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遥控 系统 设计 资料

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天津工程师范学院毕业设计（论文）中期报告系别 电子工程系 班级 通信 0303 学生姓名 李睿弢 指导教师 许书云课题名称：遥控系统的设计简述开题以来所做的具体工作、取得的进展及下一步主要工作：1、开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果利用各种途径收集课题相关资料，到图书馆查阅有关书籍。学习了单片机理论，在此基础上，对单片机有了一个整体的认识，基本完成了前面理论部分的学习。经过查阅大量的相关资料，现在已经对红外遥控的原理有了一个清晰深入的了解，对单片机控制系统及其原理进行了详细分析，并对单片机的接口电路都进行了详细的了解。运用相关软件Protel DXP设计出电路原理图，画出了本设计的硬件原理图。现在正在完成相关电路的制作及相关程序的编写，并解决在此过程中所遇到的问题，收集制作过程中的相关资料，为毕业论文的撰写准备资料。2、存在的具体问题在制作过程当中要不断的对程序进行修改，由于对单片机编程掌握不是很熟练，在实际调试过程中有一定的困难。关于红外遥控发射机接收电路设计设计资料掌握不全面，因此在实际的电路制作、调试以及相关程序的编写中存在一定的困难。3、下一步的主要研究任务，具体设想与安排继续电路制作以及相关程序调试，得出结果。制作出实用的由单片机控制的红外遥控发射机接收电路，即可完成遥控发射通过扫描按键，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 的截波上，激励红外光二级管产生具有脉冲串的红外波，通过空间的传送到受控机的遥控接收器。在接收过程中，红外波信号通过接收头转换为 40KHZ 的脉冲信号，送到解码与接口电路，从而完成相应的遥控功能。根据掌握的毕业设计的相关资料以及在调试过程中所遇问题的解决的相关资料，着手撰写论文。学生签字：2007 年 5 月 16 日指导教师的建议与要求：指导教师签字：年 月 日毕业设计（论文）中期报告系别 班级 学生姓名 指导教师课题名称：遥控系统的设计简述开题以来所做的具体工作、取得的进展及下一步主要工作：1、开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果利用各种途径收集课题相关资料，到图书馆查阅有关书籍。学习了单片机理论，在此基础上，对单片机有了一个整体的认识，基本完成了前面理论部分的学习。经过查阅大量的相关资料，现在已经对红外遥控的原理有了一个清晰深入的了解，对单片机控制系统及其原理进行了详细分析，并对单片机的接口电路都进行了详细的了解。运用相关软件Protel DXP设计出电路原理图，画出了本设计的硬件原理图。现在正在完成相关电路的制作及相关程序的编写，并解决在此过程中所遇到的问题，收集制作过程中的相关资料，为毕业论文的撰写准备资料。2、存在的具体问题在制作过程当中要不断的对程序进行修改，由于对单片机编程掌握不是很熟练，在实际调试过程中有一定的困难。关于红外遥控发射机接收电路设计设计资料掌握不全面，因此在实际的电路制作、调试以及相关程序的编写中存在一定的困难。3、下一步的主要研究任务，具体设想与安排继续电路制作以及相关程序调试，得出结果。制作出实用的由单片机控制的红外遥控发射机接收电路，即可完成遥控发射通过扫描按键，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 的截波上，激励红外光二级管产生具有脉冲串的红外波，通过空间的传送到受控机的遥控接收器。在接收过程中，红外波信号通过接收头转换为 40KHZ 的脉冲信号，送到解码与接口电路，从而完成相应的遥控功能。根据掌握的毕业设计的相关资料以及在调试过程中所遇问题的解决的相关资料，着手撰写论文。学生签字：20 年 月 日指导教师的建议与要求：指导教师签字：年 月 日毕业设计（论文）任务书题 目(包括副标题) 遥控系统的设计教师姓名 职 称 系 别学生姓名 学 号 班 级成果形式 A 论文 B 设计说明书 C 实物 D 软件 E 作品 任务下达时间1毕业设计（论文）课题任务的内容和要求：（包括原始数据、技术要求、工作要求以及图纸、程序、实物等要求）（1）毕业设计主要内容 设计一个红外遥控系统，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。设计的电路由几个基本模块组成：直流稳压电源，遥控发射电路，遥控接收电路，控制电路。 完成相关的技术文档和毕业设计论文。（2）毕业设计的主要技术指标 最大遥控距离：10m； 发射接受角：90； 遥控器发射时工作电流：8mA; 电灯最亮电压：交流 200V; 电灯最暗电压：交流 50V;（3）工艺制作任务 画出硬件框图 画出硬件原理图 画出软件流程图 软件程序编写 调试电路及程序 写出完整的设计论文（4）毕业设计基本要求 实做 ，所出来的数据基本符合技术指标 论文 , 写出完整的设计论文（5）应收集的文献资料 单片机教程 相关红外资料 相关芯片资料2毕业设计（论文）工作进度计划：周 次 工作内容早进入阶段第一，二周第三，四周第五，六周第七，八周第九，十周方案提出，查找资料，方案论证电路设计，软件设计电路制作，软件仿真电路调试及性能分析资料整理，撰写论文总结，答辩教研室（学科组）主任签字： 毕 业 设 计专 业： 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二 年 月遥控系统的设计The design of remote system专业班级： 学生姓名： 指导教师： 系 别： 20 年 月摘 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ABSTRACTWith 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 microcomputerI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 .27II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 .4411 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。2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。32 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：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：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）产生震荡频率红外发射红外接收解调控制受控电器4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：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：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”还是单单片机遥控按钮红外发射单片机红外接收控制方式选择开关受控电器5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：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。红外接收部分结构如下：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单片机按键控制红外发射单片机显示红外接收受控电器电源开关调光电路电灯6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7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。83 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。图 31 红外遥控电路框图 按键部分电源发射部分单片机89C2051电源单片机89c51控制部分接收部分93.1.1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。p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78RST/VPD9RXD/P3.010TXD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL218XTAL119GND20 P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P2.7 28PSEN 29ALE/PROG 30EA/VPP 31P0.7 32P0.6 33P0.5 34P0.4 35P0.3 36P0.2 37P0.1 38P0.0 39VCC 4010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）11(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。R S T1 V C C 2 0( R X D ) P 3 .02 P 1 .7 1 9( T X D ) P 3 .13 P 1 .6 1 8X T A L 24 P 1 .5 1 7X T A L 15 P 1 .4 1 6( I N T 0 ) P 3 .26 P 1 .3 1 5( I N T 1 ) P 3 .37 P 1 .2 1 4( T 0 ) P 3 .48 P 1 .1 ( A I N 1 ) 1 3( T 1 ) P 3 .59 P 1 .0 ( A I N 0 ) 1 2P 3 .7 1 1G N D1 0U 1 8 9 C 2 0 5 1图 3-3 89C2051单片机管脚说明P1口共 8脚，准双向端口。12P3.0P3.6 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13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。TransTVi VoVFVRV2电 源 变 压 器 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路图 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。14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。OOV2tO 2 34iLOO tD1 D3 D2 D4D1 D3 D2 D4 t15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。100uFC30.33C1 0.1uFC2DVin VoutGND7805+-Vi+-Vo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16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17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18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19一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” 。O ptoisola tor1发发发发发发发发发发图 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。204 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图 41 端口输出编码波形图电器 0 的遥控输出码电器 1 的遥控输出码214.1.3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。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