畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的智能化紅外遙控器

1、 第iii頁 共46頁摘 要在電子化的世界中，紅外遙控技術(shù)廣泛的應(yīng)用于我們的生活。市場上的各種家電的紅外遙控系統(tǒng)技術(shù)成熟、成本低廉，但是，為了避免不同品牌、不同型號(hào)的設(shè)備之間產(chǎn)生誤操作，人們?cè)诓煌脑O(shè)備中使用不同的傳輸規(guī)則或者識(shí)別碼，這就使得各個(gè)型號(hào)的遙控器都只適用于各自的遙控對(duì)象，容易造成實(shí)際使用中遙控器多而雜，經(jīng)常搞混的結(jié)果。本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)一種智能學(xué)習(xí)型紅外遙控器的實(shí)現(xiàn)方案。本文通過研究紅外編解碼、紅外發(fā)射接收、mcu 控制、液晶顯示等技術(shù)，利用單片機(jī)對(duì)遙控器的發(fā)射信號(hào)的波形進(jìn)行測量，然后將測量的數(shù)據(jù)回放，由于只關(guān)心發(fā)射信號(hào)波形中的高低電平的寬度，不管其如何編碼，因此做到了真正的“萬能”。

2、本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為主要控制中心，外圍電路主要包括接收電路、發(fā)射電路、鍵盤電路、顯示電路以及存儲(chǔ)電路。設(shè)計(jì)中重點(diǎn)及核心部分是通過軟件解碼來實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外信號(hào)的自學(xué)習(xí)，并由單片機(jī)控制將學(xué)習(xí)的信號(hào)存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)。關(guān)鍵詞：紅外遙控；38khz載波；自學(xué)習(xí)；紅外接收；紅外發(fā)送abstractin the electronic world, the infrared remote control technology is widely used in our lives. various appliances on the market have the technology of infrared remote

3、 control system with maturity and low cost. however, to avoid different brands and between different types of equipment malfunction, people use different devices in different transport rules or identification number, which makes various types of remote control apply only to their remote objects and

4、easy causes confusing results that the actual use of the remote control are many and complex. the design requirements is to achieve an intelligent learning ir remote control implementations.by studying infrared codec, infrared transmitting and receiving, mcu control, lcd display technology, remote c

5、ontrol of other learning and learning sent successfully restored infrared remote control system.key and core part of the design is that through software decoding it can achieve the self-study function of the infrared signal and be controlled by mcu to make the learned signal in store and forward.key

6、words: infrared remote controller；the 38khz carrier；self-study；infrared remote receiver；infrared remote transmitter目 錄引言41 系統(tǒng)設(shè)計(jì)21.1 任務(wù)要求21.2 總體方案介紹22 方案論證32.1 學(xué)習(xí)方式32.2 按鍵模塊42.3 顯示模塊52.4 紅外接收模塊52.5 微控制器選擇63 硬件電路設(shè)計(jì)63.1 系統(tǒng)硬件基本組成63.2 主要模塊電路設(shè)計(jì)63.2.1鍵盤和顯示電路設(shè)計(jì)63.2.2 紅外發(fā)射電路及其編碼83.2.3紅外接收電路113.2.4 存儲(chǔ)電路123.2.

7、5 單片機(jī)控制電路134 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)164.1 系統(tǒng)編程語言和編程工具164.1.1編譯軟件keil uvision2簡介174.2軟件設(shè)計(jì)184.2.1學(xué)習(xí)功能194.2.2數(shù)據(jù)壓縮編碼255 系統(tǒng)調(diào)試315.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試325.1.1 元件的使用325.1.2 整板測試325.1.3 上電測試325.2系統(tǒng)軟件調(diào)試325.2.1按鍵與顯示模塊調(diào)試325.2.2接收模塊調(diào)試325.2.3發(fā)射模塊調(diào)試335.3調(diào)試小結(jié)336 性能測試336.1 測試所使用儀器336.2 測試結(jié)果336.3 結(jié)果分析347 結(jié)論34謝 辭36參考文獻(xiàn)37附 錄37 第41頁 共46頁引言 紅外遙控是目前使

8、用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗微、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，繼彩電、空調(diào)等電器設(shè)備上采用了紅外遙控技術(shù)之后，在汽車、保險(xiǎn)柜的門鎖上以及一些常用工具的操作上都采用了紅外遙控技術(shù)。一些自動(dòng)控制裝置采用紅外線遙控不僅具有可靠、便利的優(yōu)點(diǎn)，而且還能有效地隔離電氣干擾。隨著科技的發(fā)展,越來越多的現(xiàn)代電器比如： 音響、 電視機(jī)、 空調(diào)、 熱水器、 電腦、 微波爐成為人們生活的必需品。這些電器通常都依賴于遙控器進(jìn)行操作。但由于各種紅外遙控編碼格式的不同， 使得各種產(chǎn)品的遙控器不能相互兼容 ， 這給人們的日常生活帶來了諸多不便。最近市場上出現(xiàn)了能夠遙控不同家用電器的萬能紅外遙控器

