基于51单片机的红外遥控设计毕业设计论文.docx

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基于51单片机的红外遥控设计毕业设计论文

摘要

很多电器都采用红外遥控,那么红外遥控的工作原理是什么呢?

本文将介绍其原理和设计方法。

红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。

常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。

红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的，在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。

也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。

接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。

“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。

一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便后级适时地来取数据。

这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。

除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。

所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。

关键词：

80c51单片机、红外发光二极管、晶振

第一章

1、引言……………………………………………………………3

2、设计要求与指标…………………………………………………3

3、红外遥感发射系统设计…………………………………………4

4、红外发射电路设计………………………………………………4

5、调试结果及分析…………………………………………………9

6、结论……………………………………………………………10

第二章

1、引言……………………………………………………………10

2、设计要求与指标…………………………………………………11

3、红外遥控系统设计……………………………………………11

4、系统功能实现方法………………………………………………15

5、红外接收电路……………………………………………………16

6、软件设计…………………………………………………………17

7、调试结果及分析…………………………………………………18

8、结论……………………………………………………………19

参考文献

附录

绪论

人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。

比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。

红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。

发射部分的主要元件为红外发光二极管。

它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。

目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通　5发光二极管相同，只是颜色不同。

红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色，判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样：

用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。

在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。

红外接收二极管一般有圆形和方形两种。

由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。

前些年常用μPC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。

最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。

成品红外接收头的封装大致有两种：

一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。

均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。

红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。

成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。

但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。

第一章红外发射部分

1、引言：

随着远程教育系统的不断发展和日趋完善，学校都得到了广泛应用。

同时使用多种设备，如：

数字投影机、DVD、VCD、录像机、电视机等，由于各种设备都自带遥控器，而使用多种遥控器，通过基于单片机的控制指令来对多种设备进行远程控制，不同的设备。

从而方便快捷的实现远程控制。

红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式。

那么，什么是红外线。

人的眼睛能看的可见光按波长从长到短排列的波长范围为0.62～0.76μm；比红光波长还长的光叫红外线。

红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制的。

红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。

红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。

发射部分的主要元件为红外发光二极管。

目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940mm左右，外形与普通φ5发光二极管相同。

成品红外接收头的封装大致有两种：

三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。

红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，意成品红外接收头的载波频率。

38kHz，这是由发射端所使用455kHz晶振来决定的。

在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。

也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，由发射端晶振的振荡频率来决定。

红外遥控的特点是不影响周边环境的、于10米）遥控中得到了广泛的应用。

2、设计要求与指标：

红外遥控是目前使用较多的一种遥控手段。

功能强、成本低等特点。

系统。

设计要求利用红外传输控制指令及智能控制系统，借助微处理器强大灵活的控制功能发出脉冲编码，组成的一个遥控系统。

本设计的主要技术指标如下：

（1）遥控范围：

4—6米

（2）显示可控制的通道

（3）灵敏可靠，抗干扰能力强

（4）控制用电器电流最高为2A

红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。

由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；多路遥控。

红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，系统采用编/解码专用集成电路和单片机芯片来进行控制操作。

设计的电路由几个基本模块组成：

直流稳压电源，红外发射电路，红外接收电路及控制部分。

发射电路，利用遥控发射利用键盘，这种代码指令信号调制在40KHz的载波上，激励红外光二极管产生具有脉冲串的红外波，通过空间的传送到受控机的遥控接收器。

3红外遥感发射系统的设计

红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，系统采用编/解码专用集成电路和单片机芯片来进行控制操作。

