單片機紅外遙控原理

1、紅外遙控原理人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長范圍為0.620.76um；紫光的波長范圍為0.380.46。比紫光的波長還要短的光叫紫外線，比紅光的波長還要長的光叫紅外線。紅外線遙控技術(shù)就是利用波長為0.761.5m之間的近紅外線來傳送控制信號的。常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實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，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。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定，而業(yè)余條件下只能用拉距法來粗略判定。接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實際應(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)用時是反向運用，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)余整理還是正式產(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不同而不盡相同，可參考廠家的使用說明。成品紅外接頭的優(yōu)點是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用外殼屏蔽，使用起來如同一只三極管，非常方便。但在使用時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陶振來決定的。在發(fā)射端要對晶振進(jìn)行整數(shù)分頻系數(shù)一般取12，所455kHz÷1237.9kHz38kHz。也有一

4、些遙控系統(tǒng)采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定。紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備。由于其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，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，相應(yīng)地在接收端有不同的輸出狀態(tài)。接收端

5、的輸出狀態(tài)大致可分為脈沖、電平、自鎖、互鎖、數(shù)據(jù)五種形式?！懊}沖”輸出是當(dāng)按發(fā)射端按鍵時，接收端對應(yīng)輸出端輸出一個“有效脈沖”，寬度一般在100ms左右?！半娖健陛敵鍪侵赴l(fā)射端按下鍵時，接收端對應(yīng)輸出端輸出“有效電平”，發(fā)射端松開鍵時，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)時為低，則“高”為有效；如靜態(tài)時為高，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鍵，接收端對應(yīng)輸出端改變一次狀態(tài)，即原來為高電平變?yōu)榈碗娖剑瓉頌榈碗娖阶優(yōu)楦唠娖?。此種輸出適合用作電源開關(guān)、靜音控制等。有時亦稱這種

6、輸出形式為“反相”?！盎ユi”輸出是指多個輸出互相清除，在同一時間內(nèi)只有一個輸出有效。電視機的選臺就屬此種情況，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)射鍵編上號碼，利用接收端的幾個輸出形成一個二進(jìn)制數(shù)，來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，以便后級適時地來取數(shù)據(jù)。這種輸出形式一般用于與單片機或微機接口。 除以上輸出形式外，還有“鎖存”和“暫存”兩種形式。所謂“鎖存”輸出是指對發(fā)射端每次發(fā)的信號，接收端對應(yīng)輸出予以“儲存”，直至收到新的信號為止；“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 di

7、stance of RF Remote Control）的因素主要有如下幾點：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、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：目前使用的無線遙控器使用國家規(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)體對電波的吸收作用，影響更甚?？紤]到本次設(shè)計的硬

8、件體積應(yīng)偏小以便嵌入遙控器中，因此我們選擇了20個引腳的單片機芯片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體(EEPROM)的低電壓,高性能8位CMOS微型計算機。它采用ATMEL的高密非易失存儲技術(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。通過在單塊芯片上組合通用的CPL1和閃速存儲器,ATMEL AT89C2051是一強勁的微型計算機,它對許多嵌入式控制應(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存儲器容量為2KB。與

9、CHMOS工藝的80C51一樣，具有空閑和掉電兩種節(jié)電運行方式。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)存儲器；全靜態(tài)工作方式：024MHz； 15根輸入/輸出線；一個可編程串行口； 2個16位定時/計數(shù)器；有片內(nèi)精密模擬比較器； 5個中斷源，2個優(yōu)先級； 可編程串行UART通道； 直接LED驅(qū)動輸出。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)增加了一個模擬比較器。AT89C2051引腳功能：1. Vcc：電源電壓。 2. GND：地。 3. P1口：

10、P1口是一8位雙向I/O口?？谝_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LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時,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,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)比較器的輸出信號并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P

11、3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口引腳寫入“1”時,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時,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器編程和程序校驗的控制信號。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)振蕩器正在運行時,持續(xù)給出RST引腳兩個機器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個機器周期需12個振蕩器或時鐘周期。6. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(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

12、圖所示。P3口引腳 功能 P3.0 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(定時器0外部輸入) P3.5 T1(定時器1外部輸入) (3). AT89C2051的軟硬件約束AT89C2051單片機由于引腳的限制，沒有設(shè)置外部存儲器的接口，所以，對于外部存儲器的讀/寫指令如MOVX等不起作用。由于ROM空間為2KB，所以，對于跳轉(zhuǎn)指令要注意轉(zhuǎn)移的目的位置范圍（000H7FFH）,超出位置范圍時，將產(chǎn)生不可遇見的錯誤結(jié)果。數(shù)據(jù)存儲的范圍是（00H7FH），堆棧操作時亦應(yīng)加以注意。模擬比較器的輸入信號經(jīng)

13、原來的P3.6引腳引入到單片機內(nèi)，所以原來的P3.6腳已無法再外部使用。模擬比較器可以方便的比較兩個模擬電壓的大小，若外接一個D/A轉(zhuǎn)換器并將其輸出作為模擬比較器的一個輸入，而由模擬比較器的另一個輸入端引入被測電壓，通過軟件的方法也可以實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。 （4).AT89C2051的Flash存儲器編程AT89C2051單片機提供有2KB的片內(nèi)Flash程序存儲器，它允許在線修改或使用專用編程器編程。Flash存儲器加密位AT89C2051單片機有2個加密位，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)容的擦除只能通過片擦除操作來完成。Flash存儲器的編程和程序校驗1.AT89C

14、2051單片機的片內(nèi)Flash存儲器編程模式。注：內(nèi)部EPROM的計數(shù)器在RESET的上升沿復(fù)位到000H，并由XTAL1，引腳正脈沖執(zhí)行計數(shù)；片擦除需要10ms的PROG脈沖；編程期間P3.1被拉低來指示RDY/BSY. 2.AT89C2051單片機的片內(nèi)Flash存儲器編程步驟如下：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

15、程一個字節(jié)或加密位；校驗已被編程數(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)行下一位置單元的字節(jié)編程，在XTAL1加一脈沖，使位置計數(shù)器加1，在P1口加入編程數(shù)據(jù)。重復(fù)步驟，完成整個2KB的編程。下電次序為：設(shè)置XTAL1、RESET為“L”,浮空其它I/O引腳，關(guān)閉VCC電源。說明幾點：(1)編程期間P3.1被拉低來指示RDY/BSY；(2)單片擦除需要10ms的PROG；(3)內(nèi)部EEPROM位置計數(shù)器在RESET的上升沿復(fù)位到000H，并由XTAL1引腳正脈沖執(zhí)行計數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,人類社會發(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，一切裝有電動運轉(zhuǎn)設(shè)備或電氣開關(guān)的場所，如果感覺有某種必要,都可考慮加裝遙控設(shè)備來改善現(xiàn)有定點開關(guān)的操作，即用遙控器的操作來實現(xiàn)原有設(shè)備的開、停、變向、變速等功能。目前，人們使用的開關(guān)大多是手動操作控制，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)上不愿意起來切換燈開光等：此課題的創(chuàng)新性就在于使用遙控的方式來實現(xiàn)燈的關(guān)閉，滿足人的需求，目前市場還沒有出現(xiàn)這個產(chǎn)品，很有競爭力。另據(jù)了解，目前很多產(chǎn)品，遙控器是可以互換的，也就是說，只需