简易无线收发系统设计.docx
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简易无线收发系统设计
简易无线电收发系统
作者姓名：
成都理工
专业名称：
电子信息科学与技术
指导教师：
大学教授
摘要
随着电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化。
如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么无线遥控器的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。
在现代社会中，无线遥控不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了生活中其它方面。
论文研究基于单片机的无线收发系统，主要围绕无线遥控发射和接收相关理论和实践应用进行研究。
主要为以下内容：
根据任务要求设计无线摇发射和接收系统，给出硬件电路和相关编码、解码元件结构。
详细叙述了系统硬件设计的要点和结构及无线遥控编码解码相关技术。
文中给出了一种用按键实现多路遥控控制的设计，给出了该设计的原理和设计电路。
同时给出了系统抗干扰和节能措施。
目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域都发挥着重要的作用，尤其是用单片机控制器改造落后的设备，而且它具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。
关键词：
无线电遥控单片机编码解码芯片
Abstract
Withthedevelopmentofelectronictechnology,especiallywiththeemergenceoflarge-scaleintegratedcircuits,topeople'slivesbroughtaboutfundamentalchange.Ifwesaythattheemergenceofmicro-computer,thentheemergenceofthesystemofwirelessremotecontralandlaunchrecevingisthemonitor.Thefieldofmodernindustryhasbroughtanewrevolution.Inmodernsociety,notonlytheapplicationofwirelesscontrolinthefactoryproduction,itsroleisalsoreflectedbyotheraspectsoflife.
Thearticlemainlywastheencompassantwirelessremotecontrallaunchrecevingsystemcorrelationtheoriesandthepracticeapplicationhasconductedtheresearch.Mainlyincludesfollowingcontent:
Accordingtotheprojectrequest,thedesignofwirelessromovtecontrallaunchrecevingsystem,hasgiventhehardwaredesignelectriccircuitandthecodedecodingpartstructure.indetailnarratedthesystemhardwarelinedesignmainpointandthestructureaswellastheremoteelectriccircuitcodedecodingtechnology.Inthearticleproposedonekindwiththepressedkeyrealizationmulti-channelremotecontroldesignmethod,hasgiventhisdesignmethoddetailedprincipleecplanationandtheconcretedesignelectriccircuit.Simultaneouslyhasgivenoneuniquedetailedsystemantijammingmeasureandthesystemenergyconservationmeasure.inthearticledesignstheelectriccircuitandthecontralmedthodissuitableforthegeneralsimpleexternalguidandcesystemdesign,thehardwaredesignalsohascertainusabilityandtheversatility.
Atpresent,single-chipcontrollertotheinstrumentfromthelifeinallareasofindustrialapplicationshaveplayedanimportantrole,improveequipmentservicelife,improvethedegreeofautomationequipmentcharacteristics.
Keywords:
Wirelessremotcontralandlaunchreceving，Single-chip，Codedecodingchip
前言
无线遥控技术发展，只有几十年历史：
上个世纪20年代，才出现无线电遥控的雏形。
那时，人们试图将遥控技术应用于无人驾驶的飞机和舰船上，但是由于技术的不够完善而未能成功。
二次世界大战以后，无线电遥控技术发展迅速，并逐渐在军事、国防、工农业生产以及科学技术等方面得到广泛的应用。
到现今，随着电子技术的飞速发展，新型大规模遥控集成电路的不断出现，使得遥控技术有了日新月异的发展。
控制装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，ARM，DSP等核心控制器件，智能程度大大提高。
今年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们日常生活中使用越来越广泛。
无线技术的发展让人们通信、交流变得方便快捷。
现今手机已普及，人们进入数字化生活时代，这些都离不开无线技术。
在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。
