（畢業(yè)設(shè)計(jì)）單片機(jī)紅外通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（完整版）

1、摘摘 要要 在許多基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)遙控功能，而 紅外通信則是被采用較多的一種方法。本文闡述紅外通信的基本工 作原理,設(shè)計(jì)適合單片機(jī)系統(tǒng)的紅外通信方案，以及具體的單片機(jī)串 行口擴(kuò)展紅外接口電路，并說明其工作原理。給出應(yīng)用于紅外通信 的程序流程圖，并指出在實(shí)施過程中應(yīng)注意的一些問題。一般市場 上的遙控器協(xié)議簡單、保密性不強(qiáng)、抗干擾能力較弱。在這里我們 介紹的是一種基于字節(jié)傳輸?shù)募t外串行口電路系統(tǒng)，此電路可以適 合于各種復(fù)雜的應(yīng)用場合，能很廣泛的應(yīng)用于各種實(shí)際產(chǎn)品當(dāng)中。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)關(guān)鍵詞：單片機(jī) 紅外通信紅外通信 串行接口串行接口 abstract among a lot o

2、f application system based on single chip microprocessor, the system needs realize remote control function, infrared communication is frequdntly adopted as one method. this text explains the basic operation principle of infrared communication, designs infrared communication scheme which suits to sin

3、gle chip microprocessor system, and designs expand infrared concrete of single chip microprocessor serial port circuit, prove its operation principle .it provides the procedure graphic apply to infrared communication, and points out some questions that should be paid attention to in the course of im

4、plementing. shaking the accusing of device agreement on the general market is simple, privacy is not strong, anti-interference ability is relatively weak. what we introduced is a kind of infrared remote control circuit system based on byte transmission circuit here can suit various kinds of complica

5、ted application occasion, and can be very much extensive to apply to various kinds of actual productions key words: single chip microprocessor，infrared communication, serial interface 目目 錄錄 第一章第一章 緒論緒論.1 第二章第二章 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì).3 2.1 紅外通信的基本原理.3 2.2 設(shè)計(jì)要求及總體方案.3 第三章第三章 紅外發(fā)射系統(tǒng)紅外發(fā)射系統(tǒng).5 3.1 紅外發(fā)射系統(tǒng)的基本工作原理.5 3.2

6、at89c51 單片機(jī)最小系統(tǒng) .5 3.3 顯示器接口電路.9 3.4 鍵盤接口電路.10 3.5 電源電路.11 3.6 38kkhz振蕩器.12 3.7 調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路.12 第四章第四章 紅外接收系統(tǒng)紅外接收系統(tǒng).15 4.1 紅外接收系統(tǒng)的基本原理.15 4.2 紅外接收前置放大電路.15 4.3 頻率解調(diào)電路.16 第五章第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).20 5.1 鍵盤程序設(shè)計(jì).20 5.2 顯示程序設(shè)計(jì).21 5.3 串行口波特率發(fā)生器設(shè)置.23 5.4 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì).26 結(jié)結(jié) 論論.28 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).29 致致 謝謝.30 第一章第一章 緒論緒論 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已

7、經(jīng)使紅外通信深入到各行各業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域不 斷擴(kuò)大。例如單相電度表抄表系統(tǒng)；紅外探頭；紅外遙控系統(tǒng)；筆 記本電腦，手機(jī)，pda，無線耳機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品。在很多單片機(jī)應(yīng)用 系統(tǒng)中，常常利用非電信號（如光信號、超聲波信號等）傳送控制 信息和數(shù)據(jù)信息，以實(shí)現(xiàn)遙控或遙測的功能。無線紅外數(shù)字通信是 以紅外線作為載體來傳送數(shù)據(jù)信息.它作為無線通信的一種，與無線 電通信相比，由于其性能價(jià)格比高，實(shí)現(xiàn)簡單，具有抗電磁干擾、 便于高速應(yīng)用、空間接入靈活、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，可用于室內(nèi)外實(shí)現(xiàn)點(diǎn) 對點(diǎn)、無線紅外 lan 通信及軍用紅外引信.正在應(yīng)用的有 isdn 的 紅外無線接入、分布式視頻紅外無線接入、atm 網(wǎng)的紅外無線接入