9、， 但這些萬能紅外遙控器多存在可遙控的家用電器種類不多、 操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。本課題目的是實(shí)現(xiàn)一種智能學(xué)習(xí)型紅外遙控器的實(shí)現(xiàn)方案，從而完成對(duì)各種遙控器的學(xué)習(xí)的功能，這將給人們的生活帶來極大的便捷。學(xué)習(xí)型遙控器更是實(shí)現(xiàn)對(duì)各被控設(shè)備的統(tǒng)一控制和管理的重要條件，是實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的基礎(chǔ)。1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1 任務(wù)要求本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)一種智能學(xué)習(xí)型紅外遙控器的實(shí)現(xiàn)方案，主要內(nèi)容包括：(1)研究紅外遙控器的遙控方法與原理。(2)設(shè)計(jì)智能化紅外遙控器的實(shí)現(xiàn)方案。(3)選擇器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件電路。(4)編寫和調(diào)試軟件系統(tǒng)。1.2 總體方案介紹紅外遙控器的核心元器件是編碼芯片，將需要實(shí)現(xiàn)的操作指令事先編碼，設(shè)備接收

10、后解碼再控制有關(guān)部件執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。編碼是通過載波輸出的，即所有的脈沖信號(hào)均調(diào)制在載波上，載波頻率通常為38khz。在發(fā)送端，載波利用電信號(hào)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，將電信號(hào)變成光信號(hào)發(fā)射出去，發(fā)射的是紅外光，波長范圍在 840nm 到 960nm 之間。在接收端，通過光電二極管將紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大、整形、解調(diào)等步驟，最后還原成原來的脈沖編碼信號(hào)，并根據(jù)遙控指令完成相應(yīng)的動(dòng)作。學(xué)習(xí)型紅外遙控器通過記錄各種不同類型的遙控器的編碼波形，將其存儲(chǔ)下來并與某個(gè)按鍵關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)“學(xué)習(xí)”功能這樣作不必關(guān)心編碼的細(xì)節(jié)，通用性大大提高。根據(jù)課題要求初步制定了實(shí)現(xiàn)上述功能的基本思路。此系統(tǒng)主要分為6大模

11、塊：單片機(jī)控制模塊、鍵盤模塊、紅外接收模塊、紅外發(fā)送模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊。（其中的主要模塊是單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊，主要的功能實(shí)現(xiàn)都是由單片機(jī)程序控制，鍵盤的掃描，液晶的顯示，紅外遙控信號(hào)的接收、學(xué)習(xí)以及發(fā)射都是由單片機(jī)的程序來控制。）系統(tǒng)原理框圖如1.1所示： 圖1.1系統(tǒng)組成原理圖自學(xué)習(xí)型遙控器的功能主要分為學(xué)習(xí)和發(fā)送兩個(gè)部分。在學(xué)習(xí)的過程中，收電路接收到紅外遙控信號(hào)以后， 經(jīng)過放大并解調(diào)出ttl電平信號(hào)送至微處理器進(jìn)行處理。經(jīng)過微處理器處理以后存儲(chǔ)到外存儲(chǔ)器里 。當(dāng)要發(fā)射紅外信號(hào)時(shí)，根據(jù)掃描鍵盤電路獲取的鍵盤值，從與鍵值相對(duì)應(yīng)的外存儲(chǔ)器存儲(chǔ)區(qū)中還原出相應(yīng)的紅外遙控編碼 ，并調(diào)制到38kh

12、z的載波信號(hào)上。最后通過放大電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外信號(hào)。達(dá)到學(xué)習(xí)和發(fā)射的目的，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)遙控器控制多種紅外遙控設(shè)備的功能。2 方案論證2.1 學(xué)習(xí)方式從目前市場上主要出現(xiàn)的萬能學(xué)習(xí)型遙控器看,主要分為兩大陣營：(1)固定碼式學(xué)習(xí)型遙控器。這類學(xué)習(xí)型遙控器采用了“不完全歸納法”，也就是說對(duì)市場上所使用的遙控器信號(hào)大量的收集總結(jié)，對(duì)收集的信號(hào)分類，然后“分而治之”對(duì)每種類別都預(yù)制一種解碼程序和發(fā)射程序。這種方式的學(xué)習(xí)過程是：學(xué)習(xí)信號(hào)的采集 ；判別信號(hào)的類別（屬于那一種解碼方案），編碼，存儲(chǔ)到。 優(yōu)點(diǎn)：這種學(xué)習(xí)型遙控器對(duì)硬件的要求相對(duì)簡單，對(duì)主控制器（主控ic）的工作頻率要求不太高，因?yàn)樾?/p>

13、號(hào)的發(fā)送頻率，編碼方式等等都是已知的，只要對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行判別即可；另外對(duì)存儲(chǔ)器的容量也比較低，因?yàn)樗淮嬖趬嚎s的問題，按照最原始的最簡編碼進(jìn)行存儲(chǔ)。 缺點(diǎn)：只能對(duì)已知的遙器（或者說已經(jīng)收集到的信號(hào)）有效，對(duì)于新開發(fā)，新型的編碼格式就無能為力了。 (2)波形拷貝式學(xué)習(xí)型遙控器。這類遙控器的設(shè)計(jì)思想是：把原遙控器所發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行完全拷貝，而不管遙控器是什么格式，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s后，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)，當(dāng)需要發(fā)射時(shí)，再由儲(chǔ)存器內(nèi)讀出解壓后還原原始信號(hào)。 此方式的工作過程分以下幾步完成：對(duì)原始發(fā)射信號(hào)波形采集到主控mcu的中、分析信號(hào)，壓縮信號(hào)，存儲(chǔ)信號(hào)。 發(fā)射信號(hào)波形的測量，這一步主要是將原始信號(hào)緩存儲(chǔ)

