基于单片机的红外遥控器的设计

毕业设计（论文）任务书题目： 基于单片机的红外遥控器的设计 学生姓名： 赵东山 班级： 电气6班 学号： 13230637 题目类型： G 指导教师： 李峰 一、 设计参数设计背景：随着社会经济的飞速发展，人民生活水平的逐步提高，家用电器的普及率逐年增大，家用电器的种类不断变多。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遥控规则也不尽相同，操纵这些设备得使用各种遥控器，给使用者带来了诸多不便。万能学习型遥控器技术的产生，尤其是学习型遥控器，很好的解决了这一问题。主要内容：1进行系统主电路的设计和控制电路的设计。2主设备的选择和具体型号的确定、电器元器件选型以及具体型号的确定, 各类导线的选择及布线的设计；3系统控制要求：该系统是基于AT89C52单片机的学习型红外遥控器；通过接收电路接收红外遥控器发送过来的红外遥控信号； 经过存储电路存储红外遥控信号；通过键盘电路和发送电路实现遥控家用电器的功能。具有通用性。二、 设计（论文）任务及要求任务：1. 熟悉题目要求，通过查阅相关科技文献,初步拟定设计方案;2. 对所选方案论证与确定、并进行技术经济分析；3. 用1号图纸绘出详细的主回路电路图和控制电路图；4. 对装置及电器元件的选型要有详细的计算书；5. 列写详细的硬件清单；6. 编写控制软件；7. 详细的设计说明书，字数要求：20k25k字；8. 翻译一篇与自己所学专业或设计有关的英文资料，（英译汉）20k字符左右。工作量：1. 开题报告（不少于2k字）；2. 设计说明书（不少于60页，约20k25k字左右）；3. 图纸(手工绘制)两张，英文翻译一份；4.中文摘要（中文摘要约200字，35个关键词）；5. 外文资料翻译（约5000汉字）。考勤、纪律及注意事项：毕业设计期间要求学生要有端正的工作态度，不迟到，不早退，遵守毕业设计纪律，认真做好各原始数据的记录与保管，做好毕业设计日志，及时加以分析整理，发现问题并解决问题，认真完成设计任务。三、 各阶段时间安排设计内容周数了解设计内容、要求、任务，熟悉设计题目0.5周收集与设计相关的文献、技术资料0.5周调研、实习（穿插在设计中进行）机动初步完成主电路设计1周设计控制电路、软件框图1周完成控制电路设计和软件程序框图0.5周编写程序1.5周完成软件设计，整理元器件清单0.5周绘制电路图、软件框图，整理软件清单1周完成主电路图、控制电路图、流程图绘制1.0周完成毕业设计说明书1.0周完成英文文献翻译0.5周修改毕业设计说明书、答辩0.5周注：机动0.5周四、 主要参考资料 1施伟.基于单片机学习型遥控器的设计：本科学位论文.武汉，武汉大学自动化系，2011.2李晋，王玲.学习型遥控器设计.电子测量技术，2006.16(1):93-95.3宋瑞，刘华珠，林树涛，等.一种新型自学习型红外遥控器设计.东湾理工学院学报，2011.33(3):61-62.4高恭娴.低成本学习型红外遥控器的设计.低压电器，2009.37(22):64-67.5张彬杰. 22个元件做出学习型遥控器.无线电，2010.25(8):81-83.6沈晓晖， 李伟. 学习型遥控器全接触.中国有线电视，2011.47(2):27-28.7 Faura F，Garcia A，Estrems MFinite Element Analysis of Optimum Clearance in The Blanking ProcessJJ 0f Material Processing Technology，1998，80（81）：1211258 http ：/ / www. 51kaifa. com / jswz.9顾晓红. 学习型遥控器中的码型识别.电子与封装，2009.45(10):11-13.10丁家峰，李新梅，许雪梅，等.集成收发式学习型遥控器的设计.微计算机信息设计，2008.23(32):86-88.11吴文佳.语音录放电路在只能学习型遥控器中的应用.电子元器件应用，2004.15(12):53-57.12催俊生.数字电视机顶盒的使用常识.中国有线电视：2011.38(9): 19-22.注：1.本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。摘 要红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控方式，由于其具有结构简单、体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而广泛应用于彩电、空调机、CDVCD、录像机家用电器设备及其工业控制中。随着现在人们生活中家电日益增加的需要，使用红外遥控器也越来越频繁。因为各种红外遥控器编码格式不同，使得各种红外遥控器不能兼容。经常需要更换遥控器，这也给人们生活带来了不便。单片机的迅速发展使这一问题得到了很好的改善。在此设计一种以AT89C52单片机为核心的学习型红外遥控器，通过测量红外一体化接收头输出信号，并原样地记录其输出脉冲宽度，然后保存在单片机中，最后利用单片定时器中断产生38 kHz载波信号，以软件代替了硬件，节约了资源。该学习型红外遥控器能成功地学习各种红外遥控设备的编码，并通过38 kHz载波发送学习到的记忆信号。实现了对各种各样红外遥控的学习，从而实现了真正的自学习遥控。关键词：红外；遥控；学习型；AT89C52ABSTRACTInfrared remote control is the most widely used means of a communication and remote control, due to its simple structure, small size, low power consumption, strong function, low cost, and therefore widely used in color TV, air conditioning, CD / VCD, VCR household appliances and industrial control equipment. With people now living in the growing need for home appliances, use infrared remote control is also increasingly frequent. Because of various different encoding format infrared remote control, making all kinds of infrared remote control can not be compatible. Often need to replace the remote control, which brings inconvenience to peoples lives. SCM has been developed rapidly so that this problem has been well improved. In this design a kind of learning as the core AT89C51 infrared remote control, first by measuring the output signal of Integrated IR receiver head, and stood to record the output pulse width, and then stored in the SCM, Finally, single-chip timer interrupt to generate 38 kHz carrier signal， the software instead of hardware, saving resources. The learning IR remote control can be successful in learning a variety of infrared remote control device codes and send the signals have been stored by 38KHz carrier. Achieved on a variety of learning IR remote control, Therefore, to achieve true self-learning remote control.Keyword：infrared；remote control；learning；AT89C52目录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1课题研究背景11.2课题研究的发展现状11.3课题研究的意义21.4课题研究的内容2第2章 学习型红外遥控的原理42.1红外遥控系统概述42.2红外遥控调制原理42.3红外遥控发射原理42.4红外遥控接收原理6第3章 红外遥控系统方案设计83.1设计性能指标83.2硬件方案设计83.3软件方案设计8第4章 红外遥控的硬件设计104.1硬件的选择104.1.1红外接收装置的选择104.1.2红外发射装置的选择124.1.3单片机的选择134.2红外遥控电路设计194.2.1接收部分电路194.2.2发射部分电路19第5章 系统软件的设计215.1主程序的设计215.2遥控码读入程序的设计215.3遥控码发送程序的设计235.4初始化程序和延时程序23第6章 红外遥控的调试与仿真256.1软件部分的仿真25 6.2硬件电路部分的仿真266.3硬件电路的调试28第7章 结论与展望34致谢35参考文献36附录37附录一37附录二38附录三391 绪论1.1概述60年代初，一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术，但由于受当时技术条件的限制，遥控技术发展很缓慢。70年代末，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，遥控技术才得到快速的进步。在遥控方式上大体经历了从高成本的有线到成本低廉控制方便的无线控制。无论采用何种方式，准确无误传输信号，最终达到满意的控制效 果是非常重要的。最初的无线遥控装置大多采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受到外界干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。较为理想的是光控方式，逐渐采用红外线的遥控方式取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，成为当今时代的主流。由于红外线在频谱上居于可见光之外，所以抗干扰性强，且安全。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。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。红外遥控技术在这十年来得到了迅猛发展，尤其在家电领域如彩电、DVD、空调、玩具等，也在其它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。红外线是波长在760nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.76um至3.0um之间。目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用的近红外线传输技术。但作为无线局域网的传输方式，红外线方式的最大优点是不受无线电干扰，且它的使用不受国家无线管理委员会的限制。红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。1.2课题设计目的及意义 随着社会经济的飞速发展，人民生活水平的逐步提高，家用电器的普及率逐年增大，家用电器的种类不断变多。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遥控规则也不尽相同，操纵这些设备得使用各种遥控器，给使用者带来了诸多不便。万能学习型遥控器技术的产生，尤其是学习型遥控器，很好的解决了这一问题。遥控器是由高产的发明家Robert Adler在五十年代发明的。而红外遥控是20世纪70年代才开始发展起来的一种远程控制技术，其原理是利用红外线来传递控制信号，实现对控制对象的远距离控制，具体来讲，就是有发射器发出红外线指令信号，有接收器接收下来并对信号进行处理，最后实现对控制对象的各种功能的远程控制。红外遥控具有独立性、物理特性与可见光相似性、无穿透障碍物的能力及较强的隐蔽性等特点。因此，本次课题研究试着设计一种以单片机为核心的学习型红外遥控器。通过此设计可以提高我们对专业知识的运用能力，让我们把在大学四年中所学到的专业知识真正的运用到实践当中。在设计过程中使我们能够把专业知识系统的，有条理的连接起来，并且结合红外通信的相关知识，合理的运用。该红外遥控器可以很好地学习市面上流行的各种遥控器的红外遥控编码，并且能够学习和控制各种不同类型的红外遥控设备。不但实现了一台遥控器控制多种设备，同时也给人们日常生活中遥控红外家用电器时带来方便，具有很大的现实意义。1.3国内外研究现状及发展趋势目前国外（主要是欧美市场）的遥控器几乎都是多功能遥控器，它们能够控制全球的绝大部分的视频设备甚至包括空调器。这些遥控器一般由MCU进行控制，其价格一般都比较贵，达上百美金。值得一提的是，目前全球的遥控器的80%是由中国大陆代工贴牌生产的，但关键芯片是别人的。国外的遥控器主要通过超市等渠道进行销售，消费者可以根据自己的需要进行选择。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。价格低廉，编码简单，近距离的遥控使用红外遥控非常有优势。由于红外一体化接收头的出现，大大降低了红外遥控的成本和技术难度，目前不仅在家电领域，在玩具、安防等领域也有广泛的应用。红外遥控系统主要由红外遥控发射装置、红外接收设备、遥控微处理机等组成。因此，遥控系统是一涉及单片机的数字系统。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。现在工业设备中，也已经广泛在使用。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。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。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。因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离遥控中得到了广泛的应用。现有的自主学习型红外遥控器，其核心MCU主要有以下几种：MCS-51系列、Microchip PIC16系列、Winbond W741系列、Holtek HT48系列以及ARM（Advanced RISC Machines）系列。目前国内外比较成熟的产品主要有：1、BREMAX公司的NRC-304网络多功能遥控器，特点：联机自学习、脱机自学习两种模式，具有USB扣，通过INTERNET登录BREMAX网站下载相应型号加点的遥控器编码，兼容各种品牌和型号。2、Sunwave公司的SRC1600，特点：具有巨集设定功能，单一按键巨集设定课记忆多达60个指令，具备红外学习功能，具有USB接口，课预设遥控编码和升级系统。3、罗技Harmony 1100，特点：黑色铝合金外壳，305英寸的触屏，用户可以根据具体情况添加或者删除屏幕上的功能键，设备能通过USB联机，获取罗技在线数据库配置文件。4、上海慧居智能电子的 HJ-JYWC,它的主要特点为:触屏按键组合输入；具有红外学习功能；具有载波频率识别功能,能准确识别各种复杂的红外代码。目前国内红外遥控电子元器件的竞争很激烈，导致了价格的低廉，表面上有利于消费者，可是长期恶性竞争，互相压价格，必将导致产品质量的下降，最终损害的只能是消费者。红外遥控的前景依然看好，不过红外遥控的现状不容乐观。红外遥控是单工的红外通信方式，整个通信中，需要一个发射端和一个接收端。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。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。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。而在国内市场，遥控器绝大部分是单一型的遥控器，也就是一个遥控器控制一个视频设备，这与我国经济状况和消费习惯有关。多功能（所谓万能）遥控器只是单一型的遥控器的补充，在一般的主流渠道是没有多功能遥控器销售的，许多消费者也就不知道有或者如何购买多功能遥控器，因此多功能遥控器的销量是相对很少的。也缘于此多功能遥控器的质量是参差不齐的，大部分使用不方便，或者名为多功能遥控器但对很多设备却难以控制。但正如西方的情况，我国也会经历从使用单一型遥控器走向多功能遥控器，尤其是在信息化迅速发展的情况下，多功能遥控器有着广阔的需求和发展空间。启动这一块市场的关键是使多功能遥控器确实好用，能够完全替代单一型遥控器的功能以及有效的市场推广。2设计方案论述2.1设计参数2.1.1设计背景随着社会经济的飞速发展，人民生活水平的逐步提高，家用电器的普及率逐年增大，家用电器的种类不断变多。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遥控规则也不尽相同，操纵这些设备得使用各种遥控器，给使用者带来了诸多不便。万能学习型遥控器技术的产生，尤其是学习型遥控器，很好的解决了这一问题。2.1.2主要内容 1进行系统主电路的设计和控制电路的设计。 2主设备的选择和具体型号的确定、电器元器件选型以及具体型号的确定, 各类导线的选择及布线的设计； 3系统控制要求：该系统是基于AT89C52单片机的学习型红外遥控器；通过接收电路接收红外遥控器发送过来的红外遥控信号； 经过存储电路存储红外遥控信号；通过键盘电路和发送电路实现遥控家用电器的功能。具有通用性。2.2设计任务1. 熟悉题目要求，通过查阅相关科技文献,初步拟定设计方案;2. 对所选方案论证与确定、并进行技术经济分析；3. 用1号图纸绘出详细的主回路电路图和控制电路图；4. 对装置及电器元件的选型要有详细的计算书；5. 列写详细的硬件清单；6. 编写控制软件；7. 详细的设计说明书，字数要求：20k25k字；8. 翻译一篇与自己所学专业或设计有关的英文资料，（英译汉）20k字符左右。2.3设计性能指标1、红外发射距离：10米-15米。2、解码类型：RC-5协议；解码准确率85%以上。3、载波发射频率：38KHz1KHz4、设计一个学习键实现学习功能，一个发射键实现发射功能。 5、能够实现红外的接收解码和编码发射。2.4硬件方案设计本课题主要针对学习型红外遥控器的设计，基于功能，将系统分为三个单元进行操作，包括：红外学习模块（即接收模块）、单片机软件处理模块、红外遥控发射模块。由红外学习模块接收红外信号并对其进行解码，然后传输到单片机中进行储存，再通过遥控发射模块数出信号。其硬件原理框图如图3.1所示：红 外学 习模 块单片机红外发射模块图3.1 学习型红外遥控器硬件原理框图2.5软件方案设计软件部分主要由：主程序、初始化程序、键功能函数、学习函数、延时程序等模块组成。主程序主要完成的程序的初始化和按键扫描，外部中断程序主要完成控制定时器产生38KHz的载波，键功能函数主要完成信号的发射，学习函数完成信号的接收与储存。系统通过P1.0口接遥控码发射按键；P1.6口用作状态指示，绿灯亮代表学习状态；P1.7口用于指示控制键的操作，闪烁时表示遥控码正在发射之中。处在学习状态，绿灯灭表示码已读入。第九脚位单片机的复位脚，采用简单的RC上电复位电路；12脚位中断输入口，用于工作方式的转换控制，当INT0脚位低电平时，系统进入学习状态；14脚用于红外线接收头的输出信号录入；15脚作为遥控码的输出口，用于输出40KHz的遥控码；18、19脚接12MHz晶振。由于采用最小化应用系统，控制线PSEN（片外取址控制），ALE（地址锁存控制）不用，EA（片外存储器选择）接高电平，使低8KB的E2PROM地址（0000H1FFFH）指向片内。3学习型遥控器的原理3.1红外遥控系统概述要了解红外遥控系统，首先要对红外线有比较准确的认识，下面就先介绍一下红外线。人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.620.76m；紫光的波长范围为0.380.46m。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。而红外遥控系统就是利用波长为0.761.5m之间的近红外线来传送控制信号的。红外遥控系统的工作流程一般分为接收、调制和发射三个部分。因此红外遥控系统可以分为红外接收模块、单片机处理模块和红外发射模块，起框图如图3.1：图3.1红外遥控系统3.2红外遥控调制原理调制红外遥控发射数据时采用调制的方式，即把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样不仅可以提高发射效率，而且可以有效降低电源功耗。调制载波频率一般在30khz到60khz之间，大多数使用的是38kHz调制载波频率，占空比为1/3的方波，这是由发射端所使用的455kHz晶振决定的。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。这样调制过后就形成了遥控编码信号与38KHz的载波。3.3红外遥控发射原理遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成NEC和RC5两大类，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（一般家庭用的DVD、VCD、音响都使用这种编码方式）。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0.56ms、间隔0.565ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.56ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图3.2所示：图3.2 遥控码的波形图3.2 遥控码的“0”和“1” （注：所有波形为接收端的与发射相反） 上述“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产生红外线向空间发射，如图3.3所示：图3.3 遥控信号编码波形图图3.3为遥控信号编码波形图，UPD6121G产生的遥控编码是连续的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01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G最多额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4563ms之间，图3.4为发射波形图：图3.4 红外编码发射波形图当一个键按下超过36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个引导码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低8位地址码（9ms18ms）,高8位地址码（9ms18ms）,8位数据码（9ms18ms）和这8位数据的反码（9ms18ms）组成。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.25ms）组成。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，只是其内部材料不同于普通发光二极管。红外发射头一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常一点误差可以忽略不计。红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去，红外发光二极管内部材料和普通发光二极管不同，在其两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。下面是其简单的驱动电路，如图3.5所示：图3.5 红外发射二极管驱动电路图3.6 红外射击输出驱动电路如图3.5和图3.6是LED的驱动电路，图3.5是最简单电路，选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED的正向电流和反向漏电流，一般流过LED的最大正向电流为100mA，电流越大，其发射的波形强度越大。图3.5电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。图3.6所示的射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V左右，发射极电流IE基本不变，根据IEIC,所以流过LED的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥控距离。3.4红外遥控接收原理对于HS0038来说，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。电视机的选台就属此种情况，其它如调光、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，以便后级适时地来取数据。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。红外遥控器接收的遥控编码脉冲由起始码、系统码、功能码、功能码的反码组成，如图3.7所示：图3.7 红外遥控的编码结构起始码是1个遥控码的起始部分，由1个高电平和1个低电平组成，作为接收数据的准备脉冲。这些编码是经38 kHz的载波脉冲调制后发射出去。通过分析大量不同类型的红外遥控码波形，遥控码的数据帧间歇宽度均为10 ms以上，起始码的高电平均为5 ms以上，通常为9 ms左右。用单片机对红外编码信号进行高低电平的扫描。用16位的DPTR计数器对高电平进行宽度计数，计数的采样周期为21us，当高电平结束时，如高8位计数器为非0，则说明高电平宽度超过5.355ms，接下来的低电平码就是起始位，否则就继续循环扫描。采用16为DPTR对低电平进行宽度计数（最大可读宽度为1.376s），当高电平跳变时结束计数，并将DPTR的高8为，低8为分别存入R4，R5寄存器。采用DPTR低8位计数器对码（高电平或低电平进行宽度计数，电平跳变时结束计数，并将值存入规定的地址；在高电平码计数时，如果DPTR高8为计数器为非0（宽度大于5.355ms），则判定为结束帧间隔位，在相应存储单元写入数据#00H作为结束标志。到此，红外遥控的接收过程就结束了。3.5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： 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。3.6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。4红外遥控的硬件设计4.1红外遥控的硬件设计本课题要用到的主要元器件有单片机，红外接收装置和红外发射装置，涉及到能否准确的传输和接收信号，以及信号的储存和调制。所以对这些主要元件的选择也有较高要求。4.1.1红外接收装置的选择本课题是需要将接收到的红外信号，解码成单片机能够识别的信号，通过对各类红外接收装置的了解，以及对各类装置成本方面的考虑，最后决定采用HS0038一体化红外接收头。 HS0038红外接收电路一体化的红外接收头将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL 信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。在本系统中我们采用红外一体化接收头HS0038，外观图如图4.1 所示：图4.1 一体化红外接收头（HS0038）HS0038 黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。它能与TTL、COMS 电路兼容。HS0038 为直立侧面收光型。它接收红外信号频率为38 kHz,周期约26us，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL 电平的编码信号。三个管脚分别是地、5 V 电源、解调信号输出端。红外一体化接收头的测试可以利用图4.2 所示的电路进行：图4.2 HS0038测试电路在HS0038 的电源端与信号输出端之间接上一只二极管及一只发光二极管后，再配上规定的工作电源（为5V），当手拿遥控器对着接收头按任意键时，发光二极管会闪烁，说明红外接收头和遥控器工作都正常；如果发光二极管不闪烁发光，说明红外接收头和遥控器至少有一个损坏。只要确保遥控器工作正常，很容易判断红外接收头的优劣。HS0038不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。起内部元件结构如图4.3所示：图4.3 HS0038内部结构HS0038内置接收器、放大模块、检波模块、解码模块，所以当有红外信号输入的时候，它就能自动的将红外编码信号转变成单片机可识别的信号，从OUT脚输出。红外一体化接收头对外只有3个引脚：Out、GND、Vcc与单片机接口非常方便，如图4.4所示：图4.4 HS0038外部引脚图4.4之中，1号引脚为脉冲信号输出接口，直接接单片机的IO 口； 2号引脚为GND接系统的地线（0V）； 3号引脚Vcc接系统的电源正极（+5V）。下面讨论发射装置应该如何选择。4.1.2红外发射装置的选择本课题的红外发射部分比较简单，由于采用的定时器T0的中断来产生的38KHz载波，所以对红外发射装置的要求也就没有接收装置那么严格，所以本课题采用的是红外发射二极管。下面简单介绍一下发光二极管的原理。发光元件的种类很多，依光谱大致可分为红外线发光元件及可见光的发光元件。在本实习中，所要介绍的红外线发光元件，是以砷化镓(GaAs)的红外线发光二极管（也称红外线发射二极管）为主体，分别叙述其基本特性及应用电路。1、电流电压特性 红外线发光二极管其电气的电路符号及特性，阳极（P极）电压加正，阴极（N极）电压加负，此时二极管所加之电压为正向电压，同时亦产生正向电流，提供了红外线发光二极管发射出光束的能量，其发光的条件与一般的发光二极管(LED)一样，只是红外线为不可见光。一般而言砷化镓的红外线发光二极体约须1V，而镓质的红色发光二极管切入电压约须1.8V；绿色发光二极管切入电压约须2.0V左右。当加入之电压超过切入电压之后，电流便急速上升，而周围温度对二极管的切入电压影响亦很大，当温度较高时，将使其切入电压数值降低，反之。切入电压降低。红外线发光二极管工作在反向电压时，只有微小的漏电流，但反向电压超过崩溃电压时，便立即产生大量的电流，将使元件烧毁，一般红外线二极管反向耐压之值约为36V，在使用时尽量避免有此一情形发生。2、损失红外线发光二极管的热损失，是因元件所外加的电压VF，产生的电流IF累积而来的，除了一小部份能量做为光的发射外，大部份形成热能而散发，所散发的热能即所谓的损失。元件的功率损耗，在最大值的60以下范围内，元件使用上会很安全，功率的损其最大值与周围温度亦有关系。3、发光频谱： 发光二极管所发射的光波长，常因其所用的材料而异。砷化镓的红外线发光二极管，其峰值发光波长为940950 nm，而人不能看到的光波长，大概就在900 nm以上，这也就是红外线的光我们人眼所不能看到的原因。Si质光电晶体的相对分光感度，光电晶体的感光范围很大，其范围由500nm到1100nm，而其感光峰值约在800nm左右，所以光电晶体除了平常用来做可见光线侦测外，也常用来做红外线接收器。但使用光电晶体当红外线接收器时，须注意其它光线的干扰，为排除干扰可以在接收器的放大部份加入一带通滤波器，以让红外线发光二极管发射出来光线的频率通过，如此可以减少很多不必要的干扰。4、包装与外型 红外线发光二极管的包装种类分为三种，透镜消除型、陶瓷型及树脂分子型， 在使用环境上和运用的广泛性上，应使用陶瓷型的为最佳。红外线发光二极管的外型，如图4.5所示：图4.5 红外发光二极管外观基于本课题是对红外遥控编码进行发送，要求红外发光二极管具有较强的稳定性和方向性，而以上三种发光二极管之中陶瓷型最为符合课题设计的要求，因此选择陶瓷型红外发光二极管作为本课题的发射装置。4.1.3单片机的选择本课题设计的大部分处理过程都是通过软件完成的，以单片机作为整个课题设计的中心，通过程序实现编码的储存和载波发射，因此单片机的选择就变得尤为重要。目前市面上应用比较广泛的单片机种类比较多。如ATMEL公司的AVR单片机，采用增强的RISC结构,使其具有高速处理能力，在一个时钟周期内可执行复杂的指令，每MHz可实现1MIPS的处理能力。AVR单片机工作电压为2.76.0V，可以实现耗电最优化。还有一种是EPSON单片机，它以低电压，低功耗和内置LCD驱动器特点著名于世，尤其是LCD驱动部分做得很好。而大家最熟悉而且应用性也最广泛的还是51单片机。8051单片机最早由Intel公司推出，其后，多家公司购买了8051的内核，使得以8051为内核的MCU系列单片机在世界上产量最大，应用也最广泛,有人推测8051可能最终形成事实上的标准MCU芯片。最初，本课题准备采用AT89C51作处理器，但是在通过检查发现C51并不能完成课题设计，于是就选择了AT89C52，下面，就详细比较一下C51和C52两款单片机的区别。AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。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M