基于单片机的红外遥控器设计【开题报告+文献综述+毕业论文】

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本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化基于单片机的红外遥控器设计一、课题研究意义及现状红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式，在车载影音导航系统也被广泛的应用。红外遥控的特点是不影响周边环境、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；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路。因此，现在红外遥控在家用电器、近距离(小于10米)遥控中得到了广泛的应用。自2005年起，台湾与中国大陆遥控设备产量约占全球总产量的80％，且受海外市场对家用自动化与娱乐应用与产品需求的快速增长的刺激，其出口总值仍在上升。近年来，随着遥控制造产业的不断成熟，遥控器市场竞争十分激烈。因此红外遥控的研究具有重大现实意义。通常红外遥控使用专门配对编码、解码芯片，即某种解码芯片只能识别某种编码芯片的编码，对其他型号的编码芯片的编码则不能识别，因此不同的遥控器没有互换性，造成使用场合有多个遥控器，用户深感不便。因此提出了利用单片机作为主控芯片，结合红外遥控用户码的设置，自行设计编码和解码程序，实现一个遥控器控制多台设备的方法。基于单片机的学习型红外遥控设备，拥有用于控制用电器的电源供给、调节用电器的功率的等多种功能，不仅可指定使用现有的任意一个红外遥控器实施控制。还可以进一步设定具体用哪一个按键控制，具有学习记忆功能。红外遥控技术作为遥控方面的佼佼者，拥有性能稳定，技术成熟，容易实现等特点。采用单片机为基础的红外遥控在此基础上又多了一机多操作的特点。由此可见，发展红外技术，不但有巨大的市场前景。还可促进整个行业的发展，同时该技术也势必对人们的生活产生更加深远的影响。二、课题研究的主要内容和预期目标本课题以单片机为控制核心，设计红外发射、接收电路，存储电路，键盘输入电路和显示电路，并制作一个具有自学习能力的红外遥控器，可以实现对多路电器的红外遥控。 要求实现如下基本功能：1.接发红外信号，实现电灯的开关和调光。2.能进行单片机设计或纯数字模拟电路设计。3.操作该遥控器实现对多电器的遥控。验收成果：系统实物、电原理图、说明书、源程序等三、课题研究的方法及措施本课题将用单片机制作出一种简易红外电器遥控器，可以分别控制多个电器的电源开关，和一个电灯开关，并且可以对电灯进行亮度的调光控制。通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。设计的电路由基本模块组成：直流稳压电源，红外发射电路，红外接收电路及控制部分。系统框图如图所示。红外遥控电路发射器主要由单片机AT89C2051、操作键盘和红外发射电路三部分组成。当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射。控制系统采用5V电源，具有低功耗空闲和掉电方式控制。红外遥控电路接收器主要由单片机AT89S52、指示电路、红外接收电路和输出控制四个部分组成。当红外接收器接收到控制脉冲后，由单片机处理，由显示设备显示出当前受控电器的序号，并判断是否对灯泡进行调光。系统采用5V单电源供电，能满足低功耗空闲状态，并具有掉电记忆控制功能。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自2010年10月18日至2011年4月22日。2010年10月10日至2010年11月10日： 确定课题，明确任务，查找资料，和导师沟通并确定总体设计方案；2010年11月10日至2010年11月30日：写文献综述，外文翻译，完成开题报告，准备开题答辩；2010年12月1日至2010年12月30日：确定电路设计布局和元器件的选择；2011年1月4日至2011年2月10日：完成硬件电路焊接和测试；2011年2月11日至2011年3月11日：完成软件调试和系统联调；2011年3月1日至2011年3月30日：撰写毕业论文，做好论文答辩的PPT资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。五、参考文献[1]郑伟等.