14、到中。 分析信號(hào)，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析，比如對(duì)信號(hào)發(fā)送的的高低電平的時(shí)間，等參數(shù)進(jìn)行細(xì)致分析，便于下一步的壓縮。壓縮編碼，根據(jù)常用高低電平的時(shí)間，特殊高低電平的時(shí)間，發(fā)送周期，對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼。 存儲(chǔ)信號(hào),把壓縮編號(hào)后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到eeprom中優(yōu)點(diǎn)：可以使用任何遙控器的學(xué)習(xí)，無須更新代碼程序即可使用目前所有乃至未來的所有紅外線遙控的學(xué) 缺點(diǎn)：對(duì)主控制芯片和存儲(chǔ)器的選擇都比固定式要高。整體成本上較貴于固定碼式學(xué)習(xí)型遙控器由于遙控器發(fā)出的編碼信號(hào)變化多樣，市場上成百上千的編碼方式并存，并沒有一個(gè)統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，只有各芯片廠商事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，使得模擬并替換各種原廠遙控器成為難點(diǎn)。而且客戶碼、命

15、令碼也是由不同廠商自行規(guī)定的。導(dǎo)致采用第一種方案來設(shè)計(jì)有很大的局限性，因此第二種是較為可行的方案。即通過記錄各種不同類型的遙控器的編碼波形，將其存儲(chǔ)下來并與某個(gè)按鍵關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)“學(xué)習(xí)”功能這樣作不必關(guān)心編碼的細(xì)節(jié)，通用性大大提高。因此2.2 按鍵模塊方案1：采用獨(dú)立式按鍵。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，。軟件結(jié)構(gòu)簡單，每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根i/o口線，每根i/口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他i/o口線的工作狀態(tài)。但是每個(gè)按鍵必須占用一個(gè)i/o口線，在按鍵較多時(shí)，i/o口線浪費(fèi)較大。故在按鍵數(shù)量不多時(shí)，采用這種按鍵電路。獨(dú)立式按鍵與單片機(jī)接口圖如2.1所示：圖2.1 獨(dú)立式鍵盤方案2：使用矩陣鍵

16、盤管理專用芯片，比如hd7279。占用比較少的資源就能管理一個(gè)按鍵數(shù)比較多的鍵盤，集成了硬件消抖功能，提高了程序的執(zhí)行效率。但是增加硬件成本和儀器的功耗。方案3：行列式鍵盤，用i/o口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)行，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。在按鍵較多時(shí)，可以節(jié)省i/o口線。66鍵盤與單片機(jī)接口圖如2.2所示。圖2.2 6*6鍵盤設(shè)計(jì)中使用的單片機(jī)i/o口豐富，不用考慮i/o口緊張，而且通常家用電器有32個(gè)鍵盤，選擇方案3。2.3 顯示模塊方案1：采用數(shù)碼管（led）顯示。數(shù)碼管價(jià)錢較便宜，對(duì)環(huán)境因素要求較低，顯示明亮，采用 bcd 編碼顯示數(shù)字，程序編譯相對(duì)容易，資源占用

17、少。但同時(shí)它的顯示內(nèi)容有限，只能顯示簡單的數(shù)字和字母。這種常用的液晶，耗能也高。方案2：采用液晶（lcd）顯示。液晶顯示屏(lcd)具有輕薄短小，耗電量低，無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)和顯示形式靈活等優(yōu)點(diǎn)。只是編程工作量較大，控制其占用資源較多，但在本系統(tǒng)中對(duì)控制器的資源使用中完全可以使用。 綜上所述，選擇方案2。2.4 紅外接收模塊方案一：采用紅外接收二極管加專用的紅外處理電路。接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時(shí)要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作而獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅

18、外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號(hào)較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。此種電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，現(xiàn)在一般不采用。方案二：采用一體化紅外接收頭。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與ttl電平信號(hào)兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。所以，有了一體化接收頭，人們不再制作接收放大電路，這樣紅外接收電路不僅簡單而且可靠性大大提高。綜上所述，選擇方案2。本系統(tǒng)所使用的紅外接收頭的型號(hào)是常用的hs0038，即其載波的頻率是用38khz(37.9khz)。2.5 微

19、控制器選擇方案1：用常用的單片機(jī)。at89c51等類似的單片機(jī)我們之前用過，很熟悉，用它作為主控單元，但此類單片機(jī)往往由于工作頻率較低，它的內(nèi)部存儲(chǔ)器容量過小，難以滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要。方案2：使用基于stc單片機(jī)，比如選擇stc89c52rc型單片機(jī)是一種低功耗、高性能、采用cmos工藝的8位微處理器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型80c51單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。片內(nèi)8k flash存儲(chǔ)器可在線重新編程，或使用通用的非易失性存儲(chǔ)器編程器。由于一般的距離測量中，距離的變化速度并不太快，而且單片機(jī)的機(jī)器周期可達(dá)s級(jí)，則其計(jì)時(shí)精度為s級(jí)，完全可以滿足系統(tǒng)測量的要求，并且成本較低。stc89c52rc單片機(jī)

