1、學士學位畢業設計（論文）基于單片機紅外遙控智能家居的設計學生姓名：學生姓名：李建強學學 號：號：20084074214指導教師：指導教師：富爽所在學院：所在學院：信息技術學院專專 業：業：通信工程中國大慶2012 年 5 月黑龍江八一農墾大學黑龍江八一農墾大學本科畢業設計（論文）任務書本科畢業設計（論文）任務書學生姓名李建強所在班級通 2008 級(2)導師姓名富爽導師職稱講師 論文題目基于單片機紅外遙控智能家居的設計題目分類1應用與非應用類：工程科研教學建設理論分析模擬2軟件與軟硬結合類：軟件硬件軟硬結合非軟硬件（1、2 類中必須各選一項適合自己題目的類型在內打）主要研究內容及指標： 本課題

2、是通過紅外解碼進行短距離的通信，通過對紅外信號進行編碼和解碼，在不改變原有的電器結構和位置的情況下，運用紅外遙控技術控制所有帶紅外接收頭的家電并通過單片機控制常用的家居（如洗衣機正反轉，熱水器開關，窗簾開閉） 。此次設計是對智能家居系統的模擬測試，主要實現通過紅外遙控技術控制繼電器的開關，電機的正反轉，燈的亮滅等。主要參考文獻：1 李朝青.單片機原理及接口技術.北京航空航天大學出版社.20012 蔡艷玲.基于 EBOX 和 AT89C52 智能家居紅外遙控系統的設計.廈門海洋職業技術學院.3 譚浩強.C 程序設計.清華大學出版社.20054 李華，李東.MCS51/98 系列單片機原理與應用.

3、機械工業出版社.1997.5 曾興雯,劉乃安,孫獻璞.擴展頻譜通信及其多址技術M.西安電子科技大出版社.2004階段規劃：1、2011 年 12 月 22 日至 2011 年 1 月 12 日 資料收集和整理2、2012 年 3 月 2 日至 3 月 25 日 熟悉紅外解碼的工作原理及程序的編寫3、2012 年 3 月 26 日至 4 月 20 日 硬件的搭建、綜合調試4、2012 年 4 月 21 日至 5 月 12 日 系統改進、論文初稿5、2012 年 5 月 13 日至 5 月 20 日 論文打印，準備答辯開題時間2011.12.15完成論文時間2012.5.20專家審定意見：系主任簽

4、字：年 月 日注：1任務書由指導教師填寫后交給學生，要求學生妥善保存。2此任務書夾于論文扉頁與論文一并裝訂，作為論文評分依據之。摘要I摘要隨著計算機技術和通信技術的飛速發展，人類的生活水平有著日新月異的變化， “以人為本、舒適、便利、智能化”已成為家居系統的重要設計理念。家居智能化控制系統力求創造安全、舒適的生活環境，成為目前設計開發的重中之重。本文通過紅外遙控技術和單片機的相互結合進行家具智能化的設計，通過單片機對紅外信號進行解碼和信號處理1，在不改變原有的電器結構和位置的情況下，運用紅外遙控技術控制所有帶紅外接收頭的家電并通過單片機控制常用的家居（如洗衣機正反轉，熱水器開關，窗簾開閉） 。

5、本方案主要解決信號接收和控制，在信號的處理接收之后對不同信號的程序處理，通過軟件編程實現對常用家具進行控制和應用。關鍵詞：關鍵詞：紅外技術 單片機 智能家居ABSTRACTIIABSTRACTWith the rapid development of computer technology and communication technology, rapid changes in the level of human life, humanist, comfortable , convenient, and the intelligence has become a important de

6、sign concept of home system . The intelligent home control system tries to create safe and comfortable living environment, it has become a top priority of the design and development . This article through combining the infrared remote control technology and MCU to design intelligent furniture. There

7、 we decode the infrared signals through the microcontroller and signal processing,then we use infrared remote control technology control all the home appliance with infrared sensor and through the single-chip microcomputer control commonly used home(Such as washing machines reversing, water heater s

8、witch, open and close the curtains) in the case of not changing the electrical structure and location. The scheme is mainly to solve the signal receiving and control, in signal processing after receiving of different signal procedures, through software programming realize to control and application

9、the common furniture.Keywords: Infrared technology microcomputer intelligent household目錄III目錄摘要.IABSTRACT.II前言.IV1 緒論.11.1 設計背景、意義 .11.2 紅外通訊 .11.3 智能家居的發展趨勢與特點 .12 系統總體的設計.32.1 設計理論分析 .32.2 方案的比較及確定 .52.3 總體方案的設計 .62.4 本章小結 .83 硬件電路設計與實現.93.1 單片機總控制電路的介紹 .93.2 紅外發射與接收裝置 .153.3 液晶顯示電路 .163.4 步進電機和繼電

