基于单片机的红外线遥控器设计.docx
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基于单片机的红外线遥控器设计
毕业设计
姓名：
专业：
班级：
指导教师：
课程设计任务书
姓名：
钟思
专业：
自动化
班级：
1301班
设计课题：
基于单片机的红外线遥控器设计
指导教师：
电子信息工程系印制
二○一五年十二月
第一章红外发射部分
1.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：
0—1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。
2.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。
3.红外发射电路的设计
3.1.摇控码的编码格式
采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合二进制的“1”。
3.2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。
图2-2单一按键波形
图2-2连续按键波形
3.3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。
电路如下图所示。
4调试结果及其分析
（1）电路要求遥控控制距离为0—1m，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。
第二章红外接受部分
1.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AT89C52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AT89C52。
AT89C52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
2.系统的功能实现方法
2.1摇控码的编码格式
采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合二进制的“1”，其波形如图4所示。
图4遥控码的“1”和“0”
红外遥控发射芯片采用PPM编码方式,当发射器按键按下后,将周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms的编码脉冲。
遥控编码脉冲由前导码、16位地址码（8位地址码、8位地址码的反码）和16位操作码（8位操作码、8位操作码的反码）组成。
通过对用户码的检验，每个遥控器只能控制一个设备动作，这样可以有效地防止多个设备之间的干扰。
编码后面还要有编码的反码，用来检验编码接收的正确性，防止误操作，增强系统的可靠性。
前导码是一个遥控码的起始部分，由一个9ms的高电平（起始码）和一个4.5ms的低电平（结果码）组成，作为接受数据的准备脉冲。
图5发送一组完整的编码脉冲
上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38khz的载频进行二次调制以提高发射频率，然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。
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4－1所示。
2.3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。
3.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。
4.软件设计：
本系统的软件程序主要包括主程序、接收解码程序、发射程序、遥控器学习识别程序几个大的模块程序。
5.调试结果及分析：
本电路总共设计了21个输入按键，其中11个为特殊按键，其他键均为数字键。
当输入一个按键0时，通过红外发射和接收电路，对应的继电器1的设备工作，液晶显示十六进制代码。
当按下按键1时，数码管显示不同的十六进制代码。
以此类推0—9号数字键功能同上，特殊按键，根据按的特殊按键的不同，会实现不同功能，如快进。
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0—1m，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。
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。
参考文献
[1]全国大学生电子设计竞赛组委会.第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编，第1版，北京理工大学出版社，2005年，P10-17.
[2]康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分，第4版，高等教育出版社，1999年，第四版，P82-155.
[3]康华光,邹寿彬.电子技术基础数字部分，第4版，高等教育出版，2000年,第四版,P83-155.
附录：
主程序：
#include//包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
#include
#include
#defineTURE1
#defineFALSE0
sbitIR=P2^2;//红外接口标志
//定义液晶接口
sbitRS=P3^5;//Pin4
sbitE=P3^4;//Pin6
#defineDataP1//数据端口
unsignedinthour,minute,second,count;
charcodeTab[16]="0123456789ABCDEF";
chardataTimeNum[]="";
chardataTest1[]="";
/******************************************************************/
/*变量声明*/
/******************************************************************/
unsignedcharirtime;//红外用全局变量
bitirpro_ok,irok;
unsignedcharIRcord[4];//处理后的红外码，分别是客户码，客户码，数据码，数据码反码
unsignedcharirdata[33];//33个高低电平的时间数据
/******************************************************************/
/*函数声明*/
/******************************************************************/
voidIr_work（void）;
voidIrcordpro（void）;
voidShowString（unsignedcharline,char*ptr）;
/******************************************************************/
/*定时器0中断服务函数*/
/******************************************************************/
voidtim0_isr（void）interrupt1using1//定时器0中断服务函数
{
irtime++;//用于计数2个下降沿之间的时间