一种具有自学习功能的智能红外遥控器设计[J].计算机测量与控制，2007，15：1758-1759.[2]李冬梅等.通用学习式红外遥控器中数据压缩与识别算法[J].清华大学学报(自然科学版)，2000，40：85-88.[3]李志超，周华.基于单片机的红外遥控器的设计与应用[J].中州大学学报，2008，4：111-112.[4]吴爱萍，朱晓春等.基于AT89S51的多功能红外遥控器设计[J].仪表技术及传感器，2008，8：78-80.[5]林铃，于德海．自学习红外遥控器的设计与实现[J]．电脑知识与技术，2008，8：1257-1259.[6]郑伟，谢利理，张震.一种具有自学习功能的智能红外遥控器设计[M].计算机测量与控制,2007，15.[7]阎纲，梁昔明.基于MSP430单片机的红外遥控器设计[M].微计算机信息,2006，22.[8]许晓瑛，陈连坤.基于C8051F的学习型红外遥控器的设计[J].中国科教创新导刊，2007，9.[9]王梦蛟.学习型红外遥控装置的研究与设计[M].电子测试，2008，9.[10]李宝营，赵永生，祁建广.基于单片机的红外遥控系统设计[M].机电工程技术，2008，37.[11]TexasInstruments,Incorporated.DecodeTVIRRemoteControlSignalsUsingTimer_A3.[EB/OL]http://focus.ti.com/lit/an/slaa134/slaa134.pdf/[12]S.Haliadis.MicrosoftWord-InfraRedRemoteControlExtender.htm[EB/OL]. http://www.ee.teihal.gr/labs/electronics/web/downloads/Infra_Red_Remote_Control_Extender.pdf 毕业论文文献综述电气工程及自动化红外遥控技术研究摘要：本文介绍了红外遥控的基本原理，主要特点及发展过程；并介绍了红外遥控在工业控制、智能仪器仪表、家用电器等方面的应用。关键词：红外遥控；解码；编码；单片机课题背景红外遥控技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已较成熟。它是一种把红外线作为载体的遥控方式，即以红外线作为通信载体，通过红外光在空中的传播来传输数据的通信方式。红外遥控由发射端和接收端来完成。在发射端，发送的数字信号经过适当的调制编码后，送入电光变换电路，经红外发射管转换为红外光脉冲发射到空中；在接收端，红外接收器对接收到的红外光脉冲进行光电变换。解调译码后恢复出原信号。红外发射端发送数据时，是将待发送的二进制调制成一系列的脉冲信号后发射出去。红外载波通常采用频率38KHz的方波，采用脉宽调制PWM方式发送，通过待发送二进制数据的“0”或“1”控制两个脉冲之间的时间间隔，及PWM的占空比。红外载波既可以通过外围硬件电路实现。也可以使用单片机内部的定时器的PWM功能实现。红外接收端在收到38KHz的载波信号时，会输出低电平，否则输出高电平，从而可以将“时断时续”的红外光信号解调成一定周期的连续方波信号，经单片机处理，便可以恢复出原数据信号[1]。由于红外线的波长特性，采用红外遥控时，不会对对周边的电器造成影响。红外光按波长范围分为近红外、中红外、远红外、极红外4类。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，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。红外遥控具有对环境影响小，隐蔽性强，控制距离远，结构简单，可靠性高等一系列优点。在技术上，它无需专门申请特定频率的使用执照，移动设备所需体积小、功率低，传输速度适用于家庭和办公室的网络，信号无干扰，传输准确度高等特点。被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。 研究现状从60年代开始，一些发达国家即开始研究民用产品的遥控技术，但受到时代科技的影响，遥控技术发展十分缓慢。直至70年代，随着大规模集成电路和计算机技术的迅猛发展，遥控技术才得到有效的发展。遥控方式的发展经历了有线到无限、从振动子到红外线、再到使用总线的红外遥控几个阶段。但是无论用何种方式，最重要的是准确无误地传输信号，达到精准的控制。