片机为核心设计一种红外学习型遥控器，可以对基于 NEC 红外协议的红外线遥控器 发射的信号进行识别、存储和再现等功能，从而实现对各类家用电器的控制。红外学习型遥控器由单 片机、红外线接收、红外线发射、显示、存储、按键和电源等部分组成。本设计详细介绍了红外学习型 遥控器的软硬件设计方法，并给出了具体的各单元电路设计、程序设计及主程序流程图。 关键词：关键词：单片机；红外遥控；中断；单片机；红外遥控；中断；学习型学习型 河南农业大学理学院本科毕业论文 Design of IR Learning Remote Controler CHEN Chen Abstract With the development of our society and the gradual improvement of science and technology, various kinds of help remote control systems have began to enter peoples life. The traditional remote controllers adopt special remote control code and decode integrated circuits, though this kind of method is simply and easily, it is only the practical application of some certain special electric equipments because of the counted functional keys is counted and the restricted function, so the range of application is limited. But the remote controllers which adopt the microprocessors have many advantages such as flexible operating and unceremonious manipulative keys. This is to design an intelligent infrared remote focusing on single chip. It can distinguish, store and recurrence to signals that all kinds of infrared remote launched .Thereby, the control of all household electrical appliances can be realized. The intelligent infrared remote is made up of singe clip, infrared receiving, infrared launching, displaying, storing, keys, power supply, etc.This design introduced detailedly the soft and hard designing methods of intelligent infrared remote and gave the details of circuit design, procedure design and main procedure flow chart of every unit. Keywords: Single chip microcomputer; Infrared remote control; Interrupt; The learning 河南农业大学理学院本科毕业论文 I 目录 1 绪论绪论.1 1.1 选题的意义.1 1.2 设计思想 .2 1.3 设计重点与难点 .2 2 硬件的选取硬件的选取.3 2.1 单片机 .3 2.1.1 简介.3 2.1.2 主要功能特性.3 2.1.3 引脚介绍.4 2.1.4 STC89C52RC 单片机的工作模式.6 2.1.5 定时器/计数器.6 2.2 电源 L7805 稳压器概述.8 2.3 存储器 .9 2.3.1 AT24C02 串行 E2PROM 的概述 .9 2.3.2 AT24C02 串行 E2PROM 的特性.9 2.4 红外接收头.10 2.4.1 NB0038 的概述.10 2.4.2 NB0038 的特性.10 3 系统组成设计系统组成设计.11 4 各单元电路设计各单元电路设计.12 4.1 单片机最小系统 .12 4.1.1 复位电路 .12 4.1.2 CPU 时钟电路.12 4.1.3 管脚应用 .13 4.2 键盘电路.13 4.2.1 键盘与单片机的接口.13 4.2.2 键连击现象的克服和处理 .14 4.3 红外发射电路 .14 4.4 红外接收电路 .15 4.4.1 红外接收原理 .15 4.5 存储器电路 .17 4.5.1 24C02 引脚说明.17 4.5.2 单片机与 24C02 的接口.17 4.6 指示灯电路 .17 4.7 电源电路 .18 5 程序设计程序设计.19 河南农业大学理学院本科毕业论文 II 5.1 主程序流程图 .19 5.2 键号判别程序设计 .20 5.3 红外接收程序设计 .21 5.4 红外发射程序设计 .22 6 程序源代码程序源代码.23 6.1 按键扫描源码见附录 A.23 6.2 I2C 总线程序.23 6.2.1 位传输.23 6.2.2 数据传输的字节格式 .23 6.2.3 I2C 数据传输协议.23 6.3 红外接收源码见附录 B .24 6.4 红外发射源码见附录 C .24 7 系统调试系统调试.25 7.1 软件调试 .25 7.2 硬件调试 .26 8 调试中遇到的问题和解决方法调试中遇到的问题和解决方法.29 8.1 硬件部分.29 8.1.1 单片机的选取 .29 8.1.2 功能切换键的设置 .29 8.1.3 AT24C02 的焊接.29 8.2 软件部分.29 8.2.1 红外发射部分.29 8.2.2 中断部分.29 8.2.3 定时器 0 模式部分.30 结论结论.31 参考文献参考文献.32 附附 录录 A.33 附附 录录 B .34 附附 录录 C.36 附附 录录 D.38 附附 录录 E .39 致谢致谢.40 河南农业大学理学院本科毕业论文 1 1 绪论绪论 1.1 选题的意义选题的意义 上世纪八十年代初,日本率先在电视产品中使用了红外遥控技术,使用集成发射芯片来实现遥控 码的发射,如东芝 TC9012,飞利浦 SAA3010 等,它的主要特点是:遥控器内预置固定编码,一只遥控器 只能控制单一型号的电器。