红外遥控器--单片机课程设计.doc

学院（系）信息科学与工程学院专业自动化学生姓名 学号设计题目基于单片机的遥控开关的设计课程设计内容及要求：内容：l 设计电路，选择器件l 利用Protel画原理图l 编程，调试l 焊接电路，调试要求：写具体参数（时间，速度）进度安排：（14天）一，查资料（2天）二，设计电路（3天）三，画电路图（2天）四，编程与调试（3天）五，焊接硬件电路并调试（2天）六，写报告（2天）指导教师（签字）： 年 月 日学院院长（签字）： 年 月 日单片机课程设计任务书摘要本设计采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件,利用红外线遥控发射、接收的工作原理以及单片机外部中断的原理制成的一款遥控开关.遥控开关实在通用红外遥控系统的基础上加以改进实现的.其实就是将红外遥控接收部分采用单片机AT89C51来控制.即当一体化红外接收器接受到的红外遥控信号后,将光信号转变成电信号,经放大、解调、滤波后,将原编码信号送入单片机AT89C51中进行信号识别、解码,然后进行相应的处理,达到控制电路的目的. 关键词：AT89C51芯片 发射电路 接收电路目录(一) 设计思路及AT89C51介绍1（二） 红外遥控器的工作原理4（三） 红外线信号编码格式5（四）红外线遥控开关的译码6（五）红外遥控接收器的原理7（六）程序设计部分9（七）结束语15（八）参考文献16(一) 设计思路及AT89C51介绍1.系统设计框图通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成,应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作,如图1 所示.发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器;接受部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路键盘矩阵编码调制LED (a)红外遥控发射框图解调光/电放大解码电路(b)红外遥控接收框图图1 红外遥控系统框图 遥控开关实在通用红外遥控系统的基础上加以改进实现的.其实就是将红外遥控接收部分采用单片机AT89C51来控制.即当一体化红外接收器接受到的红外遥控信号后,将光信号转变成电信号,经放大、解调、滤波后,将原编码信号送入单片机AT89C51中进行信号识别、解码,然后进行相应的处理,达到控制电路的目的.图2所示为遥控开关的系统构成框图. 系统构成框图AT89C51受控电源晶振继电器(执行器)电器插座复位显示器遥控接收头彩色电视机遥控器图2 遥控开关系统框图2 系统设计思想本设计采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件,利用红外线遥控发射、接收的工作原理以及单片机外部中断的原理制成的一款遥控开关.3 器件选择l 本设计在设计过成中主要选择了以下器件:l 单片机:AT89C51l 彩色电视遥控器:熊猫彩色电视机遥控器(采用M50462AP芯片).l 红外遥控接收器l 继电器l 显示器件:7段共阴LED显示器、发光二极管l PNP型三极管l 蜂鸣器4 管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。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口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能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。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时间。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。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。有余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。（3）AT89C51芯片引脚及实物（二） 红外遥控器的工作原理1. 红外线遥控发射器红外遥控发射器包括键盘、指令编码器和红外发光二极管LED等部分组成.当按下键盘不同按键时,通过编码器产生与之对应的特定的二进制脉冲信号.将次二进制脉冲信号先调制在38Hz的载波上,经过放大后,激发红外发光二极管LED转变成以波长940nm的红外线光传播出去.现以熊猫彩色电视遥控器(采用M50462AP芯片)为例来说明其遥控发射过程.图（4）为熊猫彩色电视遥控器发射器主电路图. . 图（4）遥控器发射电路图M50462AP内部振荡电路与2、3脚外接的陶瓷谐振器或LC网络电路组成振荡器.产生频率为455kHz的振荡信号,由时钟电路进行12分频得到38kHz的载波信号.一路送至定时信号发生器,以形成时钟脉冲,使整个系统按照统一的时序进行工作;另一路则送码元调制器控制指令的载波.控制指令码对38kHz载波进行脉冲幅度调制以降低平均发射功率,以脉冲调幅后的指令码被送至红外激励管VT基极.5.6.7.8和12脚为键位扫描信号输出线与1320脚键位扫描信号输入线组成键盘矩阵,以产生各种键功能信号.