最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受干扰，因此逐渐被超声波和红外线媒介的替代。与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息请少，容易受干扰引起误动作。因此逐渐采用红外线的遥控方式取代了超声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，故目前广泛使用的是红外线多功能遥控[2-5]。红外遥控器的硬件部分主要包括五个模块：电源模块、键盘模块、液晶模块、红外发送模块和红外接收模块。其中最主要的即为发射与接收模块。红外信号发射模块由载波发生器、红外发射驱动电路、红外发光二极管组成。能够产生载波信号，并将微处理器送来的红外遥控编码信号进行调制，通过驱动电路和红外发光二极管发射出去。红外接收模块可对红外遥控信号进行解调，并将解调后的信号直接送给微处理器进行解码和存储。文献[6-8]对红外发射与接收部分做了详细介绍。图1为红外遥控系统原理。键盘编码和调制光电放大解调解码单片机图1红外遥控系统原理图红外遥控技术在近十年发展迅速，尤其在家用电器方面，在其他电气领域也得到广泛应用，随着人们生活水平的提高，对使用产品的要求也日益提高，要求产品更方便，更智能化，红外遥控技术恰恰能满足这新时代产品的发展要求。通常红外遥控使用专门配对编码、解码芯片，即某种解码芯片只能识别某种编码芯片的编码，对其他型号的编码芯片的编码则不能识别，因此不同的遥控器没有互换性，造成使用场合有多个遥控器，不同品牌、不同型号的设备之间容易产生误操作，人们必须在不同的设备中使用不同的传输规约或者识别码。容易在实际使用中造成遥控器多而杂，经常搞混的现象，用户深感不便[9] 。因此提出了利用单片机作为主控芯片，结合红外遥控用户码的设置，自行设计编码和解码程序，实现一个遥控器控制多台设备的方法。基于单片机的学习型红外遥控设备，拥有用于控制用电器的电源供给、调节用电器的功率的等多种功能，不仅可指定使用现有的任意一个红外遥控器实施控制．还可以进一步设定具体用哪一个按键控制，具有学习记忆功能。市面上单片机的种类十分多样，要实现上述功能可以使用8031，AT89S52，凌阳单片机等多种单片机来实现。但是8031没有内部存储器，学习型红外遥控设计需要编写程序，那么就需要外部扩展，比较麻烦。该学习型设计所需编写程序比较简单，功能也比较少，如用凌阳单片机过于复杂，大材小用，且该设计使用到的输入输出端口不是很多，所以可采用AT89S52单片机来完成该设计，既方便也使用。要实现一台遥控器控制多台设备，需要对单片机进行相应的软件设计。系统设计中主要由自学习模式，即对红外遥控器发射的红外信号作自学习；自学习验证模式，对被学习的红外遥控器的编码作正确与否的验证；数据传输模式，用于向应用系统传输经本系统学习、验证并储存的红外遥控的基带数据编码帧这三个模式组成。自学习模式，即对红外遥控器发射的红外信号作自学习。而自学习的内容也就是对遥控器所发射的红外信号进行波形和频率测量。所有遥控器的输出都是遥控编码信号，因此需要对接收的信号进行解码。通常对接收的红外信号采用硬件解码的方法来实现，而以单片机为核心的红外遥控器使用软件解码来对接收的红外信号进行解调的方法。该方法与硬件解码相比较更准确，减小了误差和硬件电路的连接。完成自学习功能后，即可对被学习的遥控编码进行独立(无须电脑)验证工作，以确认是否满足被控设备的控制要求，即转发学习的红外信号。首先按操作系统“自学习验证”键一次，表示该系统处于验证工作状态；此时该本系统某个“设备种类选择”键表示选择对该设备进行验证；然后将该系统红外发射头对准相应的被控设备：接着再按该系统某功能键，便可进行设备功能的验证。单片机检测到有按键按下，便调用内部程序，输出已存储在EEPROM内的相应该设备的高低电平时问数据，输出脉冲串转发红外信号。单片机与上位机（PC机）或集中控制器进行信息交换时，一般的单片机和PC机内部均带有常用的RS232串口通信接口，因而两者之间的通信可通过串行口完成。文献[10-12]中阐释了这三种模式的运行过程及软件实现方法。 使用该种学习型红外遥控器时，当遥控器的按键按下，其内部的信号发射器周期性地发出同一种脉快调制的二进制串行码，由红外发射管输出。红外遥控器发射的遥控编码脉冲由前导码、系统码、功能码、功能码的反码组成。这些编码经载波脉宽调制后发射。遥控接收完成对遥控信号的接收、放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲，然后通过微控制器实现相应的控制功能。