1、I摘 要隨著人們生活水平的不斷提高，當人們在一天繁忙的工作之后，回到家里需要有個輕松舒適的環境。而燈光在家庭環境中占了很大的部分，能夠輕松控制燈光成為人們一個共同的要求，所以我們需要設計一個燈光控制系統，來滿足人們的要求。本問闡述了遙控技術的發展和歷史，生活中的應用，為我們的生產生活提供的諸多方便，在遙控技術中主要闡述了用紅外線的遙控方式在本設計中的應用。本文就是通過遙控技術和單片機的相互結合設計燈光控制系統，該系統是基于單片機的控制系統，用遙控的方式對系統燈光進行控制。本人設計了分為遙控發射模塊和遙控接收模塊，調光控制電路幾個重要部分。本設計主要解決信號的發射和接收，在信號的處理接收之后對信

2、號的處理程序，通過電路對燈光系統進行控制，這樣我們就可以很方便的控制室內燈光的開關和亮度了。關鍵詞關鍵詞：遙控技術 紅外線 單片機 AT89C51 可控硅IIAbstractAlong with people living standard unceasing enhancement, after peoplein a day busy work, gets in the home to need to have a relaxedcomfortable environment. But the light has occupied the very majorpart in the home

3、 environment, can with ease control the light tobecome a people common request, therefore we need to design a lightcontrol system, satisfies peoples request.Q expounded on the remote control technology in the development and history of life, we provide for the production and livelihood of the many c

4、onvenient, remote control technology in the main paper, the infrared remote control in the design of the application. This paper is through remote control technology and MCU integrated lighting control system, The system is based on the computers control system, remote-controlled manner to control l

5、ighting system. I designed a remote control transmitter module into the remote control and receiver module, dimmer control circuit several important part. Designed mainly to solve the signal transmitting and receiving the signal processing after receiving the signal processing Circuit right through

6、lighting system control. So as to meet peoples visual requirements. This way we can easily control indoor lighting switch and the brightness. KeywordsKeywords : : Infrared remote control technology AT89C51 SCR III目錄摘 要.ABSTRACT.前 言.1第 1 章 緒論.21.1 遙控技術的基本概念 .21.2 遙控技術的發展歷史與現狀 .21.3 遙控技術的發展前景及應用 .3第 2

7、 章 總體設計方案.52.1 總體設計思路 .52.2 總體方案的確定 .5第 3 章 無線模塊的設計.73.1 無線遙控方案的選擇 .73.2 紅外線遙控的基本原理 .73.3 系統的遙控功能實現方法的設計 .93.3.1 頻分制與碼分制的選擇.93.3.2 碼分制遙控功能實現.103.4 硬件電路的設計 .123.4.1 單片機的介紹.123.4.2 紅外線發射電路的設計.163.4.3 紅外線接收及控制電路的設計.18第 4 章 系統流程圖及主要程序.284.1 遙控發射及接收控制程序流程圖 .284.2 系統主要程序分析 .30結 論.38致 謝.39參考文獻.40附 錄.411前 言

8、隨著人們生活質量的提高，人們對住宅裝飾愈來愈講究，新潮家具配上豪華燈具，不但給人以富麗堂皇的感覺而且可使人們在勞累之余有個舒適的休息環境，燈具已不單純是室內的基本照明工具，而且是建筑裝飾的一種實用藝術品，當家里有各式各樣的燈具之后，將它們精心地搭配在一起，達到最適合的氣氛效果是高品質生活的需要，目前燈光的控制主要還是手動形式，逐個控制所有的燈具，這樣不僅麻煩而且效率低下，也不符合現代舒適生活的標準。生活中常常遇到這些問題，當在看電視或看書時，并不需要太強烈的燈光，就可以用調光系統來調節燈光強度。因此，設計一個可以便捷地控制燈光等功能的智能化燈光系統不僅具有實用價值，而且還具有廣闊的市場前景。智

9、能不是昂貴和不實際的代名詞，而是方便。智能燈光控制，能控制不同生活區域、不同場合的各種照明效果，提高生活品質。 當今的發展，室內的電視、臺燈、地燈、魚缸照明、夜燈、廊燈、吧臺燈等開關與床頭燈調光開關均集中安裝在床頭柜處。由于開關較多且固定在一個位置，想開燈時必須先看清開關下面的標記才能正確開燈，有時為開一盞燈竟把所有的開關都按了一遍，使用時極為不便。現在都采用微動開關輕觸式集中控制面板。但是開關多且固定仍不是十分方便。本人采用8051 系列單片機將原來固定的機械式開關改用紅外線遙控，利用紅外線技術來發送信號。紅外線技術是最近幾十年發展起來的一門新興科技。紅外線是十分豐富的波譜資源，目前在工業、

10、農業、國防、醫療衛生等方面得到了廣泛的應用。這樣一個紅外線遙控器再結合單片機就可以控制室內的燈光開啟，美觀且實用即大方便的使用。2第 1 章 緒 論1.11.1 遙控技術的基本概念遙控技術的基本概念隨著電子技術、計算機和傳感器技術的迅速發展，遙控技術在現代工農業生產、日常生活、科學研究、國防建設等領域得到了廣泛應用，并取得可喜成果。遙控技術就是按照預定的目標對被控對象的參數、工作狀態實現遠距離控制的一門技術。現代遙控技術又是電子技術、計算機技術、傳感器技術等多學科知識和技術。現在遙控技術已經普遍地應用于各類家用電器中。例如電視遙控、電燈遙控、電風扇遙控、空調遙控等。這類應用提高了家電的功能和檔