8、等.在無線紅外數(shù)字通信中已有了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：irda 及 ieee802.11， 以便于規(guī)范化工作. 紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(irda)是 1993 年 6 月成立的一個(gè) 獨(dú)立組織,它為短距離紅外無線數(shù)據(jù)通信制定了一系列開放的標(biāo)準(zhǔn)。 irda 的目標(biāo)是制定能以合理且較小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議,以推 進(jìn)紅外通信的發(fā)展。 紅外線通信，通常又叫紅外光通信，是利用紅外線來傳送信息 的一種通信方式。紅外線通信分為以光纜為傳輸介質(zhì)的有線通信和 用無線電波來傳輸?shù)臒o線光通信。紅外線通信所傳輸?shù)膬?nèi)容是多樣 的，可以是音頻信號，也可以是視頻信號；可以是模擬信號，也可 以是數(shù)字信號。被傳送的低頻信號一般不能直接作遠(yuǎn)距離傳輸。需

9、 經(jīng)過放大后去對發(fā)射機(jī)中高頻振蕩進(jìn)行調(diào)制，使高頻振蕩的頻率隨 低頻信號而改變1。然后將此攜帶有低頻信號的已調(diào)高頻振蕩經(jīng)功 率放大到實(shí)際需要的功率，通過一定的媒介向周圍空間輻射。在接 收端，利用接收元件（如天線、紅外接收管等等）將接收到的微弱 電磁波或紅外光變?yōu)橐颜{(diào)波電流，經(jīng)高頻放大器選擇出所需要接收 的信號，并同時(shí)放大信號。放大后的高頻已調(diào)信號與本振頻率相混 頻，變?yōu)轭l率較低且固定的中頻已調(diào)信號，經(jīng)中頻放大器放大后， 由鑒頻器檢出原來的調(diào)制信號，再經(jīng)低頻放大級放大去推動(dòng)終端設(shè) 備。紅外線受人們青睞的原因是它的穿透能力強(qiáng)，容易繞過霧、塵 埃等，還可以定向發(fā)射。正因?yàn)榧t外線具有如此優(yōu)點(diǎn)，僅在軍事上

10、 紅外線就有很多用途，如：夜視機(jī)器、紅外照相、紅外雷達(dá)等。此 外，紅外線被廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)控制、通信、家用電器等領(lǐng)域。如 普遍應(yīng)用于彩電、錄像機(jī)以及空調(diào)等的紅外遙控，用紅外遙控器在 幾米到幾十米遠(yuǎn)距離的直視范圍內(nèi)任何位置，都可以任意地實(shí)現(xiàn)各 種家用的遙控。 本文將要介紹的是紅外線通信的一種應(yīng)用形式利用紅外線 來傳送單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號，這是一種紅外線無線光通信電路。 目前這種方式主要用于室內(nèi)，如構(gòu)成無繩電話及無繩耳機(jī)系統(tǒng)等。 紅外線的傳輸距離雖然不遠(yuǎn)，但應(yīng)用于辦公室和家庭已綽綽有余。 由于可免去布線的麻煩，故它具有有線光通信無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 第二章第二章 方案方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 2.1 紅外通信的基

11、本原理紅外通信的基本原理 紅外通信的基本原理是發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號調(diào)制為一系列 的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。常用的有通過脈沖 寬度來實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制（pwm）和通過脈沖串之間的時(shí)間 間隔來實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（ppm）兩種方法。本文是利用 950nm 近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發(fā) 送端采用脈時(shí)調(diào)制（ppm）方式也就是（fsk）頻移鍵控的方式， 將二進(jìn)制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管 以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號， 再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制 數(shù)字信號后輸出。 簡而言之

12、，紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對二進(jìn)制數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制與 解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信 道的調(diào)制解調(diào)器。 2.2 設(shè)計(jì)要求及總體方案設(shè)計(jì)要求及總體方案 一、設(shè)計(jì)要求 1、 傳輸距離：距離2 米 2、 采用光源：紅外發(fā)光管 3、 信號頻率范圍：中心頻率 38khz 二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)總體框圖如圖 2.1 所示。紅外通信系統(tǒng)是由發(fā)射系統(tǒng)和接 收系統(tǒng)組成。發(fā)射電路由 38khz 振蕩器、頻率調(diào)制器、驅(qū)動(dòng)電路及 紅外線發(fā)射電路組成。接收電路由前置放大、選頻電路、頻率解調(diào) 電路、紅外接收電路組成。發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)框圖如圖 2.2 和 2.3 所示。 本文設(shè)計(jì)的是單片機(jī)之間通