如图 1.1 所示: 图图 1.1 遥控单一种类电器的遥控器遥控单一种类电器的遥控器 随着电子技术的发展,家用电器越来越普遍,人们希望以一只遥控器遥控所有家用电器,多用遥控 器产生了。它的主要特点是:遥控器内预置多套编码,可供用户选择。如图 1.2 所示: 图图 1.2 可遥控多种家用电器的遥控器可遥控多种家用电器的遥控器 如今,随着嵌入式的广泛应用,部分厂商推出了具备红外学习的遥控器,它的主要特点是:遥控器内 置一个动态编码库,具备红外学习功能,可由用户自主录入编码【1】,如图 1.3 所示: 图图 1.3 具备学习功能的遥控器具备学习功能的遥控器 通过对具备红外学习功能的遥控器进行市场调查,本文发现:国内红外遥控编码学习技术虽比较 成熟,但产品化程度较低,市场推广不够,主要原因在于设计者对用户需求的调查不够全面,以致产品不 够实用,性价比较低。为此，我们试着设计一种以 单片机为核心的智能型遥控器。 河南农业大学理学院本科毕业论文 2 1.2 设计思想设计思想 本系统的设计思想是针对市面上流行的 NEC 红外协议，利用小型一体化接收头 NB0038 对红 外遥控信号进行接收，再用单片机对红外信号进行解码，把解码结果存储到扩展存储区的指定地址。 当要发射红外信号时，从扩展存储区中读出相应的红外遥控编码，调制到由单片机产生 38K 载波 上，最后，通过三极管放大电路驱动红外发光二极管发射红外信号，达到学习和发射的目的，从而 实现一个遥控器控制多种红外遥控设备。 遥控器有两种工作状态：“学习”状态和“控制”状态，使用者可通过学习/控制复用键进行 转换。当使用者在学习状态下，红外线接收电路处于接收红外线信号状态下，当有红外信号并接收 成功后，指示灯会闪烁。当按下一个控制键后，由 CPU 将解码信息存放到相应的存储单元中去， 存储成功后指示灯会闪烁。当遥控器处于控制状态时，使用者每按下一个控制键，CPU 从指定的 存储单元中读取遥控编码信号，然后进行信号调制，将调制信号经放大以后，由红外线发射二极管 进行发射，从而实现对该键对应设备功能的控制。 1.3 设计重点与难点设计重点与难点 系统组成的设计；各部分硬件的选取；单片机串行接口的键盘设计；红外线遥控器信号的接收、 发射与调制解码软件的设计；流程图及程序的设计。 河南农业大学理学院本科毕业论文 3 2 硬件的选取硬件的选取 2.1 单片机单片机 由于此单片机应用在家用遥控器上，所以本设计选用了低功耗、低价格的 STC89C52RC 单片 机，如图 2.1 所示。 图图 2.1 STC89C52RC 引脚图引脚图 2.1.1 简介简介 STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完 全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周期可以任意选择。 2.1.2 主要功能特性主要功能特性 (1) 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容 传统 8051。 (2) 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机） 。 (3) 工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工作频率可达 48MHz。 (4) 用户应用程序空间为 8K 字节，片上集成 512 字节 RAM。 (5) 通用 I/O 口（32 个） ，复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉，P0 口是漏极开路输出， 作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 河南农业大学理学院本科毕业论文 4 (6) ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口 （RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。 (7) 具有 EEPROM 功能。 (8) 具有看门狗功能。 (9) 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2。 (10)外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中 断方式唤醒。 (11)通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART。 (12)工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） 。 2.1.3 引脚介绍引脚介绍 (1) VCC（40 引脚）：电源电压。 (2) VSS（20 引脚）：接地。 (3) P0 端口（P0.0P0.7，3932 引脚）：P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/O 口。