11、次，給使用者帶來了極大的方便。設有遙控功能的電視機，使用者不必離開座位，只需要使用手持紅外遙控器就可以進行節目切換，實現對音量、對比度等的調節。在這些應用中說明，“遠” “近”都是相對的。有“千里之遙”，也有“一步之遙”之說，家用電器的遙控就是一個生動的實例。操作者與被控者之間對負載非接觸式的一種自動控制方式。1.21.2 遙控技術的發展歷史與現狀遙控技術的發展歷史與現狀早在20世紀20年代，就有了遙控系統的雛形，人們試圖利用遙控技術來控制無人駕駛飛機，但由于技術不夠完善，沒有得到實際運用。直到第二次世界大戰末期，德國首先制成了V-1和V-2導彈以及無線電指令制導的防空導彈，才使遙控技術進入了

12、使用階段。20世紀30年代，無線電遙控技術首先用于天氣預報，研制出第一部無線點測候儀，可以測量高空中的溫度、濕度、大氣壓力等氣象參數并通過無線電波傳送到地面。20世紀40年代，由于軍事山的需要，飛機、導彈的研究進展非常迅速，必須采用遙控技術進行測量與控制。從20世紀50年代起，美國和前蘇聯都積極開展衛星、導彈研制工作，使遙控技術得到了飛速的發展。1957年蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，標志著遙控技術進入一個新的階段。1969年美國“阿波羅-11”將送上月球，實現了載人登月的往返飛行，從而將遙控技術推向一個新的高度。從技術方面，也經歷了幾代的發展，在晶體管出現以前，遙控裝置都是由電子管組裝而成的

13、，由于受到的容器和載重的限制，通常只用電子管組裝。這種接3收機易受外界干擾而發生誤控及失控事件，因此在普及與提高方面受到限制。上個世紀60年代初就有了全晶體管化的單通道遙控裝置，其接收機僅有火柴盒那么大，地面遙控距離只有200M左右。60年代中期又出現了多通道晶體管化遙控設備，對遙控技術發展起到了較大的推動作用。20世紀70年代中期，集成電路的問世，特別是20世紀80年代至今，大規模、超大規模集成電路飛速發展，將微處理器引入遙控測系統，給遙控測帶來了革命性的變化，使遙控遙測技術得到了一次又一次的飛躍。1.31.3 遙控技術的發展前景及應用遙控技術的發展前景及應用十年來，遙控技術在電子技術、計算

14、機技術、通信理論、電子元器件發展的基礎上，得到了極其迅速的發展，應用前景廣闊。今后發展趨向主要表現在以下幾個方面:1.提高系統的適應能力，以滿足各種不同用途的需要。以前的遙控系統，大都是按照特定的任務設計的，其性能完全由系統的硬件所決定。系統傳輸信號的數目、信息速率、采樣頻率以及各種參數基本上固定的。雖然在一定程度上能通過更換硬件或某些接線來改變工作狀態，但其變化范圍有限，不能適應多方面的需要。為此，就要求發展一種靈活通用的可編程序遙控系統，這種系統具有較強的自適應能力與實時性能，能夠根據不同用途的需要，隨時改變系統的工作狀態。2.采用先進的信息處理方式和新的多路信號的傳送方法，以提高信息傳輸

15、的高可靠性和穩定性。3.采用先進的元器件及工藝設計，以提高可靠性，減小設備體積、重量，降低成本及系統消耗。4.遙控技術在計算機、通信技術、傳感器技術等科學發展的基礎上，應向超時空、大容量、多媒體、智能化的方向發展。5.遙控技術應綜合多學科技術解決我國的技術難題。如我國一年中，煤礦發生多起瓦斯爆炸事故，奪走許多煤礦工人的寶貴生命，如果采用地下無人采煤遙控系統，系統包括采煤機操作系統，煤塊向上運輸提升系統，有害氣體濃度監督測、報警、吸收處理及轉化系統。有這樣一套完整的生產自動線，再也不會發生人身事故了。這種設想，經過廣大技術人員的科技攻關，不久的將來變為現實。無線遙控的出現，首先應用在軍事上。二次

16、世界大戰中，由于戰爭的需要，出現了無線電遙控的坦克、魚雷快艇、無人駕駛飛機和導彈。戰后，隨著計算機技術和集成電路的出現，不僅無人駕駛飛機、火箭、導彈、人造衛星等離不開無線電遙控，而且在軍事訓練中也廣泛應用無線電遙控設備。4在工業生產方面，無線電遙控技術也大有用武之地，煉油廠、發電廠等大型聯合企業，工藝流程復雜，牽涉的范圍廣，人工操作管理難以準確及時地掌握遠處設備的運行情況，容易產生誤差和造成不穩定。采用遙控和其他相應的裝置后，設備可以按照預定的工作程序準確運轉，提高工作效率和產品質量。在農林漁業生產方面，人們可以采用遙控的方式，定時定量的給莊稼澆水、噴灑農藥；對養雞養豬場，可以采用遙控一條龍的

17、飼料加工、生產、自動送料喂養系統。遙控檢測雞舍溫度，可以提高產單率。可以采用遙控技術定時、定量喂養，檢測魚的新鮮程度和生長情況。神通廣大的遙控技術正在日益深入到我們的生活領域中。無線遙控的地鐵機車自動駕駛設備，提高的車輛的運轉效率，使你快捷舒適地到達目的地；天然氣、自來水管線的自動檢測和控制裝置把天然氣和自來水送到你的家中；利用無線遙控的機器人，按照預定編號的程序，代替人做家務勞動，如洗衣、做衣，當你辛苦工作下班回到家中，呈現你面前的是一桌美味佳肴。無線遙控的電視機、空調機、電風扇等家用電器，使你的生活更加豐富多猜。除上述外，無線遙控在體育運動領域也得到廣泛的應用，在體育比賽中，我們看到航模表