13、過紅外收發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行通信，系統(tǒng)中 通過單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生調(diào)制信號，然后驅(qū)動(dòng)紅外 發(fā)光管將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，接收端對接收到的信號進(jìn)行放大、選頻、 識別之后提取數(shù)據(jù)信號。 圖 2.1 系統(tǒng)總體框圖 圖 2.2 發(fā)射系統(tǒng)框圖 38kz 圖 2.3 接收系統(tǒng)框圖 考慮到紅外光反射的原因，在全雙工方式下發(fā)送的信號也可能 會被本身接收，因此紅外通信需采用異步半雙工方式，即通信的某 一方發(fā)送和接收是交替進(jìn)行的。這里設(shè)置單片機(jī)的串行口采用方式 1 通信；通信的數(shù)據(jù)格式為每幀 10 位，包括 1 位起始位、8 位數(shù)據(jù) 位和 1 位停止位；片內(nèi)定時(shí)器 t1 作為波特率發(fā)生器，選擇傳送的 波特率為 1200

14、bps，則定時(shí)器 t1 的初值應(yīng)設(shè)置為 tl1=th1=e8h， 另外應(yīng)禁止定時(shí)器 t1 中斷，以免因定時(shí)器 t1 溢出而產(chǎn)生不必要的 中斷。系統(tǒng)在上電后處于接收狀態(tài)。 第三章第三章 紅外發(fā)射系統(tǒng)紅外發(fā)射系統(tǒng) 單片機(jī)本身并不具備紅外通信接口，可以利用單片機(jī)的串行接 口與 外圍的紅外發(fā)射電路和接收電路，組成應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的紅外串 行通信接口。 3.1 紅外發(fā)射紅外發(fā)射系統(tǒng)的基本工作原理系統(tǒng)的基本工作原理 紅外發(fā)射電路包括脈沖振蕩器、外接電源的濾波電容、紅外發(fā) 射管 d3 和 d4、一個(gè)與門 74ls08 和一個(gè)非門 74ls04 等部分組成。 其中脈沖振蕩器由 ne555 定時(shí)器、電阻和電容組

15、成，用以產(chǎn)生 38khz 的脈沖序列作為載波信號；發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光 二極管。 紅外發(fā)射電路的工作原理為：由單片機(jī)的串行口輸出端輸出的 串行數(shù)據(jù)去調(diào)制脈沖振蕩器 ne555 發(fā)出的載波信號，然后用載波信 號驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管 d3 和 d4 以光脈沖的形式向外發(fā)送。其中，為保 證紅外接收模塊能夠接收的準(zhǔn)確性，要求發(fā)送端載波信號的頻率應(yīng) 盡可能接近 38khz，因此在設(shè)計(jì)脈沖振蕩器時(shí)，要選用精密元件并 保證電源電壓穩(wěn)定。 3.2 at89c51 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它即協(xié)調(diào)整機(jī)工作，又是 數(shù)據(jù)處理器，是軟硬件系統(tǒng)連接的橋梁。 at89c51 是一種

16、帶 4k 字節(jié)閃存（可編程、可擦除、只讀存儲 器）的低電壓，高性能 cmos 8 位微處理器。該器件采用 atmel 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs-51 指令集 和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲器組合在單 個(gè)芯片中，atmel 的 at89c51 是一種高效微控制器，為很多嵌入 式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。at89c51 主要特點(diǎn) 如下： （1）面向控制的 8 位 cpu：它與通用的微處理器基本相同，同 樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分。運(yùn)算器用來進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn) 算和位操作。主要包括算數(shù)邏輯運(yùn)算單元 alu,，累加器 a、寄存器

17、b，程序狀態(tài)字寄存器 psw 以及 bcd 碼修正電路等。 （2）128b 內(nèi)部 ram 數(shù)據(jù)存儲器：片內(nèi)為 128 字節(jié)，字節(jié)地址 為 00h7fh，其中 00h1fh 的 32 個(gè)單元是 4 組通用工作寄存器區(qū)， 每個(gè)區(qū)含 8 個(gè) 8 位寄存器，編號為 r7r0。地址為 20h2fh 的 16 個(gè)單元可進(jìn)行共 128 位的位尋址，這些單元構(gòu)成了 1 位處理機(jī)的存 儲器空間。單元中的每一位都有自己的位地址，這 16 個(gè)單元也可以 進(jìn)行字節(jié)尋址。地址為 30h3fh 的單元為用戶 ram 區(qū)，只能進(jìn)行 字節(jié)尋址。片外最多可以達(dá)到 64kb，用來存儲程序在運(yùn)行期間的 工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)