工作时,5.6.7.8和12脚输出时序不同的键进行扫描脉冲,经过键盘矩阵适当选通后回送到1320脚.M50462AP则根据1320脚接收到的不同的键选信号进行编码和码值变换,得到遥控指令的功能码,结合21.22脚输入的用户码进行调制处理后,便产生38kHz的调制载波脉冲信号,再经缓冲器由23脚输出.M50462AP的23脚外接元件组成了红外线驱动放大放射电路.它主要是由驱动管和红外发射二极管组成的.当23脚有指令码信号输出时,该信号经驱动管VT放大后,加至红外发射二极管VD1上，遥控指令则以红外线的形式发射出去.由遥控发射器发射出的16位二进制遥控指令是由前8位的用户码和后8位的数据码组成的.用户码是一种固定的的特殊代码,用于表示不同产品之间的遥控信号的区别,以免接收机在接收遥控指令过程中发生误动作.而数据码则是不同遥控功能的代码.不同的数据表示不同的遥控功能.16位遥控指令码均采用脉冲位置调制方式编码.2红外遥控接收器 遥控接收器由红外线接收器、微处理器、接口电路(控制电路)等部分组成.光电二极管将接收的红外信号转变成为电信号,经检波放大,滤去38kHz的载波信号,恢复原来的指令脉冲,然后送入微处理器进行识别编码,解译出遥控信号的内容,并根据控制功能输出相应的控制信号,送往接口电路(控制电路)进行相应的处理.（三） 红外线信号编码格式1. 编码格式 由于不同的遥控器所使用的编码芯片不一样,就会使编码指令格式不一样.现以牡丹彩色电视机遥控器(编码芯片为:M50462)为例,来分析研究红外线信号的编码格式.一般我们可以用以下两种方法进行检测红外信号:干扰法测量、观察法 所谓干扰法,就是找一台收音机,将其调至短波段,收一个正常的广播电台,达到稳定的效果,然后将遥控器对准收音机按下任何一个按键不放,这时如果收音机有兹兹的响声,说明有红外线信号发出,如果没有反应,则说明无红外线发出。 所谓测量、观察法，就是找一台存储式示波器，将示波器探头接在一体化红外接收器输出引脚上，如图7.17示为一体化红外线遥控接收器。其中1脚输出；2脚接地；3脚接电源。经分析比较我们可知，红外线信号编码由以下两个部分组成：8位用户码8位数据码例如，按下遥控器上的数字键“1”时，则会发送出以下2个字节：4700其中“47”为用户码，即为厂商固定的编码；“00”则代表数字键“1”的代码。同一个遥控器，它的用户码是固定不变的，它的功能码则是不相同的，如图7.16所示。各个编码方式是以波宽信号来定义的。其中“0”电平用790us高电平+270us低电平表示；“1”用1800us 高电平+270us低电平表示。当按下遥控器上的某一按键时，则会产生一组特定的编码，并调制在38kHz的载波上发射出去。图（5）遥控器外观（四）红外线遥控开关的译码1. 译码过程在如图7.12所示的红外线遥控开关电路图中，当接通电源后，AT89C51的13脚所接的蜂鸣器会“嗡”的响一声，同时14脚所接的发光二极管闪亮一次，然后熄灭。P1口所接LED显示器不显示；继电路JK1A只至JK5A全部断开；这些都表明，红外遥控开关没有接收到信号，在此提示等待。此时，若将遥控器的数字“1”按下时，则在图7. 12所示的红外遥控开关的电路图中的遥控接收器SM0038接收来自遥控发射器发射的红外信号，将接收的红外线信号转换成电信号，经放大，解调，滤波后，经红外接收器的第1脚将原编码输入AT89C51的12脚。然后由AT89C51对所有接收的原编码信号进行判断，识别，然后做出相应的处理。（五）红外遥控接收器的原理1. 主电路图 图（6）接收器电路图2 红外遥控接收器 红外遥控接收器采用一体化红外遥控接收器(以SM0038为例).该接收器形状如图（7）示 图（7） 一体化红外遥控接收器 一体化红外接收器的内部包括:红外光敏二极管、谐振电路、放大电路、解码器、滤波器等,只要再加上+5V电源,输出引脚直接输出不带副载波的负极性RC-5信号.具有电路简单,灵敏度高,抗干扰性好等优点.“1”码和”0”码相应的码形如图5所示3 继电器工作原理本设计采用电磁式继电器。电磁式继电器一般是由贴心、线圈、衔铁、触点簧片等组成。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧拉力吸向铁心，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力作用下返回原来的位置，使动静点与原来的静触点吸合。这样吸合、释放，从而达到了电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点。可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”4 报警器工作原理报警器的种类很多，比如：扬声器、蜂鸣器等，本设计中选用的电磁式蜂鸣器作为报警器。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、震动模片及外壳组成。接通电源后，震荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁式线圈产生磁场。震动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声5 LED显示器在本设计中，用于显示受控电器状态的显示器件采用共阳7段LED显示器。显示时，将需显示的数字代码直接从P1口输出至LED的ah显示。6 红外线遥控开关的工作过程红外线遥控开关的工作过程如下:首先将红外遥控开关接通电源,此时手执牡丹遥控器,按下所需控制按键.比如,现在要打开电风扇第一档风,则应按下遥控器的数字键”1”,这时”1”所对应的红外编码信号指令调制在38kHz的载波上,经红外发射的红外发光二极管以波长为940nm的红外光发射出去.之后在红外遥控开关中的红外遥控接收头将此信号接收,接收时,接在AT89C51的13脚上的发光二极管在闪烁,表示在接收数据.将光信号转变成电信号,经放大、解调、滤波后,将原编码信号指令经AT89C51的12脚输入.AT89C51再将此编码进行判断、识别,发现为按键”1”信号,则将P2.0输出为一低电平,使PNP型三极管C815导通,从而导致继电器得闭合.则使电风扇调速器中的JK5B闭合,从而接通电风扇的第一档风.同时,在接收之后P1口输出LED显示共阳代码:F9H.则LED显示器上显示数字”1”,表示此时为1档风.如果要转到其它档位,则只需按遥控器上相应的数字键即可转到其它档位,同时会将前一档位自动断开.另外风扇启动后,还可以设定开启时间.这就相当于风扇的定时器.本设计是此系统的优点之一.定时设置我们采用了遥控器上的音量递增键加以控制。一共设定5种时间,即:15分钟;30分钟;45分钟;60分钟;90分钟,操作时只需手执遥控器,直接按音量递增键即可,具体定义如下:按下第一次:表示定时15分钟,LED1点亮;按下第二次:表示定时30分钟,LED2电亮;按下第三次:表示定时45分钟,LED3点亮;按下第四次:表示定时60分钟,LED1和LED3点亮;按下第五次:表示定时90分钟,LED1、LED2、LED3全亮:按下第六次:表示定时取消,LED1、LED2、LED3全灭;之后又可以重复以上过程 （六）程序设计部分1 流程图2 程序ORG 0000Hljmp kkp ORG 0003H LJMP LOOPkkp: MOV P2,#0ffH SETB EA SETB EX0 SETB IT0 MOV 50H,#00H mov 51h,#00h mov r1,#0ahrp: Cpl P3.5 lcall d3s djnz r1,rp clr p3.5LP2: MOV A,50H CJNE A,#00H,LP SJMP LP2LP:LCALL D60S DJNZ 50H,LP MOV A,51H cjne A,#00H,RP2 SJMP LP2RP2:MOV R1,#08HRP1:CLR P3.3 CLR P3.5 LCALL D3S SETB P3.3 SETB P3.5 LCALL D3S LCALL D3S DJNZ R1,RP1 MOV P2,#0FFH MOV 50H,#00H MOV P1,#0FFH MOV P0,#0FFH clr P3.5 SJMP LP2LOOP:CLR EX0 MOV R0,#30H MOV R3,#00H LCALL IRIN SETB EX0 RETIIRIN:JNB P3.2,ILL2 RETILL2:JB P3.2,IRIN LCALL DEL JB P3.2,IRINILL:JB P3.2,I5 SJMP ILLI5:MOV R2,#00HL1:LCALL DEL JNB P3.2,L3 INC R2 CJNE R2,#1DH,L1 RETL3:MOV A,#13 CLR C SUBB A,R2 MOV A,R0 RRC A MOV R0,A INC R3 CJNE R3,#8,ILL MOV R3,#00H INC R0ILL1:JB P3.2,I51 SJMP ILL1I51:MOV R2,#00HL11:LCALL DEL JNB P3.2,L31 INC R2 CJNE R2,#1DH,L11KP:RETL31:MOV A,#13 CLR C SUBB A,R2 MOV A,R0 RRC A MOV R0,A INC R3 CJNE R3,#8,ILL1;*MOV A,30HCJNE A,#47H,KPCLR P3.3LCALL D3SSETB P3.3MOV A,31HCJNE A,#00H,KP1MOV P2,#0FEHMOV P1,#0F9HSETB P3.5LCALL D3SRETKP1:CJNE A,#08H,KP2 MOV P2,#0FDH MOV P1,#0a4h SETB P3.5 LCALL D3S RETKP2:CJNE A,#10H,KP3 MOV P2,#0FBH MOV P1,0b0h SETB P3.5 LCALL D3S RETKP3:CJNE A,#18H,KP4 MOV P2,#0F7H MOV P1,#99h SETB P3.5 LCALL D3S RETKP4:CJNE A,#20H,KP5 MOV P2,#0EFH MOV P1,#92h SETB P3.5 LCALL D3S RETKP5:CJNE A,#22H,KP6 MOV A,51H CJNE A,#01H,OP6 MOV P0,#0FDH mov 50h,#30 MOV 51H,#02H lcall D3S RETOP6:jc op7 CJNE A,#02H,OP8 MOV P0,#0FDH MOV 50H,#45 MOV 51H,#03H LCALL D3S RETOP7:MOV P0,#0FEH MOV 50H,#15 MOV 51H,#01H LCALL D3S RETOP8:CJNE A,#03H,OP9 MOV P0,#0FAH MOV 50H,#60 MOV 51H,#04H LCALL D3S RETOP9:CJNE A,#04H,OP10 MOV P0,#0F8H MOV 50H,#90 MOV 51H,#0