18、演，模型飛機在跑道上加速滑行，離開地面，飛向天空。時而從水平方向突然向上直沖太空，時而以急轉彎向下俯沖；海模比賽，海模在水中乘風搏海，勇往直前，動作優美準確，迎來陣陣喝彩，無數觀眾為之傾倒。小小的航模、海模不可能有飛行員操縱，而是地面上的運動員通過遙控方式，使之展示高超的技藝。在醫學上的應用也很廣泛，如運動狀態下控制儀器測量心電圖，利用超聲波能順利通過人體，且沒有放射性的危害的特點，可以觀察母體內胎兒狀態，成了婦產科必備的器具。超聲波多普勒血流計，可實施非創上傷的血流測量。利用遙控測量技術的傳感器，可以對排放的污水水質進行控制與測量，可以檢測大氣污染情況，檢測有害氣體，還人們一片潔凈的藍天。5

19、第 2 章 總體設計方案在確定基于單片機的無線燈光控制系統前，我們還要自己擬定一個本系統的基本步驟及其的要遵循的基本原則，從而使設計更合理化，更加有條理性。2.12.1 總體設計思路總體設計思路設計本單片機的燈光控制系統大致上可以分為以下幾個步驟：1、系統分析過程根據系統的目標，明確所采用燈光控制系統的目的和任務。確定系統所在的工作環境。根據系統的工作要求，確定系統的基本功能和方案。如系統的無線傳輸 類型、無線遙控功能的方法、對發送信號的要求、對燈光的開關控制、燈光亮度控制。2、總體設計過程 因為此系統是基于單片機無線控制燈光系統，要實現無線遙控功能，就首先需要選擇實現這遙控功能的通信方式。如

20、藍牙通信、紅外線無線遙控等。 在確定通信方式后，我們想的是以何種形式來發送這種控制信號。根據比較來確定控制信號的形式。在確定控制信號的形式后，我們就對這控制信號進行具體設計。要實現系統的功能，單片機是必不可少的。就要確定單片機的類型。根據系統的要求，來對硬件電路圖進行設計。對系統的實現功能的重要程序進行分析。下面就根據系統的基本要求和基本原則來確定本系統的方案。2.22.2 總體方案的確定總體方案的確定提到總體方案的確定，就要符合本課題的要求：1、它是一個室內用的燈光控制系統。2、要求人們手持遙控器就可以對室內的燈光進行控制。3、要求能夠在室內簡便的安裝，應用。4、在設計本系統中，成本是必須考

21、慮的條件。要求成本不能太高， 使一般家庭都能夠承擔的起費用。本系統為基于單片機的無線燈光控制系統，人們通過手中的遙控器對室內燈6光進行控制。要實現無線控制功能，就要設計一系列的硬件電路。首先要對無線模塊進行設計，其中這部分的模塊就要設計發送信號和對信號的接收，就要對這部分的電路進行設計。在對信號接收之后，要能使對系統燈光進行控制，就要設計一調光控制電路，從而對每一盞燈具進行開啟關閉和調亮調暗的控制。要驅動調光電路，就要通過單片機相應的程序來控制調光電路。在發送電路中，其中也要通過單片機的相應程序對按鍵進行掃描處理等。在系統設計中，要使單片機能夠正常實現其功能，就必須為其提供相應的直流電壓，而我

22、們一般的家用電壓中都是 220V，所以我們就要設計一個電源電路，為單片機提供正常的工作的電壓。以上就是我對本系統設計的總體方案，下面我們就對總體方案中每一部分進行一一設計。下圖 1 為本設計的一個總體設計框圖。圖1 系統的設計總框圖按 鍵單片機掃描按鍵單片機調制頻率對信號進行放大通過紅外線發射二極管發射信號紅外線接收器信號輸入單片機調光控制電路7第 3 章 無線模塊的設計要實現系統的遙控功能，就必須進行無線模塊的設計，從而來實現對系統信號的發送與接收，實現系統燈光控制的第一步。3.13.1 無線遙控方案的選擇無線遙控方案的選擇系統要求只要人們手持遙控器就可以控制室內所有燈光，所以我們就需要一種

23、遙控傳輸信號的方式，要求使系統信號傳輸快，傳輸信號準確，成本比較低。無線遙控就是信號的傳輸是利用無線方式進行的，為了使遠方的被控對象按照要求去動作，控制端必須向被控端發出一個動作信號或如何工作的命令，這個命令就是遙控指令。例如，調整電機的啟動與停止、正反向、升速與降速等指令。遙控指令又分連續指令和斷續指令。數值連續變化的指令為連續指令，如控制石油管道流量和壓力的指令；數值斷續的指令叫做斷續指令，如照明電燈的開與關的指令。無線通信的實現有三種方案：藍牙通信、紅外無線遙控、使用短距離無線數傳器件。對于藍牙方案，雖然此技術在當今社會有很大的發展，有很多優點，由于成本一直偏高，所以本系統將不考慮藍牙方

24、案。紅外線通信技術適合于低成本、跨平臺、點對點高速數據連接，尤其是嵌入式系統。由于紅外線遙控器具有結構簡單、制作方便、成本低廉、抗干擾能力強、工作可靠性高等一系列優點，是近距離遙控，特別是室內遙控的首選方式。因此本人選擇紅外線的無線通信方案。紅外線遙控的特性主要有幾點。紅線遙控具有獨立性，由于紅外線為不可見光，因此對環境影響很小紅外線的波長遠小于無線電波的波長，所以，紅外遙控不會干擾其他家用電器，也不會影響鄰近的無線電設備。特性與可見光相似性，由于靠近可見光的紅外線邊緣，它的直線傳播、反射、折射、和被物質吸收等物理特性與可見光非常相似。無穿透障礙物的能力。具有較強的隱蔽性，因紅外線為不可見光，

