红外线遥控电风扇毕业论文.doc

宿迁学院毕业设计论文 1 红外线遥控电风扇毕业论文红外线遥控电风扇毕业论文 目录 1 1 工作原理 6 1 2 组成部分功能介绍 9 1 3 红外发射 14 1 4 红外发射的编码方式 15 1 5 硬件设计 17 1 6 软件设计 19 第二章第二章 电风扇控制板电风扇控制板 20 2 1 工作原理 20 2 2 组成部分元件简介 24 2 3 遥控的解码过程 31 2 4 硬件设计 32 2 5 软件设计 32 2 6 本章小结 35 第三章第三章 结论结论 36 参考文献参考文献 37 致谢致谢 38 附录附录 39 宿迁学院毕业设计论文 2 总体方案设计总体方案设计 根据设计任务和实际要求 确定总体设计方案如下 总体设计方案图 如图所示 该总体方案主要有以下几个部分组成 1 红外发射端按键输入电路 主要功能键按一定方式与义隆单片机一输 出口连接 因为该单片机有睡眠唤醒的功能 可以采用中断方式工作 2 红外发射系统 硬件上主要由义隆单片机加红外发射头组成 在软件 上主要根据单片机所识别的不同按键进行相应编码 然后通过红外发 射头发射出去 3 红外接收系统 硬件上主要由义隆单片机输出口和红外接收头组成 在软件上通过定时器 计数器 T 精确定时 然后通过单片机解码计算 得出相应的控制信号 4 风扇开关和调速控制电路 主要通过继电器和可控硅等元件来实现风 扇的开关和调速等动作 宿迁学院毕业设计论文 3 5 白炽灯控制电路 主要也是用单片机与继电器组合使用 来控制白炽 灯的开关 6 振荡电路和复位电路 这些都是比较基本和常规的电路 其中对于红外发射端按键输入电路 根据实际需要和设计要求 共设 计 6 个按键 分别为 FAN OFF 键 吊扇电机的关键 其功能是当该键按下时 风扇电机关 闭 FOR REV 键 吊扇正 反转控制键 其功能是当该键按下时 电机正 反转 切换 LIGHT 键 白炽灯的开关键 其功能是当该键按下时 灯泡开 再按 下 灯泡关 如此循环 HI 键 吊扇的高速档选择键 其功能是当该键按下时 吊扇进入高 速运行状态 MED 键 吊扇的中速档选择键 其功能是当该键按下时 吊扇进入中 速运行状态 LOW 键 吊扇的低速档选择键 其功能是当该键按下时 吊扇进入低 速运行状态 第第一一章章 红红外外遥遥控控器器 1 1 工作原理 1 1 1 原理简介 为了能远离距的控制电风扇 采用了红外遥控器 通常红外遥控器由发 射和接收两部分组成 发射部分由单片机 89C2051 等构成 红外发射器由 指令键 指令信号产生电路 调制电路 驱动电路及红外发射器组成 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 455kHz 12 37 9 kHz 38kHz 也有一些遥控系统采用 36kHz 40kHz 56kHz 等 一般由发射端晶振的振荡频率来决定 89C2051 的 P1 口构成矩阵式键盘 当有按键按下超过 36ms 时 振荡器 电路使芯片激活 将发射一组 108ms 的编码脉冲 同时单片机的 INT0 产生 定时中断 驱动 89C2051 的 P3 3 口产生一个 38K 的方波 作为红外线的调 宿迁学院毕业设计论文 4 制基波 发射的周期为 108ms 的编码脉冲是由 0 和 1 组成的 32 位二 进制码 此脉冲经 38KHZ 的载频进行二次调制 提高发射效率 将这些按键 指令信号由调制电路调制成 38 kHz 的信号 作为红外线的调制基波 将发 送的数据和 P3 0 进行逻辑与后 经过 CD40106 缓冲整形 用三极管放大驱 动红外发射管发射红外遥控信号 1 1 2 电源部分 图 1 1 电源部分电路 电源采用 4 节 7 号电池来提供电源 并用一个二极管 IN4148 进行降 压 降压后经滤波电路输出电压接近 5V 提供整个遥控器的电源 1 1 3 调制部分 采用 CD40106 进行缓冲放大并整形 发送的数字信号与 38K 的载波进行 相与 将其调制在一起 整形并缓冲放大 经过三极管 8050 进行放大驱动红 外发射管 使其发射红外光 1 1 4 红外发射部分 1 1 4 1 红外发光二极管 红外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 940nm 左右 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 C4 104PF 代代 D4 IN4148 C5 100U F VCC 宿迁学院毕业设计论文 5 常用的红外发光二极管 如 SE303 PH303 其外形和发光二极管 LED 相似 发出红外光 近红外线约 0 93 m 管压降约 1 4V 工作电流一 般小于 20mA 为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 1 1 4 2 红外发射原理框图 键盘编码调制红外发射 38K 载波发生器 图 1 2 遥控器原理框图 1 1 5 复位电路部分 图 1 3 复位电路 当 RST 一旦变成两个机器周期以上的高电平 所有的 I O 口都将复位到 1 状态 当振荡器正在工作时 持续两个机器周期以上高电平便可完成复位 R4 C3 RS T 5V 宿迁学院毕业设计论文 6 