基于單片機(jī)的紅外線遙控器設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)姓 名： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓 名： 鐘思專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 1301班 設(shè)計(jì)課題：基于單片機(jī)的紅外線遙控器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師： 電子信息工程系印制二一五年十二月 目 錄 第一章 紅外發(fā)射部分11、設(shè)計(jì)要求與指標(biāo)12、紅外遙感發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13、紅外發(fā)射電路的設(shè)計(jì)24、調(diào)試結(jié)果及其分析3第二章 紅外接受部分41、紅外遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)42、系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)方法93、紅外接受電路圖104、軟件設(shè)計(jì)：105、調(diào)試結(jié)果及分析：106、結(jié)論：11參考文獻(xiàn)11 第一章 紅外發(fā)射部分1.設(shè)計(jì)要求與指標(biāo)紅外遙控是目前使用較多的一種遙控手段。功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)。 系統(tǒng)。設(shè)計(jì)要

2、求利用紅外傳輸控制指令 及智能控制系統(tǒng) ，借助 微處理器 強(qiáng)大靈活的控制功能發(fā)出 脈沖編碼 ，組成的一個(gè)遙控系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：(1) 遙控范圍： 0 1 米(2) 顯示可控制的通道(3) 靈敏可靠，抗干擾能力強(qiáng)(4) 控制用電器電流最高為 2 A紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境的、不干擾其他電器設(shè)備。由于其無(wú)法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會(huì)產(chǎn)生相互干擾； 多路遙控。紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，系統(tǒng)采用編 / 解碼專用集成電路和單片機(jī)芯片來(lái)進(jìn)行控制操作。設(shè)計(jì)的電路由幾個(gè)基本模塊組成：直流穩(wěn)壓電源，紅外發(fā)射電路，紅外接收電路及控制部分。發(fā)射電路，利用遙

3、控發(fā)射利用鍵盤， 這種代碼指令信號(hào)調(diào)制在 40KH z 的載波上，激勵(lì)紅外光二極管產(chǎn)生具有脈沖串的紅外波 ，通過(guò)空間的傳送到受控機(jī)的遙控接收器。2.紅外遙感發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，系統(tǒng)采用編/解碼專用集成電路和單片機(jī)芯片來(lái)進(jìn)行控制操作。發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電路由如下的幾個(gè)基本模塊組成：直流穩(wěn)壓電源，紅外發(fā)射電路。系統(tǒng)框圖如圖所示。3.紅外發(fā)射電路的設(shè)計(jì)3.1.搖控碼的編碼格式采用脈寬調(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的組合二進(jìn)制的“1”。3

4、.2遙控碼的發(fā)射當(dāng)某個(gè)操作按鍵按下時(shí)，單片機(jī)先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個(gè)數(shù)，再調(diào)制成 40kHz 方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。 P3.5 端口的輸出調(diào)制波如圖 2 2 所示。圖2-2單一按鍵波形圖2-2連續(xù)按鍵波形3.3 紅外發(fā)射電路圖 遙控發(fā)射通過(guò)鍵盤，每按下一個(gè)鍵，即產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號(hào)調(diào)制在 40KH z 的載波上，激勵(lì)紅外光二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過(guò)空間的傳送到受控機(jī)的遙控接收器。電路如下圖所示。4 調(diào)試結(jié)果及其分析(1) 電路要求遙控控制距離為 0 1m ，在利用 38KHz 的接收頭時(shí)，雖然能接收到信號(hào)，但是接收的距離很有限。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，換用

5、 40KHz 的接收頭時(shí)基本滿足了設(shè)計(jì)需求。(2) 由于將 3ms 的接收脈沖放在 1ms 的后面，編碼解調(diào)出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致接受端無(wú)信號(hào)輸 出。解決方法是將 3ms 的接收脈沖放在前面就可以接收到信號(hào)。 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)碼幀的接收處理， 3 ms 的脈沖檢驗(yàn)，當(dāng)?shù)谝晃坏碗娖酱a的脈寬小于 2 ms時(shí)就會(huì)錯(cuò)誤處理。在初始化過(guò)程中，將 P1 口全置 0 ，但是繼電器仍工作，通過(guò)反復(fù)調(diào)試，將初始化的 P1口全置 1 ，通過(guò)反向使得輸出全為 0 ，從而滿足上電復(fù)位，繼電器掉電，滿足初始化要求 。 第二章 紅外接受部分1.紅外遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，系統(tǒng)采用編 / 解碼專用集成電路