由于无线电波是由发射点向四面八方传播，可以穿过阻挡物，而且可以传播到很远的距离，因此它的控制可以在很大的区域和空间内实现，成为遥控的主要方式，在国防、军事、生产、建设和日常生活中有极广泛的应用。
为此，在前辈的基础上设计一种集成芯片无线遥控多通道开关系统的设计方法。
采用该方法设计的遥控开关控制方便，适用于含有较多受控电器的场合，实现多路多功能控制。
论文正文主要包括6个部分，安排如下：
第1章简要介绍无线电遥控系统的要求及总体设计方案；
第2章阐述单片机技术的基础知识，为此后的设计做知识准备；
第3章介绍无线遥控技术相关知识；
第4章详细介绍该系统的硬件设计思路；
第5章阐述该系统的软件设计即程序的编写思路；
最后论文对课题内容及成果进行了总结。
1设计要求及方案
遥控器的遥控功能实现，一般是以电磁波或红外线为数据传输介质，实现指令的传送功能。
遥控器发送的数据要经过加密编码，调制，载波输出信号。
接受模块，则进行相反的操作，提取出遥控器发射过来的命令，再由MCU执行相应的命令。
1.1设计任务及要求
此次毕业设计的任务是设计一个简易的无线电遥控系统，通过该系统对八盏电灯。
系统要求如下：
①工作频率：
fo=6～10MHz中任选一种频率。
②调制方式：
AM、FM或FSK……任选一种。
③输出功率：
不大于20mW（在标准75Ω假负载上）。
④遥控对象：
8个，被控设备用LED分别代替，LED发光表示工作。
⑤接收机距离发射机不小于10m。
1.2系统框图
无线电遥控系统由发射机图1.1和接收机图1.2构成。
被控制的LED直接接在接收单元上。
图1.1发射机框图
图1.2接收机框图
遥控系统的工作原理是首先通过按键编址电路输入所需控制电路的位号，同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关的状态信息的编码脉冲信号，再通过无线电发射电路将该信号发射出去。
而无线电接收电路将接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认，确认是否为本遥控开关系统地址。
如果是则执行指令，受控单元开始工作，如果不是，则被控制对象丢掉该信号不作任何响应。
2单片机技术概论
2.1概述
单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）简称单片机。
它把组成微型计算机的各功能部件：
中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、可编程存储器EPROM、并行及串行输入输出I/O接口电路、定时器/计数器、中断控制器等部件集成在一块半导体芯片上，构成一个完整的微型计算机。
随着大规模集成电路技术的发展，单片机内还可包含A/D、D/A转换器、高速输入/输出部件、DMA通道、浮点运算等新的特殊功能部件。
由于它的结构和指令功能都是按工业控制要求设计的，特别适合于工业控制及与控制有关的数据处理场合，因而目前应确切称其为微控制器。
单片机的称谓只是保留了其习惯称呼。
2.1.1单片机的产生与发展
单片机出现的历史并不长，但发展十分迅速。
它的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步，自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来，它的发展到目前为止大致分为5个阶段：
第1阶段（1971～1976）：
单片机发展的初级阶段。
1971年11月Intel公司首先设计出集成度为2000只晶体管/片的4位微处理器Intel4004，并配有RAM、ROM和移动寄存器，构成了第一台MCS-4微处理器，而后又推出了8位微处理器Intel8008，以及其它各公司相继推出的8位微处理器。
第2阶段（1976～1980）：
低性能单片机阶段。
以1976年Intel公司推出的MCS-48系列为代表，采用将8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时/计数器、RAM和ROM等集成于一块半导体芯片上的单片结构，虽然其寻址范围有限，也没有串行输入输出口，中断系统也较简单，但功能可满足一般工业控制和智能化仪器的需要。
第3阶段（1980～1983）：
高性能单片机阶段。
这一阶段推出的高性能8位单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统，多个16位定时器/计数器。
片内RAM、ROM的容量加大，且寻址范围可达64KB，个别片内还带有A/D转换接口。
第4阶段（1983～80年代末）：
16位电瓶夹阶段。
1983年Intel公司又推出了高性能的16位单片机MCS-96系列，由于其采用了最新的制作工艺，使芯片集成度高达12万只晶体管/片。
第5阶段（90年代）：
单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位想更高水平发展。
2.1.2单片机的应用
由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，因而在国民经济建设、军事及家用电器等各个领域均得到了广泛的应用。
按其单片机的特点，其应用可分为单机应用与多机应用。
1.单机应用
在一个应用系统中，只使用1片单片机成为单机应用，这是目前应用最多的一种方式。
单片机应用的主要领域有：
（1）测控系统。
用单片机可以构成各种不太复杂的工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等，达到测量与控制的目的。
（2）智能仪器。
用单片机改造原有的测量、控制仪表，促进仪表向数字化、智能化、多样化、综合化方向发展。
（3）机电一体化产品。
单片机与系统的机械产品相结合，使传统机械产品结构简化，控制智能化。
（4）智能接口。
在计算机控制系统，特别是在较大型工业测控系统中，用单片机进行接口的控制与管理，加之单片机与主机的并行工作，大大提高了系统的运行速度。
（5）智能民用产品。
如在家用电器、玩具、游戏机等许多产品中，单片机控制器的引入，不仅使产品的功能大大增加，性能得到提高，而且获得了良好的实用效果。
2.多机应用
单片机的多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。
（1）功能集散系统。