每个机器周期为 12 个振荡时钟周期 1 1 6 红外发射电路 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 19 Jun 2005Sheet of File C Documents and Settings sboyer1 SBOYER MyDesign ddbDrawn By 8050 D VDD 1K R2 47uF 10V C6 R3 2 PA1 图 1 4 红外发射电路 1 2 组成部分功能介绍 1 2 1 AT89C51 单片机 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 2K bytes 的可反复擦写的只读程序存储器 PEROM 和 128bytes 的随机 存取数据存储器 器件采用公司的高密度 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 功能 强大 此单片机可为您提供许多高性价比的应用场合 1 2 1 1 主要性能参数 1 和 MCS 8051 产品兼容 2 2KB 可重编程闪速存储器 3 耐久性 1000 写 擦除周期 4 2 7V 6V 的操作范围 5 全静态操作 0Hz24MHz 宿迁学院毕业设计论文 7 6 两级加密程序存储器 7 128 8 位内部 RAM 8 15 根可编程 I O 引线 9 6 个中断源 10 可编程串行 UART 通道 11 直接 LED 驱动输出 12 片内模拟比较器 13 低耗空载和掉电方式 1 2 1 2 功能特性概述 AT89C51 提供以下标准功能 2K 字节 FLASH 闪速存储器 128 字节内部 RAM 15 个 I O 口线 两个 16 位定时 计数器 一个向量两级中断结构 一 个全双工串行通讯口 内置一个精密比较器 片内振荡器及时钟电路 同时 AT89C51 可降至 0HZ 的静态逻辑操作 并支持两种软件可选的工作模式 空 闲方式停止 CPU 的工作 但允许 RAM 定时计数器 串行通信及中断系统继 续工作 掉电方式保存 RAM 中的内容 但振荡器停止工作 并禁止其它所有 部件工作直到下一个硬件复位 1 RST 20 VCC 2 RXD P3 0 19 P1 7 3 TXD P3 1 18 P1 6 4 XTAL2 17 P1 5 5 XTAL1 16 P1 4 6 INT0 P3 2 15 P1 3 7 INT1 P3 3 14 P1 2 8 T0 P3 4 13 P1 1 AIN1 9 T1 P3 5 12 P1 0 AIN0 10 GND 11 P3 7 图 1 5 AT89C2051 引脚图 1 2 1 3 引脚功能说明 VCC 电源电压 GND 地 P1 口 是一组 8 位双向 I O p1 2 P1 7 提供内部上拉电阻 P1 0 和 P1 1 内部上拉电阻 主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端 AIN0 和反相输入端 AIN1 如果需要应在外部接上拉电阻 P1 口 宿迁学院毕业设计论文 8 输出缓冲器可吸收 20MA 电流并可直接驱动 LED 当 P1 口引脚写入 1 时 刻作输入端 当引脚 P1 2 P1 7 用作输入并被外部拉底时 他们将因内部 的上拉电阻而输出电流 P1 口还在 FLASH 闪速编程及程序效验时接受代码数据 P3 P3 口的 P3 0 p3 5 p3 7 是带有内部上拉电阻的 7 个双向 I O 口 P3 6 没有引出 它作为一个通用 I O 口但不可访问 但可作为固定输 入片内部比较器的输出信号 P3 口缓冲器可吸收 20MA 电流 当 P3 口写入 1 时 他们比内部上拉电阻拉高并可作为输入端口 作输入时 被外部拉底 的 P3 口将用上拉电阻输出电流 P3 口还用于实现 AT89C51 特殊功能 如下表所示 表 1 6 P3 口 AT89C51 特殊功能 端口引脚功能特性 P3 0RXD 串行口输入 P3 1TXD 并行口输入 P3 2INT0 外部中断 0 P3 3INT1 外部中断 1 P3 4T0 定时计数外部输入 0 P3 5T1 定时计数外部输入 0 P3 口还接受一些用于 FLASH 闪速存储器编程和程序效验控制信号 RST 复位输入 其引脚一旦变成两个机器周期以上的高电平 所有的 I O 口都将复位到 1 状态 当振荡器正在工作时 持续两个机器周期以上高 电平便可完成复位 每个机器周期为 12 个振荡时钟周期 XTAL1 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器输出端 1 2 1 4 振荡器特性 XTAL1 XTAL2 位片内振荡器的反向放大器的输入和输出 如下图所示 可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成时钟振荡器 如需从外部输入时钟驱动 AT89C51 时钟信号从 XTAL1 输入 XTAL2 应悬空 由于输入到内部电路是 经过一个 2 分频触发器 所以输入的外部时钟信号无需特殊要求 打它必须 符合电平的最大和最小及时序规范 1 2 1 51 2 1 5 FlashFlash 闪速存储器闪速存储器 AT89C51 单片机内部有 4K 字节的 Flash PEROM 这个 Flash 存储阵列出 厂时已处于擦除状态 用户随时可对其进行编程 编程接口可接收高电压或 低电压的允许编程信号 低电压编程模式适合于用户在 线编程系统 而高 宿迁学院毕业设计论文 9 电压编程模式可与通用 EPROM 编程器兼容 此单片机中 有些属于低电压编程方式 有些则是高电压编程方式 用 户可从芯片上的型号和读取芯片内的字节获得该信息 C2 C1 XTAL2 XTAL1 GND 石英晶体时 C1 C2 30PF 10PF 陶瓷滤波器 C1 C2 40PF 10PF 图 1 7 内部振荡电路 当有键按下超过 36ms 振荡器使芯片激活 将发射一组编码脉冲 这组 脉冲信号代码由一个起始码 一个结果码 低 8 位地址码 高 8 位地址码 8 位数 据码和这 8 位数据的反码组成 1 2 2 CD40106 简介 CD40106 是六施密特触发器 芯片 CD40106 内部含有施密特触发器 可将输出脉冲整形 以消除 抖动 信号的干扰 经过整形后其 2 脚得到 的信号应为整形后的方波 该施密特触发器还有一个反相的作用 密特触发器的用途很广 其典型的应用有 波形的整形和变换 整形 通常是由测量装置来的信号 经放大后可能是不规则的波形 必须经密特 触发器整形 作为整形电路时 如果要求输出和输入同相 则可在上述集 成施密特反相器后在加一级反相器 幅度鉴别 利用施密特触发器输出状 态取决于 V1 幅度的工作特点 可以用它来作为幅度鉴别电路 多谐震荡 器 利用施密特触发器也可以构成多谐震荡器 CD40106 的引脚图及功能框图如下 宿迁学院毕业设计论文 10 图 1 8 CD40106 的引脚图 对于 CD40106 而言 施密特触发器具有上限阈值电压 V2 下限阈值电 压 V1 的特性 且受电源限制 当 5V 时 下限阈值电压 V1 1 4V DD V DD V 上限阈值电压 V2 3 6V 下面是 CD40106 原理与结构图 图 1 9 CD40106 原理图 图 1 10 CD40106 结构图 CD40106 的封装是 DIP 14 在图 7 遥控器原理图中电源 地线和其它的 宿迁学院毕业设计论文 11 引脚都隐藏了 1 2 3 8050 简介 8050 三极管是 NPN 的小功率三极管 它的引脚是 1E2B3C 驱动红外发 射管发射红外遥控信号 8050 三极管的参数 晶体管类型 开关型 极性 NPN 材料 硅 最大集存器电流 A 0 5 A 直流电增益 10 to 60 功耗 625 mW 最大集存器发射电压 VCEO 25 频率 150 KHz 1 3 红外发射 1 3 1 红外发射原理 发射部分包括键盘矩阵 编码调制 红外发送器 使用 89C2051 芯片 将按键信号调制在 38KHz 的载波信号上通过三极管放大后发射出去 红外 编码为 全码 引导码 系统码 系统反码 数据码 数据反码 89C2051 的 P1 口构成矩阵式键盘 用 INT0 产生定时中断 驱动 P3 3 产生一个 38K 的 方波 作为红外线的调制基波 将发送的数据和 P3 0 进行逻辑与后 经过 40106 整形 用三极管驱动红外发射管发射 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 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 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 1 3 2 按键说明 K1 低档 中档 高档 相应的指示灯亮 键值为 01H K2 控制彩灯 键值为 02H K3 风扇速度调整开关 实现自然风 睡眠风 正常风手动控制 值为 03H 宿迁学院毕业设计论文 12 K4 每按动一次可分别设定 30 分钟 1 小时 2 小时 4 小时的累计定时 并由相应的指示灯点亮 键值为 04H K5 具有开机功能和关机功能 它能切断风扇功能和已经设定的 30 分钟 1 小时 2 小时 4 小时的累计定时 键值为 05H 当无键按下时 延时 10 秒后进入待机状态 系统处于低功耗模式 当 有按键按下时 INT0 中断产生中断 同时唤醒 CPU 进行工作状态 1 4 红外发射的编码方式 1 4 1 遥控发射器及其编码 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 uPD6121G 组成发射电路为例说明编码原理 当发射器按键按下后 即有遥 控码发出 所按的键不同遥控编码也不同 这种遥控码具有以下特征 采用脉宽调制的串行码 以脉宽为 0 565ms 间隔 0 56ms 周期为 1 125ms 的组合表示二进制的 0 以脉宽为 0 565ms 间隔 1 685ms 周 期为 2 25ms 的组合表示二进制的 1 0 和 1 组成的 32 位二进制 码经 38kHz 的载频进行二次调制以提高发射效率 达到降低电源功耗的目的 然后再通过红外发射二极管发射 遥控编码是连续的 32 位二进制码组 其中前 16 位为用户识别码 能区 别不同的电器设备 防止不同机种遥控码互相干扰 该芯片的用户识别码固 定为十六进制 0FFH 后 16 位为 8 位操作码 功能码 及其反码 UPD6121G 最多有 128 