}
/******************************************************************/
/*外部中断0函数*/
/******************************************************************/
voidex0_isr（void）interrupt0using0//外部中断0服务函数
{
staticunsignedchari;//接收红外信号处理
if（irtime<63&&irtime>=33）//引导码TC9012的头码，9ms+4.5ms
i=0;
irdata[i]=irtime;//存储每个电平的持续时间，用于以后判断是0还是1
irtime=0;
i++;
if（i==33）
{
irok=1;
i=0;
}
}
/******************************************************************/
/*屏蔽数码管程序*/
/******************************************************************/
/******************************************************************/
/*定时器0初始化*/
/******************************************************************/
voidTIM0init（void）//定时器0初始化
{
TMOD=0x02;//定时器0工作方式2，TH0是重装值，TL0是初值
TH0=0x00;//重载值
TL0=0x00;//初始化值
ET0=1;//开中断
TR0=1;
}
/******************************************************************/
/*外部中断初始化*/
/******************************************************************/
voidEX0init（void）
{
IT0=1;//指定外部中断0下降沿触发，INT0（P3.2）
EX0=1;//使能外部中断
EA=1;//开总中断
}
/******************************************************************/
/*红外键值处理*/
/******************************************************************/
voidIr_work（void）//红外键值散转程序
{
TimeNum[5]=Tab[IRcord[0]/16];//处理客户码并显示
TimeNum[6]=Tab[IRcord[0]%16];
TimeNum[8]=Tab[IRcord[1]/16];//处理客户码并显示
TimeNum[9]=Tab[IRcord[1]%16];
TimeNum[11]=Tab[IRcord[2]/16];//处理数据码并显示
TimeNum[12]=Tab[IRcord[2]%16];
TimeNum[14]=Tab[IRcord[3]/16];//处理数据反码并显示
TimeNum[15]=Tab[IRcord[3]%16];
ShowString（1,TimeNum）;//显示处理过后的码值
irpro_ok=0;//处理完成后清楚标志位
}
/******************************************************************/
/*红外解码函数处理*/
/******************************************************************/
voidIrcordpro（void）//红外码值处理函数
{
unsignedchari,j,k;
unsignedcharcord,value;
k=1;
for（i=0;i<4;i++）//处理4个字节
{
for（j=1;j<=8;j++）//处理1个字节8位
{
cord=irdata[k];
if（cord>7）//大于某值为1，这个和晶振有绝对关系，这里使用12M计算，此值可以有一定误差
{
value=value|0x80;
}
else
{
value=value;
}
if（j<8）
{
value=value>>1;
}
k++;
}
IRcord[i]=value;
value=0;
}irpro_ok=1;//处理完毕标志位置1
}
/******************************************************************/
/*微秒延时函数*/
/******************************************************************/
voidDelayUs（unsignedcharus）//delayus
{
unsignedcharuscnt;
uscnt=us>>1;/*Crystalfrequencyin12MHz*/
while（--uscnt）;
}
/******************************************************************/
/*毫秒函数声明*/
/******************************************************************/
voidDelayMs（unsignedcharms）//delayMs
{
while（--ms）
{
DelayUs（250）;
DelayUs（250）;
DelayUs（250）;
DelayUs（250）;
}
}
/******************************************************************/
/*写入命令函数*/
/******************************************************************/
voidWriteCommand（unsignedcharc）
{
DelayMs（5）;//操作前短暂延时，保证信号稳定
E=0;
RS=0;
_nop_（）;
E=1;
Data=c;
E=0;
}
/******************************************************************/
/*写入数据函数*/
/******************************************************************/
voidWriteData（unsignedcharc）
{
DelayMs（5）;//操作前短暂延时，保证信号稳定
E=0;
RS=1;
_nop_（）;
E=1;
Data=c;
E=0;
RS=0;
}
/******************************************************************/
/*写入字节函数*/
/******************************************************************/
voidShowChar（unsignedcharpos,unsignedcharc）
{
unsignedcharp
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