6、和單片機(jī)芯片來(lái)進(jìn)行控制操作。設(shè)計(jì)的電路由如下的幾個(gè)基本模塊組成：紅外發(fā)射電路，紅外接收電路及控制部分。 1 .系統(tǒng)框圖(如圖 3 1 所示)2. XTAL2 接外部晶體的另一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。 3. 輸入 / 輸出引腳 P0.0 P0.7 、 P10. P 1 .7 、 P2.0 P2.7 和 P3.0 P3.7 。 P0 端口（ P0.0 P0.7 ） P0 是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口。作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 輸入，對(duì)端口寫 1 時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外

7、部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位） / 數(shù)據(jù)總線， 在訪問(wèn)期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。 P 1 端口（ P 1 .0 P 1 .7 ） P 1 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 P 1 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端口寫 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉 電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 P2 端口 （ P2.0 P2.7 ） P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端

8、口寫 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位， P2 作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，這時(shí)可用作輸入口。P2作為輸入口時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ( 如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令 )時(shí)， P2 送出高 8 位地址。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ( 如執(zhí)行 MOVX R i , A 指令 )時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容，在整個(gè)訪問(wèn)期間不會(huì)改變。 P3 端口（ P3.0 P3.7 ） P3 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) ( 吸收或輸出電流方式

9、)4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻， 那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在 AT89C52 中， P3 端口還用于一些專門功能，這些兼用功能如下：(1) P3.0 RXD （串行輸入口）(2) P3.1 TXD （串行輸出口）(3) P3.2 /INT0 （外部中斷 0 ）(4) P3.3 /INT1 （外部中斷 1 ）(5) P3.4 T0 （記時(shí)器 0 外部輸入）(6) P3.5 T1 （記時(shí)器 1 外部輸入）(7) P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）(8) P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）(9) P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些

10、控制信號(hào)4. 振蕩器特性：XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英震蕩和陶瓷震蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 由于輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 5. 芯片擦除：整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合， ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “ 1 ” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。主控制器采用ATMEL公司的8位單片機(jī)AT89C52。AT89C52是

11、一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(In-system programmable) 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS -51指令系統(tǒng)。圖3-9：主控制器電路原理圖2.系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)方法2.1搖控碼的編碼格式采用脈寬調(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的組合二進(jìn)制的“1” ，其波形如圖4所示。 圖4 遙控碼的“1”和“0”紅外遙控發(fā)

12、射芯片采用 PPM 編碼方式,當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后 , 將周期性地發(fā)出同一種32位二進(jìn)制碼，周期約為108ms 的編碼脈沖。遙控編碼脈沖由前導(dǎo)碼、16 位地址碼（8 位地址碼、 8 位地址碼的反碼）和16 位操作碼（8 位操作碼、 8 位操作碼的反碼）組成。通過(guò)對(duì)用戶碼的檢驗(yàn)，每個(gè)遙控器只能控制一個(gè)設(shè)備動(dòng)作，這樣可以有效地防止多個(gè)設(shè)備之間的干擾。編碼后面還要有編碼的反碼，用來(lái)檢驗(yàn)編碼接收的正確性，防止誤操作，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。前導(dǎo)碼是一個(gè)遙控碼的起始部分，由一個(gè) 9ms 的高電平 ( 起始碼 ) 和一個(gè) 4. 5ms 的低電平 ( 結(jié)果碼 ) 組成，作為接受數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備脈沖。 圖5 發(fā)送一組完整的

13、編碼脈沖上述“0”和“1”組成的32位二進(jìn)制碼經(jīng)38khz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射頻率，然后再通過(guò)紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。2.2遙控碼的發(fā)射當(dāng)某個(gè)操作按鍵按下時(shí)，單片機(jī)先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個(gè)數(shù)，再調(diào)制成 40kHz 方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。 P3.5 端口的輸出調(diào)制波如圖 4 1 所示。 2.3數(shù)碼幀的接收處理當(dāng)紅外線接收器輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時(shí)，第一位碼的低電平將啟動(dòng)中斷程序?qū)崟r(shí)接收 數(shù)據(jù)幀。在數(shù)據(jù)幀接收時(shí)，將對(duì)第一位碼的碼寬進(jìn)行驗(yàn)證。若第一位低電平碼的 的脈寬小于2ms ，將作為錯(cuò)誤碼處理。當(dāng)間隔位的高電平脈寬大于 3ms 時(shí)，結(jié)束接收，然后根據(jù)累加器 A