18、據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等等，所以 稱為數(shù)據(jù)存儲器，128 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器以高速 ram 的形式集成 在單片機(jī)內(nèi)，以加快單片機(jī)運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的 ram 還 可以降低功耗。 （3）32 位雙向輸入/輸出線。 （4）1 個(gè)全雙工的異步串行口：具有四種工作方式?？梢杂脕?進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行 i/o 口甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系 統(tǒng)，從而使單片機(jī)的應(yīng)用更強(qiáng)而且更廣。 （5）2 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：at89c51 單片機(jī)有兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 t1 和 t0，他們各由兩個(gè)獨(dú)立的 8 位寄存器組成，共有 4 個(gè) 獨(dú)立的寄存器：th1、tl1、th0、tl0，可以分別對這 4 個(gè)

19、寄存器 進(jìn)行字節(jié)尋址，但不能把 t1 或當(dāng)作一個(gè) 16 位寄存器來尋址訪問。 具有四種工作方式在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時(shí)，或?qū)?外部事件進(jìn)行記數(shù)。為提高單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制能力，因而需要在單 片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器部件。 （6）5 個(gè)中斷源，2 個(gè)優(yōu)先級。 （7）時(shí)鐘發(fā)生器。 （8）尋址 64kb 的程序存貯器和 64kb 的外部數(shù)據(jù)存貯器。 （9）21 個(gè)特殊功能寄存器（sfr）：用于對片內(nèi)各功能部件進(jìn) 行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是 一個(gè)具有特殊功能的 ram 區(qū)。 mcs-51 外部存貯器和 i/o 是統(tǒng)一編址的，都是同一個(gè) 64kb 的 外部 ra

20、m 空間，cpu 對它們具有相同的操作功能。 at89c51 單片機(jī)有 4 個(gè)雙向 8 位輸入輸出口 p0-p3 口，每一個(gè) 都由口鎖存器，輸出緩沖器和輸入緩沖器組成。它們的口鎖存器結(jié) 構(gòu)相同，但輸入和輸出驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)不同。p1、p2、p3 口內(nèi)部沒有 拉高電路，稱三態(tài)雙向 i/o 口。p1、p2、p3 可以驅(qū)動(dòng)四個(gè) lsttl 電路，p0 口可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) lsttl 電路。 p0 口：p0 口的字節(jié)地址為 80h，位地址位 80h87h?？诘母?位口線具有完全相同但又互相獨(dú)立的邏輯電路，對于內(nèi)部有程序存 貯器的單片機(jī)，p0 口可以做為輸入或者輸出口使用，直接連外部的 輸入，輸出設(shè)備，也可

21、作為系統(tǒng)擴(kuò)展的地址/數(shù)據(jù)總線口，對于內(nèi)部 設(shè)有程序存貯器的單片機(jī)，p0 口只能作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。 p1 口：p1 口的地址為 80h，位地址為 90h97h。輸出時(shí)，將 “1”寫入 p1 口的某一位鎖存器，則端上的輸出場效應(yīng)管截止，該 q 位的輸出引腳內(nèi)部的拉高電阻拉成高電平，輸出“1”。將“0”寫入口 鎖存器，輸出場效應(yīng)管導(dǎo)通，引腳內(nèi)輸出低電平，輸出“0”。p1 口 某一位作為輸入線時(shí)，該位的口鎖存器必保持“1”，使場效應(yīng)管截止， 該位引腳由內(nèi)部拉高電路拉成高電平，也可有外部的電路拉成低電 平。cpu 讀 p1 引腳狀態(tài)時(shí)實(shí)際就是讀出外部電路的輸入信息。 p2 口：p2 口的字節(jié)地址為

22、 a0h，位地址為 a0ha7h 供系統(tǒng) 擴(kuò)展時(shí)作高 8 位地址線用，如果沒有系統(tǒng)擴(kuò)展，例如使用 8051 單片 機(jī)不擴(kuò)展外部存貯器時(shí)，p2 口也可以作為用戶 i/o 口線使用。在實(shí) 際應(yīng)用中 p2 口往往作為為系統(tǒng)提供高位地址使用。 p3 口：p3 口的字節(jié)地址為 b0h，位地址為 b0hb7h 是雙功能 口，該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一 i/o 功能或者第二 i/o 功 能。作為第一功能使用時(shí)，口的結(jié)構(gòu)與操作與 p1 口相同。但因?yàn)?p3 口經(jīng)常作為系統(tǒng)的第二功能使用。所以在 p3 口上增加了一個(gè)第 二功能控制邏輯。 圖 3.1 at89c51 最小系統(tǒng) at89c51 最小系統(tǒng)如圖