20、,基于stc89c51內(nèi)核,是新一代增強(qiáng)型單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)stc89c51,速度快812倍,帶adc,4路pwm,雙串口,有全球唯一id號(hào),加密性好，抗干擾強(qiáng)。綜上所述，選擇方案2。3 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)硬件基本組成基于單片機(jī)的智能化遙控器的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要有以下六部分組成： 單片機(jī)系統(tǒng)電路、紅外接收電路、紅外發(fā)送電路、存儲(chǔ)電路、鍵盤電路、顯示電路。3.2 主要模塊電路設(shè)計(jì)3.2.1鍵盤和顯示電路設(shè)計(jì)(1)鍵盤電路設(shè)計(jì)6*6鍵盤電路模塊見圖3.1所示。鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是給所有的列線i/o口線均置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入到單片機(jī)中，如果有鍵按下，就會(huì)有一根行線電平被拉至

21、低電平，根據(jù)次原理就可以檢測到是哪個(gè)鍵按下。鍵盤的接口與單片機(jī)的p1、p3口相接。圖3.1 鍵盤電路（2）顯示模塊電路顯示部分采用了1602型lcd顯示模塊。1602型lcd顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。1602型lcd可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線d0d7和rs，r/w，en三個(gè)控制端口，工作電壓為5v，并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能。1602型lcd的接口信號(hào)說明和主要技術(shù)參數(shù)分別如表3.1、3.2所示.表3.1 1602型lcd的接口管腳信號(hào)編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1vss電源地9d2data i/o2vdd電源正極10d3data i/o3vl液晶顯

22、示偏壓信號(hào)11d4data i/o4rs數(shù)據(jù)/命令選擇端（h/l）12d5data i/o5r/w讀寫選擇端（h/l）13d6data i/o6e使能信號(hào)14d7data i/o7d0data i/o15bla背光源正極8d1data i/o16blk背光源負(fù)極表3.2 1602型lcd的主要技術(shù)參數(shù)顯示容量16x2個(gè)字符芯片工作電壓4.55.5v工作電流2.0ma（5.0v）模塊最佳工作電壓5.0v字符尺寸2.95x4.35(wxh)mm圖3.2中的顯示電路中的10針接口與單片機(jī)的p1口相連，6針的接口與單片機(jī)的p2口的高位相連。圖3.2 顯示電路3.2.2 紅外發(fā)射電路及其編碼（1）紅外發(fā)

23、射電路紅外光是電磁波的一種，其頻率高于微波而低于可見光，是一種人的肉眼看不到的光線。通常將其中間0.761000m的波譜段稱為紅外光譜區(qū)。一般把紅外光波譜細(xì)分為四個(gè)區(qū)域，即近紅外（0.763.0m）、中紅外（3.06.0m）、中遠(yuǎn)紅外（6.020m）、和遠(yuǎn)紅外（201000m）區(qū)。這里說的近遠(yuǎn)是指紅外光在電磁波譜中與可見光的距離而言。我們實(shí)際的紅外遙控系統(tǒng)中所使用的主要集中在0.761.6m的近紅外區(qū)。紅外線的波長較短，更適合用于短距離控制系統(tǒng)中。近紅外光可以通過紅外發(fā)光二極管 (led)獲得紅外發(fā)光二極管是一種由pn結(jié)構(gòu)成的注入電流型發(fā)光器件，在加上合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定波長的

24、近紅外光。發(fā)射電路如圖3.3所示。圖3.3 紅外發(fā)射電路目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通5發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍(lán)、透明三種顏色。發(fā)光二極管有交流電流、直流電流和脈沖電流等驅(qū)動(dòng)方式。交流電流驅(qū)動(dòng)方式主要用于紅外測量、檢測以及較簡單的紅外光通信中。直流電流驅(qū)動(dòng)方式，如圖3.4（發(fā)射方式示意圖）左圖所示，也被稱為平均發(fā)射方式，是指通過啟動(dòng)直流電源驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)出恒定的紅外光。一般用這種驅(qū)動(dòng)方式的紅外光電二極管功率較小（大都小于100mv）、功耗較大、抗干擾能力也很差。圖3.4 發(fā)射方式示意圖為了提高紅外遙控系統(tǒng)的工作距離

25、，而又不使紅外發(fā)光管過載，一般不采用這種方式，而是采用如圖3.4右圖所示的脈沖式發(fā)射方式或調(diào)制載波脈沖發(fā)射方式，紅外遙控系統(tǒng)的工作有效作用距離取決于發(fā)光二極管輻射的峰值功率，而峰值功率是由驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的電路峰值所決定的。在相同的平均電流下，脈沖寬度越窄，峰值功率越大，傳輸?shù)乃俣染驮娇?，發(fā)光的效率也就越高，遙控的有效距離也就越遠(yuǎn)。這種發(fā)射方式也大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。對(duì)于紅外光通信，除了紅外遙控距離外，調(diào)制頻率、調(diào)制帶寬也是發(fā)光二極管的兩個(gè)重要參數(shù)。調(diào)制頻率關(guān)系到紅外發(fā)光二極管在光通信中的傳輸速度的高低，紅外發(fā)光二極管因受到注入pn結(jié)有源區(qū)內(nèi)少數(shù)載流子壽命的限制（一般只有幾十兆赫茲），從而

