1、精選優質文檔-傾情為你奉上 課程設計基于單片機的紅外遙控系統設計學院：計算機與通信工程學院專業：通信工程班級：通信11-3班姓名：學號：摘要 本設計采用51單片機作為遙控發射接收芯片，HS003B作為紅外一體化接收發射管，在此基礎上設計了一個簡易的智能紅外遙控系統。系統包括接收和發射兩大部分，發射部分有16個按鍵，接收部分含有8盞彩色LED燈、一片二位數碼管和蜂鳴器系統。發射部分通過鍵盤掃描判斷哪個鍵被按下，經過單片機編碼程序進行編碼，控制紅外發射電路發送信號。接收部分解碼信號，實現相應的輸出。本設計方案結合紅外遙控設計簡單、作方便、成本低廉等特點。關鍵字： 紅外遙控 信號調制 編碼 解碼 目

2、錄專心-專注-專業 1.緒論 1.1課題目的和意義 隨著科技的發展，人們生活的節奏也越來越快，隨之人們對方便，快捷的要求也隨之不斷增高。遙控器的出現，在一定程度上滿足了人們這個要求。遙控器是由高產的發明家Robert Adler在五十年代發明的1。而紅外遙控是20世紀70年代才開始發展起來的一種遠程控制技術，其原理是利用紅外線來傳遞控制信號，實現對控制對象的遠距離控制，具體來講，就是有發射器發出紅外線指令信號，有接收器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程控制。紅外遙控具有獨立性、物理特性與可見光相似性、無穿透障礙物的能力及較強的隱蔽性等特點。隨著紅外遙控技術的開發和迅速

3、發展，很多電器采用該項技術，使人們的生活更加便捷。本小組通過紅外遙控技術來控制多盞彩燈的亮滅情況，實現各種花型以及數碼管的數值顯示。通過本課題的設計，更好的理解紅外線的編碼解碼方式及其紅外遙控系統的其他工作原理。1.2紅外線簡介紅外線又稱紅外光波，在電磁波譜中，光波的波長范圍為0.01um1000um。根據波長的不同可分為可見光和不可見光，波長為0.38um0.76um的光波可為可見光，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色。光波為0.01um0.38um的光波為紫外光(線)，波長為0.76um1000um的光波為紅外光(線)。紅外光按波長范圍分為近紅外、中紅外、遠紅外、極紅外4類。紅外線遙

4、控是利用近紅外光傳送遙控指令的，波長為0.76um1.5um。用近紅外作為遙控光源，是因為目前紅外發射器件(紅外發光管)與紅外接收器件(光敏二極管、三極管及光電池)的發光與受光峰值波長一般為0.8um0.94um，在近紅外光波段內，二者的光譜正好重合，能夠很好地匹配，可以獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。1.3紅外遙控系統簡介紅外遙控系統主要由遙控發射器、一體化接收頭、單片機、接口電路組成，遙控器用來產生遙控編碼脈沖，驅動紅外發射管輸出紅外遙控信號，遙控接收頭完成對遙控信號的放大、檢波、整形、解調出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是一組串行二進制碼，對于一般的紅外遙控系統，此串行碼輸入到微控制器，由

5、其內部CPU完成對遙控指令解碼，并執行相應的遙控功能。使用遙控器作為控制系統的輸入，需要解決如下幾個關鍵問題：如何接收紅外遙控信號；如何識別紅外遙控信號以及解碼軟件的設計、控制程序的設計。紅外遙控是單工的紅外通信方式，整個通信中，需要一個發射端和一個接收端。發送端采用單片機將待發送的二進制信號編碼調制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發射管發射紅外信號。紅外接收端普遍采用價格便宜，性能可靠的一體化紅外接收頭接收紅外信號，它同時對信號進行放大、檢波、整形，得到TTL。 2 課題方案和設計思路2.1總體方案 紅外遙控系統一般由紅外發射裝置和紅外接收設備兩大部分組成，圖2為所示為結構框圖。 VCCINT

6、OAT89C51GND +5V紅外接收器（一體化接收器） Vcc紅外發射電路（遙控鍵盤） OUT 圖2-1 系統結構框圖紅外發射裝置又由鍵盤電路、紅外編碼芯片、電源和紅外發射電路組成。紅外接收設備可由紅外接收電路、紅外解碼芯片、電源和應用電路組成。2.2紅外發射器設計2.2.1紅外發射器原理由于指令數據時間周期較長，信號頻率很低，直接發射傳送效率和距離受限，抗干擾性差，因此，必須采用二次調制方式，將指令數據通過載波信號進行調制，形成較高頻率的復合信號，在通過紅外發射二極管產生紅外線發射出去。鍵盤 編碼調制紅外發射38KHz載波發生器 圖2-2 紅外遙控發射原理框圖2.2.2紅外編碼紅外編碼有很

7、多種方式，本課題采用脈沖寬度調制方案，這種遙控碼具有以下特征： 以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”。 波形如下圖。位“0” 位“1”0.56ms 0.56ms1.125ms 2.25ms圖2-3 位“0”和位“1”波形圖 在此介紹較普遍使用的NEG標準。其數據格式包括引導碼、用戶碼、數據碼和數據反碼，編碼共占32位。數據反碼是數據碼反相后的編碼，編碼用于對數據的糾錯。 9ms 4.5ms C0-C7 C0-C7 D0-D7 D0-D7 起始引導碼 用戶碼

8、用戶碼 數據碼 數據碼 8bit 8bit 8bit 8bit 13.5ms 18-36ms 27ms 58.5-76.5ms 圖2-4 數據格式2.3紅外接收端設計 接收端主要包括紅外接收模塊和解調單片機。其中，紅外線接收模塊包括光電轉換放大器和解調電路。當紅外線發射信號進入模塊后，在其輸出端得到原先的數字控制編碼，再經過單片機解碼程序進行解碼，便知按下那個鍵，實現相應輸出。P0.0連接蜂鳴器系統，每成功接收到信號，蜂鳴器發出一聲響聲。P1口連接8盞彩燈，接收數據不同彩燈的花色不同，P2口、P3.0和P3.1連接一片二位數管，數碼管顯示從01到16的數值，分別對應發射部分的16個按鍵。紅外接

9、收端數碼管顯示 AT89C51蜂鳴器系統8盞LED彩燈+5V電源 圖2-5 接收部分原理框圖 3硬件結構設計與介紹3.1 AT89C51系列單片機功能特點3.1.1 主要特性·與MCS-51 兼容 ·4K字節可編程閃爍存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環·數據保留時間：10年·全靜態工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數器·5個中斷源 ·可編程串行通道 ·低功耗的閑置和掉電模式·片內振蕩器和時鐘電

10、路 3.1.2 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳寫“1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FLASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部電位必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，電位被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P

11、1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳電位被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉的優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電

12、流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 (外部中斷0)P3.3 (外部中斷1)P3.4 T0(記時器0外部輸入)P3.5 T1(記時器1外部輸入)P3.6 (外部數據存儲器寫選通)P3.7 (外部數據存儲器讀選通)P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。：當訪問外部存儲器時，地址鎖

13、存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。 ：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的信號將不出現。：當保持低電平

14、時，訪問外部ROM；注意加密方式1時，將內部鎖定為RESET；當端保持高電平時，訪問內部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出3.1.3基本電路在XTAL1和XTAL2之間接一只石英振蕩晶體構成了單片機的時鐘電。AT89C51復位引腳RST/VP通過片內一個施密特觸發器(抑制噪聲作用)與片內復位電路相連，施密特觸發器的輸出在每一個機器周期由復位電路采樣一次。當振蕩電路工作，并且在RST引腳上加一個至少保持2個機器周期的高電平時，就能使AT89C51完成一次復位。復位不影

15、響RAM的內容。復位后，PC指向0000H單元，使單片機從起始地址0000H單元開始重新執行程序。所以，當單片機運行出錯或進入死循環時，可按復位鍵重新啟動。MCS-51單片機通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種復位方式。上電復位利用電容器充電來實現。按鈕復位又分為按鈕電平復位和按鈕脈沖復位。前者將復位端通過電阻與Vcc相接；后者利用RC微分電路產生正脈沖來達到復位目的。復位電路參數的選擇應能保證復位高電平持續時間大于2個機器周期。 圖3-1 AT89C51基本電路3.2 紅外發射電路本遙控發射器采用脈沖寬度調制紅外遙控方式，脈沖寬度調制紅外遙控就是指令信號產生電路以不同的脈沖編碼代表不同的控制指

16、令。在確定選擇AT89C51作為本設計發射電路核心芯片和點觸式開關作為控制鍵后，加上一個簡單紅外發射電路和12M晶體震蕩器便可實現紅外發射。發射部分的主要元件為紅外發光二極管。它實際上是一只特殊的發光二極管，由于其內部材料不同于普通發光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它發出的便是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發光二極管發出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通5發光二極管相同，只是顏色不同6。遙控發射通過鍵盤，每按下一個鍵，即產生具有不同的編碼數字脈沖，這種代碼指令信號調制在38KHz的載波上，激勵紅外光二極管產生不同的脈沖，通過空間的傳送到受控機的遙控接收器。P1口作為按鍵部分

17、，P3.6口作為發射部分。獨立式鍵盤可工作在查詢方式下，通過I/O口讀入鍵狀態，當有鍵被按下時I/O口變為低電平，而未被按下的鍵對應為高電平，這樣通過讀電平狀態可判斷是否有鍵按下和哪個鍵被按下。 圖3-2 紅外發射端電路 3.3紅外接收電路設計3.3.1 紅外接收模塊HS003B是一種常見的紅外接收模塊。紅外接收模塊內部含有高頻的濾波電路，專門用來濾除紅外合成信號的載波信號（38KHz），并送出接收到的信號。模塊有3個引腳；引腳1（GND）為接地端；引腳2（VCC）為為電源正極；引腳3（OUT）為數字信號輸出端。 1 2 3 圖3-3 HS003B紅外接收模塊3.3.2數碼管 表3-1 七段L

18、ED字形碼顯示字符共陽極字符碼共陰極字符碼03FHC0H106HF9H25BHA4H34FHB0H466H99H56DH92H67DH82H707HF8H87FH80H96FH90H 圖3-4 二位數碼管顯示器設計中用到型號為7SEG-MAX2-CA-BLUE的二位共陽極數碼管顯示器。它的左下側的ABCDEFG DP是LED數碼管顯示器的I/O口，是段選信號，右下側的12是它的位選信號，就是從左到右分別是第一位到第二位，段選信號與位選信號分別接到單片機的不同輸出口，例如段選信號可以接到P2口，位選信號可以接到P3.0口和P3.1口，共陽極的字形顯示代碼為:unsigned char=0xc0,

19、 0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,P3.0輸出為0，P3.1輸出為1時，選中第二位，段選信號就執行從0到9的顯示，P3.0輸出為1，P3.1輸出為0時，選中第一位，段選信號就執行從0到9的顯示。3.3.3 彩燈系統P1口連接8盞彩燈，P1.0和P1.4連接的是LED-RED，P1.1和P1.5連接的是LED-YELLOW，P1.2和P1.6連接的是LED-GREEN，P1.3和P1.7連接的是LED-BLUE。根據接收到的信號顯示不同的花型。 圖3-5 彩燈系統連接圖3.3.4蜂鳴器系統 P0.0連接蜂鳴器系統，每成功接收到信號，蜂鳴器

20、發出一聲響聲。 圖3-6 蜂鳴器系統連接圖3.3.5紅外接收端電路圖 圖3-7 紅外接收端電路圖 4 軟件設計4.1 定時/計數器功能簡介AT89C51單片機內部設有兩個16位可編程的定時/計數器，簡稱定時器0和定時器1，分別用T0和T1表示。其功能同一般定時計數器，主要作用是：第一，作為一段特定時間長短的定時；第二，可以計算由T1或T0引腳輸入的脈沖數，前者在應用上可以產生正確的時間延遲及定時去執行中斷服務程序，而后者則是計數器或者計頻器的設計。這兩個定時器本身有四種工作模式可供使用，如表2所示。表4-1 四種工作模式M1 MO工作方式功能說明0 0模式013位計數器 0 1模式116位計數

21、器1 0模式28位自動重裝計數器1 1模式3定時器0：分成兩個8位計數器定時器1：停止計數4.2 遙控碼的發射當某個操作按鍵按下時，單片機先讀出鍵值，然后根據鍵值設定遙控碼的脈沖個數，再調制成38kHz方波由紅外線發光管發射出去13。通常，紅外遙控是將遙控信號（二進制脈沖碼）調制在38KHz的載波上，經緩沖放大后送至紅外發光二極管，轉化為紅外信號發射出去的。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對頻率為38KHz（周期為26us）的載波信號進行脈幅調制（PAM），再經緩沖放大后送到紅外發光管，將遙控信號發射出去。紅外信號發射過程:首先發射9ms高電平和4.5ms低電平的引導碼，

22、再發送16位地址碼的前8位，16位地址碼的后8位，8位按鍵數據和8位按鍵數據反碼。在實踐中,采用紅外線遙控方式時,由于受遙控距離,角度等影響,使用效果不是很好,如采用調頻或調幅發射接收碼,可提高遙控距離,并且沒有角度影響。 發射控制程序由主程序和鍵掃描程序、編碼發送程序組成，在主程序中，采用鍵掃描子程序完成各個按鍵的功能，遙控發射主程序的流程圖開始系統初始化（發送標志清零按鍵信息置位）檢測并獲取按鍵值發送按鍵發送9ms起始碼發送4.5ms結束碼發送16位地址的前8位發送16位地址的后8位發送8位按鍵數據發送8位按鍵數據反碼(a)紅外發射主程序流程圖 （b）紅外數據發送子程序流程圖 圖4-1紅外

23、發射端程序流程圖 4.3 紅外接收 紅外遙控解碼程序主要工作為等待紅外線信號出現，并跳過引導信號，搜集連續32位的編碼數據，并存入內存的連續空間。其位信號判別的原則是：以判斷各個位的波寬信號來決定高低信號（0或1）。位解碼原理如下：1） 解碼為0：高電平寬度0.56ms+低電平寬度0.56ms。2） 解碼為1：高電平寬度0.56ms+低電平寬度1.68ms。編碼數據讀取后，經過單片機將編碼數據與鍵盤代碼進行比對，即可解調出具體的按鍵值，便可知按下哪個鍵，而做出相應的控制處理，完成紅外遙控的動作。 初始化（開中斷，顯示初始化）開始接收到按鍵信息實現相應控制輸出中斷開始接收到引導碼開始接收數據數據

24、碼和數據反碼是否相反成功接收，保存數據中斷返回YYNNY（a） 紅外接收主程序流程圖 （b）紅外接收中斷子程序流程圖 圖4-2 紅外接收端程序流程圖 5.課程設計總結和心得這次課程設計耗用了2個星期的心血，從一開始的確定課題，到后來的資料查找、理論學習，再有就是調試和測試過程，這一切都使我的理論知識和動手能力進一步提高。通過本次紅外系統的設計,我大有收獲。從得到題目到查找資料，從proteus仿真的調試到失敗后再一次全部重新開始在這一個充滿挑戰伴隨挫折，充滿熱情伴隨打擊的過程中，我感觸頗深，它已不僅是一個對我三學習知識情況和我的應用動手能力的檢驗，而且還是對我的鉆研精神，面對困難的心態，做事的

25、毅力和耐心的考驗。我在這個過程中深刻的感受到了做課程設計的意義所在。這個課題的根本技術就是單片機控制技術，加部分外圍電路來實現一些復雜的功能。可以根據要求改變軟件來實現功能的更新和擴展。本課題的重點、難點是：（1） 考慮電路實現原理以及與單片機的接口；（2） 紅外發送與接收技術； 通過完成本課題，我了解并掌握了紅外遙控技術的基本理論知識，更深入的掌握單片機在實際電路中的開發和應用。為以后從事單片機軟硬件產品的設計開發打下了一定的基礎，培養了從事產品研發的信心。 參考文獻1單片機原理與應用及C51程序設計，夏維成 楊加國 編著，清華大學出版社。2 C語言程序設計（第三版），譚浩強 編著，清華大學

26、出版社。3 單片機系統設計與仿真基于Proteus，肖婧 編著， 北京航空航天大學出版社。4 DIY玩轉51單片機， 王守中 編著，電子工業出版社。 5 單片機側控技術應用實例解析， 許江淳 陳顯寧 陳焰 付麗霞 編著，中國電力出版社。6 單片機接口模塊應用與開發實例詳解， 薛小玲 劉志群 賈俊榮 編著， 北 京航空航天大學出版社。附錄附錄1 Proteus仿真圖附錄2 發射程序 #include <REG51.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #def

27、ine SBM 0x80 #define m9 (65536-9000) #define m4_5 (65536-4500) #define m1_6 (65536-1630) #define m_65 (65536-580) #define m_56 (65536-560) #define m40 (65536-40000) #define m56 (65536-56000) #define m2_25 (65536-2250) sbit IR = P36; sbit LED = P37; uchar KEY(void);void SanZhuan(void);void ZZ(uchar x

28、);void Z0(uchar temp);void TT0(bit BT,uint x);void YS(uchar time);void main(void) TMOD = 0x01; IR=1; while(1) SanZhuan();uchar KEY(void)uchar H,L; H=0; L=0; P1 = 0xf0; if(P1!= 0xf0) YS(10); if(P1!=0xf0) H = P1&0xf0; P1 = 0x0f; L = P1&0x0f; return (H+L); return 0;void SanZhuan(void) uchar v;

29、v = KEY(); switch(v) case 0x77:ZZ(0x01);v=0;break; case 0xb7:ZZ(0x02);v=0;break; case 0xd7:ZZ(0x03);v=0;break; case 0xe7:ZZ(0x04);v=0;break; case 0x7b:ZZ(0x05);v=0;break; case 0xbb:ZZ(0x06);v=0;break; case 0xdb:ZZ(0x07);v=0;break; case 0xeb:ZZ(0x08);v=0;break; case 0x7d:ZZ(0x09);v=0;break; case 0xbd

30、:ZZ(0x10);v=0;break; case 0xdd:ZZ(0x11);v=0;break; case 0xed:ZZ(0x12);v=0;break; case 0x7e:ZZ(0x13);v=0;break; case 0xbe:ZZ(0x14);v=0;break; case 0xde:ZZ(0x15);v=0;break; case 0xee:ZZ(0x16);v=0;break; default:v=0; void ZZ(uchar x) TT0(1,m9); TT0(0,m4_5); Z0(SBM); Z0(SBM); Z0(x); Z0(x); TT0(1,m_65);

31、TT0(0,m40); while(KEY() TT0(1,m9); TT0(0,m2_25); TT0( 1,m_56); TT0(0,m40); TT0(0,m56); LED = !LED; LED = 1; void Z0(uchar temp) uchar v; for (v=0;v<8;v+) TT0(1,m_65); if(temp&0x01) TT0(0,m1_6); else TT0(0,m_56); temp >>= 1; void TT0(bit BT,uint x) TH0 = x>>8; TL0 = x; TF0=0; TR0=1

32、; if(BT = 0) while(!TF0); else while(1) IR = 0; if(TF0)break; if(TF0)break; IR = 1; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; TR0=0; TF0=0; IR =1; void YS(uchar time) uchar i,j; for(i=0; i<time; i+)

33、for(j=0; j<247; j+)_nop_();附錄3 接收程序#include<reg51.h>sbit IRIN=P32;sbit SPK=P00;sbit RELAY=P27;sbit P3_0=P30;sbit P3_1=P31;unsigned char IRDATA7;unsigned char tab= 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90;unsigned char X1,X2;void IRZ();void XSQ();void main() EA=1; EX0=1; IT0=1; P1=0xff; P2=0xc0; P3_0=0; P3_1=0; SPK=1; IRIN=1; IRZ();XSQ();void delay(unsigned char x) unsigned char i; while(x-)for(i=0;i<10;