发射系统设计的电路由如下的几个基本模块组成：

直流稳压电源，红外发射电路。

系统框图如图所示。

4、红外发射电路的设计

1、主要芯片——单片机89C2051介绍

同一般微处理器的80C51的控制器也由指令寄存器IR。

指令译码器ID。

定时及控制逻辑电路和程序计数器PC等组成。

程序计数器PC是一个16为的计数器（注：

PC不属于特殊功能寄存器SFR的范畴）。

他总是存放着下一个要取得指令的16位存储单元地址。

也就是说，CPU总是把PC的内容作为地址，从内存中取出指令码或含在指令中的操作数。

因此，每当取完一个字节后，PC的内容自动加1，为取下一个字节作好准备。

只有在执行转移子程序调用指令和中断响应是例外，那时PC的内容不加1，而是指令或中断响应过程自动给PC置入新的地址。

单片机上电或复PC自动清0，即装入地址0000H，这就保证了单片机上电或复位后，程序从0000H地址开始执行。

指令寄存器1R保存当前正在执行的一条指令。

执行一条指令，先要把他从程序存储器取到指令存储器中。

指令内容含操作码和地址码，操作码送往指令译码器ID，并形成相应指令的微操作信号。

地址码送往操作数地址形成实际的操作数地址。

定时与操作是微处理器的核心部件，他的任务是控制取指令`执行指令`存取操作数或运算结果等操作，向其他部件发出各种微操作控制信号，协调各部件的工作。

80C51单片机内设有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容就可产生内部时钟信号。

2AT89C2051的引脚

AT89C2051采用引脚双列直插式封装，现将个引脚的功能说明如下：

·Vcc（20）：

电源电压端。

·GND（10）：

地端。

·RST

（1）：

复位输入端。

当RST引脚出现两个机器周期的高电平时，单片机复位。

复位后，AT89C2051内部专用寄存器及I/O口的处置与8051的情况一样，而内部的状态保持不变。

·XTAL1（5）：

振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入端。

·XTAL1（4）：

振荡器反相放大器的输出端。

·P1口：

P1口是一个8位双向I/O口。

P1.2-P1.3引脚内部接有上拉电阻。

P1.0和P1.1分别作为片内精密模拟比较器的同相输入（AIN0）和反相输入（AIN1）。

P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。

当P1口的锁存器写入“1”时，P1口可作为输入端。

当引脚P1.2--P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而流出电流（In）。

P1口还在闪速编程和程序校验期间接受代码数据。

·P3口：

P3口的P3.0-P3.5和P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/O引脚。

P3.6用于固定输入片内比较器的输入信号并且他作为一通用I/O引脚而不能访问。

P3口缓冲器可吸收20mA电流。

当P3口锁存器写入“1”时，它们被上拉电阻拉高并可作为输入端。

用作输入时，被外部拉低的P3口引脚将由于上拉电阻而流出电流（In）。

P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

P3口还用于实现AT89C2051的一些特殊功能，这些特殊功能定义如下：

口线特殊功能

P3.0RXD（串行口输入端）

P3.1TXD（串行口输出端）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（定时器0外部输入）

P3.5T1（定时器1外部输入）

89C2051共有20条引脚，如上图所示。

P1口共8脚，准双向端口。

P3.0～P3.6共7脚，准双向端口，如P3.0、P3..1的串行通讯功能，P3.2、P3..3的中断输入功能，P3.4、P3.5的定时器输入功能。

在引脚的驱动能力上，89C2051具有很强的下拉能力，P1,P3口的下拉能力均可达到20mA.相比之下，89C51的端口下拉能力每脚最大为15mA。

但是限定9脚电流之和小于71mA.这样，引脚的平均电流只9mA。

89C2051驱动能力的增强，使得它可以直接驱动LED数码管。

相对于89C51它少了一些功能，但是它的功耗少，便于携带，更经济使他在发射电路中起着重要的地位。

因此，在本设计红外发射电路中就用了他来实现脉冲信号的产生。

4．2系统的功能实现方法

4．2．1摇控码的编码格式

该遥控器采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的码，最小为2个脉冲，最大为17个脉冲。

为了使接收可靠，第一位码宽为3ms，其余为1ms，遥控码数据帧间隔大于10ms，如图2－1所示。

4．2．2遥控码的发射

当某个操作按键按下时，单片机先读出键值，然后根据键值设定遥控码的脉冲个数，再调制成40kHz方波由红外线发光管发射出去。

P3.5端口的输出调制波如图2－2所示。

4．3红外发射电路图

遥控发射通过键盘，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在40KHz的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲，通过空间的传送到受控机的遥控接收器。