23、3.1 所示，其中 k1、 k2、k3 和 k4 為 上拉電阻，st 為 12mhz 的晶振；r2、r3 和 c3 構(gòu)成復(fù)位電路。 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，at89c51 微控制器的引腳功能分配如下： p00p07 為數(shù)碼管的段碼驅(qū)動(dòng)端； p20p25 為數(shù)碼管的位碼驅(qū)動(dòng)端； p10p17 為鍵盤輸入端； txd、rxd 為數(shù)據(jù)發(fā)送端和接收端； wr、rd 為數(shù)據(jù)發(fā)送和接收狀態(tài)指示輸出端。 3.3 顯示器接口電路顯示器接口電路 顯示電路采用 led 顯示。顯示器的顯示方法有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種 方法。顯示器位數(shù)較少時(shí)，采用靜態(tài)顯示的方法是合適的。當(dāng)位數(shù) 較多時(shí)，用靜態(tài)顯示所需的 i/o 太多，一般采用動(dòng)態(tài)顯

24、示方法，所 以在系統(tǒng)中我們采用動(dòng)態(tài)顯示。 顯示器接口電路如圖 3.2 所示。led 顯示器采用單片機(jī)的 i/o 口直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，其中 p00p07 為段碼驅(qū)動(dòng)端，p20p25 為位碼 驅(qū)動(dòng)端，缺省時(shí)顯示 0。d1 和 d2 為狀態(tài)指示，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù) 發(fā)送時(shí)，d1 發(fā)光；當(dāng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收時(shí)，d2 發(fā)光。 圖 3.2 顯示器接口電路 3.4 鍵盤接口電路鍵盤接口電路 鍵盤采用獨(dú)立式鍵盤直接與 at89c51 的 p10p17 口相接。接 口電路如圖 3.3 所示。s0s5 用于修改數(shù)碼管 led0led5 上顯示 的數(shù)據(jù)；s6 用于啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送；s7 為功能設(shè)置鍵，當(dāng) s7 按下奇數(shù) 次

25、時(shí)，s0s5 用于修改數(shù)碼管 led0led5 上顯示的數(shù)據(jù)減，當(dāng) s7 按下偶數(shù)次時(shí)，s0s5 用于修改數(shù)碼管 led0led5 上顯示的數(shù)據(jù) 加，系統(tǒng)上電復(fù)位之后，初始化為加。k4 為上拉電阻排。 圖 3.7 鍵盤接口電路 3.5 電源電路電源電路 電源電路由變壓器和整流穩(wěn)壓電路組成。變壓器用于將 220v 交流電壓轉(zhuǎn)換為 9v 的低壓交流電；整流電路用于將低壓交流電整 流為脈動(dòng)電壓，該脈動(dòng)電壓與濾波電容 e1、e2 相連，形成較平滑 的直流電壓。將直流電壓送入三端穩(wěn)壓器 mc7805 輸入端 vin 后， 在輸出端形成+5v 直流穩(wěn)壓電壓，供單片機(jī)和測量電路使用。電容 e3、e4 起到濾

26、波的作用。電源電路如圖 3.4 所示。 圖 3.4 電源電路 3.6 38kkhz 振蕩器振蕩器 系統(tǒng)中采用 ne555 構(gòu)成多諧振蕩器，發(fā)出 38khz 的方波，作 為紅外的載波信號，實(shí)現(xiàn)電路如圖 3.5 所示。其中 square 為 38khz 的方波輸出端。 圖 3.5 ne555 構(gòu)成的 38khz 的振蕩器 3.7 調(diào)制調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路及驅(qū)動(dòng)電路 調(diào)制電路主要是運(yùn)用單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號對載波信號進(jìn)行調(diào) 制，形成調(diào)制信號，然后運(yùn)用調(diào)制信號驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管將載有數(shù)字 信號的載波信號發(fā)送出去，其顯示電路如圖 3.6 所示，各點(diǎn)波形如 圖 3.7 所示。其中 square 為 38khz 載波輸

27、入端，tx 與單片機(jī)數(shù) 據(jù)發(fā)送端相連接，data 為調(diào)制信號輸出端。由于 lm567 鎖定時(shí)， 輸出端輸出低電平，所以將輸入的數(shù)字信號倒相之后再去調(diào)制載波 信號。圖 3.8 為發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路，se1 和 se2 為紅外發(fā)射管，系統(tǒng)采 用兩個(gè)是為了增強(qiáng)發(fā)射強(qiáng)度，系統(tǒng)采用 q1 放大驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管， data 為調(diào)頻信號輸入端。 圖 3.6 調(diào)制電路 圖 3.7 各點(diǎn)信號波形 圖 3.8 發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路 第四章第四章 紅外接收系統(tǒng)紅外接收系統(tǒng) 4.1 紅外紅外接收系統(tǒng)的基本原理接收系統(tǒng)的基本原理 紅外接收電路包括紅外接收管 d1 和 d2、信號放大電路、 解調(diào)電路等部分。其中信號放大電路由 lm358