26、限制了紅外發(fā)光二極管在高比特速率系統(tǒng)種的應(yīng)用。通過合理的脈沖編碼和優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路，可使發(fā)光二極管有可能用于高速光通信系統(tǒng)。調(diào)制帶寬定義為：在保證一定的調(diào)制頻率下，當(dāng)發(fā)光二極管輸出的交流光功率比參考頻率下降3db時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率值。它是衡量發(fā)光二極管調(diào)制能力的重要參數(shù)。（2）紅外遙控編碼紅外遙控器碼將需要實(shí)現(xiàn)的操作指令事先編碼，然后將所有編碼的脈沖信號(hào)調(diào)制在38 khz方波的載波上，經(jīng)過三極管放大后，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管向外發(fā)送。其中38 khz載波直接由單片機(jī)用軟件模擬，由定時(shí)器to產(chǎn)生。為保證38khz方波的頻率穩(wěn)定性，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)盡可能使用頻率高的晶振，提高cpu運(yùn)行速度。在應(yīng)用系統(tǒng)中，要完成

27、對(duì)遙控器信號(hào)的解碼并實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能的控制，必須了解遙控器信號(hào)碼(即遙控器所發(fā)射脈沖流)的格式，即信號(hào)的引導(dǎo)脈沖高低脈沖的寬度、“0”，“1”的表示法，以及遙控器識(shí)別碼、各個(gè)功能鍵的鍵碼。對(duì)信號(hào)碼的識(shí)別應(yīng)該從分析脈沖流的各個(gè)高、低脈沖的時(shí)間入手，通過分析各個(gè)高、低脈沖的時(shí)間，分析得出信號(hào)碼的格式。常見的“0”，“1”的波形如圖3.5所示。采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”。圖3.5 遙控碼的“0”和“1”控器所產(chǎn)生的脈沖編碼的格式一般為

28、： 引導(dǎo)脈沖(頭)識(shí)別碼(用戶碼)鍵碼鍵碼的反碼其引導(dǎo)脈沖為寬度是10 ms左右的一個(gè)高脈沖和一個(gè)低脈沖的組合，用來標(biāo)識(shí)指令碼的開始。識(shí)別碼、鍵碼、鍵碼的反碼均為數(shù)據(jù)編碼脈沖，用二進(jìn)制數(shù)表 示。“0”和“1”均由ms量級(jí)的高低脈沖的組合代表。識(shí)別碼(即用戶碼)是對(duì)每個(gè)遙控系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)。通過對(duì)識(shí)別碼的檢驗(yàn)，每個(gè)遙控器只能控制一個(gè)設(shè)備動(dòng)作，有效的防止了多個(gè)設(shè)備之間的串?dāng)_。當(dāng)指令鍵按下時(shí)，指令信號(hào)產(chǎn)生電路便產(chǎn)生脈沖編碼。鍵碼后面一般還要有鍵碼的反碼，用來檢驗(yàn)鍵碼接收的正確性，防止誤動(dòng)作，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。這些指令信號(hào)由調(diào)制電路調(diào)制成3240 khz的信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后輸出，最后由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器件(

29、led)發(fā)出紅外遙控信號(hào)。圖3.6為一類遙控連發(fā)信號(hào)波形圖。圖3.6 一類遙控連發(fā)信號(hào)波形當(dāng)一個(gè)鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個(gè)引導(dǎo)碼（9ms）,一個(gè)結(jié)果碼（4.5ms）,低8位地址碼（9ms18ms）,高8位地址碼（9ms18ms）,8位數(shù)據(jù)碼（9ms18ms）和這8位數(shù)據(jù)的反碼（9ms18ms）組成。如果鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)碼）將僅由起始碼（9ms）和結(jié)束碼（2.25ms）組成。3.2.3紅外接收電路一體化的紅外接收裝置將遙控信號(hào)的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機(jī)識(shí)別的ttl

30、 信號(hào)，這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計(jì)工作，方便使用。在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭hs0038，外觀圖如圖3.7 所示。hs0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號(hào)情況下，其接收距離可達(dá)35m。它能與ttl、coms 電路兼容。hs0038 為直立側(cè)面收光型。它接收紅外信號(hào)頻率為38 khz,周期約26 s，同時(shí)能對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形，得到ttl 電平的編碼信號(hào)。三個(gè)管腳分別是地、5 v 電源、解調(diào)信號(hào)輸出端。圖3.7 紅外一體化接收頭hs0038外觀圖當(dāng)無遙控信號(hào)輸入時(shí)，hs0038輸出端保持高電

31、平，有信號(hào)時(shí)輸出為高低電平脈沖，故接收時(shí)一個(gè)碼由一個(gè)低電平后跟一個(gè)高電平構(gòu)成。本紅外遙控接收電路如圖3.8所示。將其輸出端接入單片機(jī)外部中斷0的int0腳。圖3.8 紅外接收電路3.2.4 存儲(chǔ)電路遙控器所能存儲(chǔ)代碼的數(shù)量也是衡量一個(gè)智能學(xué)習(xí)型遙控器性能好壞的重要指標(biāo)。遙控器在學(xué)習(xí)完某個(gè)遙控器的代碼后得把該代碼存儲(chǔ)起來，由于單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram所能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有限而且不能掉電保護(hù)。所以就需要合適大小的外存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)所學(xué)習(xí)到的代碼。這里采用常用的存儲(chǔ)芯片at24c02。at24c02是由atmel公司提供的，i2c總線串行eeprom，其容量為1kb，工作電壓在1.8v5.5v之間，生產(chǎn)工

32、藝是cmos工藝，具有工作電壓寬(2.55.5v)、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于10ms)、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點(diǎn)。其引腳圖和時(shí)序圖分別如圖3.9、3.10所示。 圖3.9 at24c02引腳圖圖3.10 at24c02時(shí)序圖引腳功能介紹如下：a0（引腳1）：器件地址的a0位。a1（引腳2）：器件地址的a1位。a2（引腳3）：器件地址的a2位。gnd（引腳4）：地線。sda（引腳5）：數(shù)據(jù)總線引腳。scl（引腳6）：時(shí)鐘總線引腳。test（引腳7）：測試引腳，vcc（引腳8）：電源線引腳。 at24cxx系列的器件地址是a6 a5 a4 a3 a2 a1

33、a0 r/w，其中最低位r/w除外，其余都是地址位，共有7位，其中低3位a2 a1 a0由引腳連接決定，高4位a6 a5 a4 a3已經(jīng)由廠家給出為1010。r/w決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，?dāng)r/w1時(shí)，是從 存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)，當(dāng)r/w0時(shí)，是向存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)。at24c02內(nèi)有256字節(jié)存儲(chǔ)單元，片內(nèi)地址使用一字節(jié)（8位）地址尋址就可以滿足要求。地址范圍是00hffh。 存儲(chǔ)電路原理圖如下：圖3.11 存儲(chǔ)電路3.2.5 單片機(jī)控制電路（1）所選單片機(jī)簡介本設(shè)計(jì)中選用的宏晶科技的stc89c52rc型單片機(jī)是一種低功耗、高性能、采用cmos工藝的8位微處理器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型80c51單片機(jī)的指令系統(tǒng)和

34、引腳完全兼容。片內(nèi)8k flash存儲(chǔ)器可在線重新編程，或使用通用的非易失性存儲(chǔ)器編程器。由于一般的距離測量中，距離的變化速度并不太快，而且單片機(jī)的機(jī)器周期可達(dá)s級(jí)，則其計(jì)時(shí)精度為s級(jí)，完全可以滿足系統(tǒng)測量的要求，并且成本較低，所以本設(shè)計(jì)中選用stc89c52rc型號(hào)的單片機(jī)。stc89c52rc單片機(jī),基于stc89c51內(nèi)核,是新一代增強(qiáng)型單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)stc89c51,速度快812倍,帶adc,4路pwm,雙串口,有全球唯一id號(hào),加密性好，抗干擾強(qiáng)。（2）單片機(jī)引腳功能stc89c52rc采用40pin封裝的雙列直插dip結(jié)構(gòu)。40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩

35、器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)i/o口，中斷口線與p3口線復(fù)用。stc89c52rc的引腳圖如圖3.12所示，其引腳功能如下：圖3.12 stc89c52rc引腳圖1. pin20:接地腳。2. pin40:正電源腳，工作時(shí)，接+5v電源。3. pin19:時(shí)鐘xtal1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。4. pin18:時(shí)鐘xtal2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。5. stc89c52rc的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12mhz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將xtal1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從xtal2腳輸入。6.

36、 輸入輸出(i/o)引腳：pin39-pin32為p0.0-p0.7輸入輸出腳。pin1-pin8為p1.0-p1.7輸入輸出腳。pin21-pin28為p2.0-p2.7輸入輸出腳。7. pin9:reset/vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)stc89c52rc通電，時(shí)鐘電路開始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。stc89c52rc的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位。此外，reset/vpd還是一復(fù)用腳，vcc掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部ram的數(shù)據(jù)不丟失。8. pin30:ale當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale(地址鎖存)的輸出用于鎖存

37、地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。如果單片機(jī)是eprom，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。9. pin29:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，pc的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在p0和p2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到p0口上，由cpu讀入并執(zhí)行。10. pin31:ea/vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，stc89c52rc和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kb的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)ea為高電平并且程序地址小于4kb時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過4kb地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。

38、如ea為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。（3）單片機(jī)控制電路圖3.13 單片機(jī)控制電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)編程語言和編程工具在單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)中，匯編語言作為傳統(tǒng)的編程語言，己經(jīng)不能滿足實(shí)際需要，高級(jí)語言被逐漸引入，c語言就是其中之一。c語言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，它既有高級(jí)語言的各種特征，又能直接操作系統(tǒng)硬件。對(duì)于大多數(shù)單片機(jī)，使用c語言與使用匯編語言相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）不需要了解處理器的指令集，也不必了解存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。（2）寄存器分配和尋址方式由編譯器進(jìn)行管理。（3）指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性。（4）可使用與人的思維更相近的關(guān)鍵字和操

