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电子班毕业设计

黄冈职业技术学院

毕业设计论文

课题名称智能红外遥控电风扇的设计

系别机电工程系

专业应用电子专业

班级电子200601班

姓名李勇

学号0603040105

指导教师李敏/宋武

起止时间：

2008年　9月　6日～2008年　10月　18日（共　2周）

智能红外遥控电风扇的设计

摘要:

红外遥控电路现在已成为一种设计电路的时尚,.改善了传统电风扇,操作简便无噪音,改善了使用条件,尤其是给伤残人、老人、行动不便或要休息的人带来极大的方便.它可在宾馆、饭店、会议室、办公室和家庭中使用，此处我们采用AT89S52单片机作为主控元器件，设计了接收和发射的配套使用的系统方案，增加语音提示功能、液晶显示界面、16档风速选择等功能。

此次设计给出了红外遥控器信号发射原理、红外接收器接收原理及它们的硬件设计、连接和单片机软件解码应用程序，给出用PT2262发射遥控信号和PT2272作为遥控接收信号和系统解码器和的一种巧妙实现方法，以及最新的ISD1420语音芯片完成语音播报功能。

红外遥控器基于其体积小、功耗低、功能强、成本低的特点，己经在家电产品设备中广泛应用。

关键词：

AT89S52单片机红外遥控ISD1420语音芯片电机

[Abstract]

Infraredremotecontrolcircuithasbecomeafashiondesignofthecircuit,.Toimprovethetraditionalfans,easytooperatewithoutthenoiseandimprovetheconditionsofuse,especiallyforthedisabled,theelderly,thedisabledorpeoplewhowanttobreakextremelyGreatconvenience.Itcouldbehotels,restaurants,conferencerooms,officeandhomeuse,herewehaveadoptedasingle-chipAT89S52asthemaincomponents,designedtoreceiveandsupportthelaunchofthesystemusedbytheprogramtoincreasethevoicepromptfeature,LCDinterface,16-speedfileoption,andotherfunctions.Thedesigngivestheinfraredremotecontrolsignaltransmissionprincipleofinfraredreceiverstoreceivetheirprincipleandhardwaredesign,software,connectivityandsingle-chipdecoderapplicationisgivenwiththelaunchPT2262andPT2272remotecontrolsignalasaremotecontrolandreceivesignalsDecodersystemandaningeniousmethodtoachieve,aswellasup-to-dateISD1420voicechiptocompletevoicebroadcastfunctions.Infraredremotecontrolonthebasisoftheirsmallsizeandlowpowerconsumption,strongfeatures,lowcost,hasbeenintheelectronicsdevicewidelyused.

[Keywords]

AT89S52single-chipinfraredremotecontrolISD1420voicechipmotor

目录

引言3

一系统设计方案及要求4

1.1设计方案4

1.2设计要求4

1.3系统框图5

二遥控器6

2.1遥控器原理框图6

2.2遥控器工作原理及组成部分6

2.3软件设计8

三红外接收模块8

3.1红外接收原理框图8

3.2红外接收电路图9

3.3软件软件流程设计9

四语音播报的设计11

4.1工作原理与功能特性11

4.2软件设计12

五液晶显示及电机控制14

5.1液晶概述及引脚功能14

5.2电机的控制14

小结15

致谢15

附录16

参考文献16

引言

本实用新型属于家用电器的智能红外遥控系统.改善了传统电风扇,操作简便无噪音,改善了使用条件,尤其是给伤残人、老人、行动不便或要休息的人带来极大的方便.它可在宾馆、饭店、会议室、办公室和家庭中使用本人用单片机作了接收和发射的配套使用的系统方案。

红外遥控电路现在已成为一种设计电路的时尚,现简单地介绍了红外线遥控发射、接收系统的原理，给出用89C2051作为遥控接收系统解码器的一种巧妙实现方法，以及完整的51汇编程序代码。

包括发射、接收的原理图及其编程的主程序、发送程序、接收程序、定时中断程序的流程过程，从而完成此设计的要点，参考流程方框图的构思过程，可以编写应用软件。

遥控电风扇控制系统分为两大部分：

遥控器和电风扇控制板，下面分别加以描述。

遥控器:

为了能远离距的控制电风扇，采用了红外遥控器。

通常红外遥控器由发射和接收两部分组成，发射部分由PT2262、按键等构成。

接收部分由单片机AT89S52、PT2272等构成。

电风扇控制板:

主要由AT89S52单片机、红外接收部分、按键部分、电机，红外接收部分包括光电转换放大器、解调、解码电路。

一系统设计方案及要求

1.1设计方案

方案一：

通过单片机外接A/D模块、存储器、D/A系统实现声音信号的采样、处理、存储和重现。

该方案首先将声音进行放大，通过A/D采样将语音模拟信号转换成数字信号，并由单片机的控制和处理存放到存储器中，实现录音操作。

在放音过程中由单片机控制D/A，将存储器中的数据转化成声音信号。

此方案安装调试复杂，集成度低，可靠性难以保证。

方案二：

用台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路PT2262/PT2272，PT2262/2272是一对带地址、数据编码功能的红外遥控发射/接收芯片。

其中发射芯片PT2262-IR将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。

语音播报功能使用最新的ISD1420语音芯片。

方案一看起来设计复杂，实际做的过程中用按键控制实现红外遥控设计相对于方案二中比较复杂，而且集成度低，可靠性难以保证。

方案二较方案一简单，设计方便容易实现，因此，设计方案选择方案二。

1.2设计要求

（1）显示设置

在风扇运行过程中有显示界面提示运行的状态（如档位等）。

（2）红外通讯

遥控器和风扇之间采用红外通讯。

（3）键盘

风扇座上有三键键盘。

一个功能键，另两个分别为增加键（↑）和减少键（↓）。

（4）风速设置

通过风扇座上三个按键或者红外遥控可以设置16档的风速。

（5）语音播报

按键均配有语音播报。

1.3系统框图

控制核心采用51板。

其核心为AT89S52单片机，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

三个按键接在单片机的P1口。

一个功能键，另两个分别为增加键（↑）和减少键（↓）。

红外接收部分用P2口来检测。

语音播报采用语音芯片ISD1420,每次按键时都有相应的语音提示。

显示电路采用128*64液晶，为节约I/O口，采用串行方式，占用3根I/O口线。

一般的风扇都是单相异步电机，故我们也采用这种电机。

电机转速通过I/O口输出PWM信号的占空比来控制。

以主要是红外遥控电风扇控制板系统框图。

图1红外遥控电风扇控制板系统框图

PT2262／2272配对使用可组成遥控发射和接收电路。

其中PT2262组成遥控器，PT2272组成接收器，它们必须工作在同一频段（如本系统中射频收发模块都选用315MHz频段），地址编码必须完全相同才能配对使用（设置地址码的原则是：

同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分．至于设置什么样的地址码完全由用户配置）。

发射电路用来发射3I5MHz的高频载波，将编码后的地址码、数据码、同步码随同载波一起发射出去，接收电路将发射电路发射出的信号有效地接收过来，经过放大后，再送入解码电路解码后，变成所需的电信号。

当解码芯片PT2272接收发送过来的信号时，VT脚输出一个正脉冲，经9014取反后向单片机产生一个中断请求，CPU接到中断信号后读取PT2272芯片的内容，与此同时，相应的数据脚也输出高电平。

如果发送端按键一直被按住，编码芯片也会连续发射。

当发射机没有按键按下时，PT2262不会与电源连通，所以315MHz的高频发射电路不工作。

二遥控器

2.1遥控器原理框图

图2遥控器原理框图

为了能远离距的控制电风扇，采用了红外遥控器。

通常红外遥控器由发射和接收两部分组成，发射部分由PT2622来完成，接收部分由单片机AT89S52和PT2722组成，上图是红外发射的原理框图。

2.2遥控器工作原理及组成部分

遥控器主要部分为PT2262，PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。

编码芯片PT2262发出的编码信号由：

地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。

它的发送格式为：

当任意数据端口有高电平输入时，PT2262将连续发送四次编码，假设振荡周期为T,每发送一次编码都有128T宽度的低电平分开。

而32T×12的编码是由A0～A11十二个码组成，A0在前A11在后。

由Dout引出的电路部分即为发射编码电路，发射频率为315MHz，通过射频电路最终由天线进行编码的发射。

遥控电路图如下图3所示：

图3遥控器电路图

2.3软件设计

遥控器软件流程图如下所示

三红外接收模块

3.1红外接收原理框图

图4红外接收原理框图

3.2红外接收电路图

在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：

悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的1～8脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。

当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1～D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。

用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。

下图为PT2722组成的红外接收电路：

图5红外接收电路

该模块是以解码芯片PT2272为核心的接收模块。

该接收模块有七个引出端，分别为VCC、GND、D1、D2、D3、D4及VT，其中VT端为解码有效输出端，D1_D4为四位数据锁存输出端，能输出4V左右的高电平，驱动电流2mA，与发射器上的S1、S2、S3、S4四个键相对应。