28、、電阻和電容組 成，用以將接收到的 38khz 的脈沖序列調(diào)制信號放大；解調(diào)電 路由 lm567、電阻和電容組成。接收部分的紅外接收管是一種 光敏二極管。在實(shí)際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它 才能正常工作，來接收 950nm 的紅外光束。即紅外接收二極管 在電路中應(yīng)用時(shí)是反向運(yùn)用，這樣才能獲得較高的靈敏度。 紅外接收電路的工作原理為：首先，通過紅外光敏元件將接 收到的載波頻率為 38khz 的脈沖調(diào)制紅外光信號轉(zhuǎn)化為電信號， 再由前放大電路進(jìn)行放大處理。然后通過解調(diào)電路 lm567 將其 解調(diào)成數(shù)字基帶信號，并通過 rxd 端口接收的數(shù)據(jù)傳輸給單片 機(jī)。 4.2 紅外接收前置放大電路紅

29、外接收前置放大電路 紅外接收電路如圖 4.1 所示。圖中 re1、re2 為紅外發(fā)光管， 采用兩個(gè)是為了增強(qiáng)接收靈敏度。接收到紅外信號通過 lm358 兩級放大之后輸出給 lm567 的輸入端，其中 r1 和 r2 的作用是 為放大器提供直流工作點(diǎn)。 圖 4.1 紅外接收電路 4.3 頻率解調(diào)頻率解調(diào)電路電路 一、頻率解調(diào)器的作用是將調(diào)頻信號還原出數(shù)據(jù)信號。 在紅外線通信系統(tǒng)中，頻率解調(diào)器大多采用鎖相環(huán)構(gòu)成。 由鎖相環(huán)路構(gòu)成的頻率解調(diào)器的原理可由圖 4.2 來說明。 圖 4.2 鎖相環(huán)頻率解調(diào)器原理圖 已調(diào)頻的信號作用于環(huán)路的輸入端時(shí)，為了維持環(huán)路的鎖 定，必須使壓控振蕩器的頻率要精確地跟蹤輸

30、入信號的頻率。系 統(tǒng)中采用 lm567 音頻鎖相環(huán)電路，對接收到的紅外信號進(jìn)行解 調(diào)。 二、音頻鎖相環(huán) lm567 的原理 圖 4.3 是 lm567 的內(nèi)部框圖，它由相位比較器、壓控振蕩 器、正交相位檢波器、邏輯輸出放大器等幾部分構(gòu)成。 圖 4.3 lm567 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 4.4 是作選頻時(shí)的電路，lm567 的第 5 腳和 6 腳外接定 時(shí)電阻和電容決定鎖相環(huán)內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率。 第 2 腳對地接電容 c2為相位比較器輸出的低通濾波器。第 2 腳所接電容 c2對鎖相環(huán)的捕捉帶寬 bw 有影響。c2及壓控振 蕩器中心頻率越大，捕捉帶寬 bw 越窄。因此，在輸入信號幅度 及壓控振蕩器頻

31、率已確定的情況下，可通過改變低通濾波電容 c2來擴(kuò)展或收縮捕捉帶寬。 圖 4.4 選頻電路 第一腳對地接一電容 c1為正交相位檢波器的輸出濾波，其 外部功能作如下描述： 第 3 腳為信號輸入端，要求輸入信號的幅度大于 25mv，最 佳值為 200mv 左右。 lm567 的輸入信號的頻率落在其內(nèi)部壓控振蕩器中心頻率 f0附近時(shí)，邏輯輸出端 8 腳將由原高電平變?yōu)榈碗娖?，輸出?個(gè)負(fù)脈沖?？梢?，利用 lm567 的 8 腳輸出，不僅可以實(shí)現(xiàn)選 頻，而且還有脈沖形成功能，用 8 腳輸出的負(fù)脈沖去觸發(fā)記憶 電路，最終便可實(shí)現(xiàn)某種功能的控制。lm567 作為選頻電路， 具有電路簡單、功能多、體積小等優(yōu)

32、點(diǎn)。lm567 作為選頻電路 時(shí)的結(jié)構(gòu)如圖 4-8 所示。改變 rp 可非常方便地改變選頻頻率。 由于 8 腳為集電極開路輸出，故實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其 8 腳應(yīng)接一上 拉電阻 r1至電源正極 vdd。 lm567 的主要參數(shù)如下： （1）電源電壓 4.759v （2）靜態(tài)工作電流 8ma （3）最高工作頻率 500khz （4）8 腳最大吸收電流 100ma。 三、實(shí)現(xiàn)電路 接收系統(tǒng)采用的頻率解調(diào)電路如圖 4.5 所示。將 lm567 的中心頻率鎖定在 38khz 上。接收到的紅外載波信號從 receive 端輸入，當(dāng)輸入為 38khz 的載波信號時(shí)，lm567 的 8 腳輸出低電平；當(dāng)沒有 38k

33、hz 的載波信號輸入時(shí)， lm567 的 8 腳輸出高電平，通過 lm567 的解調(diào)，將載波中的 數(shù)字信號還原出來。 圖 4.5 頻率解調(diào)電路 第五章第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 5.1 鍵盤程序設(shè)計(jì)鍵盤程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)鍵盤程序流程圖如圖 5.1 所示： 圖 5.1 鍵盤程序流程圖 鍵盤掃描程序如下： /鍵盤掃描 int scan(void) int scancode; scancode=p1; scancode= scancode; if (scancode!=0) return 1; else return 0; 5.2 顯示程序設(shè)計(jì)顯示程序設(shè)計(jì) 點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。顯示器位

34、數(shù)較少時(shí)，采 用靜態(tài)顯示的方法是合適的。當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，用靜態(tài)顯示所需的 i/o 太多，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方法。本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示。顯示 流程圖如圖 5.2 所示： 圖 5.2 顯示程序流程圖 數(shù)碼管顯示程序如下： /*延時(shí)子程序*/ void delay(int xc) int i; for(i=0;ixc;i+) ; /*led 顯示*/ void led(void) int j,k; for(j=0;j6;j+) k=bufferj; p0=table0k; p2=table1j; delay(150); 5.3 串行口波特率發(fā)生器設(shè)置串行口波特率發(fā)生器設(shè)置 at89c51 單片機(jī)內(nèi)部有 1

35、 個(gè)功能很強(qiáng)的全雙工串行口，可 同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。它有 4 種工作方式，可供不同場合使用。 波特率由軟件設(shè)置，通過片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生。接收、發(fā)送均 可工作在查詢方式或中斷方式，使用十分靈活。如果在串行口的 輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 rs- 232 接口。 at89c51 單片機(jī)有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器 sbuf，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出， 接受緩沖器只能讀出不能寫入。兩個(gè)緩沖器只用一個(gè)字節(jié)地址 99h。它的控制寄存器共有兩個(gè)。下面就分別詳細(xì)介紹各寄存器 的功能。 1串行口數(shù)據(jù)緩沖器 sbuf sbuf 是 at89c51 串行口

36、的接收、發(fā)送緩沖器，該緩沖器 的控制操作可通 過指令對 sbuf 的讀寫來區(qū)別是對接收緩沖器的操作還是對發(fā)送 緩沖器的操作。讀 sbuf，就是讀接收緩沖器。串行口對外也有 兩條獨(dú)立的收發(fā)信號線 rxd 和 txd，因此可以同時(shí)發(fā)送、接收 數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全雙工傳送。 2串行口控制寄存器 scon scon 寄存器用來控制串行口的工作方式和狀態(tài)，它可以是 位尋址。在復(fù) 位時(shí)所有位被清 0，字節(jié)地址為 98h。 （1） sm0、sm1：串行口工作方式控制位； （2） sm2：多機(jī)通信控制位； 多機(jī)通信是工作于方式 2 和方式 3，sm2 位主要用于方式 2 和方式 3。 接收狀態(tài)：當(dāng)串行口工作于方式 2

37、 或 3，以及 sm2=1 時(shí)， 只有當(dāng)接收到第 9 位數(shù)據(jù)為 1 時(shí)，才把接收到的前 8 位數(shù)據(jù)送入 sbuf，且置位 ri 發(fā)出中斷申請，否則會將接收到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng) sm2=0 時(shí)， 就不管第 9 位數(shù)據(jù)是 0 還是 1，都將前 8 位數(shù)據(jù)送入 sbuf，并 發(fā)出中斷申請。工作于方式 0 時(shí)，sm2 必須為 0。 （3） ren：允許接收位； ren 用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止，ren=1 時(shí)，允許接 收，ren=0 時(shí)， 禁止接收。 （4） tb8：發(fā)送接收數(shù)據(jù)位 8 在方式 2 和方式 3 中，tb8 是要發(fā)送的即第 9 位數(shù)據(jù)位。 在多機(jī)通信中同樣亦傳輸這一位，并且它代表傳輸?shù)氖?/p>

