單片機(jī)紅外遙控原理

1、紅外遙控原理人的眼睛能看到的可見(jiàn)光按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長(zhǎng)范圍為0.620.76um；紫光的波長(zhǎng)范圍為0.380.46。比紫光的波長(zhǎng)還要短的光叫紫外線，比紅光的波長(zhǎng)還要長(zhǎng)的光叫紅外線。紅外線遙控技術(shù)就是利用波長(zhǎng)為0.761.5m之間的近紅外線來(lái)傳送控制信號(hào)的。常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個(gè)部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實(shí)際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時(shí)，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見(jiàn)光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為940nm左右，外形與普通5發(fā)光二極管相同

2、，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。判斷紅外發(fā)光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣：用萬(wàn)用表電阻擋量一下紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻即可。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率要用專門的儀器才能精確測(cè)定，而業(yè)余條件下只能用拉距法來(lái)粗略判定。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，亦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。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率都較小，所以紅外接收二極管接收到的信號(hào)比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。前些年常用PC1373H、CX20106

3、A等紅外接收專用放大電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。均有三只引腳，即電源正、電源負(fù)和數(shù)據(jù)輸出（VO或OUT）。紅外接收頭的引腳排列因型號(hào)不同而不盡相同，可參考廠家的使用說(shuō)明。成品紅外接頭的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用外殼屏蔽，使用起來(lái)如同一只三極管，非常方便。但在使用時(shí)注意成品紅外接收頭的載波頻率。紅外遙控常用的載波頻率為38kHz，這是由發(fā)射端所使用的455kHz陶振來(lái)決定的。在發(fā)射端要對(duì)晶振進(jìn)行整數(shù)分頻系數(shù)一般取12，所455kHz1237.9kHz38kHz。也有一些遙控系統(tǒng)采

4、用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來(lái)決定。紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(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；電路調(diào)試簡(jiǎn)單，只要按給定電路連接無(wú)誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控。由于各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了大量紅外遙控專用集成電路，需要時(shí)按圖索驥即可。因此，現(xiàn)在紅外遙控在家用電器、室內(nèi)近距離（小于10米）遙控中得到了廣泛的應(yīng)用。多路控制的紅外遙控系統(tǒng) 多路控制的紅外發(fā)射部分一般有許多按鍵，代表不同的控制功能。當(dāng)發(fā)射端按下某一按鍵時(shí)，相應(yīng)地在接收端有不同的輸出狀態(tài)。接收端的輸出狀態(tài)大

5、致可分為脈沖、電平、自鎖、互鎖、數(shù)據(jù)五種形式。“脈沖”輸出是當(dāng)按發(fā)射端按鍵時(shí)，接收端對(duì)應(yīng)輸出端輸出一個(gè)“有效脈沖”，寬度一般在100ms左右。“電平”輸出是指發(fā)射端按下鍵時(shí)，接收端對(duì)應(yīng)輸出端輸出“有效電平”，發(fā)射端松開(kāi)鍵時(shí)，接收端“有效電平”消失。此處的“有效脈沖”和“有效電平”，可能是高、也可能是低，取決于相應(yīng)輸出腳的靜態(tài)狀況，如靜態(tài)時(shí)為低，則“高”為有效；如靜態(tài)時(shí)為高，則“低”為有效。大多數(shù)情況下“高”為有效。“自鎖”輸出是指發(fā)射端每按一次某一個(gè)鍵，接收端對(duì)應(yīng)輸出端改變一次狀態(tài)，即原來(lái)為高電平變?yōu)榈碗娖?，原?lái)為低電平變?yōu)楦唠娖健４朔N輸出適合用作電源開(kāi)關(guān)、靜音控制等。有時(shí)亦稱這種輸出形式為“

6、反相”?！盎ユi”輸出是指多個(gè)輸出互相清除，在同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)輸出有效。電視機(jī)的選臺(tái)就屬此種情況，其它如調(diào)光、調(diào)速、音響的輸入選擇等。“數(shù)據(jù)”輸出是指把一些發(fā)射鍵編上號(hào)碼，利用接收端的幾個(gè)輸出形成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，來(lái)代表不同的按鍵輸入。一般情況下，接收端除了幾位數(shù)據(jù)輸出外，還應(yīng)有一位“數(shù)據(jù)有效”輸出端，以便后級(jí)適時(shí)地來(lái)取數(shù)據(jù)。這種輸出形式一般用于與單片機(jī)或微機(jī)接口。 除以上輸出形式外，還有“鎖存”和“暫存”兩種形式。所謂“鎖存”輸出是指對(duì)發(fā)射端每次發(fā)的信號(hào)，接收端對(duì)應(yīng)輸出予以“儲(chǔ)存”，直至收到新的信號(hào)為止；“暫存”輸出與上述介紹的“電平”輸出類似。影響遙控器遙控距離（Remote distance