作为输出端 口，每个引脚能驱动 8 个 TTL 负载，对端口 P0 写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问 外部程序和数据存储器时，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总线。此时，P0 口 内部上拉电阻有效。在 Flash ROM 编程时，P0 端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出 指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。 (4) P1 端口（P1.0P1.7，18 引脚）：P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P1 的输 出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写入 1 时，通过内部的上拉 电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1 口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻， 那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（） 。此外，P1.0 和 P1.1 还可以作为定时器/计数器 2 的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX） 。 (5) P2 端口（P2.0P2.7，2128 引脚）：P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P2 的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写入 1 时，通过内部的 上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2 作为输入口使用时，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（） 。 (6) P3 端口（P3.0P3.7，1017 引脚）：P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。P3 的 输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4 个 TTL 输入。对端口写入 1 时，通过内部的上拉 河南农业大学理学院本科毕业论文 5 电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3 做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻， 那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（） 。P3 口还用于实现各种第二功能，如下表 所列： 表表 2.1 P3 口的第二功能口的第二功能 引脚口功能 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD 串行输入端口 TXD 串行输出端口 INT0 外中断 0 INT1 外中断 1 T0 定时器 0 外部输入 T1 定时器 1 外部输入 WR 外部数据存储器写选通 RD 外部数据存储器读选通 (7)RST（9 引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机 单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST 引脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊 寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复位高 电平有效。 (8)ALE/（30 引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位 地址的输出脉冲。在 Flash 编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。 (9)（29 引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当 AT89C51RC 从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问 外部数据存储器时，将不被激活。 (10)/VPP（31 引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序 存储器读取指令，必须接 GND。注意加密方式 1 时，将内部锁定位 RESET。为了执行 内部程序指令，应该接 VCC。在 Flash 编程期间，也接收 12 伏 VPP 电压。 (11) XTAL1（19 引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 河南农业大学理学院本科毕业论文 6 (12) XTAL2（18 引脚）：振荡器反相放大器的输入端。 2.1.4 STC89C52RC 单片机的工作模式单片机的工作模式 (1) 掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。 (2) 空闲模式：典型功耗 2mA，可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。 (3) 正常工作模式：典型功耗 4mA7mA。 