学习型红外遥控器的系统硬件电路简单，工作稳定可靠，更可贵的是易于扩展受控设备，对人们日益变化的生活环境有着良好的适应性，极大的节约了硬件资源。总结与展望红外遥控技术作为遥控方面的佼佼者，拥有性能稳定，结构简单，技术成熟，容易实现等特点。采用单片机为基础的红外遥控在此基础上又多了一机多操作的特点，随着技术的完善，成品价格的下降，越来越被广大群众所接受。近年来随着国外市场对家用自动化与娱乐应用产品需求快速增长的刺激，我国红外产品的出口值每年都在上升，由此可见，发展红外技术，不但有巨大的市场前景。还可促进整个行业的发展，同时该技术也势必对人们的生活产生更加深远的影响。参考文献[1]阎纲，梁昔明.基于MSP430单片机的红外遥控器设计[M].微计算机信息,2006，22.[2]吴媛媛，叶茂森.红外遥控技术浅析[J].2009，25(1).[3]黄玲.基于AT89C51单片机控制的自学习遥控器的设计[M].中国校外教育（基教版）,2009.[4]张敏辉，赵锡奎.红外计算机遥控器的设计与实现[J].科技信息（学术版）,2008,18.[5]TexasInstruments,Incorporated.DecodeTVIRRemoteControlSignalsUsingTimer_A3.[EB/OL]http://focus.ti.com/lit/an/slaa134/slaa134.pdf/[6]郑伟，谢利理，张震.一种具有自学习功能的智能红外遥控器设计[M].计算机测量与控制2007，15.[7]吴爱萍，朱晓春.基于AT89S51的多功能红外遥控器设计[M].仪表技术与传感器,2008，8.[8]S.Haliadis.MicrosoftWord-InfraRedRemoteControlExtender.htm[EB/OL].http://www.ee.teihal.gr/labs/electronics/web/downloads/Infra_Red_Remote_Control_Extender.pdf[9]王梦蛟.学习型红外遥控装置的研究与设计[M].电子测试，2008，9.[10]李宝营，赵永生，祁建广.基于单片机的红外遥控系统设计[M].机电工程技术2008，37.[11]李楠，郑建立.基于单片机的红外遥控自学习系统的设计[M].自动化与仪器仪表,2008， 6.[12]李晋，王玲.学习型遥控器设计[M].电子测量技术2006，29. 毕业设计（20__届）基于单片机的红外遥控器设计 摘要红外遥控是目前应用最广泛的一种通信和遥控手段。目前市场上一般采用专业的遥控集成电路，具有制造容易，操作简便的特性，但由于不同型号的编码芯片不能相互识别，应用范围受到限制。该设计的目的在于以单片机为控制核心，制作一个具有自学习能力的红外遥控器，可以实现对多路电器的红外遥控。为实现上述功能，将设计一款红外遥控电路，具体结构分为发射电路和接收电路。以AT89C2051为控制中心发射红外信号，以AT89S52为控制中心接收红外信号，驱动继电器实现灯泡的开关及亮度控制。通过对设计要求的认真分析和研究，最终选定最佳方案，设计的遥控器能控制5个电灯开关，并可对一路电灯进行亮度的调节。经测试，该电路能实现对多个设备的控制，基本符合技术要求。关键词：红外遥控电路；AT89C2051；AT89S52 AbstractInfraredremotecontrolisthemostwidelyusedasameansofcommunicationandremotecontrol.Currentlyonthemarketgenerallyuseprofessionalremotecontrolintegratedcircuit,withmanufacturingiseasy,simplefeatures,butbecauseofthedifferenttypesofencodingchipscannotrecognizeeachother,theapplicationislimitedinscope.Thepurposeofthedesignforthecontrolofthemicrocontrollercore,producingaself-learningabilityofinfraredremotecontrol,multipleappliancescanbeachievedontheinfraredremotecontrol.Toachievetheabovefunctions,thedesignofaninfraredremotecontrolcircuit,theconcretestructureisdividedintotransmitterandreceivercircuit.AT89C2051asthecontrolcentertotransmitsignalstothecontrolcenterAT89S52receivedsignal,thedrivetoachievebi-directionalthyristorswitchandthelampbrightnesscontrol.Throughcarefulanalysisofdesignrequirementsandresearch,thefinalselectionofanoptimalsolution,designedtocontrolfiveremotecontrollightswitches,andthebrightnessofthelightsallthewaytotheregulation.Aftertesting,thecircuitcanrealizethecontrolofmultipledevices,inlinewithtechnicalrequirements.KeyWords:RemoteControlCircuit;AT89C2051;AT89S52 目录1引言12总体设计22.1方案比较22.1.1总体方案比较22.1.2单片机的选择32.1.3显示电路的选择32.2系统简介33硬件设计63.1单片机AT89S5263.2单片机AT89C205173.3红外发射电路83.4红外接收电路83.5控制部分103.6LED显示电路114软件设计134.1系统的功能实现134.1.1遥控码的编码格式134.1.2遥控码的发射134.1.3数码帧的接收处理134.2发射编码的软件设计144.3接收编码的软件设计165测试结果及其分析186结束语20致谢21参考文献22附录1实验原理图23附录2程序清单24 1引言随着电子技术的飞速发展，新型大规模集成电路的不断出现，使遥控技术有了日新月异的发展。近年来，遥控技术在工业生产，家用电器，安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。红外遥控技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已较成熟。是一种把红外线作为载体的遥控方式，具有对环境影响小，隐蔽性强，控制距离远，结构简单，可靠性高等一系列优点。本设计利用红外传输控制指令及智能控制系统，借助单片机强大灵活的控制功能发出脉冲编码，组成一个红外遥控系统。该红外遥控器能记忆多个红外指令。当进行学习时，微处理器开始解码，数据被存入片外存储器中。当进行遥控时，通过按键选择对应的控制功能，微处理器调用相应功能的红外编码。其中红外通讯的发射部分是把待发送的部分转换成一定格式的脉冲，然后驱动红外发光管向外发送数据。红外通讯的接收部分则是完成红外线的接收、放大、解调，还原成格式相同，高低电位相反的脉冲信号[1]。为实现上述功能，在系统的设计上也有一系列的要求：被控设备的控制实时反应时间要短；能根据控制系统要求对红外控制指令信号精确编码；抗干扰能力强，不产生误动作；整个系统的操作便捷，成本低廉。 2总体设计根据任务书的要求，以单片机为控制核心，设计红外发射、接收电路，存储电路，键盘输入电路和显示电路，并制作一个具有自学习能力的红外遥控器，可以实现对多路电器的红外遥控，可以拟定以下的几种方案。2.1方案比较2.1.1总体方案比较方案一：简易红外遥控电路在不需要多路控制的应用场合，可以使用由常规集成电路组成的单通道红外遥控电路。由于该方案是简单的单通道控制，可直接产生一个控制功能的震荡频率，再通过红外发光二极管发射出去。当红外接收头接收到控制频率时，由一个电路对其进行解调并产生相应的控制功能。它是一个简单的单通道红外遥控电路。这种遥控电路不需要使用较贵的专用编译码器，因此成本较低。该方案未采用单片机控制，功能过于单一，仅能对一路电器进行简单的遥控。方案二：红外线发射/接收控制电路均采用单片机来实现，输出控制方式可选择，实用性强。当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出去。当红外接收器接收到控制脉冲后，由控制方式选择开关选择是“互锁”还是单路控制，再由单片机处理后，对相应的受控电器产生控制。方案二采用单片机来实现，电路简单，实用性强。虽可控制多个电器，但控制功能过于单调，仅能实现电器开关的控制，实用价值不大。方案三：用单片机制作一个红外电器遥控器，可以分别控制多个电器的电源开关，并且带记忆性。当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射出去。 当红外接收器接收到控制脉冲后，经单片机处理由显示设备显示出当前受控电器的序号并且进行存储。方案三不仅可用控制键实现对电器的控制，而且可记忆、方便实用。并且本设计用到的元器件较少，电路相对简单实用，因此本设计采用方案三。2.1.2单片机的选择方案一：采用凌阳单片机作为处理器。该学习型设计所需编写程序比较简单，功能也比较少，使用凌阳单片机过于复杂，大材小用。方案二：采用8031系列单片机。但是8031系列单片机没有内部程序存储器，学习型红外遥控设计需要编写程序，那么就需要外部扩展，比较麻烦。方案三：红外发射部分采用AT89C2051单片机，接收部分采用AT89S52单片机，该两种单片机都具有较大的程序存储器，使系统不需要扩展就能满足设计要求，故采用方案三。2.1.3显示电路的选择方案一：LED数码管接口非常简单，不需要专用的驱动程序，在设计程序时也非常的简单。方案二：LCD显示的字比较丰富，也比较清楚，给人的感觉很好，但是接口复杂，且要自己造字库，难度不小。对于本设计遥控器的接收电路来说，在配置一些指示灯的前提下，只显示数字就够了，故没必要采用LCD，用LED数码管就够了。2.2系统简介通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。设计的电路由以下几个基本模块组成：直流稳压电源，红外发射电路，红外接收电路及控制部分[2]。系统框图如图2-1所示。 图2-1系统总体框图红外遥控电路发射器主要由单片机、操作键盘和红外发射电路三部分组成。当按下遥控按钮时，单片机产生相应的控制脉冲，由红外发光二极管发射[3]。控制系统采用5V电源，具有低功耗空闲和掉电方式控制。红外遥控电路发射电路原理图如图2-2所示。图2-2红外遥控电路发射原理框图红外遥控电路接收器主要由单片机、指示电路、红外接收电路和输出控制电路四个 部分组成。当红外接收器接收到控制脉冲后，由单片机处理，由显示设备显示出当前受控电器的序号，并判断是否对灯泡进行调光。系统采用5V单电源供电，能满足低功耗空闲状态，并具有掉电记忆控制功能[4]。红外遥控电路接收电路原理图如图2-3所示。图2-3红外遥控电路接收原理框图 3硬件设计3.1单片机AT89S52AT89S52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。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52是用静态逻辑设计的，提供两种可用软件来选择的省电方式，即空闲方式和掉电方式。空闲方式时，CPU停止工作，RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。掉电方式时，片内振荡器停止工作，只保存片内RAM的内容，指导下一次硬件复位为止。该单片机内部资源丰富功能强大，集成了内部看门狗、双数据指针、在系统编程（串行下载目标程序）等功能，软硬件调试方便，对于开发来说是极为便利。另外，其本身较大的存储器使得本系统不需要扩展即能满足设计要求。AT89S52的引脚说明如下：1.P0端口是一个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使用。在访问外部程序和数据存储器时，它是多时分路转换的地址/数据总线，在访问期间激活内部的上拉电阻。2.P1端口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，可做输入口用。P1作输入口时，通过内部的上拉电阻，被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。3.P2端口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，可做输入口用。P2作输入口时，通过内部的上拉电阻，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时，P2 送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的内容在整个访问期间不变。