25、具有很強的隱蔽性。外線遙控的距離，一般為幾米至幾十米或更遠一點。3.23.2 紅外線遙控的基本原理紅外線遙控的基本原理 要使用紅外線遙控來實現信號傳輸，我們就有必要來了解下紅外線遙控的基本原理。紅外線遙控就是利用紅外線（又稱紅外光）來傳遞控制信號，實現對控制對象的遠距離控制。具體來講，就是由發射器發出紅外線指令信號，由接收器8接收下來并對信號進行處理，最后實現對控制對象的各種功能的遠距離控制。 紅外線發射器由指令鍵、信號產生電路、調制電路、驅動電路及紅外線發射器件組成，如圖2所示。當指令鍵按下時，指令信號產生電路便產生所需要的控制指令信號。這里的控制指令信號是以某些不同的特征來區分的。常用的區

26、分指令信號的特征是頻率特征和碼組特征，即用不同的頻率或不同的編碼的電信代號代表不同的指令。這些不同的指令信號由調制電路進行調制后，最后由驅動電路驅動紅外線發射器件，發出紅外線遙控指令信號。指令按鍵產生信號調制解調驅動電路紅外發射 圖2 紅外線發射的組成 紅外接收器由紅外線接收器件、前置放大電路、調節電路、指令信號檢出電路、記憶及驅動電路、執行電路組成，如圖3。當紅外線接收器件接收到發射器的紅外線指令信號時，它將紅外光信號變為電信號并送入前置放大器進行放大，再經解調器后由指令信號檢出電路將指令信號檢出，最后由記憶及驅動執行電路，實現各種操作。 紅外接收前置放大頻率選擇驅動記憶執行環節被控對象 圖

27、3 紅外線接收器的組成93.33.3 系統的遙控功能實現方法的設計系統的遙控功能實現方法的設計3.3.1 頻分制與碼分制的選擇要實現系統的遙控功能，就必須先選擇信號指令傳送的方式。根據遙控的方式和使用者場合不同，可以把這些控制信號特征進行各種組合編碼。如電壓極性的組合方式，電信號相位的組合方式，電信號幅值的組合方式，頻制的組合方式，脈沖的寬度、相位、幅度等參數的組合方式及脈沖編碼組合方式等。在實際應用中，以頻率和脈沖組合方式應用最多。 頻率組合方式分為單音頻指令和多音頻指令。單音指令每個指令內容由單個音頻信號組成，抗干擾能力差，只能用在要求不高的遙控系統中。多音頻指令由兩個或兩個以上音頻信號組

28、成，它不僅可以增加容量，還具有保密功能。 脈沖編碼組合方式具有指令容量大，抗干擾能力強，保密性好及便于用邏輯電路來實現等優點，得到了廣泛的應用。 脈沖編碼遙控中常用恒比碼作為指令。恒比碼指令即每個指令中“1”和“0”的個數保持相同的比例，可根據此比例關系是否被破壞來判斷遙控指令在傳送過程中是否產生了錯誤。奇偶校驗法是利用碼組里的“1”的奇偶性來監督碼組是否正確，它可以在發送端組成奇偶監督碼，在接收端進行校驗。例如接收端校驗結果是奇數，就向發送端返回一個長脈沖；若校驗結果是偶數，就向發送端返回一個短脈沖。這樣發送端就能檢測出傳送指令的錯誤。紅外線遙控系統按照產生、區分控制指令的方法和和特征來分類

29、，主要可分頻分制和碼分制紅外線遙控。頻分制紅外線遙控是指令信號產生不同頻率的指令電信。接收器中指令信號檢出對應發射器不同指令信號頻率選擇電路，簡稱選頻電路。對應于每一個指令，就要有一個選頻電路。紅外發射、接收器件發射與接受波長為0.880.94m的近紅外光，因此，一般情況下頻分制紅外遙控的發射器中不用調制解調電路，不同頻率的指令信號直接加至驅動電路，驅動紅外發射器件發射不同頻率的近紅外光信號。由于每一個指令信號，接收電路就要有一個選頻電路相對應，當系統的通道數目較多時,電路將會變得非常復雜和龐大,且各通道見可能會產生串路干擾,因此當通道數目較多時,一般采用碼分制紅外遙控電路。經過分析，如果選擇

30、頻分制，那么由于本系統要控制14盞燈具，若要全部控制，則需要相當多的頻率來控制，電路就會非常的復雜和龐大，所以我覺得碼分制的紅外線遙控更適合本系統，所以本系統將采用碼分制的紅外線遙控。下面就對碼分制紅外線遙控進行分析。10碼分制紅外遙控是指令信號產生電路以不同的脈沖編碼代表不同的指令。如圖4。當不同的指令鍵被按下時，指令信號產生電路將產生不同脈沖編碼的指令信號，也就是進行編碼，然后經調制電路調制，變為編碼脈沖調制信號，再由驅動電路驅動紅外發射器件發射紅外光信號。指令按鍵前置放大紅外接收紅外發射驅動電路調制電路解調電路指令編碼記憶驅動執行環節指令編碼被控對象 圖4 碼分制紅外遙控系統圖接收器接收

