基于51單片機(jī)智能紅外遙控器的設(shè)計(jì)

1、65116511 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù) 書(shū)書(shū) 論文（設(shè)計(jì)）題目 簡(jiǎn)易智能紅外遙控器的設(shè)計(jì) 要求完成時(shí)間 論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容（需明確列出研究的問(wèn)題）：本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一 簡(jiǎn)易智能紅外遙控器，需要解決以下問(wèn)題： 1、熟悉紅外遙控器的工作原理； 2、掌握紅外通信的編解碼原理及至少一種串行通信數(shù)據(jù)校驗(yàn)算法； 3、實(shí)現(xiàn)一個(gè)遙控器對(duì)至少 2 臺(tái)家電設(shè)備的控制； 4、繪制系統(tǒng)電氣原理圖及 PCB 圖； 5、畫(huà)出系統(tǒng)的軟件流程圖并編寫(xiě)系統(tǒng)程序； 6、盡量做出樣機(jī)并完成系統(tǒng)調(diào)試。 資料、數(shù)據(jù)、技術(shù)水平等方面的要求： 1、查閱至少 10 篇以上與課題相關(guān)資料，至少有兩篇是英

2、文文獻(xiàn)； 2、原理圖的繪制要求規(guī)范； 3、繪制系統(tǒng) PCB 圖； 4、編寫(xiě)并調(diào)試系統(tǒng)程序； 5、完成實(shí)物演示； 6、獨(dú)立完成論文； 7、論文要求打印。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 目 錄 摘 要.I ABSTRACT.II 一. 緒論.1 1.1 課題研究的背景.1 1.2 課題研究的目的.1 1.3 課題研究的內(nèi)容.1 二. 系統(tǒng)概述.3 2.1 國(guó)外發(fā)展概況.3 2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況.4 三. 智能紅外遙控器的硬件設(shè)計(jì).5 3.1 主要元器件介紹.5 3.1.1 STC 系列單片機(jī)介紹.5 3.1.2 紅外發(fā)光二極管.6 3.1.3 紅外接收頭.7 3.1.4 E2PROM-AT24C02

3、 的應(yīng)用.8 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路.12 3.2.1 紅外遙控器組成.14 3.2.2 紅外遙控器的框圖.15 3.3 硬件電路設(shè)計(jì).15 3.3.1 發(fā)射端硬件電路.15 3.3.2 接收端硬件電路.16 四. 智能紅外遙控器的軟件設(shè)計(jì).18 4.1 編解碼約定與存儲(chǔ).18 4.1.1 發(fā)射編碼部分.18 4.1.2 接收解碼部分.21 4.1.3 存儲(chǔ)部分.23 4.2 子程序介紹.25 4.2.1 發(fā)射子程序.25 4.2.2 接收子程序.29 五. 總結(jié)與展望.33 5.1 總結(jié).33 5.2 本文的不足.33 參考文獻(xiàn).34 致 謝.35 附錄一 原理圖.36 附錄二 程序.37 簡(jiǎn)

4、易智能紅外遙控器的設(shè)計(jì) 摘 要 紅外遙控技術(shù)能給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)更加人性化的關(guān)懷和體貼，同時(shí)還兼具節(jié)能與安 防等輔助功能，相對(duì)應(yīng)的紅外遙控器與人們的日常生活息息相關(guān)，是人們使用頻率最高的 智能化設(shè)備。然而市場(chǎng)上的絕大部分遙控器都是針對(duì)各自特定的遙控對(duì)象所設(shè)置的，不能 直接應(yīng)用于通用的智能儀器控制。針對(duì)不同設(shè)備的紅外遙控器不兼容的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)提出 了一種智能紅外遙控器的設(shè)計(jì)方案，能同時(shí)控制至少兩臺(tái)設(shè)備。系統(tǒng)主要包括紅外發(fā)射模 塊、接收模塊、存儲(chǔ)模塊。本設(shè)計(jì)用STC89C54作為主控芯片，將發(fā)射信號(hào)調(diào)制到38KHz， 使得紅外接收頭HS0038能夠接收到。自行編程解碼、顯示，并通過(guò)控制芯片把解出的

5、碼值 存儲(chǔ)到E2PROMAT24C02中。簡(jiǎn)易方便，智能兼容是本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：紅外；遙控器；編解碼；E2PROM. Simple design of intelligent infrared remote control Abstract The technology of infrared remote control can bring peoples daily life more personalized care and thoughtfulness, and it also has other auxiliary functions of the energy ef

6、ficiency and safety.The corresponding infrared remote- controller is closely related to peoples daily lives which is used most frequently by people among the intelligent equipment. However, the vast majority of the remote-controller at the market are designed for their particular remote object which

7、 can not be directly applied to general-purpose intelligent instrument control. For different devices are not compatible infrared remote control problems, this design presents a scheme of an intelligent infrared remote-controller, and can also control at least two appliances. System includes infrare

8、d transmitter module, receiver module, storage module. The design uses STC89C54 as the main chip, modulates the transmittion signal to 38KHz, which makes integrated infrared remote- receiver HS0038 can receive and calculate the code values by their own programming solutions, and then show up and sto

9、re the code value into the E2PROM-AT24C02 by the controlling chip . Simply and convenient, intelligent compatible are all this designs features. Keywords: Infrared; remote control; codec;E2PROM. 一一. 緒論 1.1 課題研究的背景 遙控技術(shù)能給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)更加人性化的關(guān)懷和體貼，同時(shí)還兼具節(jié)能與安防 等一些的輔助功能。在今后的幾年當(dāng)中，與人們的日常生活息息相關(guān)，是人們使用頻率 最高的智能化設(shè)備。

10、自從人們發(fā)現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)電波，就開(kāi)始用無(wú)線(xiàn)電來(lái)遙控了。70年代研制出的紅外遙控技 術(shù)，隨著大規(guī)模集成電路和微處理技術(shù)的發(fā)展和成熟，紅外線(xiàn)遙控系統(tǒng)也迅速發(fā)展并得 到廣泛的應(yīng)用，特別是在家用電器上的成功應(yīng)用，給人們的工作、生活和娛樂(lè)帶來(lái)了極 大的方便，隨著城市居民生活水平的提高，家庭里家用電器的種類(lèi)和數(shù)量逐步增加，與 之配套的紅外遙控發(fā)射器也越來(lái)越多。目前家庭設(shè)備中已經(jīng)有許多設(shè)備是用紅外遙控器 進(jìn)行控制的，例如空調(diào)、電視錄像等Error! Reference source not found.。然而市場(chǎng)上的絕大部分遙 控器都是針對(duì)各自特定的遙控對(duì)象，不能直接應(yīng)用于通用的智能儀器研發(fā)及其更一般的 控制場(chǎng)合

11、。通常紅外遙控器使用專(zhuān)用配對(duì)編碼，對(duì)其他型號(hào)的編碼芯片的編碼則不能識(shí) 別，因此不同的遙控器沒(méi)有互換性，也就說(shuō)不同設(shè)備的紅外遙控器并不兼容，一個(gè)遙控 器不能控制其他設(shè)備Error! Reference source not found.。用戶(hù)深感不便，并且不兼容問(wèn)題大大影響 了遙控器的推廣使用，因而對(duì)智能型紅外遙控器的研究是很有必要的也是很有實(shí)用意義 的。 利用單片機(jī)作為主控芯片，結(jié)合紅外遙控用戶(hù)碼的設(shè)置，自行設(shè)計(jì)編碼和解碼程序， 實(shí)現(xiàn)一個(gè)遙控器控制多臺(tái)設(shè)備的這種方法就應(yīng)運(yùn)而生了。本設(shè)計(jì)提出了一種智能遙紅外 控器的設(shè)計(jì)方案，并能同時(shí)控制至少兩臺(tái)家電設(shè)備體現(xiàn)出了多功能、兼容性。使得本設(shè) 計(jì)具有很大

12、的實(shí)用意義。 1.2 課題研究的目的 利用單片機(jī)作為主控芯片，結(jié)合紅外遙控用戶(hù)碼的設(shè)置，自行設(shè)計(jì)編碼和解碼程序， 實(shí)現(xiàn)一個(gè)遙控器控制多臺(tái)設(shè)備。來(lái)解決市場(chǎng)上普通遙控器不兼容問(wèn)題的瓶頸。本論文提 出了一種智能遙紅外控器的設(shè)計(jì)方案，并能同時(shí)控制至少兩臺(tái)家電設(shè)備體現(xiàn)出了多功能、 兼容性。 1.3 課題研究的內(nèi)容 本設(shè)計(jì)研究一種新型的簡(jiǎn)易智能遙控器，要求能一個(gè)遙控器能控制多臺(tái)設(shè)備，可在 多種場(chǎng)合應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中模擬遙控器的功能，要求系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能： （1）紅外遙控器的發(fā)送模塊有顯示功能，接收電路使用一體化紅外接收頭HS0038。 并把接收到的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)； （2）把接收到的數(shù)據(jù)能存儲(chǔ)起來(lái)包括在一些意外情

13、況下，如掉電等，使用芯片為 AT24C02，能在開(kāi)機(jī)時(shí)顯示上一次的數(shù)據(jù)。 二二. 系統(tǒng)概述 紅外遙控器的應(yīng)用非常廣泛，是目前日常生活控制中應(yīng)用較多的一類(lèi)產(chǎn)品，并且正 越來(lái)越多的應(yīng)用于工業(yè)控制，國(guó)內(nèi)外許多科研單位和技術(shù)公司都在積極研制，目前研制 已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且種類(lèi)不斷增多，性能越來(lái)越好，功能也越來(lái)越強(qiáng)大。 對(duì)比國(guó)內(nèi)的發(fā)展概況就會(huì)發(fā)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)紅外遙控技術(shù)發(fā)展起步較晚，不過(guò)應(yīng)用前景很 廣泛，這也使得本設(shè)計(jì)更加有意義。 2.1 國(guó)外發(fā)展概況 60 年代初，一些發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始研究民用產(chǎn)品的遙控技術(shù)，但由于受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的 限制，遙控技術(shù)發(fā)展很緩慢。70 年代末，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，遙

14、控技術(shù)才得到快速的發(fā)展。在遙控方式上大體經(jīng)歷了從有線(xiàn)到無(wú)線(xiàn)的超聲波、從振動(dòng)子 到紅外線(xiàn)、再到使用總線(xiàn)的微機(jī)紅外遙控這樣幾個(gè)階段。無(wú)論采用何種方式，準(zhǔn)確無(wú)誤 傳輸信號(hào)，最終達(dá)到滿(mǎn)意的控制效果是非常重要的。最初的無(wú)線(xiàn)遙控裝置采用的是電磁 波傳輸信號(hào)，由于電磁波容易產(chǎn)生干擾，也易受干擾，因此逐漸采用超聲波和紅外線(xiàn)媒 介來(lái)傳輸信號(hào)。與紅外線(xiàn)相比，超聲傳感器頻帶窄，所能攜帶的信息量少，易受干擾而 引起誤動(dòng)作。較為理想的是光控方式，逐漸采用紅外線(xiàn)的遙控方式取代了超聲波遙控方 式，出現(xiàn)了紅外線(xiàn)多功能遙控器，成為當(dāng)今時(shí)代的主流 Error! Reference source not found.。由于紅 外線(xiàn)

15、在頻譜上居于可見(jiàn)光之外，所以抗干擾性強(qiáng)，具有光波的直線(xiàn)傳播特性，不易產(chǎn)生 相互間的干擾，是很好的信息傳輸媒體。信息可以直接對(duì)紅外光進(jìn)行調(diào)制傳輸，例如， 信息直接調(diào)制紅外光的強(qiáng)弱進(jìn)行傳輸，也可以用紅外線(xiàn)產(chǎn)生一定頻率的載波，再用信息 對(duì)載波進(jìn)調(diào)制，接收端再去掉載波，取到信息。從信息的可靠傳輸來(lái)說(shuō)，后一種方法更 好，這就是我們今天看到的大多數(shù)紅外遙控器所采用的方法。 紅外遙控由來(lái)已久,但是進(jìn)入 90 年代,這一遙控技術(shù)又有新的發(fā)展,應(yīng)用范圍更加廣泛。 1995 年，一個(gè)由部件、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、外圍設(shè)備和電信廠(chǎng)商組成的大型集團(tuán)紅外數(shù)據(jù) 協(xié)會(huì)(IrDA)就紅外通信的一套標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成一致?，F(xiàn)在約有 120 家以上

16、的廠(chǎng)商支持紅外通信 標(biāo)準(zhǔn)。其中的許多廠(chǎng)商已推出符合紅外通信標(biāo)準(zhǔn)并支持 Windows 95 的產(chǎn)品。 紅外數(shù)據(jù) 協(xié)會(huì)開(kāi)發(fā)的這種新的無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)還得到 PC 機(jī)產(chǎn)業(yè)的有力支持。主要的開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商，如微 軟、蘋(píng)果、東芝和惠普公司，已推出了在計(jì)算機(jī)之間采用這種高速紅外數(shù)據(jù)通信的 PC 機(jī)、 筆記本計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和手持式個(gè)人數(shù)字助理(PDA)設(shè)備。 此外，紅外遙控的連通性已用在大多數(shù)新的筆記本計(jì)算機(jī)中，并成為一種最具成本 效益和便于使用的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)而問(wèn)鼎市場(chǎng)。 2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況 我國(guó)對(duì)紅外技術(shù)的研究及應(yīng)用起步較晚，國(guó)內(nèi)許多科研單位和技術(shù)公司都在積極研 制，目前紅外遙控正越來(lái)越多的應(yīng)用于工業(yè)控制而且種

17、類(lèi)不斷增多，性能越來(lái)越好，功 能也越來(lái)越強(qiáng)大。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(xiàn)而不是可見(jiàn)光。 目前大量的使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線(xiàn)波長(zhǎng)為940mm左右，外形與普通發(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。載 波頻率為38KHz這是由發(fā)射端所使用的455KHz晶振來(lái)決定的。在發(fā)射端要對(duì)晶振進(jìn)行整 數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12，所以455KHz/12=38KHz。 紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境

18、的，不干擾其他電氣設(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，可進(jìn)行多路遙控。由于各生產(chǎn) 廠(chǎng)家生產(chǎn)了大量紅外遙控專(zhuān)用集成電路，需要時(shí)按圖索驥即可。并且紅外遙控是一種無(wú) 線(xiàn)、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實(shí)現(xiàn)等 顯著優(yōu)點(diǎn)，被諸多電子設(shè)備特別是家用電器廣泛采用，并越來(lái)越多的應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 中Error! Reference source not found.。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。 三. 智能

19、紅外遙控器的硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分：發(fā)射電路和接收電路?？傮w來(lái)說(shuō)本設(shè)計(jì)的硬件并不是 很難，但是要注意細(xì)節(jié)，發(fā)射電路中和接收電路中都有顯示電路，在接收電路中還有存 儲(chǔ)電路等。硬件設(shè)計(jì)的好壞是本設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵。 3.1 主要元器件介紹 任何一個(gè)設(shè)計(jì)都必須進(jìn)行元器件的選擇，元器件選擇的正確與否直接影響整個(gè)設(shè)計(jì) 是否能正常工作，下面就把本設(shè)計(jì)中所用到的芯片介紹如下： 3.1.1 STC 系列單片機(jī)介紹 STC 系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： 1. STC12 系列單片機(jī)為增強(qiáng)型 8051 芯片，單時(shí)鐘/ 機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳 統(tǒng) 8051 單片機(jī)； 2. 工作頻率范圍：0 - 35 MHz

20、，相當(dāng)于普通 8051 的 0420MHz.實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz； 3. 用戶(hù)應(yīng)用程序空間 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K / 1K 字節(jié)； 4. 片上集成 512 字節(jié) RAM； 5. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程） ，無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器可 通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶(hù)程序，數(shù)秒即可完成一片； 6. E2PROM 功能； 7. 具有看門(mén)狗電路； 8.內(nèi)部集成 MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路（外部晶體 20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路） 9. 時(shí)鐘源：外部高精度晶體/ 時(shí)鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器，用戶(hù)在下載用戶(hù)程序時(shí)，可

21、 選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體/ 時(shí)鐘，常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： 5.2MHz 6.8MHz 精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂， 應(yīng)認(rèn)為是 4MHz 8MHz； 10. 外部中斷 2 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down 模式可由外部中斷 喚醒； 11. PWM(4 路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列，4 路） ； - 也可用來(lái)當(dāng) 4 路 D/A 使用 - 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)定時(shí)器 - 也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)外部中斷(上升沿中斷/ 下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持) 12. A/D 轉(zhuǎn)換, 10 位精度 ADC，共 8 路； 13.

22、 通用全雙工異步串行口(UART)； 14. SPI 同步通信口，主模式/ 從模式； 15. 工作溫度范圍：0 - 75 / -40 - +85； 從上面容易看出，STC 單片機(jī)是一款增強(qiáng)型 51 單片機(jī)，完全兼容 MCS-51，還增加 了新的功能，比如新增兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，多一個(gè)外中斷，內(nèi)置 E2PROM，硬件看門(mén)狗， 具有掉電模式，512B 內(nèi)存等。還支持 ISP 下載，不用編程器，只要一個(gè) MAX232 和一些 廉價(jià)的元件就能寫(xiě)程序，可擦寫(xiě) 10 萬(wàn)次 Error! Reference source not found.。因此是一款很好用的單 片機(jī)。 其引腳圖如下圖 3-1 40 VCC

23、39 P0.0 38 P0.1 37 P0.2 36 P0.3 35 P0.4 34 P0.5 33 P0.6 32 P0.7 31 EA 30 ALE 29 PSEN 28 P2.7 27 P2.6 26 P2.5 25 P2.4 24 P2.3 23 P2.2 21 P2.0 22 P2.1 1 P1.0 2 P1.1 3 P1.2 4 P1.3 5 P1.4 6 P1.5 7 P1.6 8 P1.7 9 RST 10 P3.0 11 P3.1 12 P3.2 13 P3.3 14 P3.4 15 P3.5 16 P3.6 17 P3.7 18 X1 19 X2 20 GND STC89C

24、54 圖3-1單片機(jī)引腳圖 3.1.2 紅外發(fā)光二極管 紅外發(fā)光二極管實(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(xiàn)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(xiàn)波長(zhǎng)為 940nm 左右，外形與普通發(fā)光二極管相同， 只是顏色不同。常用的紅外發(fā)光二極管（如 SE303、PH303） ，其外形和發(fā)光二極管 LED 相似，發(fā)出紅外光（近紅外線(xiàn)約 0.93m ） 。管壓降約 1.4V ，工作電流一般小于 20mA。 為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常串有限流電阻。 紅外線(xiàn)發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射

25、式指發(fā)光管 和接收管相對(duì)安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管和接收 管并列一起，平時(shí)接收管始終無(wú)光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物時(shí)，接收管 收到反射回來(lái)的紅外線(xiàn)才工作。 其參數(shù)如下表 3-1 所示 表 3-1 紅外發(fā)射管參數(shù) 5mmLED 紅外發(fā)射管，波長(zhǎng) 940nm 峰值波長(zhǎng) p（nm ） 正向電壓 VF(V) 反向電流 Ir（uA） 發(fā)射功率 P(mw) IF=20AIF=20mAVR=5VIF=20mA 封裝形式 TypTypMaxMaxTypMax 視角 無(wú)色透明9391.271.410121545 3.1.3 紅外接收頭 目前，對(duì)于進(jìn)行了調(diào)制的紅外遙控信號(hào)

26、，通常是采用一體化紅外線(xiàn)接收頭進(jìn)行調(diào)解。 一體化紅外線(xiàn)接收頭將紅外發(fā)光二極管，低噪音放大器，限幅器，帶通濾波器，解調(diào)器， 以及整形驅(qū)動(dòng)電路等集成在一起。一體化紅外線(xiàn)接收頭體積小，靈敏度高，外接元件少， 抗干擾能力強(qiáng)，使用十分方便。 紅外接收頭的主要功能為 IC 化的一種受光元件，其內(nèi)部是將光電二極管（俗稱(chēng)接收 管）和集成 IC 共同組合封裝而成，其 IC 設(shè)計(jì)主要以類(lèi)比式控制，一班可以接收 8501100nm 波段的紅外光，其中主要以接收 940nm 為主。 紅外接收頭的工作原理為：內(nèi)置接收管將紅外發(fā)射管發(fā)射出來(lái)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱 的電信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)由 IC 內(nèi)部放大器進(jìn)行放大，然后通過(guò)自動(dòng)增

27、益控制、帶通濾波、解 調(diào)、波形整形后還原為遙控器發(fā)射出的原始編碼，經(jīng)由接收頭的信號(hào)輸出腳輸入到控制 芯片上，然后由控制芯片解出碼值。 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。 成品紅外接收頭的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，實(shí)用起來(lái)如同一只三極管， 非常方面。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 晶振來(lái)決定的。在發(fā)射端要對(duì)晶振進(jìn)行整數(shù)分頻， 分頻系數(shù)一般

28、取 12，所以 455KHz1237.9 KHz38KHz。也有一些遙控系統(tǒng)采用 36KHz、40KHz、56KHz 等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來(lái)決定。 在本系統(tǒng)中采用紅外一體化接收頭 HS0038，一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 信號(hào)，這樣大大簡(jiǎn) 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。HS0038 黑色環(huán)氧樹(shù)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 Error! Reference sou

29、rce not found.。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。外觀(guān)圖及引腳圖如圖 3-2 所示。一體化的紅外接收頭 HS0038， 它將紅外光敏二極管、專(zhuān)用前置放大器以及解調(diào)電路等集成在同一基片上。主要特點(diǎn)就 是它具有體積小、功耗低、靈敏度高、無(wú)需外部元件等。 發(fā)發(fā) 1 發(fā)發(fā) VCC 發(fā)發(fā) GND 圖 3-2 紅外接收頭引腳圖 3.1.4 E2PROM-AT24C02 的應(yīng)用 1、I2C 總線(xiàn)簡(jiǎn)介 I2C 總線(xiàn)是一種用于 IC

30、器件之間連接的二線(xiàn)制總線(xiàn)。它通過(guò) SDA（串行數(shù)據(jù)線(xiàn)）及 SCL（串行時(shí)鐘線(xiàn))兩根線(xiàn)在連到總線(xiàn)上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)器件： 不管是單片機(jī)、存儲(chǔ)器、LCD 驅(qū)動(dòng)器還是鍵盤(pán)接口。 I2C 總線(xiàn)協(xié)議如下： （1）只有在總線(xiàn)空閑時(shí)才能啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送； （2）在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，當(dāng)時(shí)鐘線(xiàn)為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線(xiàn)必須保持穩(wěn)定，不允許有跳 變。時(shí)鐘線(xiàn)為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線(xiàn)上的任何變化，都將被看做是總線(xiàn)的起始或結(jié)束信號(hào)。 采用 I2C 總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)或 IC 器件，其內(nèi)部不僅有 I2C 接口電路，而且將內(nèi)部各 單元電路按功能劃分為若干相對(duì)獨(dú)立的模塊，通過(guò)軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選，減少了器件片選 線(xiàn)的連接。CP

31、U 不僅能通過(guò)指令將某個(gè)功能單元電路掛靠或脫離總線(xiàn)，還可對(duì)該單元的 工作狀況進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件系統(tǒng)的既簡(jiǎn)單又靈活的擴(kuò)展與控制。 （1）雙向傳輸?shù)慕涌谔匦?傳統(tǒng)的單片機(jī)串行接口的發(fā)送和接收一般都各用一條線(xiàn)，如 MCS51 系列的 TXD 和 RXD，而 I2C 總線(xiàn)則根據(jù)器件的功能通過(guò)軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。當(dāng)某個(gè) 器件向總線(xiàn)上發(fā)送信息時(shí)，它就是發(fā)送器(也叫主器件)，而當(dāng)其從總線(xiàn)上接收信息時(shí)，又 成為接收器(也叫從器件)。主器件用于啟動(dòng)總線(xiàn)上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時(shí)鐘以開(kāi)放傳送的器件， 此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。I2C 總線(xiàn)的控制完全由掛接在總線(xiàn)上的主器件 送出的地址和數(shù)據(jù)

32、決定。在總線(xiàn)上，既沒(méi)有中心機(jī)，也沒(méi)有優(yōu)先機(jī)。 總線(xiàn)上主和從(即發(fā)送和接收)的關(guān)系不是一成不變的，而是取決于此時(shí)數(shù)據(jù)傳送的方 向。SDA 和 SCL 均為雙向 I/O 線(xiàn)，通過(guò)上拉電阻接正電源。當(dāng)總線(xiàn)空閑時(shí)，兩根線(xiàn)都是 高電平。連接總線(xiàn)的器件的輸出級(jí)必須是集電極或漏極開(kāi)路，以具有線(xiàn)“與”功能。I2C 總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳送速率在標(biāo)準(zhǔn)工作方式下為 100kbit/s，在快速方式下，最高傳送速率可達(dá) 400kbit/s。 （2）I2C 總線(xiàn)上的時(shí)鐘信號(hào) 在 I2C 總線(xiàn)上傳送信息時(shí)的時(shí)鐘同步信號(hào)是由掛接在 SCL 時(shí)鐘線(xiàn)上的所有器件的邏 輯“與”完成的。SCL 線(xiàn)上由高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一

33、旦某個(gè)器件 的時(shí)鐘信號(hào)下跳為低電平，將使 SCL 線(xiàn)一直保持低電平，使 SCL 線(xiàn)上的所有器件開(kāi)始低 電平期。此時(shí)，低電平周期短的器件的時(shí)鐘由低至高的跳變并不能影響 SCL 線(xiàn)的狀態(tài)， 于是這些器件將進(jìn)入高電平等待的狀態(tài) Error! Reference source not found.。 當(dāng)所有器件的時(shí)鐘信號(hào)都上跳為高電平時(shí)，低電平期結(jié)束，SCL 線(xiàn)被釋放返回高電 平，即所有的器件都同時(shí)開(kāi)始它們的高電平期。其后，第一個(gè)結(jié)束高電平期的器件又將 SCL 線(xiàn)拉成低電平。這樣就在 SCL 線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)同步時(shí)鐘?？梢?jiàn)，時(shí)鐘低電平時(shí)間由時(shí) 鐘低電平期最長(zhǎng)的器件確定，而時(shí)鐘高電平時(shí)間由時(shí)鐘高電平期最短的

34、器件確定。 （3）總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的仲裁 總線(xiàn)上可能掛接有多個(gè)器件，有時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)或多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線(xiàn)的情況。 例如，多單片機(jī)系統(tǒng)中，可能在某一時(shí)刻有兩個(gè)單片機(jī)要同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)，這種情 況叫做總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)。I2C 總線(xiàn)具有多主控能力，可以對(duì)發(fā)生在 SDA 線(xiàn)上的總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行仲 裁，其仲裁原則是這樣的：當(dāng)多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線(xiàn)時(shí)，如果某個(gè)主器件發(fā)送高電 平，而另一個(gè)主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時(shí) SDA 總線(xiàn)電平不符的那個(gè)器件將自 動(dòng)關(guān)閉其輸出級(jí)。總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的仲裁是在兩個(gè)層次上進(jìn)行的。首先是地址位的比較，如果 主器件尋址同一個(gè)從器件，則進(jìn)入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競(jìng)爭(zhēng)仲裁的可靠性 Error!

35、 Reference source not found.。由于是利用 I2C 總線(xiàn)上的信息進(jìn)行仲裁，因此不會(huì)造成信息的丟失。 2、 E2PROM:24C02 芯片 AT24C02 是美國(guó) ATMEL 公司的低功耗 CMOS 串行 E2PROM，特點(diǎn)及其引腳介紹如 下。 （1）AT 24C02 的特性 與 400KHz I2C 總線(xiàn)兼容 1.8 到 6.0 伏工作電壓范圍 低功耗 CMOS 技術(shù) 頁(yè)寫(xiě)保護(hù)功能 頁(yè)寫(xiě)緩沖器 自定時(shí)擦寫(xiě)周期 1,000,000 編程擦除周期 可保存數(shù)據(jù) 100 年 AT24C02 是帶有 I2C 總線(xiàn)接口的 E2PROM 存儲(chǔ)器，具有掉電記憶的功能，并且可以 象普通

36、 RAM 一樣用程序改寫(xiě)。它的容量是 256 個(gè)字節(jié)（00h0ffh） ，有 A2、A1、A0 三 位地址，可見(jiàn) I2C 總線(xiàn)上可以連接 8 片 AT24C02，它的尋址字節(jié)是 1010 A2A1A0 R/WError! Reference source not found.。板上面 24C02 的電路連接如圖 3-6 所示： 2、AT24C02 的引腳及引腳功能介紹 引腳電路圖接法如圖 3-3 圖 3-3AT24C02 的引腳連接圖 引腳簡(jiǎn)介 VCC，GND：電源、地引腳 A2A1A0：地址引腳 SCLK、SDA：通信引腳 WP：寫(xiě)保護(hù)引腳 從上面的電路連接知：A2A1A0=111，可見(jiàn)如果

37、要對(duì) AT24C02 進(jìn)行寫(xiě)操作，尋址字 節(jié)是 1010 111 0；如果對(duì) AT24C02 進(jìn)行讀操作，尋址字節(jié)是 1010 111 1。用單片機(jī)的 P1.1 腳作為串行時(shí)鐘線(xiàn)，用 P1.2 腳作串行數(shù)據(jù)線(xiàn)。 其讀寫(xiě)周期范圍如下表 3-2 所示，總線(xiàn)時(shí)序如圖 3-4，寫(xiě)周期時(shí)序如圖 3-5，應(yīng)答時(shí) 序如圖 3-6 表 3-2 AT24C02 的讀寫(xiě)周期 1.8V , 2.5V4.5V,5.5V 符號(hào)參數(shù) 最小最大最小最大 單位 Fscl時(shí)鐘頻率100400KHZ T1SCL,SDA 輸入的 噪聲抑制時(shí)間 200200ns tAASCL 變低至 SDA 數(shù)據(jù)輸出及應(yīng)答信 號(hào) 3.51us t

38、BUF新的發(fā)送開(kāi)始前總 線(xiàn)空閑時(shí)間 4.71.2us tHD:STA起始信號(hào)保持電平40.6us t LOW 時(shí)鐘低電平周期4.71.2us t HIGH時(shí)鐘高電平周期40.6us t SU:STA起始信號(hào)建立時(shí)間4.70.6us t HD:DAT數(shù)據(jù)輸出保持時(shí)間00ns t SU1:DAT數(shù)據(jù)輸出建立時(shí)間5050ns t RSDA 及 SCL 上升 時(shí)間 10.3us t FSDA 及 SCL 下降 時(shí)間 300300ns t SU:STD停止信號(hào)建立時(shí)間40.6us t DH數(shù)據(jù)輸出保持時(shí)間100100ns 總線(xiàn)時(shí)序如圖 3-4 圖 3-4 讀寫(xiě)總線(xiàn)時(shí)序 寫(xiě)周期時(shí)序如下圖 3-5 圖 3-

39、5 AT24C02 的寫(xiě)時(shí)序 應(yīng)答時(shí)序如下圖 3-6 圖 3-6 AT24C02 的應(yīng)答時(shí)序 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 遙控器其核心問(wèn)題就是如何編碼，將需要實(shí)現(xiàn)的操作指令例如選臺(tái)、快進(jìn)等事先編 碼，設(shè)備接收后解碼再控制有關(guān)部件執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。顯然，接收電路及 CPU 也是與遙 控器的編碼一起配套設(shè)計(jì)的。編碼是通過(guò)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。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，這就是紅外光，波長(zhǎng)范圍在 840nm 到 960nm 之間。在接收端，需要反過(guò)來(lái)通過(guò) 光電二極管將紅外線(xiàn)光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)，經(jīng)放大、整形、解調(diào)等步驟，最后還原成

40、原來(lái) 的脈沖編碼信號(hào)，完成遙控指令的傳遞。紅外線(xiàn)發(fā)射管通常的發(fā)射角度為 30-45 度之間， 角度大距離就短，反之亦然。遙控器在光軸上的遙控距離可以大于 8.5 米，與光軸成 30 度（水平方向）或 15 度（垂直方向）上大于 6.5 米，在一些具體的應(yīng)用中會(huì)充分考慮應(yīng) 用目標(biāo)，在距離角度之間需要找到某種平衡。 對(duì)于遙控器涉及到如下幾個(gè)主要問(wèn)題： 1. 遙控器發(fā)出的編碼信號(hào)驅(qū)動(dòng)紅外線(xiàn)發(fā)射管，必須發(fā)出波長(zhǎng)范圍在 940nm 左右的紅 外光線(xiàn)，因?yàn)榧t外線(xiàn)接收器的接收二極管主要對(duì)這部分紅外光信號(hào)敏感，如果波長(zhǎng)范圍 不在此列，顯然無(wú)法達(dá)到控制之目的。不過(guò)，幾乎所有的紅外家電遙控器都遵循這一標(biāo) 準(zhǔn)。正因

41、為有這一物理基礎(chǔ)，多合一遙控器才有可能做成。 2. 遙控器發(fā)出一串編碼信號(hào)只需要持續(xù)數(shù)十毫秒的時(shí)間，大多數(shù)是十多毫秒 或一百 多毫秒重復(fù)一次，一串編碼也就包括十位左右到數(shù)十位二進(jìn)制編碼，換言之，每一位二 進(jìn)制編碼的持續(xù)時(shí)間或者說(shuō)位長(zhǎng)不過(guò) 2ms 左右，頻率只有 500Hz 這個(gè)量級(jí)，要發(fā)射更遠(yuǎn) 的距離必需通過(guò)載波，將這些信號(hào)調(diào)制到數(shù)十千赫茲，用得最多的是 38KHz，大多數(shù)普 通遙控器的載波頻率是所用的陶瓷振蕩器的振蕩頻率的 1/12，最常用的陶瓷振蕩器是 455KHz 規(guī)格，故最常用的載波也就是 455KHz/12=37.9KHz，簡(jiǎn)稱(chēng) 38k 載波。此外還有 480KHz（40k）、440