38、地址還是 數(shù)據(jù)，tb8=0 為數(shù)據(jù)，tb8=1 為地址。 （5） rb8：接收數(shù)據(jù)位 8； 在方式 2 和方式 3 中，rb8 存放接收到的第 9 位數(shù)據(jù)，用以 識別接收到的數(shù)據(jù)特征。 （6） ti：發(fā)送中斷標(biāo)志； 可尋址標(biāo)志位，在方式 0 時(shí)，發(fā)送完第 8 位數(shù)據(jù)后，由硬件 置位，其它方 式下，在發(fā)送或停止位之前由硬件置位，因此，ti=1 表示發(fā)送 結(jié)束，ti 可由軟件清“0” 。 （7） ri：接收中斷標(biāo)志位； 可位尋址標(biāo)志位，接收完第 8 位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位， 在其它工作方式下，該位有硬件置位，ri=1 表示接收完成。 3特殊功能寄存器 pcon pcon 主要是為 chmos 型

39、單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用 寄存器，單元 地址為 87h，不能位尋址。 在 chmos 型單片機(jī)中，除 smod 位外，其它位均為虛設(shè) 的，smod 是串行口波特率倍增位，當(dāng) smod=1 時(shí)，方式 1、2、3 的波特率加倍。系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)為 smod=0。 4中斷允許寄存器 ie es 為串行中斷允許控制位，es=1 允許串行中斷，es=0 禁 止串行中斷。 串行口采用模式 1 為 8 位異步通信方式，波特率為 1200bps。由串行口控制寄存器 scon 的操作模式選擇位 sm0置 0、sm1置 1 設(shè)置為模式 1，當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 t1 模式控制器 tmod 中 c/t=0 和 m1m0

40、=10 時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 t1 設(shè)置成模式 2 方式作為波特率發(fā)生器，其波特率表示為： smod 8 1 smod 8smod 1 8smod 1 n 32smod 1n 16smod 0 t12/32 t1/12)/(21) : t12/32 =/12)/(21)2/32 /t1 tl1=th1=2(2)/(12 32 ft ft f 波特率=（t1的溢出率)/ n 當(dāng)sm o d =0時(shí)，= ; 當(dāng)= 時(shí)，=, (本設(shè)計(jì)中= )則 波特率=（的溢出率） 的溢出率=(初值 得波特率=(的溢出率) (初值 所以定時(shí)器計(jì)數(shù)器初值為： 波 6 ) 25611.0592 10/12 32 1200

41、 256 24 232 0e8h 特率 （）（） =-= 串口初始化程序如下： void serialini(void) scon = 0 x50; tmod = 0 x20; th1 = 0 xe8; et1= 0; tr1= 1; ea = 1; es= 1; 5.4 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)初始化之后，在主程序之中，反復(fù)的調(diào)用鍵盤程序和顯 示程序，同時(shí)等待串口發(fā)送中斷或接收中斷，其主程序流程圖如 圖 5.3 所示。串口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收采用中斷方式設(shè)計(jì)。發(fā)送數(shù)據(jù) 時(shí)，通過按鍵啟動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)中斷，同時(shí)通過鍵盤可以修改顯示緩 沖區(qū)之中的數(shù)據(jù)；當(dāng)發(fā)生接收中斷時(shí)，在中斷服務(wù)程序中將數(shù)據(jù) 取出，然后將數(shù)據(jù)分解，送顯。 系統(tǒng)在初始化之后，系統(tǒng)處于接收狀態(tài)，當(dāng)啟動(dòng)發(fā)送中斷時(shí)， 系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉接收中斷，待發(fā)送中斷結(jié)束之后，系統(tǒng)延遲一段 時(shí)間之后，系統(tǒng)重開接收中斷。 圖 5.3 程序流程圖 結(jié)結(jié) 論論 本系統(tǒng)采用頻率調(diào)制紅外線通信，在這種調(diào)制方式下，數(shù)字 信號首先對 38khz 的載波進(jìn)行頻率調(diào)制，再用這個(gè)被調(diào)制頻率