14、 中的脈沖個(gè)數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)輸出口操作。圖4 2 就是紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。3.紅外接受電路圖在接收過(guò)程中，脈沖通過(guò)光學(xué)濾波器和紅外二極管轉(zhuǎn)換為40KHZ的電信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，檢波，整形，解調(diào)，送到解碼與接口電路。如圖 5 1 所示 。通常，紅外遙控器將遙控信號(hào)(二進(jìn)制脈沖碼) 調(diào)制在40KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號(hào)發(fā)射出去。 將上述的遙控編碼脈沖對(duì)頻率為 40 KHz( 周期為26.3ms) 的載波信號(hào)進(jìn)行脈幅調(diào)制 (PAM ) ，再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號(hào)發(fā)射出去。4.軟件設(shè)計(jì)： 本系統(tǒng)的軟件程序主要包括主程序、接收解碼程序、發(fā)射

15、程序、遙控器學(xué)習(xí)識(shí)別程序幾個(gè)大的模塊程序。5.調(diào)試結(jié)果及分析：本電路總共設(shè)計(jì)了21個(gè)輸入按鍵，其中11個(gè)為特殊按鍵，其他鍵均為數(shù)字鍵。當(dāng)輸入一個(gè)按鍵0時(shí)，通過(guò)紅外發(fā)射和接收電路，對(duì)應(yīng)的繼電器 1 的設(shè)備工作，液晶顯示十六進(jìn)制代碼。當(dāng)按下按鍵 1 時(shí)，數(shù)碼管顯示不同的十六進(jìn)制代碼 。以此類推09號(hào)數(shù)字鍵功能同上，特殊按鍵，根據(jù)按的特殊按鍵的不同，會(huì)實(shí)現(xiàn)不同功能，如快進(jìn)。本設(shè)計(jì)在調(diào)試過(guò)程中也遇到很多問(wèn)題。1. 電路要求遙控控制距離為0 1m ，在利用 38KHz 的接收頭時(shí)，雖然能接收到信號(hào)，但是接收的距離很有限。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，換用 40KHz 的接收頭時(shí)基本滿足了設(shè)計(jì)需求。在初始化過(guò)程中，將 P

16、1 口全置 0 ，但是繼電器仍工作，通過(guò)反復(fù)調(diào)試，將初始化的 P1口全置 1 ，通過(guò)反向使得輸出全為 0 ，從而滿足上電復(fù)位，繼電器掉電，滿足初始化要求 。6.結(jié)論：由于目前的遙控裝置大多對(duì)某一設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)控制，而在本設(shè)計(jì)中的紅外遙控電路設(shè)計(jì)了多個(gè)控制按鍵，可以對(duì)不同的設(shè)備，也可以對(duì)同一設(shè)備的多個(gè)功能進(jìn)行不同的控制?；痉霞夹g(shù)要求。但是本電路也有不完 , 它只能單通道實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)設(shè)備的控制 , 即它不能同時(shí)控制兩個(gè)或者兩個(gè)以上的設(shè)備。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)大量的查閱資料，認(rèn)真研究材料，對(duì)單片機(jī)有了更為深刻的理解，在設(shè)計(jì)軟件時(shí)，須仔細(xì)的分析硬件電路，畫出程序流程圖，培養(yǎng)了我的耐性和刻苦鉆研的精神。參

17、考文獻(xiàn)1 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì).第五屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編，第 1版，北京理工大學(xué)出版社， 2005 年， P10-17.2 康華光，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分，第 4 版，高等教育出版社， 1999 年，第四 版，P 82 - 155 .3 康華光 , 鄒壽彬 . 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分，第 4 版，高等教育出版，2000 年 , 第四版 ,P 83 - 155 .附錄：主程序： #include<reg52.h> /包含頭文件，一般情況不需要改動(dòng)，頭文件包含特殊功能寄存器的定義#include<stdio.h>#include<intri

18、ns.h>#define TURE 1#define FALSE 0sbit IR=P22; /紅外接口標(biāo)志/定義液晶接口sbit RS = P35;/Pin4sbit E = P34;/Pin6#define Data P1/數(shù)據(jù)端口unsigned int hour,minute,second,count;char code Tab16="0123456789ABCDEF"char data TimeNum=" "char data Test1=" "/*/* 變量聲明 */*/unsigned char irtime;/紅