42、KHz（37k）、432KHz（36k）等規(guī)格，也有 200k 左右的載波，用 于高速編碼。紅外線(xiàn)接收器是一體化的組件，為了更有針對(duì)性地接收所需要的編碼，就 設(shè)計(jì)成以載波為中心頻率的帶通濾波器，只容許指定載波的信號(hào)通過(guò)。顯然這是多合一 遙控器應(yīng)該滿(mǎn)足的第二個(gè)物理?xiàng)l件。不過(guò)，家用電器多用 38KHz，很多紅外線(xiàn)接收器也 能很好地接收頻率相近的 40KHz 或 36KHz 的遙控編碼。 3. 一個(gè)設(shè)備受控，除了滿(mǎn)足上面提到的兩個(gè)基本物理?xiàng)l件外，最重要的是變化多種 多樣的當(dāng)然應(yīng)該是遙控器發(fā)出一串二進(jìn)制編碼信號(hào)了，這也是不同的遙控器不能相互通 用的最主要原因。由于市場(chǎng)上出現(xiàn)成百上千的編碼方式并存，并沒(méi)

43、有一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo) 準(zhǔn)，只有各芯片廠(chǎng)商各自的標(biāo)準(zhǔn)，這也是模擬并替換各種原廠(chǎng)遙控器最大的難點(diǎn)。隨著 技術(shù)的不斷發(fā)展，很多公司開(kāi)發(fā)家電設(shè)備的遙控子系統(tǒng)時(shí)還不采用通用的編碼芯片，而 是用通用的單片機(jī)隨心所欲地自編一些編碼，這就使通用遙控的問(wèn)題更加復(fù)雜化了。 4. 采用同樣的編碼芯片，也不意味著可以通用，因?yàn)檫€有客戶(hù)碼。客戶(hù)碼設(shè)計(jì)的最 初本意就是為了不同的設(shè)備可以相互區(qū)分互不干擾。最初芯片廠(chǎng)商會(huì)從全局考慮給不同 的家電廠(chǎng)商安排不同的客戶(hù)碼以規(guī)范市場(chǎng)，例如錄像機(jī)和電視機(jī)就用不同的設(shè)備碼，給 甲廠(chǎng)分配的設(shè)備碼和乙廠(chǎng)分配的設(shè)備碼就區(qū)分在不同的范圍內(nèi)。 5. 采用同樣的編碼芯片、同樣的用戶(hù)碼下，也不能意味著一

44、定可以通用，因?yàn)閷?duì)命 令碼的分配與使用上，仍然是沒(méi)有固定的模式可以遵循，遙控器編碼芯片簡(jiǎn)單的支持?jǐn)?shù) 十種命令碼，多的上千種，但遙控器往往只有數(shù)十個(gè)鍵，甚至只有幾個(gè)鍵，如何從中選 取這數(shù)十個(gè)鍵，這些鍵如何分配使用，不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師都自搞一套，這樣一來(lái)事情就 更復(fù)雜化了。設(shè)計(jì)需考慮的問(wèn)題是如何“同化”不同遙控器發(fā)射信號(hào)之間的差異。遙控編碼 方式涉及很多方面，首先是數(shù)字 0 和 1 的表示；其次是幀結(jié)構(gòu)（引導(dǎo)碼和結(jié)束碼，客戶(hù) 碼和命令碼長(zhǎng)度及發(fā)送方式）；再次是幀間結(jié)構(gòu)（僅發(fā)一次還是反復(fù)多次，多幀交替發(fā) 送，幀間間隔變化）；最后是載波頻率，以 38KHz 居多，也有 40KHz 甚至 200KHz 等

45、 特殊載波。 設(shè)計(jì)相應(yīng)電路和軟件時(shí)對(duì)上述諸多因素加以分析、歸納，將編碼特點(diǎn)用一串二進(jìn)制 位表示出來(lái)形成設(shè)備碼，對(duì)應(yīng)于一個(gè)具體的遙控器。同一個(gè)設(shè)備碼下也就是同一個(gè)遙控 器不同的按鍵則用命令碼來(lái)表示。代碼型遙控器用軟件的方式對(duì)這些統(tǒng)一的編碼進(jìn)行解 釋?zhuān)?qū)動(dòng)一個(gè)個(gè)命令碼按指定設(shè)備碼格式加以“封裝”，形成所需要的遙控信號(hào)，達(dá)到 控制家電的目的紅外遙控器具有性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在 工業(yè)控制，智能儀器儀表，家用電器等方面應(yīng)用廣泛 Error! Reference source not found.。通常紅外 遙控使用專(zhuān)門(mén)配對(duì)編碼，解碼芯片，即某種解碼芯片只能識(shí)別某種編碼芯片的編碼，對(duì) 其他型號(hào)的編碼芯片的編碼則不能識(shí)別，因此不同的遙控器沒(méi)有互換性，造成使用場(chǎng)合 有多個(gè)遙控器，用戶(hù)深感不便。于是提出了利用單片機(jī)作為主控芯片，結(jié)合紅外遙控用 戶(hù)碼的設(shè)置，自行設(shè)計(jì)編碼和解碼程序，實(shí)現(xiàn)一個(gè)遙控器控制多臺(tái)設(shè)備的方法。 3.2.1 紅外遙控器組成 通用紅外遙控器由發(fā)射和接收兩