接收模块采用SMD贴片工艺制造生产，为超再生接收方式，它内含放大整形及解码电路，使用极为方便。

3.3软件软件流程设计

红外接收主程序流程：

键值处理流程图：

四语音播报的设计

在单片机应用中经常要输出语音，比如操作上的语音提示，测量上的语音报告等等。

它们的核心都是语音的录入与输出（录音与放音）。

此模块就是在51系统中如何录音，与如何放音。

在单片机系统中使用较多的语音设备是ISD系列的语音芯片。

其中ISD4004更有16分钟的语音记录时间。

此模块将选用此芯片为核心设计。

4.1工作原理与功能特性

该芯片声音录放采用了CchipCorder专利技术，即无须A/D转换和压缩就可以直接储存，没有A/D转换误差，在一个记录位（BIT）可存储250级声音信号，相当于通常的A/D记录的8倍。

它与单片机联接如下：

图6语音播报电路

（1）SPI（串行外设接口）

ISD4004工作于SPI串行接口。

SPI协议是一个同步串行数据传输协议，协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作，因此对ISD4004而言，在时钟上升沿锁存MOSI引脚的数据，在下降沿将数据送至MISO引脚。

协议的具体内容为：

1.所有串行数据传输开始于SS下降沿。

2.SS在传输期间必须保持为低电平,在两条指令之间则保持为高电平。

3.数据在时钟上升沿移入,在下降沿移出。

4.SS变低,输入指令和地址后,ISD才能开始录放操作。

5.指令格式是（8位控制码）加（16位地址码）。

6.ISD的任何操作（含快进）如果遇到EOM或OVF,则产生一个中断,该中断状态在下一个SPI周期开始时被清除。

7.使用"读"指令使中断状态位移出ISD的MISO引脚时,控制及地址数据也应同步从MOSI端移入。

因此要注意移入的数据是否与器件当前进行的操作兼容。

当然,也允许在一个SPI周期里,同时执行读状态和开始新的操作（即新移入的数据与器件当前的操作可以不兼容）。

8.所有操作在运行位（RUN）置1时开始,置0时结束。

9.所有指令都在SS端上升沿开始执行。

（一）信息快进

用户不必知道信息的确切地址,就能快进跳过一条信息。

信息快进只用于放音模式。

放音速度是正常的1600倍,遇到EOM后停止,然后内部地址计数器加1,指向下条信息的开始处。

（二）上电顺序

器件延时TPUD（8kHz采样时,约为25毫秒）后才能开始操作。

因此,用户发完上电指令后,必须等待TPUD,才能发出一条操作指令。

例如,从00从处发音,应遵循如下时序:

1.发POWERUP命令;

2.等待TPUD（上电延时）;

3.发地址值为00的SETPLAY命令;

4.发PLAY命令。

器件会从此00地址开始放音,当出现EOM时,立即中断,停止放音。

如果从00处录音,则按以下时序:

1.发POWERUP命令;

2.等待TPUD（上电延时）;

3.发POWERUP命令

4.等待2倍TPUD;

5.发地址值为00的SETREC命令;

6.发REC命令。

器件便从00地址开始录音,一直到出现OVF（存贮器末尾）时,录音停止。

4.2软件设计

（1）程序工作思想

电路上电后，程序首先完成程序的初始化，随后查询按键状态，进入系统待机状态。

如果有按键按下，则转去执行该按键指向的工作程序。

按键包括放音键，停止键，加一，减一键以及特殊语键。

在待机状态下，如果放音键首次被按下，程序将首先判断是去还是回，并自动读出第一站的放音内容。

如果不是首次按下，程序则首先判断当前站号，并以该站号为依据获得存放该站放音内容的首地址。

调用放音子程序，读入前面获得的本站放音内容首地址，开始放音。

每一句放音完毕后，ISD4004的中断引脚（25脚）会自动送一低电平信号。

在硬件设计中，该引脚与单片机的P3.3连接。

因此，会引起一次中断，在中断子程序中会有一个计数器记录中断次数，从而判断何时一站结束，站号加一并刷新显示。

加一键按下后则使程序放音内容转向下一站，减一键则使程序放音内容转向上一站，相应的站号显示也将随之刷新。

特殊语键按下后，程序转向执行特殊语放音。

停止键被按下将中止当前的放音状态。

（2）程序流程图如图5

（3）编程以及调试时要注意的一些问题

在放音程序中，要严格按照ISD4004的要求编程。

首先要送上电指令，然后等待25毫秒的延迟，再送16位放音起始地址，最后送8位的开始放音指令。

（3）在放音电路的调试过程中，首先测量ISD4004的工作电压是否3伏，如果是则进入下级调试。

再看是否可以送入放音地址，对此可以测量AUDOUT引脚的电压，若为1.2伏则说明可以读入放音地址。

随后测量是否能够放音，可以测量AUDOUT引脚电压，若为1.2伏，则说明ISD4004芯片工作正常，应该可以放音。

如果还没有听到放音，则可以调试后级放音电路，看是否后级电路的问题。

图7程序流程图

五液晶显示及电机控制

5.1液晶概述及引脚功能

（1）概述

带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。

可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。

由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

（2）基本特性:

     低电源电压（VDD:

+3.0--+5.5V）；显示分辨率:

128×64点；内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字（简繁体可选）；内置128个16×8点阵字符；2MHZ时钟频率；显示方式：

STN、半透、正显；驱动方式：

1/32DUTY，1/5BIAS；视角方向：

6点；背光方式：

侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5—1/10；通讯方式：

串行、并口可选；内置DC-DC转换电路，无需外加负压；无需片选信号，简化软件设计；工作温度:

0℃-+55℃,存储温度:

-20℃-+60℃ ；

（3）串口接口管脚信号

图22液晶串口接口管脚信号

5.2电机的控制

单片机的I/O口不能驱动异步电机，因此必须用一个驱动芯片，在这里我选择了ULN2003。

ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，但独每个单元驱动电流最大可达350mA.以下是ULN2003的内部框图：

图23ULN2003的内部框图

要达到控制电机不同档位的风速，利用单片机PWM输出即可控制电机的不同档位。

而MCS-51系列单片机无PWM输出功能，我们可以采用定时器配合软件的方法实现，对精度要求不高的场合是非常实用的。

单片机固定脉宽PWM的输出：

用T0定时器完成PWM输出，脉宽固定为65536us，T0定时器设置成16位定时器。

可变脉宽PWM输出：

用T0定时器控制PWM的占空比，T1定时器控制脉宽（最大65536us。

）T0、T1定时器设置成16

位定时器。

通过软件控制PWM脉宽的输出，从而实现对电机不同速度的控制。

小结

本系统充分利用AT89S52单片机的I/O口分别对键盘、液晶和电机进行控制。

按键对PT2262-IR进行编码调制，经过红外发射管发射。

红外接收管接收到信号后，通过PT2272解码，输入到单片机中。

单片机进行相应的处理，判断出是哪个按键，从而转向对应的程序，由单片机输出PWM脉宽对电机的转速进行控制。

由单片机I/O口对ISD4004

控制，从而实现语音的录放。

在设计过程中，选择电路非常重要。

刚开始我以为红外摇控用简单的一对红外对管就可以实现，理论上是行得通，但实际设计时如果用红外对管则电路复杂有可能不会实现。

而我选择了红外发射/接收集成电路，从而大大的解决了主要难题。

通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。

使我对电路设计加深了了解，在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。

致谢

通过两周的不断努力，终于完成了此次毕业设计。

在此，最先感谢我的辅导老师宋武老师和李敏老师，正是他们在帮忙之中还抽出宝贵的时间对我进行精心的指导，才使我顺利完成了我的毕业设计。

值此论文完成之际，谨向所有关心、支持、帮助我的领导、老师、同学和亲友们表示最诚挚的感谢！

附录

可变脉宽PWM输出:

　　用T0定时器控制PWM的占空比，T1定时器控制脉宽（最大65536us。

）

　　T0、T1定时器设置成16位定时器。

PWM输出波形如图３所示。

　　程序清单：

（12MHz）

　　　　PwmData0；T0定时t1的初值（字）

　　PwmData1；T0定时t2的初值（字）

；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊

　　SETBTR0；启动T0

SETBTR1　　　......

T0INT：

CLRTR0；T0中断服务程序

　　SETBP1.0；PWM输出脚

　　　　RETI

T1INT：

CLRP1.0；T1中断服务程序

CLRTR0　　　　　

CLRTR1

　　　　　MOVTH0,HIGH（PWMDATA0）

　　　　　MOVTL0,LOW（PWMDATA0）

　　　　　MOVTH1,HIGH（PWMDATA1）

　　　　　MOVTL1,LOW（PWMDATA1）

　　　　　SETBTR1　　　　　

SETBTR0

RETI

说明：

在主程序中计算PWMDATA0、PWMDATA1的值

参考文献

1.全国大学生电子设计竞赛组委会．第五界全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编　　北京：

北京理工大学出版社

2.雷丽文等.微机原理与接口技术[M].北京：

电子工业出版社，1997.2

3上海市教育委员会组丁元杰．单片微机原理及应用北京：

机械工业出版社

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5.谭浩强.C程序设计（第二版）.清华大学出版社.1999年12月第2版.。

6.任为民.电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社.1997年5月第1版.

7.http: