单片机课程设计报告红外通信控制器

1、电气工程学院 微机原理与接口技术 课程设计 微机原理与接口技术 课程设计成绩评定表姓 名 学 号课程设计题目： 红外通信课程设计答辩或提问记录：成绩评定依据：课程设计预习报告及方案设计情况（30）：课程设计考勤情况（15）：课程设计调试情况（30）：课程设计总结报告与答辩情况（25）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日 微机原理与接口技术 课程设计任务书一、课程设计题目： 红外通信控制器二、课程设计要求1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，独立进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选

2、择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真；3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果；4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案；5. 撰写课程设计报告最终的电路图、调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。三、进度安排1时间安排序 号内 容学时安排（天）1方案论证和系统设计12完成电路仿真，写预习报告13电路调试24写设计总结报告与答辩1合 计5设计调试地点：电气楼4102执行要求微机原理与接口技术课程成绩优秀的可以自拟题目，其余的同学都是指定题目。，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的详细电路（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同。

3、摘要本文所要介绍的内容就是如何利用单片机，结合红外线器件设计构造出一套简易的红外线通信系统，以实现在中短距离内的红外无线通信的功能。应用 AT89C51 单片机,通过对单片机的编、解码程序来实现红外信号的发送与接收,从而实现红外通信功能。应用红外发射管和接收管，完成数据的发射和接收。发射管和接收管接在普通的I/O口。要求2个按键，一个按键是数据的0和1的变换，另一个按键是发送键。数据在1个数码管上显示。 关键词：单片机；红外通信；发射；接收；串行接口 Abstract This paper will introduce the content is how to use microc

4、ontroller, combined with the infrared device design to construct a set of simple infrared communication system, in order to realize the infrared wireless communication in short distance within the function. Application of C51 microcontroller, SCM through the coding, decoding process to achieve the i

5、nfrared signal sending and receiving, so as to realize the communication function of infrared remote control.Application of infrared transmitting tube and the receiving tube, complete the sending and receiving data. The transmitting tube and the receiving tube is connected to the common I/O port. 2

6、buttons, a button is data of 0 and 1 transformation, another key is the send button. Data show that in the 1 digital tube.Key words: Microcontroller; Infrared Communication; Transmit; Receive; The Serial Interface 目录第一章 系统方案设计11.1 电路整体设计思路11.2红外通信发送模块设计1第二章 系统仿真82.1仿真电路图82.2仿真结果及分析9第三章 电路调试10第四章 结论1

7、54.1 实验结论154.2 PCB设计154.3.1 PCB原理图154.3.2 PCB布线图16第五章 心得体会与建议175.1 心得体会175.2 建议17参考文献1819 / 24文档可自由编辑打印第一章 系统方案设计1.1电路整体设计思路红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端采用脉时调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。 简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制

8、与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。原理图如下：由于本实验是利用实验室的实验板模拟红外数据的发送和接收，因而在最终程序的调试时，将TXD和RXD短接，即将TXD所发出的的数据传给RXD，并显示在数码管上。红外通信中，当红外二极管发送调制频率为38KHz的红外光时，才能被红外接受二极管识别并接收，红外接收波特率为1200波特，即每秒发送1200位，每位宽度为1/1200秒，即833us。由于实验要求只发送0或1，因此，发送一位0，可表示为发送宽度为833us的调制频率为38KHz的脉冲波；发送一位1可表示为发送宽度为833us的高电平。1.2红外通信发送模

9、块设计1.2.1单片机最小系统ATMEL公司生产的AT89C51单片机它是硬件电路的核心部分，时钟电路晶振使用11.0592MHZ，复位电路采取按键复位方式。1、 主要元器件介绍单片机AT89C51：单片机主控电路的主要元件是AT89C51，其外型如图1：图1：AT89C51引脚图AT89C51是一个低电压，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128 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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，内置功能强大的微

10、型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效地降低开发成本。2、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

11、。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。P

12、2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

13、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

14、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，

15、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。3、共阴极数码管的应用共阴极数码管是一类数字形式的显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜、使用简单、在电器，特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。共阴极结构：LED显示器有共阴极和共阳极两种结构，下面只介绍共阴极结构。见图3，在共阴极结构中，各段发光二极管

16、的阴极连在一起，将此公共点接地，某一段发光二极管的阴极为高电平时，该段发光。共阴极字段码：LED显示09某个字符时，则要求在adp送固定的字段码，如要使LED显示“0”,则要求a、b、c、d、f各引脚为高电平，g和dp为低电平，字段码为“3fh”。共阴极字符09七段码如下：字符：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 字段码：3fh 06h 5bh 4fh 66h 6dh 7dh 07h 7fh 6fh1.2.2 发射模块流程图（如图2）NY键按下逐行扫描，按P口值查 键号按键号转至相应的发射程序初始化扫描键盘延时消抖结束图2：发射模块流程图1.2.3发送部分初期设计程序波特率、脉冲宽度等数值

17、的计算：1/38KHz=26us, 833us/26us=32 发送一位0时，对于红外发送二极管来说，需要发送调制频率为38khz，每位宽度为833us的红外光。 发送0的相应程序如下：SEND0:MOV R3,#32 D7:SETB P3.1NOPNOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP CLR P3.1 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R3,D7 RET 发送一位1时，需要发送宽度为833us的高电平。发送1的实验程序如下：SEND1:MOV R3,#32 D8:SETB P3.1 NO

18、P NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP SETB P3.1 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R3,D8 RET 发送一个八位二进制数的循环程序：红外发送二极管发送标准波特码被接收二极管接收，标准波特码包括起始位（一位低电平），数据部分（共八位）和停止位（一位高电平）。SEND: MOV R4,#08H MOV A,R0 LCALL SEND0 D4: JB ACC.0,D5 LCALL SEND0 D6: RR A DJNZ R4,D4 LCALL SEND1 RET D5: LCAL