10、器 .193.5 串口通信模塊 .233.6 本章小結 .244 系統軟件設計及實現.254.1 紅外遙控發射編碼部分 .254.2 紅外遙控接收解碼部分 .254.3 顯示電路程序的編寫 .254.4 軟件系統總體功能框圖 .254.5 本章小結 .265 系統調試與誤差分析.275.1 單片機的編譯環境 .275.2 紅外遙控智能家居系統電路調試 .275.3 本章小結 .27結論.28參考文獻.29致謝.30附錄.31前言IV前言智能家居系統是指利用通信技術、控制技術、綜合布線技術，將與家居生活有關的各種子系統有機地結合在一起 ,通過統籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相

11、比，智能家居不僅具有傳統的居住功能,提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來的被動靜止結構轉變為具有能動智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優化人們的生活方式 ,幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性、舒適性，甚至合理控制各種能源的使用。出門在外，您可以通過電話、電腦來遠程遙控您的家居各智能系統，例如在回家的路上或下班前提前打開家中的空調和熱水器；到家開門時，借助門磁或紅外傳感器，系統會自動打開過道燈，同時打開電子門鎖，安防撤防，開啟家中的照明燈具和窗簾迎接您的歸來；回到家里，使用遙控器您可以方便地控制房間內各種電器設備，可以通過智能化照明系統選

12、擇預設的燈光場景，讀書時營造書房舒適的安靜；臥室里營造浪漫的燈光氛圍 這一切，您都可以在家里從容操作，一個控制器可以遙控家里的一切，比如拉窗簾，調整窗簾、燈光、音響的狀態，給浴池放水并自動加熱調節水溫；在公司上班時，家里的情況還可以顯示在辦公室的電腦或手機上，隨時查看；門口機具有拍照功能，家中無人時若有來訪者，系統會拍下照片供您回來查看，室內安裝有網絡視頻攝像頭，可以在互聯網上查看室內的情景并進行控制。隨著人們生活水平的提高和電子技術的發展，家居智能化已經開始走進了我們日常的生活。人們已經不滿足于按鍵式的手動開關來控制燈具，從而開發出了智能化水平更高的專業照明控制的遙控系統，其成本低，質量高，

13、應用靈活方便。而由于具有體積小、功耗低、功能強、成本低的特點，紅外線遙控已經是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）11 緒論1.1 設計背景、意義隨著互聯網技術和信息通訊技術的飛速發展，信息化、智能化的浪潮正在席卷世界的每一個角落，數字化家園進入豪宅，它正全方位地改變著全社會。人們對家的需求已不僅僅局限于生活的舒適和安全，把網絡通訊、信息處理與空氣環境和家庭電器控制融入到一起簡單操作與享受，乃是人們現在的渴望與追求。智能化的家居控制系統在發達國家起步比較早，始于 20 世紀 80 年代，裝備有各種通信、家電、安保等設施，通過總線技術應用計算機和信息技術，實現監

14、視、控制和管理的功能2。但直到現在也沒有完備的智能家居系統，鑒于此，本設計主要模擬智能家居的控制系統，通過運用紅外通信技術進行對家具的控制，以提高對智能家居的認識和對紅外線的應用。1.2 紅外通訊紅外通訊，顧名思義，就是通過紅外線傳輸數據。在電腦技術發展早期，數據都是通過線纜傳輸的，線纜傳輸連線麻煩，需要特制接口，頗為不便。于是后來就有了紅外、藍牙、等無線數據傳輸技術。紅外通訊技術利用紅外線來傳遞數據，是無線通訊技術的一種。紅外線的特征：紅外傳輸是一種點對點的傳輸方式，無線，不能離的太遠，要對準方向，且中間不能有障礙，由于紅外線的直射特性，紅外通訊技術不太適合傳輸障礙比較多的地方。因此，紅外通

15、訊技術多數情況下傳輸距離短、傳輸速率不高13。1.3 智能家居的發展趨勢與特點完整的智能家居既不是單一的燈光、窗簾控制，也不是可視對講與家庭安防的簡單集成，而是將電器控制（包括燈光、窗簾的控制） 、安全防范（包括可視對講、家庭安防） 、家庭娛樂（包括背景音樂、家庭影院等視聽信號控制） 、信息通訊等多種功能有機地整合在一起，使智能家居真正成為家庭的控制中心、安全中心、娛樂中心和信息中心，這一點已經成為業界資深人士的共識。但是，目前尚沒有任何一種品牌的智能家居系統能夠獨立地完成上述全部功能，例如美系產品雖擁有強大的視聽信號控制功能，但電器控制功能較弱；歐系產品的電器控制功能較強，但缺少視頻信號的傳

16、輸、控制功能；韓系產品雖具有比較完善的家庭安防功能，但視聽信號控制功能和電器控制功能都比較弱。因此，在筆者實地考察過的幾個近年建設的智能家居項目中，智能家居系黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）2統采用的都不是單一品牌的智能家居產品，而是根據功能需求將幾種品牌不同、功能互補的智能家居產品集成到一起，整合成一個功能更加完善強大的智能家居系統，如 ABB 與 AMX、快思聰，霍尼韋爾與施耐德等品牌的結合，這已經成為當前智能家居系統應用的發展趨勢之一；智能家居系統應用的第二個發展趨勢，就是圖形化綜合人機操作界面正在逐步從專用的觸摸屏向數字網絡電視、iPone、iPad 等通用設備的方向發展，專用觸摸屏

17、逐漸只用于做圖形化綜合控制開關使用。但是，無論是將幾種品牌不同、功能互補的智能家居產品集成到一起，還是應用數字網絡電視、iPone、iPad 等通用設備做圖形化人機綜合操作界面，都需要施工方具有很強的專業能力和系統集成能力，因此如果沒有高水平的智能家居系統集成商，就不可能建成高質量的智能家居項目。高質量的智能家居項目必須要由高水平的智能家居集成商來實施，這是智能家居系統應用的第三個發展趨勢3。黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）32 系統總體的設計對紅外遙控進行系統設計，必須先了解一些有關的原理和標準，如：紅外通信基本原理，紅外數據協會標準，紅外線遙控原理等；還要對設計的有一個比較清楚的方案。本

18、設計基于 STC89C52 單片機，實現紅外解碼及數據存儲，通過查找資料確定各個模塊的功能及實現方法，先在軟件上進行調試，再根據硬件修改調試軟件，最后將各個模塊合理組合在一起，達到預計的功能與目標4。2.1 設計理論分析2.1.1 紅外通訊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，實現對控制對象的近距離控制。具體來講，就是由發射器發出紅外線指令信號，由接收器接收并對信號進行處理并識別，再通過相應的控制芯片，最后根據接收到的不同信號實現對控制對象的各種功能的遠距離控制。紅外遙控是單工的紅外通信方式，本設計的紅外遙控采用以通信方式為基礎的紅外遙控，而且本設計也使用了紅外通信技術，故

19、著重分析紅外通信的基本原理5。紅外通信是利用紅外技術實現兩點間的近距離保密通信和信息轉發。它一般由紅外發射和接收系統兩部分組成。發射系統對一個紅外輻射源進行調制后發射紅外信號，而接收系統用光學裝置和紅外探測器進行接收，就構成紅外通信系統。紅外線是波長在 750nm 至 1mm 之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見光，是一種人的眼睛看不到的光線。紅外通信一般采用紅外波段內的近紅外線，波長在 0.75um 至 25um 之間。紅外數據協會（IrDA）成立后，為了保證不同廠商的紅外產品能夠獲得最佳的通信效果，紅外通信協議將紅外數據通信所采用的光波波長的范圍限定在 850 至 900nm 之內6。

20、紅外通信的基本原理是發送端將基帶二進制信號調制為一系列的脈沖串信號（載波信號） ，通過紅外發射管發射紅外信號。常用的有通過脈沖寬度來實現信號調制的脈寬調制（PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現信號調制的脈時調制（PPM）兩種方法。脈時調制（PPM）是紅外數據協會(IrDA)和國際電子電工委員會(IEEE)都推薦的調制方式，本設計采用脈時調制方法，即用兩個脈沖串之間的時間間隔來表示二進制信息，數據比特的傳送仿照不帶奇偶校驗的RS232 通信，首先產生一個同步頭，然后接著 8 位數據比特7。如圖 1 所示。黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）4圖 1 PPM 調制波形圖載波信號的頻率 =38kH

21、z，載波周期 T=26.32us，本設計使用單片機軟件產生載波，取 T=26us，脈沖寬度 t1=10T=260us，二進制數 0 的脈沖串周期t2=500us，二進制數 1 的脈沖串周期 t3=1000us。普通的紅外遙控采用面向指令的幀結構，數據幀由同步碼，地址碼和指令碼組成，指令碼長度多為 816 個比特，傳送多字節遙控協議時效率偏低，而增加指令碼的長度不利于接收器同步，為此本設計選用一種面向字節的幀結構，采用類似于異步串行通信的幀結構，每幀由一個起始位（二進制數 0） 、8 個數據位和 2 個停止位（二進制數 1）構成，如圖 2 所示。每幀傳送 1 個字節的數據，幀與幀間隔大于 2ms

22、，幀結構不含地址信息，尋址問題由高層協議解決8。圖 2 數據幀結構示意圖由于紅外光存在反射,在全雙工的方式下發送的信號也可能會被本身接收，因此，紅外通信應采用異步半雙工方式，即通信的某一方發送和接收交替進行。2.1.2 紅外通信標準1993 年，由 HP、COMPAQ、INTEL 等二十多家公司發起成立了紅外數據協會（Infrared Data Association,簡稱 IRDA） ，1993 年 6 月 28 日，來自 50 多家企業的 120 多位代表出席了紅外數據協會的首次會議，并就建立統一的紅外通訊標準問題達成了一致。IRDA1.0 簡稱為 SIR（Serial InfRared）

23、 ，它是基于 HP-SIR 開發出來的一黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）5種異步的、半雙工的紅外通訊方式。SIR 以系統的異步通訊收發器（UART）為依托，通過對串行數據脈沖的波形壓縮和對所接收的光信號電脈沖的波形擴展這一編碼解碼過程（3/16 EnDec）實現紅外數據傳輸。由于受到 UART 通訊速率的限制，SIR 的最高通訊速率只有 115.2kbps，也就是大家熟知的電腦串行端口的最高速率。IRDA 標準包括三個基本的規范和協議：物理層規范（Physical Layer Link Specification）鏈接建立協議（ink Access Protocol:IRLAP）鏈接管理協議

24、（Link Management Protocol:IRLMP） 。圖 3 IRBUS 紅外線通信協議層物理層規范制定了紅外通信硬件設計上的目標和要求，IRLAP 和 IRLMP 為兩個軟件層，負責對鏈接進行設置、管理和維護。在 IRLAP 和 IRLMP 基礎上，針對一些特定的紅外通信應用領域，IRDA 還陸續發布了一些更高級別的紅外協議，如 TINYTP、IROBEX、IRCOMM、IRLAN 和 IRBUS 等（見圖 3） 。2.2 方案的比較及確定本設計的重點在于遙控解碼，遙控解碼的方式有硬件解碼與軟件解碼。方案一：硬件解碼。硬件解碼：在接受遙控一邊連接一個專用解碼芯片，只要按鍵盤上的

25、鍵值，它就能直接把這個鍵值解碼出來并存儲，當你調用這個鍵值的時候只要從里面去讀取就行了，所以它的解碼率高，讀取顯示簡單，這是它的優點。可是該芯片價格昂貴，而且只能解碼對應的遙控器，兼容性差，成本昂貴，不適合用作市場量產。方案二：軟件解碼。軟件解碼：根據遙控器選擇的芯片不同，其遙控碼格式也不同。現在市場上主要有日本的 NEC 標準和飛利浦標準，通過軟件方式解碼時解碼的正確率就是一個很重要的指標了。因此我選用了 C52 單片機芯片，負責紅外解碼和顯示Future deviceApplicationHID deviceApplicationHome ApplianceApplication2nd s

26、tepFuture1st stepHID-IrBus LLCFuture device LLCHA LLCIrBus PHYIrBus MAC黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）6與控制。基于上述比較，我們選擇了方案二，采用 C 語言的軟件解碼方式。2.3 總體方案的設計2.3.1 總體設計根據設計任務要求，本設計的系統結構框圖如圖 4 圖 4 系統結構框圖2.3.2 主要模塊設計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。本系統的紅外發射部分是由遙控器提供發射信號。紅外接收裝置通常由一紅外接收頭、單片機、密碼存儲器組成的接收電路。如圖 5 所示。STC89C52紅外接收頭顯 示復

27、 位晶 振繼電器串口通信步進電機遙控器ULN2003紅外接收紅外發射串口通信步進電機繼電器單片機黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）7圖 5 紅外遙控智能家居的組成框圖為了節約成本，便于控制，該系統中使用的單片機為 STC89C52。接收模塊中的紅外接收部分是一種專用芯片 0038B。0038B 的管腳分布如圖 6 所示，2 腳、3 腳分別為地電源和地，1 腳是解調信號輸出，其電平與 TTL 兼容。0038B 系列特性如下：頻率范圍：32.75kHz、36.7kHz、38kHz、40kHz電源電壓范圍：4.7V5.3V工作電流：3mA最大遙控距離：8m工作溫度：-10+60圖 6 0038B 引

28、腳圖0038B 是黑色環氧聚光透鏡，濾除了可見光的干擾。內含紅外線 PIN 接收管、選頻放大器和解調器。當紅外線發射器發出的信號經空間傳送到 0038B 時，它內部的 PIN 紅外線接收管將紅外線轉換為電信號，該信號經選頻放大、解調后由 1 腳輸出與 TTL電平兼容的電信號，該信號可以直接送入微處理器進行處理。0038B 的輸出波形如圖 7 所示。當接收到頻帶內的紅外信號時，0038B 接收器會輸出低電平，否則輸出數據為高電平，從而“將時斷時續”的紅外信號解調成原來的連續方波信號。-低電平高電平5V0V已調制紅外信號 0038B 輸出信號圖 7 0038B 的輸出波形0038B 的優點是穩定性

29、好，抗干擾能力很強，外圍電路簡潔，成本低廉，適用于各種紅外遙控和紅外數據傳輸，是替代其它紅外接收放大器的理想元件。黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）8唯一的缺點是電源供電需 5V 左右，用兩節電池供電。該芯片內部集成了前置放大、限幅放大、帶通濾波、檢波、積分，及施密特比較器等單元電路，輸出端輸出標準的 TTL 電平信號。同時，0038B 環氧樹脂封裝提供一個特殊的紅外濾光器，可防止自然光的干擾，具有極好的抗自然光干擾的性能，可防止無用脈沖輸出。該系統的工作過程是：首先由發射模塊中的單片機在外部命令的控制下按一定的時間間隔連續產生 20 次同一數碼。然后該信號經過調制電路被調制到載波信號上，調制

30、信號經過放大后驅動紅外線發射二極管發射紅外線信號9。接收端的紅外接收裝置 0038B 對發射過來的紅外調制信號進行前置放大、限幅濾波、檢波等一系列過程后逐一解調出原數碼指令信號，再將解調出的信號與發射模塊中的原數碼指令信號相比較。如果是 15 次以上比較果是相同的，則認為接收成功，并用該數碼信號驅動繼電器工作、最后由繼電器控制智能家居的閉合和開啟。2.4 本章小結本章主要介紹了系統總體方案的設計，從方案的選定，系統模塊的設計到系統總體功能的實現做了簡要的介紹。并將紅外通信的原理做了較詳細的介紹。從而為系統硬件制作提供了理論上的保障。黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）93 硬件電路設計與實現該智

31、能家居采用 STC89C5 為核心，由遙控發射部分及主機接收部分組成。遙控發射部分主要由萬能遙控器組成。主機接收部分主要由 STC89C52 單片機、紅外接收頭、步進電機、繼電器、LCD 屏顯示及復位電路等組成。3.1 單片機總控制電路的介紹 圖 8 紅外遙控智能家居硬件結構圖3.1.1 單片機系統介紹本設計中，單片機系統是以 STC89C52 為核心。電路原理圖如下：14023933843753663573483393210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21U189C52P10P11P12P13P14P15P16P17P

32、20P21P22P23P24P25P26P27P00P01P02P03P04P05P06P07P30P31P32P33P34P35P36P37X1X2EARST1234567891011121314151617181920P61234567891011121314151617181920P5GNDVCC串串串串串S212Y1GND30pFC330pFC2X1X2VCC10KR316uFC1GNDRST串串串串串串串串EA圖 9 單片機系統電路原理圖紅外發射模塊串口模塊紅外接收模塊89C52單片機系統繼電器模塊顯示模塊步進電機模塊黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）103.1.1.1 STC89C

33、52 單片機簡介單片機是指集成在一個芯片上的微型計算機，也就是把組成微型計算機的各種功能部件，包括 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、基本輸入/輸出接口電路10。定時器/計數器等部件都制作在一塊芯片上，構成一個完整的微型計算機從而實現微型計算機的基本功能。單片機內部結構示意圖如圖 10 所示。圖 10 單片機內部結構STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器11。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統可編程Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下

34、標準功能： 8k 字節 Flash，512 字節 RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路，三個 16 位 定時器/計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM 內容被保存，振 蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35Mhz，6T/12T 可選。和 atmel 的相比，STC89C52RC 單片機具有

35、8K 字節程序存儲空間；512 字節數據存儲空間；內帶 4K 字節 EEPROM 存儲空間; 可直接使用串口下載12。STC89C52 的引腳圖如圖 11 所示： 黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）11圖 11 STC89C52 芯片引腳圖1.主電源及時鐘引腳 此類引腳包括電源引腳 Vcc、Vss、時鐘引腳 XTAL1、XTAL2。（1）Vcc（40 腳）：接+5V 電源，為單片機芯片提供電能。（2）Vss（20 腳）接地。（3）XTAL1（19 腳）在單片機內部，它是一個反向放大器的輸入端，該放大器構成了片內的振蕩器，可提供單片機的時鐘控制信號。（4）XTAL2（18 腳）在單片機內部，接至

36、上述振蕩器的反向輸出端。2.控制引腳此類引腳包括 RESET（即 RSR/VPD） 、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP，可以提供控制信號，有些具有復用功能。（1）RSR/ VPD（9 腳）：復位信號輸入端，高電平有效，當振蕩器運行時，在此加上兩個機器周期的高電平將使單片機復位（REST） 。復位后應使此引腳電平保持為不高于 0.5V 的低電平，以保證單片機正常工作。掉電期間，此引腳可接上備用電源（VPD） ，以保持內部 RAM 中的數據不丟失。當 Vcc 下降到低于規定值，而 VPD 在其規定的電壓范圍內（50.5V）時，VPD 就向內部 RAM 提供備用電源。（2）ALE/PROG（

37、30 腳）：ALE 為地址鎖存允許信號。當單片機訪問外部存儲器時， （地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存 16 位地址的低 8 位。即黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）12使不訪問外部存儲器，ALE 端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的1/6。但是每當訪問外部數據存儲器時，在兩個機器周期中 ALE 只出現一次，即丟失一個 ALE 脈沖。ALE 端可以驅動 8 個 LSTTL 負載。（3）PSEN（29 腳）：程序存儲器允許輸出控制端。此輸出為單片內訪問外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或取常數）期間，每個機器周期均 PSEN 兩次有效。但在此期間，每當訪問外部數

38、據存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不會出現。PSEN 同樣可以驅動 8 個 LSTTL 負載。（4）EA/VPP（31 腳）：EA 功能為內外程序存儲器選擇控制端。當 EA 端保持高電平時單片機訪問內部程序存儲器，但在 PC（程序計數器）值超過 0FFFH時將自動轉向執行外部程序存儲器內的程序。3.輸入/輸出引腳此類引腳包括 P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口。（1）P0(P0.0P0.7)是一個 8 位三態雙向 I/0 口，在不訪積壓外部存儲器，做通用 I/0 口使用，用于傳送 CPU 的輸入/輸出數據，當訪問外部存儲器時，此口為地址總路線低 8 位及數據總路線分時復用口，可帶

39、 8 個 LSTTL 負載。（2）P1（P1.0P2.7）是一個 8 位準雙向 I/O 口（作為輸入時，口鎖存器置 1） ，帶有內部上拉電阻，可帶 4 個 LSTTL 負載。（3）P2（P2.0P2.7）是一個 8 位準雙向 I/O 口，與地址總路線高 8 位復用，可驅動 4 個 LSTTL 負載。（4）P3（P3.0P3.7）是一個 8 位準雙向 I/O 口，每個口可獨立控制，內部帶上拉電阻。作為第一功能使用時就當作普通 I/O 口，與 P1 相似。作為第二功能使用時，各引腳的定義如表 1 所示。值得強調的是，P3 口的每一個引腳均可獨立定義為第一功能的輸入/輸出或第二功能。表 1 P3 口

40、各引腳第二功能定義標號引腳第二功能說明P3.010RXD串行輸入口P3.111TXD串行輸出口P3.212INT0外部中斷 0P3.313INT1外部中斷 1P3.414T0記時器 0 外部輸入P3.515T1記時器 1 外部輸入P3.616WR外部數據存儲器寫選通P3.717RD外部數據存儲器讀選通3.1.1.2 時鐘電路STC89C52 內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和TXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內部方式產生或外部方式黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）13產生。內部方式的時鐘電路如圖 12(a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時

41、元件，內部振蕩器就產生自激振蕩13。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯諧振回路。晶體振蕩頻率可以在 1.212MHz 之間選擇，電容值在 530pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調的作用。外部方式的時鐘電路如圖 12（b）所示，RXD 接地，TXD 接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz的方波信號。片內時鐘發生器把振蕩頻率兩分頻14，產生一個兩相時鐘 P1 和P2，供單片機使用。CGND12Y2XTAL1XTAL2 XTAL1XTAL2+5VGND12OCT1A關關關關關（a）內部方式時鐘電路 （b）外部方式時鐘電路圖 12 時鐘電路

42、3.1.1.3 復位及復位電路1.復位操作復位操作復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機從 0000H 單元開始執行程序。除了進入系統的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統處于死鎖狀態時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。除 PC 之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復位狀態如表 2所示。表 2 一些寄存器的復位狀態寄存器復位狀態寄存器復位狀態PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不

43、定IE0X000000BPCON0XXX0000B黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）14TMOD00H2.復位信號及其產生復位信號及其產生RST 引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，其有效時間應持續 24 個振蕩周期(即二個機器周期)以上。若使用頻率為 6MHz 的晶振，則復位信號持續時間應超過 4us 才能完成復位操作。產生復位信號的電路邏輯如圖 13 所示：圖 13 產生復位信號的電路邏輯圖整個復位電路包括芯片內、外兩部分。外部電路產生的復位信號(RST)送至施密特觸發器，再由片內復位電路在每個機器周期對施密特觸發器的輸出進行采樣，然后才得到內部復位操作所需要的信號。復位操作有上

44、電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的，其電路如圖14（a）所示。這佯，只要電源 Vcc 的上升時間不超過 1ms，就可以實現自動上電復位，即接通電源就成了系統的復位初始化。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經電阻與 Vcc 電源接通而實現的，其電路如圖 14（b）所示；而按鍵脈沖復位則是利用 RC 微分電路產生的正脈沖來實現的，其電路如圖 14（c）所示：S2VCC1KR322uFC1GNDRSTVCC1KR322uFC1GNDRSTS2VCC1KR316uFC1GNDRST200R1KR416uFC2RST/V

45、PD片內 RAM施密特觸發器復位電路VCCVSS黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）15（a）上電復位 （b）按鍵電平復位 （c）按鍵脈沖復位圖 14 復位電路上述電路圖中的電阻、電容參數適用于 6MHz 晶振，能保證復位信號高電平持續時間大于 2 個機器周期。本系統的復位電路采用圖 14（b）按鍵電平復位方式。STC89C52 具體介紹如下：主電源引腳（2 根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V 電源GND(Pin20)：接地線外接晶振引腳（2 根）XTAL1(Pin19)：片內振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內振蕩電路的輸出端控制引腳（4 根）RST/VPP(Pin9)：復位

46、引腳，引腳上出現 2 個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。可編程輸入/輸出引腳（32 根）STC89C52 單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、P1、P2、P3 口，每個口有 8 位（8 根引腳） ，共 32 根。P0 口（Pin39Pin32）：8 位雙向 I/O 口線，名稱為 P0.0P0.7P1 口（Pin1Pin8）：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為

47、P1.0P1.7 P2 口（Pin21Pin28）：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P2.0P2.7 P3 口（Pin10Pin17）：8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 P3.0P3.7STC89C52 主要功能如表 3 所示。表 3 STC89C52 主要功能主要功能特性兼容 MCS51 指令系統8K 可反復擦寫 Flash ROM32 個雙向 I/O 口256x8bit 內部 RAM3 個 16 位可編程定時/計數器中斷時鐘頻率 0-24MHz2 個串行中斷可編程 UART 串行通道2 個外部中斷源共 6 個中斷源2 個讀寫中斷口線3 級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功

48、能黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）163.2 紅外發射與接收裝置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。本系統的紅外發射部分是由遙控器提供發射信號。紅外接收裝置通常由一紅外接收頭組成的接收電路。紅外接收電路如下圖所示：123P3P32GNDVCC圖 15 紅外接收電路3.2.1 紅外接收信號的解碼 接收信號的解碼是根據紅外線接收器輸出脈沖幀的格式來進行解碼的，即用累加器 A 分別對符合條件的負跳變脈沖進行計數。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。在接收數據幀時，根據發射幀的格式將對第一位（起始）碼的碼寬進行驗證。若第一位低電平碼的

49、脈沖寬小于 2ms，將作為錯誤碼處理。當間隔位的高電平脈沖大于 3ms時，結束接收，然后根據累加器 A 中的脈沖個數，執行相應的操作。圖 16 為紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖15。圖 16 紅外接收遙控碼波形圖黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）173.3 液晶顯示電路顯示模塊電路如下圖所示：1KR1RPotP00P01P02P03P04P05P06P07VCCGNDVCCGNDP25P26P271234567891011121314151617181920P1P24圖 17 液晶顯示電路圖帶中文字庫的 12864 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含有

50、國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示 84 行 1616 點陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。1.基本特性（1）低電源電壓（VDD:3.0-5.5V）（2）顯示分辨率:12864 點 （3）內置漢字字庫，提供

51、 8192 個 1616 點陣漢字(簡繁體可選) （4）內置 128 個 168 點陣字符 （5）2MHZ 時鐘頻率 （6）顯示方式：STN、半透、正顯 （7）驅動方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）視角方向：6 點（9）背光方式：側部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/51/10 （10）通訊方式：串行、并口可選 （11）內置 DC-DC 轉換電路，無需外加負壓 （12）無需片選信號，簡化軟件設計（13）工作溫度: 0 - +55 ,存儲溫度: -20 - +602.接口說明黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）18表 4 12864 接口說明管腳號管腳名稱電平管腳功能描述

52、1VSS0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0-對比度（亮度）調整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示 DB7DB0 為顯示數據RS=“L”,表示 DB7DB0 為顯示指令數據5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,數據被讀到 DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0 的數據被寫到 IR 或 DR6E(SCLK)H/L使能信號7DB0H/L三態數據線8DB1H/L三態數據線9DB2H/L三態數據線10DB3H/L三態數據線11DB4H/L三態數據線12DB5H/L三態數據線13DB6H/L三態數據線14DB7H/L三態數據線15PSBH/LH：8 位或 4 位

53、并口方式，L：串口方式（見注釋 1）16NC-空腳17RESETH/L復位端，低電平有效（見注釋 2）18VOUT-LCD 驅動電壓輸出端19AVDD背光源正端（+5V） （見注釋 3）20KVSS背光源負端（見注釋 3）3.控制器接口信號說明：表 5 RS，R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式：RSR/W功能說明LLMPU 寫指令到指令暫存器（IR）LH讀出忙標志（BF）及地址記數器（AC）的狀態HLMPU 寫入數據到數據暫存器（DR）HHMPU 從數據暫存器（DR）中讀出數據黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）194.字符顯示:帶中文字庫的 128X64-0402B 每屏可顯示 4

54、行 8 列共 32 個 1616 點陣的漢字，每個顯示 RAM 可顯示 1 個中文字符或 2 個 168 點陣全高 ASCII 碼字符，即每屏最多可實現 32 個中文字符或 64 個 ASCII 碼字符的顯示。帶中文字庫的128X64-0402B 內部提供 1282 字節的字符顯示 RAM 緩沖區（DDRAM） 。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示 RAM 實現的。根據寫入內容的不同，可分別在液晶屏上顯示 CGROM（中文字庫） 、HCGROM（ASCII 碼字庫）及CGRAM（自定義字形）的內容。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：00000006H（其代碼分別是 0000、0002

55、、0004、0006 共 4 個）顯示自定義字型，02H7FH 顯示半寬 ASCII 碼字符，A1A0HF7FFH 顯示 8192 種 GB2312 中文字庫字形。字符顯示 RAM 在液晶模塊中的地址 80H9FH。字符顯示的 RAM 的地址與 32 個字符顯示區域有著一一對應的關系，其對應關系如下表所示。表 6 字符顯示的地址與區域的對應關系80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH3.4 步進電機和繼電器對窗簾開關的控制是采用步進電機 28B

56、YJ48 型四相八拍電機，由于單片機接口電流不夠大需要通過 ULN2003 放大再連接到相應的電機接口；而對于熱水器、照明指示燈則加入繼電器來完成。電路原理圖如下：黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）20in11in22in33in44in55in66in77gnd8com9out710out611out512out413out314out215out116U3ULN200312345P5VCC關關關關 關關關關VCC關關關關關關關P10P11P13P14P15P16K1K2D2關關關關關關D3關關關關關1KR41KR5GNDVCCVCCGND圖 18 步進電機和繼電器控制電路原理圖3.4.1

57、步進電機步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角” ，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的16。步進電機分三種：永磁式（PM） ，反應式（VR）和混合式（HB）永磁式步進一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為 7.5 度 或 15 度；反應式步進一般為

58、三相，可實現大轉矩輸出，步進角一般為 1.5 度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發達國家 80 年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為 1.8 度而五相步進角一般為 0.72 度。這種步進電機的應用最為廣泛。步進電機各相輪流接入整步電流后所產生的步距角叫做該步進電機的基本步距角。F 相步進電機有 F 個繞組，這 F 個繞組要均勻地鑲嵌在定子上，因此定子的磁極數必定是 F 的整數倍，因此，轉子轉一圈的步數應該是 F 的整數倍;也就是說：3 相步進電機轉一圈的步數是 3 的整數倍，4 相步進電機轉一圈的步數是 4 的整數倍，5 相步進電機轉一圈的

59、步數是 5 的整數倍；如果步進電機的基本步距角為 A ，轉一圈的步數是 M ，步進電機的相數是 F 則有黑龍江八一農墾大學畢業設計（論文）21下述關系：A=360/M 由于上述機械對稱原理，M 必然是相數 F 的整數倍,即：M=N*F 其中 N 是正整數。跟據以上分析可以看出，基本步距角是不能取任意值的。28BYJ-48 步進電機：圖 19 28BYJ-48 步進電機實物圖步進電機 28BYJ48 型四相八拍電機，電壓為 DC5VDC12V。當對步進電機施加一系列連續不斷的控制脈沖時，它可以連續不斷地轉動。每一個脈沖信號對應步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態改變一次，也就對應轉子轉過一定的角

60、度（一個步距角） 。當通電狀態的改變完成一個循環時，轉子轉過一個齒距。四相步進電機可以在不同的通電方式下運行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A.，雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-.） ，八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.）減速步進電機 28BYJ-48 的原理如下圖：圖 20 減速步進電機 28BYJ-48 的原理圖中間部分是轉子，由一個永磁體組成，邊上的是定子繞組。當定子的一個繞組通電時，將產生一個方向的電磁場，如果這個磁場的方向和轉子磁場方向不在同一條直線上，那么定子和轉子的磁場將產生一個扭力將定子扭轉。依次改變繞組的磁場，就