19、外用全局變量bit irpro_ok,irok;unsigned char IRcord4; /處理后的紅外碼，分別是 客戶碼，客戶碼，數(shù)據(jù)碼，數(shù)據(jù)碼反碼unsigned char irdata33; /33個(gè)高低電平的時(shí)間數(shù)據(jù)/*/* 函數(shù)聲明 */*/void Ir_work(void);void Ircordpro(void);void ShowString (unsigned char line,char *ptr);/*/* 定時(shí)器0中斷服務(wù)函數(shù) */*/void tim0_isr (void) interrupt 1 using 1/定時(shí)器0中斷服務(wù)函數(shù) irtime+; /用于計(jì)

20、數(shù)2個(gè)下降沿之間的時(shí)間/*/* 外部中斷0函數(shù) */*/void ex0_isr (void) interrupt 0 using 0/外部中斷0服務(wù)函數(shù) static unsigned char i; /接收紅外信號(hào)處理 if(irtime<63&&irtime>=33)/引導(dǎo)碼 TC9012的頭碼，9ms+4.5ms i=0; irdatai=irtime;/存儲(chǔ)每個(gè)電平的持續(xù)時(shí)間，用于以后判斷是0還是1 irtime=0; i+; if(i=33) irok=1; i=0; /*/* 屏蔽數(shù)碼管程序 */*/*/* 定時(shí)器0初始化 */*/void TIM0i

21、nit(void)/定時(shí)器0初始化 TMOD=0x02;/定時(shí)器0工作方式2，TH0是重裝值，TL0是初值 TH0=0x00; /重載值 TL0=0x00; /初始化值 ET0=1; /開中斷 TR0=1; /*/* 外部中斷初始化 */*/void EX0init(void) IT0 = 1; /指定外部中斷0下降沿觸發(fā)，INT0 (P3.2) EX0 = 1; /使能外部中斷 EA = 1; /開總中斷/*/* 紅外鍵值處理 */*/ void Ir_work(void) /紅外鍵值散轉(zhuǎn)程序 TimeNum5 = TabIRcord0/16; /處理客戶碼并顯示 TimeNum6 = Ta

22、bIRcord0%16; TimeNum8 = TabIRcord1/16; /處理客戶碼并顯示 TimeNum9 = TabIRcord1%16; TimeNum11 = TabIRcord2/16; /處理數(shù)據(jù)碼并顯示 TimeNum12 = TabIRcord2%16; TimeNum14 = TabIRcord3/16; /處理數(shù)據(jù)反碼并顯示 TimeNum15 = TabIRcord3%16; ShowString(1,TimeNum);/顯示處理過(guò)后的碼值 irpro_ok=0; /處理完成后清楚標(biāo)志位 /*/* 紅外解碼函數(shù)處理 */*/void Ircordpro(void)/

23、紅外碼值處理函數(shù) unsigned char i, j, k; unsigned char cord,value; k=1; for(i=0;i<4;i+) /處理4個(gè)字節(jié) for(j=1;j<=8;j+) /處理1個(gè)字節(jié)8位 cord=irdatak; if(cord>7)/大于某值為1，這個(gè)和晶振有絕對(duì)關(guān)系，這里使用12M計(jì)算，此值可以有一定誤差 value=value|0x80; else value=value; if(j<8) value=value>>1; k+; IRcordi=value; value=0; irpro_ok=1;/處理完畢標(biāo)

24、志位置1 /*/* 微秒延時(shí)函數(shù) */*/void DelayUs(unsigned char us)/delay us unsigned char uscnt; uscnt=us>>1;/* Crystal frequency in 12MHz*/ while(-uscnt);/*/* 毫秒函數(shù)聲明 */*/void DelayMs(unsigned char ms)/delay Ms while(-ms) DelayUs(250); DelayUs(250); DelayUs(250); DelayUs(250); /*/* 寫入命令函數(shù) */*/void WriteComma

25、nd(unsigned char c) DelayMs(5);/操作前短暫延時(shí)，保證信號(hào)穩(wěn)定 E=0; RS=0; _nop_(); E=1; Data=c; E=0;/*/* 寫入數(shù)據(jù)函數(shù) */*/void WriteData(unsigned char c) DelayMs(5); /操作前短暫延時(shí)，保證信號(hào)穩(wěn)定 E=0; RS=1; _nop_(); E=1; Data=c; E=0; RS=0;/*/* 寫入字節(jié)函數(shù) */*/void ShowChar(unsigned char pos,unsigned char c) unsigned char p; if (pos>=0x10) p=p