多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能要求而设置的多机系统。
（2）并行多机控制系统。
并行多机控制系统主要解决工程应用系统的快速性问题，以便构成大型实时工程应用系统。
（3）局部网络系统。
单片机网络系统的出现，使单片机应用进入了一个新的领域。
综上所述，目前单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。
2.2MCS-51系列单片机基本结构
2.2.1MCS-51单片机系列
MCS-51系列单片机虽已有10多种，但可分为两大系列：
MCS-51子系列与MCS-52子系列。
MCS-51子系列种主要有8031、8051、8751三种类型。
而MCS-52子系列也有3种类型8032、8052、8752。
各子系列配置见表2.1所示。
表2.1MCS-51系列单片机配置一览表
表2.1列出了MCS-51系列单片机的两个字系列，在4个性能上略有差异。
由此可见，在本字系列内各类芯片的主要区别在于片内有无ROM或EPROM；MCS-51与MCS-52字系列间所不同的是片内程序存储器ROM从4KB增至8KB；片内数据存储器由128个字节增至256个字节；定时器/计数器增加了一个；中断源增加了1～2个。
另外，对于制造工艺为CHMOS的单片机，由于采用CMOS技术制造，因此具有低功耗的特点，如8051功耗约为630mW，而80C51的功耗只有12mW。
2.2.2MCS-51系列单片机内部结构及功能部件
图2.1MCS-51系列单片机内部结构框图
MCS-51单片机的内部结构框图如图2.1所示。
MCS-51单片机由8大部分组成的，这8大部分是：
·一个8位中央处理器CPU。
它由运算部件、控制部件构成，其中包括振荡电路和时钟电路，其主要完成单片机的运算和控制功能。
它是单片机的核心部件，决定了单片机的主要功能特性。
·128个字节的片内数据存储器RAM。
其片外数据存储器的寻址范围为64KB，用于存放可读写的数据，如运算的中间结果或最终结果等。
·4KB的片内程序只读存储器ROM或EPROM。
其片外可寻址范围为64KB，主要用于存放已编制的程序，也可以存放一些原始数据和表格。
·18个特殊功能寄存器SFR。
它用于控制和管理片内算术逻辑部件、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统等功能模块的工作。
·4个8位并行输入输出I/O接口:
P0口、P1口、P2口、P3口，用于并行输入或输出数据。
·1个串行I/O接口。
它可使数据1位1位串行地在计算机与外设之间传递，可用软件设置为4种工作方式，用于多处理机通讯、I/O扩展或全双工通用异步接收器。
·2个16位定时器/计数器。
它可以设置为计数方式对外部事件进行计数，也可以设置为定时方式进行定时。
·1个具有5个中断源，可编程为2个优先级的中断系统。
它可以接收外部中断申请、定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。
2.2.3单片机外部引脚说明
图2.2MCS-51系列单片机引脚图
MCS-51系列单片机芯片均为40个引脚，HMOS工艺制造的芯片采用双列直插式封装，其引脚示意及功能分类如图2.2所示。
CMOS工艺制造的低功耗芯片也有采用封装的，但为44个引脚，其中4个引脚是不使用的。
MCS-51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源的引脚，2个外接晶体的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。
下面按引脚功能分为4个部分叙述各引脚的功能。
1.源引脚Vcc和Vss
Vcc（40脚）：
接﹢5V电源正端；
Vss（20脚）：
接﹢5V电源地端。
2.晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1（19引脚）：
接外部石英晶体的一端。
在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。
当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为外部震荡信号的输入端。
XTAL2（18引脚）：
接外部晶体的另一端。
在单片机的内部，接至片内振荡器的反相放大器的输入端。
当采用外部时钟时，对于HMOS单片机该引脚作为外部震荡信号的输入端；对于CHMOS芯片，该引脚是悬空不接。
3.控制信号或与其它电源复用引脚
控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/
、
和
/VPP等4种形式。
（1）RST/VPD（9引脚）：
RST既为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。
当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作。
当Vcc发生故障、降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD为内部供电，以保证RAM中的数据不丢失。
（2）ALE/
（30引脚）：
当访问外部存储器时，ALE以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低8位地址。
在不访问外部存储器时，ALE端仍以上述不变的频率，周期性地出现正脉冲信号，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。
（3）
（29引脚）：
片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。
当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PSEN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。
当访问外部数据存储器期间，PSEN信号将不出现。
（4）
/VPP（31引脚）：
为访问外部程序存储器控制信号，低电平有效。
当
端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB。
若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。