P1口作为按键部分，P3.5口作为发射部分，然后用三极管的放大驱动红外发射。

电路如下图所示。

4．4软件设计

发射编码的软件设计

首先，初始化定时器，定时频率为40KHz的时间段。

当按下某一按键时，送数据1，就开始工作。

同时定时器溢出，也就是定时器记满了，执行定时器中断，中断程序如下：

INTT1：

CPLP3.5；40KHZ红外线遥控信号产生

RETI;中断返回

由此就产生了40KHZ的载波信号。

当发送数据0时，定时器不工作。

程序流程图如图4－3所示：

5调试结果及其分析

本电路总共设计了8个输入按键，7，8为特殊按键。

当输入一个按键5时，通过红外发射和接收电路，对应的继电器5的设备工作即5号发光二极管发光，而数码管显示工作的设备的个数，就显示1。

当再次按下按键5时，5号发光二极管灭，数码管显示0。

当同时按下两个键3和4时，3号和4号二极管亮，数码管显示2。

当按下按键7时，所有设备都不工作，数码管显示0，发光二极管都不发光。

当按下按键8时，所有设备都工作，数码管显示6，发光二极管都发光。

本设计在调试过程中也遇到很多问题。

（1）电路要求遥控控制距离为4—6m，在利用38KHz的接收头时，虽然能接收到信号，但是接收的距离很有限。

经过反复调试，换用40KHz的接收头时基本满足了设计需求。

（2）由于将3ms的接收脉冲放在1ms的后面，编码解调出现错误，导致接受端无信号输出。

解决方法是将3ms的接收脉冲放在前面就可以接收到信号。

单

片机进行数码帧的接收处理，3ms的脉冲检验，当第一位低电平码的脉宽小于2ms时就会错误处理。

在初始化过程中，将P1口全置0，但是继电器仍工作，通过反复调试，将初始化的P1口全置1，通过反向使得输出全为0，从而满足上电复位，继电器掉电，满足初始化要求。

6、结论

由于目前的遥控装置大多对某一设备进行单独控制，而在本设计中的红外遥控电路设计了多个控制按键，可以对不同的设备，也可以对同一设备的多个功能进行不同的控制。

基本符合技术要求。

但是本电路也有不完,它只能单通道实现对多个设备的控制,即它不能同时控制两个或者两个以上的设备。

在设计过程中，通过大量的查阅资料，认真研究材料，对单片机有了更为深刻的理解，在设计软件时，须仔细的分析硬件电路，画出程序流程图，培养了我的耐性和刻苦钻研的精神。

第二章红外接受部分

1、引言

随着远程教育系统的不断发展和日趋完善，利用多媒体作为教学手段在各级各类学校都得到了广泛应用。

但经常会遇到同时使用多种设备，如：

DVD、VCD、录像机、电视机等，由于各种设备都自带遥控器，而且不同的设备所遵循的红外传输规约也不尽相同，操纵这些设备得用多种控器，给使用者带来了诸多不便。

基于单片机的控制指令来对多种设备进行远程控制，从而方便快捷的实现远程控制。

远程遥控技术又称为遥控技术，是指实现对被控目标的遥远控制，在工业控制、航空航天、家电领域应用广泛。

红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，被诸多电子设备广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。

红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长范围为0.01um~1000um。

根据波长的不同可分为可见光和不可见光，波长为0.38um~0.76um的光波可为可见光，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。

光波为0.01um~0.38um的光波为紫外光（线），波长为0.76um~1000um的光波，为红外光（线）。

红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为0.76um~1.5um。

用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件（红外发光管）与红外接收器件（光敏二极管、三极管及光电池）的发光与受光峰值波长一般为0.8um~0.94um，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，可获得较高的传输效率及较高的可靠性。

2、设计要求及指标

红外遥控是目前使用较多的一种遥控手段。

红外遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点。

在家庭生活中，录音机、音响设备、空调、彩电都用了红外遥控系统。

设计要求利用红外传输控制指令及智能控制系统，借助微处理器强大灵活的控制功能发出脉冲编码，组成一个遥控系统。

本设计的主要技术指标如下：

1.遥控范围：

4—6米

2.显示可控制的通道

3.接收灵敏可靠，抗干扰能力强

4.控制用电器电流最高为2A

3、红外遥控系统的设计

红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，系统采用编/解码专用集成电路和单片机芯片来进行控制操作。

设计的电路由如下的几个基本模块组成：

红外发射电路，红外接收电路及控制部分。

1.系统框图如图3－1所示。

2.XTAL2接外部晶体的另一个引脚。

在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。

采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。

3.输入/输出引脚P0.0～P0.7、P10.～P1.7、P2.0～P2.7和P3.0～P3.7。

①P0端口（P0.0～P0.7）P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。

作为输出口用时，

每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。

在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。

②P1端口（P1.0～P1.7）P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

③P2端口（P2.0～P2.7）P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，这时可用作输入口。

P2作为输入口时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@DPTR指令）时，P2送出高8位地址。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri,A指令）时，P2口引脚上的内容，在整个访问期间不会改变。

④P3端口（P3.0～P3.7）P3是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在AT89S52中，P3端口还用于一些专门功能，这些兼用功能如下：

（1）P3.0RXD（串行输入口）

（2）P3.1TXD（串行输出口）

（3）P3.2/INT0（外部中断0）

（4）P3.3/INT1（外部中断1）

（5）P3.4T0（记时器0外部输入）

（6）P3.5T1（记时器1外部输入）

（7）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

（8）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

（9）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号

4.振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器，该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石英震荡和陶瓷震荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

5.芯片擦除：

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

主控制器采用ATMEL公司的8位单片机AT89S52。

AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统。

图3-9：

主控制器电路原理图

4、系统的功能实现方法

1、摇控码的编码格式

该遥控器采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的码，最小为2个脉冲，最大为17个脉冲。

为了使接收可靠，第一位码宽为3ms，其余为1ms，遥控码数据帧间隔大于10ms，如图4－1所示。

2、遥控码的发射

当某个操作按键按下时，单片机先读出键值，然后根据键值设定遥控码的脉冲个数，再调制成40kHz方波由红外线发光管发射出去。

P3.5端口的输出调制波如图4－1所示。

3、数码帧的接收处理

当红外线接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平将启动中断程序实时接收数据帧。

在数据帧接收时，将对第一位码的码宽进行验证。

若第一位低电平码的的脉宽小于2ms，将作为错误码处理。

当间隔位的高电平脉宽大于3ms时，结束接收，然后根据累加器A中的脉冲个数，执行相应输出口操作。

图4－2就是红外线接收器输出的一帧遥控码波形图。

5、红外接受电路图

在接收过程中，脉冲通过光学滤波器和红外二极管转换为40KHZ的电信号，此信号经过放大，检波，整形，解调，送到解码与接口电路。

如图5－1所示。

通常，红外遥控器将遥控信号（二进制脉冲码）调制在40KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，产生红外信号发射出去。

将上述的遥控编码脉冲对频率为40KHz（周期为26.3ms）的载波信号进行脉幅调制（PAM），再经缓冲放大后送到红外发光管，将遥控信号发射出去。

6、软件设计：

1、单片机上电复位后，首先对其内部定时器初始化，用定时器及软件计数的方法，当有信号输入时，单片机产生中断，并在P3.1口进行计脉冲个数，测量P3.1高、低电平的宽度。

P3.1引脚平时为高电平，当接收到红外遥控信号时，由于一体化红外接收头的反向作用，INT0引脚下跳至低电平,计算脉冲个数后通过7447译码电路，数码管显示相应的数值。

下面是第一个3ms脉冲的解码程序。

2、LED显示主要是显示所发射的所发送的信号的个数，它就实现以下的作用。

当按下某一按键比