7、 of RF Remote Control）的因素主要有如下幾點(diǎn)：1、發(fā)射功率：發(fā)射功率大則距離遠(yuǎn)，但耗電大，容易產(chǎn)生干擾；2、接收靈敏度：接收器的接收靈敏度提高，遙控距離增大，但容易受干擾造成誤動(dòng)或失控；3、天線：采用直線型天線，并且相互平行，遙控距離遠(yuǎn)，但占據(jù)空間大，在使用中把天線拉長(zhǎng)、拉直可增加遙控距離；4、高度：天線越高，遙控距離越遠(yuǎn)，但受客觀條件限制；5、阻擋：目前使用的無(wú)線遙控器使用國(guó)家規(guī)定的UHF頻段，其傳播特性和光近似，直線傳播，繞射較小，發(fā)射器和接收器之間如有墻壁阻擋將大大打折遙控距離，如果是鋼筋混泥土的墻壁，由于導(dǎo)體對(duì)電波的吸收作用，影響更甚?？紤]到本次設(shè)計(jì)的硬件體積應(yīng)偏小

8、以便嵌入遙控器中，因此我們選擇了20個(gè)引腳的單片機(jī)芯片AT89C2051。下面即介紹此芯片的功能。(1. AT89C2051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能AT89C2051是一帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)體(EEPROM的低電壓,高性能8位CMOS微型計(jì)算機(jī)。它采用ATMEL的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的CPL1和閃速存儲(chǔ)器,ATMEL AT89C2051是一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī),它對(duì)許多嵌入式控制應(yīng)用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。AT89C2051是與8051兼容的CHMOS微控制器，其Flash存儲(chǔ)器容量為2KB。與CHMOS工藝的

9、80C51一樣，具有空閑和掉電兩種節(jié)電運(yùn)行方式。其性能如下：8位CUP； 2KB的Flash存器；工作電壓范圍2.76V； 128KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；全靜態(tài)工作方式：024MHz； 15根輸入/輸出線；一個(gè)可編程串行口； 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；有片內(nèi)精密模擬比較器； 5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)； 可編程串行UART通道； 直接LED驅(qū)動(dòng)輸出。為適應(yīng)智能儀表的嵌入要求，AT89C2051在芯片的引腳配置上進(jìn)行了簡(jiǎn)化，如圖b所示。主要變化為：(1引腳由40根減為20根；(2增加了一個(gè)模擬比較器。AT89C2051引腳功能：1. Vcc：電源電壓。 2. GND：地。 3. P1口：P1口是一8位雙向I

10、/O口。口引腳P1.2P1.7提供內(nèi)部上拉電阻。P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(AIN0和反相輸入（AIN1。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫(xiě)入“1”時(shí),其可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí),它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流(IIL。P1口還在閃速編程和程序校驗(yàn)期間接收代碼數(shù)據(jù)。4. P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個(gè)雙向I/0引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問(wèn)。P3口緩沖器可吸收20mA電

11、流。當(dāng)P3口引腳寫(xiě)入“1”時(shí),它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí),被外部拉低的 P3口引腳將用上拉電阻而流出電流(IIL。P3口還用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051的各種功能,如下表1所示。 P3口還接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。5. RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平,所有的I/O引腳就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí),持續(xù)給出RST引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)機(jī)器周期需12個(gè)振蕩器或時(shí)鐘周期。6. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。7. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。P3口的功能如圖所示。P3口引腳 功能 P