当
端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。
对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V放入编程电源VPP。
4.输入/输出引脚P0口、P1口、P2口及P3口
（1）P0口（39～32引脚）：
P0.0～P0.7为P0口。
当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向口8为输入/输出接口。
当接有外部存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。
对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口端输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。
（2）P1口（1～8引脚）：
P1.0～P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。
对于MCS-52子系列单片机，P1.0与P1.1还有第2功能：
P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。
对EPROM编程和进行程序验证时，P2口接收输入的高8位地址。
（3）P2口（21～28引脚）：
P2.0～P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。
当接有外部存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。
（4）P3口（10～17引脚）：
P3.0～P3.7统称为P3口。
它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每一位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。
综上所述，MCS-51系列单片机的引脚作用可归纳以下两点：
（1）单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚都具有第2功能；
（2）单片机对外呈3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线；由ALE、
、RST、
与P3口中的
、
、T0、T1、
、
共10个引脚组成控制总线。
由于是16位地址线，因此，可使外部存储器的寻址范围达到64KB。
3无线遥控技术概论
3.1无线电控制及应用
3.1.1无线电遥控技术现状
无线遥控，即是在控制端把控制指令以某种编码方式形成易于传输的信号，通过无线传输，在受控端经过解码等处理形成相应的控制操作。
无线控制方式多种多样，可以根据不同的应用需要采用适宜的方式。
各种遥控方式的不同主要区别在于信号的编码处理方式和信息的传输方式。
所传信息的形式以及信息量的大小决定采用何种信息编码和处理方式，信息传送的距离决定了采用何种传输方式。
在编码方式上，目前在简单信息的遥控中常采用的是PCM方式和DTMF方式。
这两种信息编码和处理方式均具有实现简单、可靠性高的优点。
对于复杂以及大量信息的遥控，可以采用相应的信号处理方式，经过信源信道编码以及数字调制等处理来生成易于传输的信号。
在传输方式上，对于近距离遥控，可以采用基带传输。
对于远距离遥控，需要选择适当的调制方式，进行频带传输。
目前常用的调制方式有幅度调制、频率调制和相位调制三种。
遂于不同的基带信号，又可以分为模拟调制和数字调制。
对于无线遥控技术，当前基本上通过以下几种方式实现：
红外线遥控方式，无线电遥控方式，超声波遥控方式和声音遥控方式。
红外线技术出现的比较早，成本低，价格也具有优势。
红外遥控具有以下优点：
控制内容多，抗干扰能力比较强，不会发生任何误动作：
响应速度快，不会对其他电器产生干扰从而影响用户使用；体积小，成本低，功耗小，于其他方式比可以降低功耗。
但是他的缺点也很明显，在使用中需要保证遥控发射器和遥控接收设备处于一定的角度范围，中间不能有任何物品，否则就会遮挡红外线的传输，因为红外线不能穿过砖瓦水泥砌筑的墙体，这在日常使用中会造成不便，毕竟用户不希望智能在一定的角度范围内才能对对象进行操作，之外红外线夜容易受到外界干扰。
超声波遥控方式中的超声传感器频带窄，能携带的信息量少，易于受到干扰引起误动，他适合于声控电灯开关场所。
无线电作为新一代的信息传输方式，具有绕射和穿透性，只要在有效工作范围之内，无线设备就可以不受角度，方向和障碍物的限制而自由使用。
并且采用特定的编码解码技术可以防止无线电波的互相干扰，抗干扰能力强。
3.1.2无线电遥控技术的应用
温度控制在现代化的工业生产中应用很多，在生活中也很常见，它涉及了多种控制方式，而且温度控制系统比较直观，便于理解。
电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。
在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。
采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。
因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。
温度控制就是使被控对象的温度保持在设定的目标范围内。
显然温度控制的被控对象是特定的物体或环境，被控量是温度值。
组成温度控制的系统一般包括温度传感器、能够提供升温和提供降温的执行部件、进行判断分析的控制器。
3.2无线遥控原理
3.2.1发射原理
遥控器发射电路，有振荡电路、高频放大器，调制方式一般采用ASK和FSK。
如图3.1所示。
振荡电路可以采用电容、电感的振荡特性来设计，也可加入晶振来简单获得载波信号。
一般载波信号的频率在315MHZ-433MHZ，也可实现更高的频率。
通过高频放大器，高频信号获得更高的发射能量，提高发射距离。
图3.1
3.2.2接收原理
接收电路里面主要有：
天线，滤波电路，解调电路等几部分组成如图3.12所示。
图3.2
3.3编码解码芯片
3.3.1传感器的选择
编解码
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