19、L SEND1SJMP D6 1200波特率的产生：利用公式，波特率=2SMOD32fosc12(12k-初值)其中，SMOD=1（串口工作方式1），fosc=6MHz，K=8（定时器工作方式为2）根据上面的公式，带入数值，计算得定时器的初值为0定时器初值为E6H，即当定时器初值为0E6H时，产生的波特率为1200。 定时器的设置程序：MOV TMOD,#20H ;令定时器T1为方式2 MOV TL1,#0E6H ;波特率为1200b/s MOV TH1,#0E6H ;给TH1送重装初值 MOV PCON,#80H ;令SMOD=1SETB TR1 ;启动T1 MOV IE,#90H ;开启中

20、断 第二章 仿真2.1仿真电路图通过对实验电路板的研究，以及网上查找资料，结合所学知识，得到以下仿真（仿真软件：proteus）电路图：用WAVE6000仿真器生成.HEX文件，放入仿真单片机中：2.2仿真结果及分析运行仿真器，先按按键K2，再按K1，得到如下仿真结果：接上步，再按一次K2，接着按一次K1，得到如下仿真结果：经过仿真验证，此次课程设计程序及电路满足题目要求。第三章 调试调试分为硬件调试和软件调试。 硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。具体步骤及测试结果如下： （1）检查电源与地线是否全部连接上，用万用表对照电路原理图测试各导线是否完全连接，测试结果所有连接线都已

21、连接好； （2）检验单片机的晶振是否起振，用示波器观察波形；由于之前所发的板子上提供的晶振为6MHz，而实验室仿真器所提供的晶振为12MHz，因此，在调试程序时，先将仿真器的晶振设置成6MHz，以便将编制出来的程序可以在提供的电路板中实现红外通信。 （3）检查各芯片的功能是否正常，检测按键的导通情况。测试结果正常。 软件调试主要是程序调试，可以分块进行调试，分别对发射模块和接收模块程序进行调试。首先都要在实验台上进行调试。具体步骤如下： （1）发射模块程序调试，首先将程序输入到电脑中，对逻辑功能和语句进行检查，再用软件进行调试，调试无错误后才可以下载到单片机中。 （2）接收模块程序调试，程序无

22、错误后，下载到单片机中，结合接收模块程序，验证实验功能，当发射部分有键按下时，接收模块中的接收器接收红外线并在数码管中显示出按键数，完成实验要求。总程序的编制与调试：ORG 0000HAJMP MAINORG 0023HLJMP SINT ORG 0100HMAIN:MOV SP,#70H MOV TMOD,#20H ;令定时器T1为方式2 MOV TL1,#0E6H ;波特率为1200b/s MOV TH1,#0E6H ;给TH1送重装初值 MOV PCON,#80H ;令SMOD=1 SETB TR1 ;启动T1 MOV SCON,#50H ;串行口为方式1，允许接收 MOV IE,#90

23、H ;开T1中断、总中断 MOV P2,#00H;刚执行时无显示 MOV 50H,#00H MOV 51H,#01H MOV R5,#50HD1: JNB P3.2,CHECK1;进行变换 JNB P3.3,CHECK2;执行显示 LJMP D1CHECK1:LCALL DELAY JB P3.2,D2;松手，跳D2 LJMP D1;否则返回CHECK2:LCALL DELAY JB P3.3,D3;松手，跳D3 LJMP D1;否则返回D2: LCALL E1 INC R5 CJNE R5,#52H,D1;确保只在0和1之间变换 MOV R5,#50H LJMP D1D3: LCALL E2

24、 LJMP D1E1: MOV A,R5 MOV R0,A RETE2: MOV A,R5 MOV R0,A LCALL SEND RETSEND: MOV R4,#08H;扫描8次（一数字有八位） MOV A,R0 LCALL SEND0;起始位（低电平） D4: JB ACC.0,D5;扫描最低位 LCALL SEND0 D6: RR A DJNZ R4,D4 LCALL SEND1 RET D5: LCALL SEND1 SJMP D6SEND0:MOV R3,#32 D7:SETB P3.1 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP

25、 CLR P3.1 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R3,D7 RETSEND1:MOV R3,#32 D8:SETB P3.1 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP SETB P3.1 NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R3,D8 RETDELAY:MOV R6,#0FFHDELAY1:MOV R7,#0FFHDELAY2:DJNZ R7,DELAY2 DJNZ R6,DELAY1 RET1000 0000SINT: JB

26、 RI,SINT1;确认是否接收完毕（RI=1，接受完毕） LJMP D1SINT1:MOV A,SBUF;接收完毕，将接受的数据存入SBUF CLR RI;将接收中断标志位清零 LCALL DISPLAY RETIDISPLAY:MOV DPTR,#TAB ;显示电路 MOVC A,A+DPTR MOV P2,A LCALL DELAY RETTAB:DB 3FH,06H END第四章 结论4.1 实验结论红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。单片机控制的红外通信系统具有硬件电路简单、成本低廉、编程方便、通信可靠性高等优点，实现了通信双方非接触的数据传输，在遥控、遥测等应用场合得到广泛使用。利用单片机来实现红外通信技术，结合通信原理中的数字信号编解码技术，研制出了一套简单的红外通信系统。通过对系统模块的测试与调试，已基本上实现了红外通信的功能。鉴于本课题所涉及的内容比较难，知识面广，再加上时间紧迫，使得本次设计中电路系统做得比较简易与粗糙，未能完成更高等的目标与任务，一些扩展的功能如串行口通信功能完成得不够细致全面。4.2 PCB设计4.3.1 PCB