12、3.0 RXD(串行輸入端口 P3.1 TXD(串行輸出端口 P3.2 INT0(外中斷0 P3.3 INT1(外中斷1 P3.4 TO(定時(shí)器0外部輸入 P3.5 T1(定時(shí)器1外部輸入 (3. AT89C2051的軟硬件約束AT89C2051單片機(jī)由于引腳的限制，沒(méi)有設(shè)置外部存儲(chǔ)器的接口，所以，對(duì)于外部存儲(chǔ)器的讀/寫(xiě)指令如MOVX等不起作用。由于ROM空間為2KB，所以，對(duì)于跳轉(zhuǎn)指令要注意轉(zhuǎn)移的目的地址范圍（000H7FFH）,超出地址范圍時(shí)，將產(chǎn)生不可遇見(jiàn)的錯(cuò)誤結(jié)果。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的范圍是（00H7FH），堆棧操作時(shí)亦應(yīng)加以注意。模擬比較器的輸入信號(hào)經(jīng)原來(lái)的P3.6引腳引入到單片機(jī)內(nèi)，所以原來(lái)

13、的P3.6腳已無(wú)法再外部使用。模擬比較器可以方便的比較兩個(gè)模擬電壓的大小，若外接一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器并將其輸出作為模擬比較器的一個(gè)輸入，而由模擬比較器的另一個(gè)輸入端引入被測(cè)電壓，通過(guò)軟件的方法也可以實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。（4.AT89C2051的Flash存儲(chǔ)器編程AT89C2051單片機(jī)提供有2KB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，它允許在線修改或使用專用編程器編程。Flash存儲(chǔ)器加密位AT89C2051單片機(jī)有2個(gè)加密位，可以編程（P）或不編程（U）以獲得不同的加密功能。加密位內(nèi)容的擦除只能通過(guò)片擦除操作來(lái)完成。Flash存儲(chǔ)器的編程和程序校驗(yàn)1.AT89C2051單片機(jī)的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器編程模式。

14、注：內(nèi)部EPROM的計(jì)數(shù)器在RESET的上升沿復(fù)位到span000H，并由XTAL1，引腳正脈沖執(zhí)行計(jì)數(shù)；p 片擦除需要 10ms 的 PROG 脈沖； 編程期間P3.1被拉低來(lái)指示RDY/BSY.2.AT89C2051單片機(jī)的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器編程步驟如下：上電次序是在VCC、GND引腳加工作電壓，RESET、XTAL1引腳接到GND,懸浮其它引腳，等待大于10ms以上時(shí)間；在RESET、P3.2引腳加高電平；在P3.3、P3.4、P3.5、P3.7引腳加模式電平；經(jīng)P1.0P1.7對(duì)000H單元加入數(shù)據(jù)字節(jié)；升高RESET到12V激活編程；使P3.2跳變一次，編程一個(gè)字節(jié)或加密位；校驗(yàn)已

15、被編程數(shù)據(jù)，使RESET從12V降到邏輯電平“H”并設(shè)置P3.3P3.7為正確的電平，可以在P1口輸出數(shù)據(jù)；進(jìn)行下一地址單元的字節(jié)編程，在XTAL1加一脈沖，使地址計(jì)數(shù)器加1，在P1口加入編程數(shù)據(jù)。重復(fù)步驟，完成整個(gè)2KB的編程。下電次序?yàn)椋涸O(shè)置XTAL1、RESET為“L”,浮空其它I/O引腳，關(guān)閉VCC電源。說(shuō)明幾點(diǎn)：(1編程期間P3.1被拉低來(lái)指示RDY/BSY；(2單片擦除需要10ms的PROG；(3內(nèi)部EEPROM地址計(jì)數(shù)器在RESET的上升沿復(fù)位到000H，并由XTAL1引腳正脈沖執(zhí)行計(jì)數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,人類社會(huì)發(fā)生了翻天覆地的變化。使我們的生產(chǎn)生活更加豐富多彩。在這些變化中，遙控技術(shù)已經(jīng)廣泛地滲透到電視、航天、軍事、體育等生產(chǎn)、生活各方面。從最廣泛的意義上來(lái)，一切裝有電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備或電氣開(kāi)關(guān)的場(chǎng)所，如果感覺(jué)有某種必要,都可考慮加裝遙控設(shè)備來(lái)改善現(xiàn)有定點(diǎn)開(kāi)關(guān)的操作，即用遙控器的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)原有設(shè)備的開(kāi)、停、變向、變速等功能。目前，人們使用的開(kāi)關(guān)大多是手動(dòng)操作控制，十分不便。很多人都有這樣的想法：躺在床上不愿去關(guān)燈，坐在沙發(fā)上不愿意起來(lái)切換燈開(kāi)光等：此課題的創(chuàng)新性就在于使用遙控的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)燈的關(guān)閉，滿足人的需求，目前市場(chǎng)還沒(méi)有