39、作函數(shù)。（5）程序的開發(fā)和調(diào)試時(shí)間大大縮短。（6） c語言中的庫文件提供了許多標(biāo)準(zhǔn)的例程。（7）可實(shí)現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，從而可將己編制好的程序加入到新程序中。（8） c語言可移植性好且非常普及。目前，8051上的c語言的代碼長度，已經(jīng)做到了匯編水平的1.21.5倍。4k字節(jié)以上的程度，c語言的優(yōu)勢更能得到發(fā)揮。至于運(yùn)行速度的問題，只要有好的仿真器，找出關(guān)鍵的代碼，再進(jìn)一步做一下人工優(yōu)化，就可很容易達(dá)到美滿。故在本系統(tǒng)中，單片機(jī)程序采用c語言編寫，使用keil c51編譯軟件來編程。4.1.1編譯軟件keil uvision2簡介keil c51是美國keil software公司出品的51系列兼

40、容單片機(jī)c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)， keil c51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。keil uvision2版本功能齊全，集編輯、編譯、仿真于一體,支持匯編和c語言的程序設(shè)計(jì)，與匯編相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用界面友好，易學(xué)易用。keil c51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到keil c51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。keil uvis

41、ion2的運(yùn)行界面如下圖4.1所示。圖4.1 keil uvision2的運(yùn)行環(huán)境界4.2軟件設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)型遙控器的設(shè)計(jì)性能及實(shí)現(xiàn)與其軟件設(shè)計(jì)編寫有著密切的關(guān)系，在設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部定時(shí)器對(duì)信號(hào)高低電平計(jì)時(shí)的方法來采集數(shù)據(jù)并保存。由于受到存儲(chǔ)空間和代碼長度的限值，硬件中的按鍵并沒有完全充分使用。而是選擇了其中的6個(gè)按鍵進(jìn)行學(xué)習(xí)。系統(tǒng)軟件首先對(duì)定時(shí)器設(shè)置和初始化液晶顯示。在主循環(huán)中檢測按鍵，假如有學(xué)習(xí)按鍵按下時(shí)，則進(jìn)入學(xué)習(xí)模式。此時(shí)要繼續(xù)按下編號(hào)為3-6的某個(gè)按鍵，然后可以用紅外遙控器對(duì)準(zhǔn)接收頭按下遙控器上需要學(xué)習(xí)的鍵，將學(xué)到的紅外信號(hào)綁定到該編號(hào)鍵，并將學(xué)習(xí)到的紅外解碼數(shù)據(jù)存到eeprom中。在主循環(huán)

42、中檢測到編號(hào)3-6的按鍵，則進(jìn)入發(fā)送模式。根據(jù)按鍵的編號(hào)找到相應(yīng)eeprom中的地址，讀出紅外數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)調(diào)制經(jīng)紅外發(fā)射頭發(fā)射出去。 軟件流程圖：圖4.2 主程序流程圖要實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)型遙控器的軟件設(shè)計(jì)，最關(guān)鍵的兩個(gè)部分是學(xué)習(xí)功能和數(shù)據(jù)壓縮。盡管通信協(xié)議中有不同的幀格式，如幀頭、系統(tǒng)碼、操作碼、同步碼、幀間隔碼、幀尾等，根據(jù)記錄下降沿間的間隔時(shí)間來測量紅外遙控信號(hào)的高低電平的脈寬值的原理，用戶甚至不需要了解通信協(xié)議的具體內(nèi)容，只需知道低電平(有紅外發(fā)送載波)信號(hào)時(shí)長和高電平(無紅外發(fā)送載波)信號(hào)時(shí)長就可以實(shí)現(xiàn)遙控命令的學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)。4.2.1學(xué)習(xí)功能在設(shè)計(jì)中采用內(nèi)部定時(shí)器對(duì)信號(hào)高低電平計(jì)時(shí)的方法來

43、采集數(shù)據(jù)并保存。由于紅外接收信號(hào)直接接單片機(jī)的外部中斷0端口，當(dāng)輸入信號(hào)產(chǎn)生低電平跳變時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器1，依次對(duì)輸入高低電平脈沖寬度值計(jì)時(shí)。如果采集到編碼信號(hào)位數(shù)大于設(shè)定值(程序中設(shè)定值)或者高電平信號(hào)時(shí)長大于一定值，即認(rèn)為編碼采集已經(jīng)結(jié)束，學(xué)習(xí)子程序結(jié)束。在設(shè)計(jì)中選擇24 mhz晶振，一個(gè)機(jī)器周期是0.5us，計(jì)數(shù)器采用16 位計(jì)數(shù)器，可以記錄的最大時(shí)間間隔為32.767ms；每次學(xué)習(xí)結(jié)束后，都將學(xué)習(xí)到的存儲(chǔ)在單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)的遙控命令數(shù)據(jù)壓縮，并根據(jù)按鍵和lcd顯示屏的顯示數(shù)據(jù)統(tǒng)一編碼再存入eeprom。當(dāng)在正常情況下時(shí)，則根據(jù)按鍵需要的遙控命令，從eeprom中尋找到相關(guān)的遙控命令

44、，對(duì)此命令進(jìn)行解壓后，再用軟件模仿38 khz載波信號(hào)發(fā)送編碼信息。學(xué)習(xí)功能部分程序設(shè)計(jì)：/*外部中斷0*/void inter0 (void) interrupt 0 using 1/下降沿一到，即進(jìn)入中斷服務(wù)程序 ex0=0;/外部中斷1關(guān)閉th1 = 0;/清零 tl1 = 0;/步驟一：定時(shí)器1對(duì)起始幀的負(fù)脈寬測量。tr1=1; /定時(shí)器1開始計(jì)數(shù)pw_pt = 4;/數(shù)組指針timeout = 0;length=0;rx_flag = 1;head_flag = 0;end_flag=0;while(ir_in = 0)/檢測是否還是低電平，高電平到來才退出循環(huán)。timeout+;i

45、f (timeout40000)/超過時(shí)間直接退出rx_flag = 0;break;tr1=0; /定時(shí)器1關(guān)閉計(jì)數(shù)pw_data0 = th1;/定時(shí)器1計(jì)數(shù)值，負(fù)脈寬計(jì)數(shù)值pw_data1 = tl1;th1 = 0;/清零 tl1 = 0;/步驟二：定時(shí)器1對(duì)起始幀的正脈寬測量。tr1=1; /定時(shí)器1開始計(jì)數(shù)timeout = 0;if(pw_data055)head_flag = 1;elsehead_flag = 0;while(ir_in)/檢測是否還是高電平，低電平到來才退出循環(huán)。timeout+;if (timeout20000)/超過時(shí)間直接退出rx_flag = 0;b

46、reak;tr1=0; /定時(shí)器1關(guān)閉計(jì)數(shù)pw_data2 = th1;/定時(shí)器1計(jì)數(shù)值，正脈寬計(jì)數(shù)值 pw_data3 = tl1;th1 = 0;/清零 tl1 = 0;for (u8_i=0; u8_i10000)/超過時(shí)間直接退出rx_flag = 0;break;tr1=0; /定時(shí)器1關(guān)閉計(jì)數(shù)pw_datapw_pt+ = th1;/定時(shí)器1計(jì)數(shù)值，負(fù)脈寬計(jì)數(shù)值pw_datapw_pt+ = tl1;th1 = 0;/清零 tl1 = 0;/步驟四：定時(shí)器1對(duì)數(shù)據(jù)幀的正脈寬測量。tr1=1; /定時(shí)器1開始計(jì)數(shù)timeout = 0;if(rx_flag)length+;rx_fl

47、ag = 1;while(ir_in)/檢測是否還是高電平，低電平到來才退出循環(huán)。timeout+;if (timeout10000)/超過時(shí)間直接退出rx_flag = 0;break;tr1=0; /定時(shí)器1關(guān)閉計(jì)數(shù)pw_datapw_pt+ = th1;/定時(shí)器1計(jì)數(shù)值，負(fù)脈寬計(jì)數(shù)值pw_datapw_pt+ = tl1;th1 = 0;/清零 tl1 = 0;/步驟五：對(duì)功能碼的測量。pw_pt = 0;/調(diào)整指針值for (u8_i=0; u8_i10000)/超過時(shí)間直接退出rx_flag = 0;break;tr1=0; /定時(shí)器1關(guān)閉計(jì)數(shù)pw_data2pw_pt+ = th1

48、;/定時(shí)器1計(jì)數(shù)值，負(fù)脈寬計(jì)數(shù)值pw_data2pw_pt+ = tl1;th1 = 0;/清零 tl1 = 0;/步驟四：定時(shí)器1對(duì)數(shù)據(jù)幀的正脈寬測量。tr1=1; /定時(shí)器1開始計(jì)數(shù)timeout = 0;if(rx_flag)&(end_flag=0)length+;if(pw_data2pw_pt-210000)/超過時(shí)間直接退出rx_flag = 0;break;tr1=0; /定時(shí)器1關(guān)閉計(jì)數(shù)pw_data2pw_pt+ = th1;/定時(shí)器1計(jì)數(shù)值，負(fù)脈寬計(jì)數(shù)值pw_data2pw_pt+ = tl1;th1 = 0;/清零 tl1 = 0;/步驟六：假如數(shù)據(jù)已經(jīng)傳完，結(jié)束幀是怎么樣的。for (u8_i=0; u8_i60000)/超過時(shí)間直接退出rx_flag = 0;break;tr1=0; /定時(shí)器1關(guān)閉計(jì)數(shù)pw_data2pw_pt+ = th1;/定時(shí)器1計(jì)數(shù)值，負(fù)脈寬計(jì)數(shù)值pw_data2pw_pt+ = tl1;th1 = 0;/清零 tl1 = 0;/步驟四：定時(shí)器1對(duì)數(shù)據(jù)幀的正脈寬測量。tr1=1; /定時(shí)器1開始計(jì)數(shù)timeout = 0;if(rx_fla