2.1.5 定时器定时器/计数器计数器 (1) 主要特性 STC89C52RC 单片机有三个可编程的定时器/计数器定时器/计数器 0定时器/计数器 1 和 定时器/计数器 2，可有程序选择作为定时器用或作为计数器用，定时时间或记数值也可由程序设定。 每一个定时器/计数器具有 4 种工作方式，可用程序选择。任一定时器/计数器在定时时间到或记数 值到时，可有程序安排产生中断请求信号或不产生中断请求信号。 (2) 定时/计数器 0 和 1 的控制和状态寄存器 特殊功能寄存器 TMOD 和 TCON 分别是定时/计数器 0 和 1 的控制和状态寄存器，用于控制和 确定各定时/计数器的功能和工作模式。 模式控制寄存器 TMOD TMOD 用于控制 T0 和 T1 的工作方式和 4 种工作模式。其中低 4 位用于控制 T0，高 4 位用于 控制 T1。其格式如下： 表表 2.2 TMOD 格式格式 GATE C/T 非 M1 M0GATE C/T 非 M1 M0 GATE 位：门控位。当 GATE=1 时，只有 INTO 非或 INT1 非引脚为高电平且 TR0 或 TR1 置 1 时，相应的定时/计数器才被选通工作；当 GATE=0，则只要 TR0 和 TR1 置 1，定时/计数器就被 选通，而不管 INT0 非或 INT1 非的电平是高还是低。 C/T 非位：计数/定时功能选择位。C/T 非=0，设置为定时器方式，计数器的输入是内部时钟脉 冲，其周期等于机器周期。C/T 非=1，设置为计数器方式，计数器的输入来自 T0（P3.4）或 T1（P3.5）端的外部脉冲。 M1、M0 位：工作模式选择位。2 位可形成 4 中编码，对应 4 种工作模式，见下表： 河南农业大学理学院本科毕业论文 7 表表 2.3 定时器工作模式定时器工作模式 M1 M0功 能 描 述 00 01 10 11 方式 0：13 位定时器/计数器 方式 1：16 位定时器/计数器 方式 2：具有自动重装初值的 8 位定时器/计数器 方式 3：定时/计数器 0 分为两个 8 位定时/计数器，定时/计数器 1 在此方式无实用意义 控制寄存器 TCON TCON 用来控制 T0 和 T1 的启、停，并给出相应的控制状态，高 4 位用于控制定时器 0、1 的 运行；低 4 位用于控制外部中断。格式如下： 表表 2.4 TCON 格式格式 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1IT1IE0 IT0 TF1：定时器 1 溢出标志。当定时器 1 溢出时，由硬件置 1。使用查询方式时，此位做状态位 供查询，查询有效后需由软件清零；使用中断方式时，此位做中断申请标志，进入中断服务后被硬 件自动清零。 TR1 位：定时器 1 运行控制位。该位靠软件置位或清零，置位时，定时/计数器接通工作，清 零时，停止工作。 TF0 位：定时器溢出标志位，其功能和操作情况类同于 TF1。 TR0 位：定时器 0 运行控制位，其功能和操作类同于 TR1。 IE 位：外部中断请求标志位。当 CPU 采样到 INT0 非（或 INT1 非）端出现有效中断请求时， IE0（或 IE1）由硬件置 1，中断响应完成后转向中断服务时，再由硬件自动清零。 IT 位：外部中断请求出发方式位。IT0（IT1）=1 为脉冲触发方式，后负跳有效。IT0（IT1） =0 为电平触发方式，低电平有效。 定时/计数器的初始化 单片机的定时/计数器是可编程的，因此，在进行定时或计数之前也要用程序进行初始化。初 始化一般应包括以下几个步骤： 河南农业大学理学院本科毕业论文 8 a. 对 TMOD 寄存器赋值，以确定定时器的工作模式； b. 置定时/计数器初值，直接将初值写入寄存器的 TH0，TL0 或 TH1，TL1； c. 根据需要，对寄存器 IE 置初值，开放定时器中断； d. 对 TCON 寄存器中的 TR0 或 TR1 置位，启动定时/计数器，置位以后，计数器即按规定的 工作模式和初值进行计数或开始定时。 在初始化过程中，要置入定时/计数器的初值，这时要做一些计算。由于计数器是加法计数， 并在溢出时申请中断，因此不能直接输入所需的计数值，而是要从计数最大值倒退回去一个计数值 才是应置入的初值。设计数器的最大值为 M（在不同的工作模式中，M 可以为 8192，65536，256） ， 则置入的初值可以这样来计算。 计数方式时 X=M-记数值 （2.1） 定时方式时 （M-X）*T=定时值 （2.2） 所以 X=M-定时值/T （2.3） 式中，T 为计数周期，是单片机的机器周期。 T0 和 T1 的 4 种工作方式 方式 0：13 位定时/计数器，TL1（或 TL0）的低 5 位和 TH1（或 TH0）的 8 位构成，TL 中的 高 3 位弃之未用。当 TL 的低 5 位记数溢出时，向 TH 进位，而全部 13 位计数器溢出时使计数器回 零，并使溢出标志 TF 置 1，向 CPU 发出中断请求。 方式 1：16 位定时/计数器，其逻辑电路和工作情况与方式 0 几乎完全相同，唯一的差别就是 方式 1 中 TL 的高 3 位也参与了计数。 方式 2：把 TL 配置成一个可以自动重装载的 8 位定时/计数器。 方式 3：仅对 T0 有意义，将 16 位定时/计数器分成两个互相独立的 8 位定时/计数器 TL 和 TH【2】。 河南农业大学理学院本科毕业论文 9 2.2 电源电源 L7805 稳压器概述稳压器概述 整个电路用 9V 电源供电，为满足单片机和其它器件的电压要求，需要把 9V 转为 5V，为此选 用 L7805 稳压器实现电压的转化。电子产品中, L7805 是常见的三端稳压集成电路正电压输出,只有 三条引脚输出,分别是输入端,接地端和输出端.它的样子像是普通的三极管,TO-220 的标准封装, 用 L7805 三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内 部还有过流,过热及