31、下來的信號經過前置放大后，送入解調電路，對調制信號進行解調，再經指令信號檢出電路檢出指令信號。這里的指令信號檢出電路是與發射器中編碼電路相對應的譯碼電路，通過它將指令信號譯出。紅外線遙控系統中的指令產生及檢出電路，在頻分制中由多頻振蕩電路及頻率選擇電路構成；在碼分制系統中則由編碼電路及譯碼電路構成，這是頻分制與碼分制紅外線遙控系統的分別。在碼分制中，因為碼分制系統編碼脈沖頻率極低，為超低頻，如果不用調制與解調電路，外界突然的光線變化可能會對接收電路造成干擾，產生誤動作，系統的抗干擾能力及可靠性就難以保證。3.3.2 碼分制遙控功能實現在上一節中分析了實現遙控功能的方法有頻分制和碼分制，以及他們

32、的原理和特性。由于碼分制的方法能更好的在本燈光系統中實現，具有指令容量大，抗干擾能力強，保密性好及便于用邏輯電路來實現等優點，得到了廣泛的應用，若采用頻分制的話，前面也有提到，選頻電路會比較多，電路會比較復雜，不是很合適本系統。所以本系統將用碼分制遙控。遙控器采用脈沖個數編碼，不同的脈沖個數代表不同的碼，最小為2個脈沖，最大為17個脈沖。為了使接收可靠，第一位碼寬為3ms,其余為1ms,遙控數據幀間隔大于10ms,如圖5 所示。11在遙控碼的發射中，當某個操作鍵按下時，單片機先讀出該鍵值，然后根據鍵值設定的遙控脈沖個數，再調制成38KHz 的方波由紅外線發射管發射出去。P3.5 端口的輸出調制

33、波如圖5 所示。 燈具 1 的遙控輸入碼 燈具 2 的遙控輸入碼 燈具 5 的遙控輸入碼 3ms 1ms圖 5 調光命令碼 當紅外線接收器輸出脈沖幀數據時，第一位碼的低電平將啟動中斷程序，實時接收數據幀。在數據接收時，先對第一位（起始位）碼的碼寬進行驗證。若第一位低電平碼的脈寬小于2ms，將作為錯誤碼處理；否則認為是起始碼，累加器A 加1。當間隔位的高電平大于3ms 時，結束接收，然后根據累加器A中的脈沖個數，執行相應的輸出操作。圖6為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖。 10ms 1ms 10ms 停止位 第一位 3ms 1ms 圖6 一幀遙控碼波形圖 123.43.4 硬件硬件電路的設計電

34、路的設計要實現系統的發射和接收功能，電路是必不可少的，而要驅動電路，實現燈光控制系統的整體功能，就必須通過單片機相應的程序來完成。下面我就設計這部分的電路。3.4.1 單片機的介紹1.MCS-51單片機的內部組成MC-51系列單片機包括8031、8051、8751等型號，其代表型號是8051。其內部組成方框圖如圖7所示。 中斷 圖 7 8051 單片機組成方框圖 振蕩器及定時 64KB 總線擴展控制器可編程 I/O 可編程 串行口 128B數據存儲器216 位定時/計數器 8051CPU4KB 程序存儲器 2.AT89C51的性能介紹在本系統中我選擇的是 51 系列的 AT89C51，AT89

35、C51 是一種帶 4k 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51 是一個低功耗高性能單片機，40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含 2

36、個外中斷口，2 個 16 位可編程定時計數器,213個全雙工串行通信口，AT89C51 可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發成本。與MCS-51 兼容 4K字節可編程閃爍存儲器 可編程串行通道 片內振蕩器和時鐘電路全靜態工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數器5個中斷源3.時鐘電路及時序MC-51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。MC-51的時鐘可由內部

37、方式或外部方式產生。內部方式時鐘電路外接晶體以及電容C1、C2構成并聯諧振電路，接在放大器產生自激電路，一般晶振可在212MHZ之間任選。對外接電容值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小多少會影響振蕩頻率的高低、振蕩器穩定性、起振的快速性和溫度的穩定性。外接晶體時，C1和C2通常選擇30pF左右；外接陶瓷諧振器時，C1和C2的典型值為47pF。當采用外部方式時鐘電路時，外部信號接至XTAL2（內部時鐘電路輸入端），而XTAL1接地。由于XTAL2端的邏輯電平不是TTL的，故建議外接上拉電阻。通常對外部振蕩信號不特殊要求，但需要保證最小高電平及低電平脈寬，一般為頻率低于12M的方波。4.復位電路 復

38、位即回到初始狀態，是單片機經常進入的工作狀態。在設計單片機應用系統時，必須了解單片記的復位狀態。 單片機的復位是靠外部電路實現的，在振蕩器正在運行的情況下，RST引腳保持二個周期以上時間的高電平，系統復位。在RST端出現高電平的第二個周期，執行內部復位，以上每個周期重復一次，直至RST端變低。 復位時，ALE和/PSEN配置為輸入狀態。即ALE=1，/PSEN=1。內部RAM不受復位的影響。 上電復位電路：上點瞬間，RST端的電位與Vcc相同，隨著電容的逐步充電，充電電流減小，RST電位逐步下降。上電復位所需的最短時間是振蕩器建立時間加上二個機器周期，在這段時間內，RST端口的電平應維持高于斯

39、密特觸發器的下閥值。一般Vcc的上升時間不超過1ms，振蕩器建立時間不超過10ms。復位電路的典型值為：C取10uf,R取8.2k，故時間常數t=RC=108.210=82ms，足以滿足要求。14 +5V10F8.2K VccRST 8051Vss 圖8 上電復位電路4.單片機的引腳功能 MCS-51 單片機采用的是 40 引角的雙列直插封裝（DIP）放式。如圖 9。在40 條引角中，有 2 條專用于主電源的引角，2 條外接晶體的引腳，4 條控制引腳，3 條I/O 引角。下面分別敘述各引腳的功能。 圖 9 MCS-51 引腳圖 主電源引腳 Vss 和 VccVss(20):接地；Vcc（40）

40、：正常操作時接+5V 電源。外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2當外接晶體振蕩器時 XTAL1 和 XTAL2 分別接在外接晶體兩端。當采用外部時鐘方式事 XTAL1 接地，XTAL2 接外來振蕩信號。15控制引腳 RST/VPD、ALE/PROG、/PSEN、/EA/VppRST/Vpp(9): 當振蕩器正常運行時，在此引腳上出現二個機器周期以上的高電平單片機復位。Vcc 掉電期間，此引腳可接備用電源，以保持 RAM 的數據。當 Vcc 下降到低于規定的水平，而 VPD 在其規定的電壓范圍內，VPD 就向 RAM 提供備用電源。ALE/ /PROG（30）：當訪問外部存儲器時，由單片機的

41、 P2 口送出地址的高 8位，P0 口送出地址的低 8 位，數據也是通過 P0 口傳送。作為 P0 口某時送出的信息到底是低 8 位還是傳送的數據，需要有一信號同步地進行分別。當 ALE 信號（允許地址鎖存）為高電平（有效） ，P0 口送出低 9 位地址，ALE 信號鎖存低 8為地址。即使不訪問外部存儲器，ALE 端仍以不變的頻率周期性地出現正脈沖信號，次頻率為振蕩器頻率的 1/6，因此可用作對輸出的時鐘。但需注意：當訪問外部數據存儲器（執行 MOVX 指令）時，將跳過一個 ALE 脈沖。ALE 端可驅動 8個 LS TTL 輸入。/PSEN（29）：程序存儲器讀出選通信號，低電平有效。MCS

42、-51 單片機可以外接程序存儲器及數據存儲器，它們的地址可以是重合的。MCS-51 單片機是通過相應的控制信號來區別到底 P2 口和 P0 口送出的是程序存儲器還是數據存儲器地址。從外部程序存儲器取指令（或常數）期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效，此時地址總線上送出地址為程序存儲器地址；如果訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不會出現。外部數據存儲器是靠/RD（讀）及/WR（寫）信號來控制的。/PSEN 同樣可以驅動 8 個 LSTTL 輸入。/EA/Vpp(31): 當 EA 端保持高電平時，訪問內部程序存儲器（4KB） ，但當PC（程序計數器）值超過 OFFFH 時，將

43、自動轉向執行外部程序存儲器內的程序。當/EA 保持低電平時，則訪問外部程序存儲器（從 0000H 地址開始） ，不管單片機內部是否有程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（Vpp） 。輸出輸入引腳P0.00.7（3932）：P0 口是一個漏極開路型準雙向 I/O 口可以寫為 1 使其狀態為懸浮，用作高阻輸入。在訪問外部存儲器時，它是分時多路轉換的地址（低 8 位）和數據總線，在訪問期間激活了內部的上拉電阻。EPROM 編程時，它接收指令字節，而在驗證程序時，則輸出指令字節。驗證時，要求外接上拉電阻。P1.1P1.7（18）：P1口是帶內部上拉電阻8位雙向I/O口。向P

44、1 口寫入1時，16P1 口被內部上拉為高電平，可用作輸入口。當作為輸入腳時，被外部拉低的P1 口會因為內部上拉而輸出電流。在EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。P2.0P2.7（2128）：P2 口是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時，它送出高 8 位地址。在對 EPROM 編程和程序驗證期間，它接收高 8 位地址。P3.0P3.7（1017）：P3 口是一個帶內部上拉電阻的高 8 位雙向 I/O 口。在MCS-51 中，這 8 個引腳還兼帶有專用功能，這功能如下：口線替代的專用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/IN

45、T0 (外部中斷 0)P3.3/INT1(外部中斷 1)P3.4TO(定時器 0 的外部輸入)P3.5T1(定時器 1 的外部輸入)P3.6/WR(外部數據存儲器寫選通)P3.7/RD(外部數據存儲器讀選通)這些專用功能的口線，在與外部設備接口、外接數據存儲器等反面具有非常重要的作用。3.4.2 紅外線發射電路的設計要將信號以紅外線的方式發射出去，首先要把脈沖信號進行調制，而電路中的信號往往比較小，不能驅動負載。所以要通過放大電路將信號放大，通過紅外線發光二極管發射出去。發射器件和放大電路是發射中必不可少的。1.紅外線傳感器要將紅外線發射出去，發射器件是必不可少的，則我們就要對紅外線的發射器件

46、進行選擇，要能夠發射比自然發射的紅外線有更強的輻射強度。而要對信號接收器件，則要有較強的接收能力，它能將接收的紅外線轉換成足夠強的電信號。我們把能發射紅外線和接收紅外線的光電器叫做紅外線傳感器。根據紅外線的傳感器原理不同，分為主動型和被動型紅外線傳感器，主動型傳感器包括紅外發射傳感器和紅外接收傳感器。它們配套使用可組成一個完整的紅外線發送與接收遙控系統。常用的有紅外線發光二極管、紅外線接收二極管、17光電二極管、光電三極管等。紅外線發光二極管包括砷化鎵（GaAs）發光二極管、砷鋁化鎵（GaALAs）發光二極管和激光二極管（LD）等。目前，在家用電器和用途較廣的開關電路中普遍采用紅外發光二極管（

47、LED）。圖10為發光二極管的電路符號。 V 圖 10 發光二極管的電路符號紅外LED與可見光LED的發光方式相同，只是發光的為近紅外光，人眼看不到而已。GaAs紅外LED的發光效率較高，一般可達10%20%,比可見光LED大的多。GaAlAs紅外LED發光效率很高，比GaAs高出50%80%，但價格很高。經過效率，成本方面的考慮，本系統選擇砷化鎵（GaAs）發光二極管是比較合理的方案。2.放大電路的基本知識在系統設計中，信號發送的正常發送是必須要考慮的問題，由于在電子線路中輸入信號往往很小，它所提供的能量不能直接推動負載工作，因此需要另外提供一個能源，由能量較小的輸入信號控制這個能源，經三極

48、管使之放大去推動負載工作。所謂放大，從表面上看是將信號由小變大，實質上，放大電路的過程是實現能量轉換的過程。我們把這種小能量對大能量的控制作用稱為放大作用。三極管只是一種能量控制元件，而不是能源。三極管有三個電極，三極管對小信號實現放大作用時在電路中可有三種不同的連接方式（或稱三種組態），即共（發）射極接法、共基極接法、共集電極接法。3.半導體三級管半導體三極管是由三層不同性質的半導體組合而成的，按半導體的組合方式不同，可將其分為NPN型管和PNP型管。無論是PNP型管和NPN型管，他們內部均含有三個區：發射區、基區、集電區。從三個區各引出一個金屬電極分別稱為發射級（e）、基極（b）、和集電極

49、（c）;同時在三個區的兩個交界處形成兩個PN結，發射區與基區之間形成的PN稱為發射結，集電區和基區之間形成的PN結稱為集電極。如圖11。符號中的箭頭方向表示發射結正向偏置時的電路方向。 18 C b e NPN 型 c b e PNP 型圖11 電路符號（a） 4.紅外線發射電路圖如圖12所示，為該系統遙控發射器電原理圖，其中P1 口作為鍵盤掃描端口，具有16個操作鍵，可分別控制單片機發出16 種不同脈沖，執行16 種操作。第9 腳為單片機的復位腳，采用RC上電復位電路；15 腳作為紅外線遙控碼的輸出口，用于輸出38KHz 載波編碼。脈沖經9013（NPN）放大然后由紅外發射管輸出；18、19

50、 腳接12M 晶振。P1.4P1.7 需接上拉電阻。圖12 發射器電原理圖3.4.3 紅外線接收及控制電路的設計1.紅外線的接收過程及接收器件的選擇當紅外線遙控器發出信號之后，我們就要對這些信號進行接收，對于紅外線接收，大家都知道，要接收外來的信號，一個重要的部分就是必須要有接收電路19或者接收器件，下面我們就對紅外線的接收器件或接收電路進行選擇。對于紅外線的接收過程是將紅外線作為載波的控制信號通過光學濾波器后，由紅外線光電管接收由于紅外接收器件接收的信號非常微弱，而光電二極管、三極管輸出的光電流很小，需要進一步放大才能實現遙控功能。這樣如果單獨制作放大電路的話就不方便，所以我們需要一種紅外線

51、接收管和放大電路集成在一起的元器件。所以我們選擇集成紅外線接收電路，更好的更簡便的實現對外部信號的接受和處理。一般的紅外接收頭主要由CX2016A，PC1373等集成電路外加阻容元件，紅外線接收管及濾波光片等組成，因而體積較大，在實際應用中不方便。因此本人需要一種比這些更適合的紅外線接收器件，而SFH506-38正好適合本人的設計要求。紅外遙控接收頭SFH506-38將紅外接收管，前置放大解調等電路集成在同一基片上，體積小（大小與一只中功率三極管相當） ，無外部元件。密封性好，靈敏度高，用小功率紅外發射管發射信號接收距離達35米，并且價格低廉，市場售價只有幾元錢。它僅有三條管腳，分別是電源正極

52、、電源負極以及信號輸出端，其工作電壓在5V左右接收角度為+-55度，接受距離為35米（最大） ，靜態電流0.5mA，接收頻率為38KHz,另有派為30，33，36，40，56KHz系列供選用.只要給它接上電源即是一個完整的紅外接收放大器，使用十分方便。它的主要功能包括放大,選頻,解調幾大部分,要求輸入信號需是已經被調制的信號。經過它的接收放大和解調會在輸出端直接輸出原始的信號。從而使電路達到最簡化，靈敏度和抗干擾性都非常好，可以說是一個接收紅外信號的理想裝置。其外型及管腳如圖13所示。 1、 GND2、 Vcc3、 OUT 受光面 受光面 1 2 3 1 2 3 圖13 SFH506-282.

53、控制燈光電路的設計在控制燈光電路的設計中，我的設計思路是這樣的，選擇由單片機的信號輸20出來驅動繼電器觸點的吸合和釋放，從而來控制燈的亮和滅。當繼電器觸點吸合后燈亮，這時則由調光程序發送脈沖經光電耦合器來驅動雙向可控硅，利用雙向可控硅的特性來調節燈光的亮度。下面我就介紹下在電路中各元器件的原理及選擇。繼電器的定義及其正確使用選擇繼電器是一種當輸入量（電、磁、聲、光、熱）達到一定值時，輸出量將發生跳躍式變化的自動控制器件。繼電器的繼電特性繼電器的輸入信號x從零連續增加達到銜鐵開始吸合時的動作值xx,繼電器的輸出信號立刻從y=0跳躍到y=ym,即常開觸點從斷到通。一旦觸點閉合，輸入量x繼續增大，輸

54、出信號y將不再起變化。當輸入量x從某一大于xx值下降到xf,繼電器開始釋放，常開觸點斷開。我們把繼電器的這種特性叫做繼電特性，也叫繼電器的輸入-輸出特性。 釋放值xf與動作值xx的比值叫做反饋系數，即 Kf= xf /xx 觸點上輸出的控制功率Pc與線圈吸收的最小功率P0之比叫做繼電器的控制系數，即Kc=PC/P0 常用交直流小型繼電器是遙控電路中應用最多的執行器件之一，它可采用直流電壓或交流電壓來驅動。直流繼電器按國家規定的標準系列有：6V、9V、12V、18V、24V和48V等。交流繼電器的驅動電壓標準系列為：6V、12V、24V、220V。使用時應根據電路中的工作電壓。繼電器通常有多組控

55、制觸電，每組觸點所能通過的額定電流都有一定的限制。使用時應根據負載的大小來選用，若單組觸點不能滿足控制電路的負載需求，可采用幾組觸點并聯分流的方法。觸點形式又分常開和常閉兩種，應當根據遙控電路的需求適當連接。繼電器通常采用晶體管開關電路來驅動，但也有利用集成電路的輸出直接來驅動的。不過這種驅動一般輸出功率較小，只能驅動小功率繼電器。采用晶體管驅動方式可驅動功率較大的繼電器，驅動晶體管應工作在開關工作狀態。這時應使晶體管的基極有足夠大的工作電流，保證開關電路在得到控制信號后能充分飽和，在沒有信號是充分截止。繼電器的工作電壓是繼電器最主要的一項參數。在使用繼電器時，應該首先考慮所在電路（即繼電器線

56、圈的所在電路）的工作電壓。繼電器的額定工作電壓應是繼電器額定工作電壓的0.86倍。注意所在電路的工作電壓千萬不能超過繼電器的額定工作電壓，否則繼電器的線圈容易燒毀。有些集成電路，電路輸出電流小，需要加一級晶體管放大電路可驅動繼電器，這就應考慮晶體管的輸出電流應大于繼電器的工作電流。21觸電負載是指觸點的承受能力。繼電器的觸點在轉換時可承受一定的電壓和電流。所以在使用繼電器時，應考慮加在觸點上的電壓和通過觸點的電流不能超過該繼電器的觸點負載能力。例如，有一繼電器的觸點負載為28V（DC）10A，表明該繼電器觸點只能工作在直流電壓為28V電路上，觸點電流為10A，超過28V或10A，會影響繼電器的

57、正常使用，甚至燒壞觸點。通過分析，我在電路中選擇的是JZX-2F中功率直流繼電器，額定功率為12V，消耗功率為3W，絕緣電阻為500歐姆，觸電形式為動合（常開）觸點，國內用字母H表示，國外用字母A表示。觸點負荷（阻性）DC為36V3A，AC為220V1A，壽命10萬次，重量為20g。負載電路電壓為220V，所以此繼電器完全可以在電路中使用。我使用的觸點形式為常開觸點。如圖14所示。圖14 繼電器的觸點方式光電耦合器的結構及其工作原理光電轉換的目的是將檢測的光信號轉換成電信號。由于光電耦合器結構獨特、性能優異，因此在許多領域獲得了廣泛應用，如遙控、測量、檢測等。光電耦合器是把發光器件和光電器件組

58、裝成一起構成的電光電變換器件。當光信號送入光電耦合器輸入端的發光器件時，發光器件就將電信號轉換成光信號，光信號經光接收器接收，并將其還原成為電信號。因為信號傳輸是通過光耦合的，所以稱為光電耦合器。光電耦合器本質上是一個光電轉換器，以光信號為媒介，所以光電偶合器的輸出端對輸入端無反饋作用，信號是只單向傳遞的。也就是說光電偶合器的輸出不會影響發光器。光電偶合器件具有體積小、壽命長、無觸點、線性傳輸、隔離和抗干擾強等優點，可以偶合從零的幾兆赫的信號。且失真很小，因而應用非常廣泛。光電耦合器件能很容易地把不同電位的兩組電路互連起來，從而圓滿并且很容易地完成電平匹配、電平轉移等功能。在計算機主體運算部與

59、輸入、輸出之間，用光電偶合器件作為接口部件，將會大大增強計算 OUT1 K OUT222機的可靠性。光電耦合器件的飽和壓降比較低，在作為開關器件使用時，有具有晶體管不可比擬的優點。此外，光電偶合器在穩壓電源中作為過電流自動保護器件使用時，使保護電路既簡單又可靠等。光電耦合器的導通與截止，是由發光二極管所加正向電壓控制的。當發光二極管加上正向電壓時，發光二極管有電流通過就發光，使光電三極管內阻減小而導通；反之，當發光二極管不加正向電壓或所加電壓比較小時，發光二極管中無電流或電流很小，不發光或發光強度很弱，光電三極管的內阻增大而截止。光電耦合器由發光器和受光器兩部分組成，密封在同一管殼內，如圖15

60、所示。發光源引出的管腳為輸入端，受光器引出的管腳為輸出端。光電耦合器的封裝有管形、雙列直插式和光導纖維連接等。發光源常用砷化鎵紅外發光二極管，受光器常用硅光電器。晶閘管的原理及特性由于在系統調光電路中采用雙向可控硅來調節燈光的亮度，下面就介紹一下可控硅的原理和特性。晶閘管也稱可控硅整流器（簡稱可控硅），它是一種大功率半導體器件，具有耐壓高、容量大、效率高、控制靈敏等優點。晶閘管既有單向導電的整流作用，又有可以控制可開關作用，具有弱電控制強電的特點。它在可控整流、可控開關、交直流電動機調速系統、調光、調壓、溫控與時控等方面獲得廣泛的應用。可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個PN結，