种不同组合的编码 遥控器在按键按下后 周期性地发出同一种 32 位二进制码 周期约为 108ms 一组码本身的持续时间随它包含的二进制 0 和 1 的个数不同 而不同 大约在 45 63ms 之间 当一个键按下超过 36ms 振荡器使芯片激活 将发射一组 108ms 的编 码脉冲 这 108ms 发射代码由一个起始码 9ms 一个结果码 4 5ms 低 8 位地址码 9ms 18ms 高 8 位地址码 9ms 18ms 8 位数据码 9ms 18ms 和这 8 位数据的反码 9ms 18ms 组成 如果在键按下超过 108ms 仍未松开 接下来发射的代码 连发代码 将仅由起始码 9ms 和 结束码 2 5ms 组成 代码格式 以接收代码为准 接收代码与发射代码 反向 1 位定义 宿迁学院毕业设计论文 13 0 56ms Data Period 1 12m s 0 2 单发代码格式 9ms 4 5ms 32代代代 4 5ms 63ms A0 A15 D0 D7 D0 D7 注释 前 16 位为用户识别码 后 16 位为 8 位操作码 功能码 及其反码 3 连发代码格式 9m s 2 5m s 图 1 11 三种代码格式 1 4 2 代码宽度算法 16 位地址码的最短宽度 1 12 16 18ms 16 位地址码的最长宽度 2 24ms 16 36ms 易知 8 位数据代码及其 8 位反代码的宽度和不变 1 12ms 2 24ms 8 27ms 所以 32 位代码的宽度为 18ms 27ms 36ms 27ms 其相关的波形图如下 宿迁学院毕业设计论文 14 9MS4 5MS560US560US560US1687US 图 1 12 遥控编码 1 5 硬件设计 宿迁学院毕业设计论文 15 图 1 13 遥控器电路原理图 宿迁学院毕业设计论文 16 1 6 软件设计 采用中断的处理程序完成整个系统的操作 INT0 中断处理完成键盘扫 描以及发送 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 RESET 进入的程序模块 在这个程序模块中 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 TM0 和 BTM 初始设 置 定义 PORTA 为输入口 PORTB 为输出口 定义 PA1 为 38K 载波红外发射 口并对 PSG 进行红外发射初始化 接着初始化用户寄存器 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 程序流程图如下所示 开始初始化 主程序 延时 10 秒 进入待机模式 有键闭合时进入中断系 统 图 1 14 遥控器软件主程序流程图 宿迁学院毕业设计论文 17 键盘中断处理程序 读列线有键闭和 读行线有键闭和 延时消抖动 取按键编号 存键值 发送 RET1 Yes Yes NO NO 图 1 15 遥控器软件中断流程图 第第二二章章 电风扇控制板电风扇控制板 2 1 工作原理 红外接收部分包括光电转换放大器 解调 解码电路 CPU 板将单片 机 控制 键盘组合在一起完成了人机对话 用 AT89C51 单片机来作主 芯片控制 采用红外 T1838 接收头 用双向可控硅 MC97A6 控制电机档位 具有红外遥控功能 宿迁学院毕业设计论文 18 2 1 1 电源部分 图 2 1 电源部分电路 交流 220V 经变压器降压为 2 8V 全波整流后再由三端稳压器 LM7805 稳压 供给控制板 LM7805 是 5V 输出普通串联稳压电源 为后级供 5V 电的稳压块 通常 是 LM7805 的实际应用输出端并联一个电容来降低高频阻抗 改善 暂态反 应 transient response 使用时 输入端也常常加上一个 0 33 mf 以 上的电容 如果需要负电压供应 可以换用 LM7905 输出 5 V 7805 最不 方便的地方是输出电压已经固定 串联稳压电源有一个共同的缺点 就是调整管上必须有一定的电压降 例如 LM7805 最少需要 3VDC 的电压降 这样最少输入电压必须达到 10VDC 这时电源效率最大 三端固定稳压器 LM7805 例如它的参数为输入 电压 8 20V 输出电压 5V 最大电流 500mA 另外它还有输出短路保护功 能 2 1 2 电风扇控制框图 D1 IN4007 D2 IN4007 ZD IN GND OUT U1 78L05 EC1 470UF 16V C2 100UF 10V C4 104P 1 23 4 5T1 T 5V R5 10K R14 FG 220V 宿迁学院毕业设计论文 19 红外接受头89C51状态指示灯 彩灯风扇电机高中低挡键盘 图 2 2 电风扇控制板框图 2 1 3 控制部分 R31 680 R32 680 R33 680 R34 680 SCR1 M C97A6 SCR2 M C97A6 SCR3 M C97A6 SCR4 M C97A6 12 LE D1 LE D M R38 100 R37 100 R36 100 R35 100 C12 104P C11 104P C10 104P C9 104P p2 0 p2 1 p2 2 p2 3 220v 图 2 3 电机引线图 K1 低 中 高档 相应的指示灯亮 K2 控制彩灯 相应的指示灯亮 K3 风扇速度调整开关 实现自然风 睡眠风 正常风手动控制 宿迁学院毕业设计论文 20 K4 每按动一次可分别设定 30 分钟 1 小时 2 小时 4 小时的累计定 时 并由相应的指示灯点亮 K5 具有开机功能和关机功能 它能切断风扇功能和已经设定的 30 分 钟 1 小时 2 小时 4 小时的累计定时 30 分钟1 小时2 小时4 小时 2 4 定时循环图 2 1 4 风类 自然风的处理流程 停 6 秒弱风 6 秒中风 6 秒强风 6 秒 睡眠风的处理流程 停 6 秒弱风 6 秒停 6 秒中风 6 秒 停 6 秒高风 6 秒 正常风的处理流程 弱风 10 秒中风 10 秒 图 2 5 自然风 睡眠风 正常风循环 高风 10 秒 宿迁学院毕业设计论文 21 自然风的处理流程 停 开低档 延时 6 秒 开中档 延时 6 秒 开高档 循环 睡眠风的处理流程 停 6S 开低档 10S 停延时 10S 开中档 10S 停延时 10S 开高档 10S 循环 正常风的处理流程 开低档 10S 开中档 10S 开高档 10S 循 环 2 1 5 工作方式 分为手动和遥控两种方式 2 1 6 信号接收芯片外围电路 接收电路可以使用集成红外接收器成品 一般不需要任何元件就能完成 从红外接收到输出 TTL 电平兼容信号的所有工作 注意选择接收器件时要保 证接收器件的中心频率与发射信号的频率相匹配 接受器件对外只有 3 个引 脚 VCC GND 和一个脉冲信号输出 OUT 与单片机接口非常方便 2 2 组成部分元件简介 2 2 1 AT89C51 功能 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4K bytes 的可反复擦写的只读程序存储器 PEROM 和 128bytes 的随机 存取数据存储器 器件采用公司的高密度 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 功能 强大 此单片机可为您提供许多高性价比的应用场合 2 2 1 1 主要性能参数 1 和 MCS 8051 产品兼容 2 4KB 可重编程闪速存储器 3 耐久性 1000 写 擦除周期 4 2 7V 6V 的操作范围 5 全静态操作 0Hz 24MHz 6 三级加密程序存储器 7 128 8 位内部 RAM 宿迁学院毕业设计论文 22 8 32 根可编程 I O 引线 9 6 个中断源 10 可编程串行 UART 通道 11 直接 LED 驱动输出 12 片内模拟比较器 13 低耗空载和掉电方式 2 2 1 2 功能特性概述 AT89C51 提供以下标准功能 4K 字节 FLASH 闪速存储器 128 字节内部 RAM 32 个 I O 口线 两个 16 位定时 计数器 一个向量两级中断结构 一 个全双工串行通讯口 内置一个精密比较器 片内振荡器及时钟电路 同时 AT89C51 可降至 0HZ 的静态逻辑操作 并支持两种软件可选的工作模式 空 闲方式停止 CPU 的工作 但允许 RAM 定时计数器 串行通信及中断系统继 续工作 掉电方式保存 RAM 中的内容 但振荡器停止工作 并禁止其它所有 部件工作直到下一个硬件复位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 RST RXD P3 0 TXD P3 1 INT0 P3 2 INT1 P3 3 T1 P3 5 T0 P3 4 WR P3 6 RD P3 7 XTAL2 XTAL1 GND VCC P0 0 AD0 P0 1 AD1 P0 2 AD2 P0 3 AD3 P0 4 AD4 P0 5 AD5 P0 6 AD6 P0 7 AD7 EA APP ALE PROG PSEN P2 7 A15 P2 6 A14 P2 5 A13 P2 4 A12 P2 3 A11 P2 0 A10 P2 1 A9 P2 0 A8 图 2 6 AT89C51 的引脚图 宿迁学院毕业设计论文 23 2 2 1 3 引脚功能说明 VCC 电源电压 GND 地 P0 口 P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I O 口 也即地址 数据总线 复用口 作为输出口用时 每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路 对端口写 1 可作为高阻抗输入端用 在访问外部数据存储器或程序存储器时 这组口线分时转换地址 低 8 位 和数据总线复用 在访问期间激活内部上拉电阻 在 FLASH 编程时 P0 口接受指令字节 而在程序效验时 输出指令字 节 效验时 要求外接上拉电阻 P1 口 P1 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 p1 的输出缓 冲级可驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑们电路 对端口写 1 通过内 部的上拉电阻把端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为 内部存在上拉电阻 某个引脚被外部信号拉底时会输出一个电流 FLASH 编程和程序效验期间 P1 接收低 8 位地址 P2 口 P2 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 p2 的输出缓 冲级可驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑们电路 对端口写 1 通过内 部的上拉电阻把端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为 内部存在上拉电阻 某个引脚被外部信号拉底时会输出一个电流 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器 例如执行 MOVX DPTR 指令 时 P2 口送出高 8 位地址数据 在访问 8 位地址的外部数 据存储器 如执行 MOVX RI 时 P2 口线上的内容 也即特殊功能寄存器 SFR 区中 R2 寄存器的内容 在整个访问期间不改变 FLASH 编程或效验时 P2 亦接收高位地址和其它控制信号 P3 口 P3 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 p3 的输出缓 冲级可驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑们电路 对端口写 1 通过内 部的上拉电阻把端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为 内部存在上拉电阻 某个引脚被外部信号拉底时会输出一个电流 P3 口除了作为一般的 I O 口线外 更重要的用途是他的第二个功能 如下表所示 宿迁学院毕业设计论文 24 表 4 7 P3 口 AT89C2051 特殊功能 P3 口还接收一些用于 FLASH 闪速存储器编程和程序效验的控制信号 RST 复位输入 其引脚一旦变成两个机器周期以上的高电平 所有的 I O 口都将复位到 1 状态 当振荡器正在工作时 持续两个机器周期以上高 电平便可完成复位 每个机器周期为 12 个振荡时钟周期 EA VPP 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 0000H FFFFH EA 端必须保持低电平接地 需注意的是 如果加密位 LB1 被编程 复位是内部会锁存 EA 端状态 如 EA 端为高电平 接 VCC 端 CPU 则执行内部程序存储器中的指令 FLASH 存储器编程时 该引脚加上 12V 的编程允许电源 VPP 当然这必 须是该器件是使用 12V 编程电压 VPP XTAL1 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器输出端 端口引脚功能特性 P3 0RXD 串行口输入 P3 1TXD 并行口输入 P3 2INT0 外部中断 0 P3 3INT1 外部中断 1 P3 4T0 定时计数外部输入 0 P3 5T1 定时计数外部输入 0 P3 6 外部数据存储器写选通 WR P3 7 外部数据存储器读选通 RD 宿迁学院毕业设计论文 25 2 2 1 4 时钟振荡器 AT89C51 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反向放大器 引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端 这个放大器与作为反馈 器件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器 振荡电路参见图 5 外接石英晶体或陶瓷振荡器及电容 C1 C2 接在放大器的反馈回路中构 成并联振荡电路 对外接电容 C1 C2 虽然没有十分严格的要求 但电容容 量的大小会轻微影响振荡频率的高低 振荡器工作的稳定性 起振得难易程 度及温度稳定性 如果使用石英晶体 我们推荐电容使用 30PF 10PF 而 如使用陶瓷振荡器建议选择 40PF 10PF 2 2 1 5 空闲节电模式 AT89C51 有两种可用软件编程的省电模式 他们是空闲模式和掉电工作 模式 这两种方式是控制专用寄存器 PCON 即电源控制寄存器 中的 PD PCON 1 和 IDL PCON 0 位来实现的 PD 是掉电模式 当 PD 1 时 激 活掉电工作模式 单片机进入掉电工作状态 IDL 是空闲等待方式 当 IDL 1 激活空闲工作模式 单片机进入睡眠状态 如需同时进入两种工作 模式 即 PD 和 IDL 同时为 1 则先激活掉电模式 在空闲工作模式状态 CPU 保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活 状态 这种方式有软件产生 此时 片内 RAM 和所有特殊功能寄存器的内容 保持不变 空闲模式可有任何允许的中断请求或硬件复位终止 终止空闲工作模式的方法有两种 其一是任何一条被允许中断的事件被 激活 IDL PCON 0 被硬件清除 即刻终止空闲工作模式 程序会首先响应 中断 进入中断复杂程序 执行完中断服务程序并紧随 RET1 中断返回 指 令后 下一条要执行的指令就是使单片机进入空闲模式那条指令后面的一条 指令 其二是通过硬件复位也可将空闲工作模式终止 需要注意的是 当硬件 复位来终止空闲模式时 CPU 通常是从激活空闲模式那条指令的下一条指令 开始继续执行程序的 要完成内部复位操作 硬件复位脉冲要保持两个机器 周期 24 个时钟周期 有效 在这种情况下 内部禁止 CPU 访问片内 RAM 而 允许访问其它端口 2 2 1 6 掉电模式 在掉电模式下 振荡器停止工作 进入掉电模式的指令是最后一条被执 行的指令 片内 RAM 和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结 推 出掉电模式的唯一方法是硬件复位 复位后将重新定义全部特殊功能寄存器 但不改变 RAM 中的内容 在 VCC 恢复到正常工作电平前 复位应无效 且必 须保持一定时间使振荡器重启动并稳定工作 表 2 8 空闲和掉电模式外部引脚状态 宿迁学院毕业设计论文 26 模式程序存储区ALEPSENP0P1P2P3 空闲模式内部11数据数据数据数据 空闲模式外部11浮空数据地址数据 掉电模式内部00数据数据数据数据 掉电模式外部00浮空数据数据数据 2 2 2 T1838 的介绍 T1838 是一种用于红外遥控接收或其它方面的小型一体化接收头 中心 频率为 37 9kHz 可改善自然光的反射干扰 独立的 PIN 二极管同前置放大 器集成在同一封装上 2 2 2 1 具有以下特性和参数 光电检测和前置放大器集成在同一封装上 内带 PCM 频率滤波器 对于自然光有较强的抗干扰性 改进了对电场干扰的防护性 电源电压 5V 低功耗 输出电平兼容 TTL CMOS 电源电压 5V 低功耗 输出电平兼容 TTL CMOS 电源电压 Vcc 5 工作温度 Topr 10 60 储存温度 Tstg 20 75 焊接温度 Tsd 260 最长时间 5 秒 2 2 2 2 电光特性 Vcc 5V 消耗电流 Icc5 0mA 无信号的情况下波幅 P 940nm 调谐频率 f0 37 9KHz 高电平输出电压 Voh 4 2V 低电平输出电压 Vol 0 5V 高 宿迁学院毕业设计论文 27 电平输出脉宽 Twh 400 800 s 低电平输出脉宽 Twh 400 800 s 发射 器和检测器之间的距离 L 10 0m 半角 45deg 水平方向 2 2 2 3 T1838 接受头的注意事项 无外加压力时储存和使用或运输不会引起质量的改变 无腐蚀气体或 盐分的天气储存和使用 不可以在极度湿度的环境下储存和使用 在定值 条件下焊接管脚 焊接后不可以加高压 该接收头不可以洗 可用软布轻 轻地擦拭二极管边上污垢 也可用溶剂溶解 只可用甲醇 乙醇 丙烯 前置放大器可确保人体的防静电感应损坏 且在使用前必须焊接铁制品接地 不要在电源和地之间放成对的接收头 以减少因电源线所引起的噪声 遥 控器的性能取决于外界环境和外围元器件的性能 客户应根据在各种条件下 来评价整体性能 该器件由指令 宏指令和接收模式三部分组成 2 3 遥控的解码过程 代代代 9ms 4 5ms C0C1C2C3C4C5C6C7 C0C1C2C3C4C5C6C7D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7 代代代 代代代代代代代 代代代代代代代代代 代代代代代 图 2 9 遥控信号编码波形图 108ms 108ms 图 2 10 数据帧图形 单片机收到一个中断后 开始计数 然后在主程序有一个判断子程序 首先判断是否 8MS 是否有高电平 再判断是否 4MS 的低电平 然后再判 断是否是 0 或 1 循环 32 次完成 32 个码的接收和存储 解码的关键是如何识别 0 和 1 从位的定义我们可以发现 0 1 均以 0 56ms 的低电平开始 不同的是高电平的宽度不同 0 为 0 56ms 1 为 1 68ms 所以必须根据高电平的宽度区别 0 和 1 如 宿迁学院毕业设计论文 28 果从 0 56ms 低电平过后 开始延时 0 56ms 以后 若读到的电平为低 说 明该位为 0 反之则为 1 为了可靠起见 延时必须比 0 56ms 长些 但又不能超过 1 12ms 否则如果该位为 0 读到的已是下一位的高电平 因此取 1 12ms 0 56ms 2 0 84ms 最为可靠 一般取 0 84ms 左右均可 根据码的格式 应该等待 9ms 的起始码和 4 5ms 的结束码完成后才能读码 2 4 硬件设计 硬件设计电风扇控制板电路原理图见附录 1 电路在安装时 元件选择应注意以下几点 1 F 为 1A 的保险 不可省 略 2 R2 和 R3 的功率应不小于 3W 安装位置应远离其它元件并使其悬空 以确保其散热空间 3 A1 A5 应采用小型轻触开关 4 Q1 Q5 应采用双向 可控硅 1A 400V 就可以 5 其它电阻 电容克用小功率的 按电路参数即可 6 应注意红外接收头的窗口保持足够的接收空间 2 5 软件设计 红外遥控输入在 P3 2 INT0 面板按键 P3 3 INT1 2 5 1 红外解码程序设计 用 89C51 单片机来作主芯片控制 采用红外 1838 接收头 可控硅采用 MC97A6 可自动控制电风扇 实现其各风种的流程 自然风的处理流程 停 开低档 延时 6 秒 开中档 延时 6 秒 开高档 循环 睡 眠风的处理流程 停 6S 开低档 10S 停延时 10S 开中档 10S 停 延时 10S 开高档 10S 循环 正常风的处理流程 开低档 10S 开中 档 10S 开高档 10S 循环 红外解码程序主要工作为等待红外线信号出现 并跳过引导信号 开始 收集连续 32 位的表面数据 存入内存的连续空间 位信号解码的原则是 以判断各个位的波宽信号来决定高低信号 位解码原理如下 1 解码为 0 低电平的宽度 0 56ms 高电平的宽度 0 56ms 2 解码为 1 低电平的宽度 1 68ms 高电平的宽度 0 56ms 程序中必须设计一个精确的 0 1ms 延时时间作为基础时间 以计数实际 的波形宽度 若读数为 5 表示波形宽度为 0 5ms 若读数为 16 表示波形宽 度为 1 6ms 以此类推 高电平的宽度 1 12ms 为固定 因此可以直接判断 低电平的宽度的计数值 5 或时 16 来确定编码为 0 或是 1 程序中可以减法 指令 SUBB 来完成判断 指令 SUBB A R2 中若 R2 为计数值 A 寄存器 设为 8 就可如下 宿迁学院毕业设计论文 29 1 当 8 R2 产生借位 借位标志 C 1 表示编码为 1 2 当 8 R2 没有产生借位 借位标志 C 0 表示编码为 0 将借位标志 C 经过右移指令 RRC A 转入 A 寄存器中 再经由 R0 寄 存器间接寻址存入内存中 2 5 2 程序流程图 软件流程图如下所示 开始初始化 主程序 检测中断标志位 1 检测中断标志位 2 标志位处理程序 Yes NO O Yes NO 图 2 11 控制板主程序流程 宿迁学院毕业设计论文 31 标志位处理程序 清除标志位 键值与 01H 比较 键值与 02H 比较 键值与 03H 比较 键值与 04H 比较 键值与 05H 比较 返回主程序 处理 K1 子程序 处理 K2 子程序 处理 K3 子程序 处理 K4 子程序 处理 K5 子程序 其它键不处理 相等 相等 相等 相等 相等 不等 不等 不等 不等 宿迁学院毕业设计论文 4 图 2 12 键值处理流程 2 6 本章小结 本章介绍了红外接收部分的工作原理 给出了电风扇控制板的各个部分 的功能介绍 并提出了设计方案 实现了要电风扇高中低风速和自然风 睡 眠风 正常风三种风种的定时控制 介绍了红外遥控信号的一种解码方法 系统稳定可靠 并给出了硬件和软件设计方案 南京工程学院毕业设计说明书 论文 32 第三章第三章 结论结论 以上用一种简单的方法实现了红外遥控系统由发射和接收 实现了红外遥控 信号的编 解码 发射部分包括了键盘矩阵 编码调制 LED 红外发送器 接收部 分包括了光 电转换放大器 解调 解码电路 系统稳定可靠 极大地节约了硬 件实现的资源开销 该红外遥控系统的设计已应用于家庭生活当中 家中许多的 电器产品都有遥控的功能 例如电视机 录像机 VCD 空调等家电产品 它们都 是以红外遥控的方式进行遥控 提高了人民的生活质量 若应用 OKI 公司的 MSM7512 芯片进行改造也可以在红外遥控编码后实现远程无线遥控 宿迁学院毕业设计论文 33 参考文献参考文献 1 李建华 实用遥控器原理与制作 M 北京 人民邮电出版社 1996 2 周航慈 单片机应用程序设计技术 M 北京 北京航空航天大学出版社 2002 3 何立明 MCS 51 系列单片机应用系统设计 M 北京 北京航空航天大学出 版社 1990 4 刘丽娜 具有学习功能的智能遥控器 J 微计算机信息 2005 21 3 23 5 李朝青 PC 机及单片机数据通信技术 北京航空航人大学出版社 2003 6 郭力一 一种红外遥控的信号解码方法 电子技术总 42 期 1997 7 管曙亮 Visual Basic 6 0 应用基础 北京 高等教育出版社 2004 8 何立民 MCS 51 系列单片机应用系统设计 北京航空航天出版社 1998 9 孙函芳 徐爱卿 单片机原理与应用 北京航空航天出版社 1988 10 白驹珩 雷晓平 单片计算机及其应用 M 成都 电子科技大学出版社 1997 11 朱定华 单片机原理及接口技术 M 北京 电子工业出版社 2001 年 12 罗亚非 凌阳 16 位单片机应用基础 M 北京 北京航空航天大学出版社 2003 年 13 谭家玉 单片机原理及接口技术 M 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 2003 年 14 陈永莆 红外探测与控制电路 北京 人民邮电出版社 2004 6 15 杨臣华 林钧挺 激光玉红外技术手册 北京 国防工业出版社 1990 5 1 7 16 王昌明 孔德仁 传感与测试技术 M 北京 航空航空大学出版社 2005 32 33 17 丁玉美 高西全 数字信号处理 M 西安 西安电子科技大学社 2001 68 69 宿迁学院毕业设计论文 34 附录附录 P1 0 1 p1 1 2 p1 2 3 p1 3 4 p1 4 5 p1 5 6 p1 6 7 p1 7 8 RST 9 RXD 10 TXD 11 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 WR 16 R D 17 XTAL1 18 XTAL2 19 VSS 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE 30