4.P3端口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动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，可做输入口用。P3作输入口时，通过内部的上拉电阻，被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在AT89S52中，P3端口还有一些专门功能：（1）P3.0RXD(串行输入口)（2）P3.1TXD（串行输出口）（3）P3.2/INTO（外部中断0）（4）P3.3/INTO(外部中断1)（5）P3.4TO（计时器0外部输入）（6）P3.5T1（计时器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程序校验接收控制信号3.2单片机AT89C2051AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C2051单片机在电子类产品中有广泛的应用。AT89C2051共有20条引脚。P1口有8个引脚，准双向端口。P3.0~P3.6有7个引脚，准双向端口，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。相比AT89S52少了一些功能，但是它具有能耗小，便于携带的特性，所以本设计的红外遥控发射电路中使用它来产生脉冲信号。 3.3红外发射电路红外遥控发射通过键盘，按下一个键，即产生一个编码数字脉冲，这种代码指令调制在38KHz的载波上，红外发光二极管产生不同的脉冲，传送到遥控接收器。P1口作为按键部分，P3.5口作为发射部分，采用三极管的放大驱动红外发射[5]。发射电路如图3-1所示。图3-1红外发射电路图3.4红外接收电路如图3-2所示，红外遥控系统中的指令信号及检出电路，在码分制系统中由编码电路和解码电路构成，而且要有调制和解调的过程，因为码分制系统编码脉冲的频率极低，为超低频，如果不用调制与解调电路，外界突然的光线变化可能会对接收电路造成干扰，产生误动作，系统的抗干扰能力及可靠性就难以保证。码分制红外遥控就是指令信号产生电路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。当不同的指令键被按下时，指令信号电路产生不同脉冲编码的指令信号，然后经调制电路调制，变为编码脉冲调制信号，再由驱动电路驱动红外发射器发射红外光信号[6]。 红外接收前置放大执行解调指令解码记忆驱动图3-2红外接收电路流程图在接收过程中，脉冲通过光学滤波器和红外二极管转换为38KHz的电信号，通过对信号的放大，检波，整形，解调，发送到解码与接口电路，完成遥控功能。如图3-3为红外接收电路采用红外一体接收头HS0038，如接收器接收下来的信号经过前置放大后，送入出解调电路，对调制信号进行解调，再经过指令信号检出指令信号。指令信号检出电路是与发射器中编码电路相对应的译码电路，它将指令信号译出[7]。图3-3红外一体接收头HSOO38引脚图3.5控制部分 控制部分采用了隔离驱动电路，用光电器件作为隔离元件，利用光耦合来隔离强电，以防止强电影响单片机的工作。光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管组合起来的器件，发光二极管是把输入的电信号变换成相同规律的变化的光，而光敏三极管是把光又重新变换成变化规律相同的电信号。由于光电耦合器抗干扰能力强，容易完成电平的匹配和转移，所以使用越来越广泛[8]。光电隔离的目的是割断两个电路的电气联系，即割断了噪声从一个电路进入另一个电路的通道。光电隔离是通过光电耦合器实现的。光电耦合器的符号如图3-4所示。图3-4光电耦合器原理图输入信号使发光二极管发光，其光线又使光敏三极管产生电信号输出，完成信号传递的同时又实现了电气上的隔离。光电耦合器的响应时间不超过几个微秒。光电耦合器的输入输出端在电气上是绝缘的，且输出端对输入端无反馈，故而具有隔离和抗干扰两方面的特性。通常使用光电耦合器是为实现两个主要功能：电平转换：TTL电路和电源电路之间不需要另加匹配电路就可以传输信号，进而是实现电平转换。隔离：由于信号电路与接收电路之间被隔离，因此两个电路不会形成干扰。光电耦合器中光敏电阻的基管有引出和不引出的两种形式。通过接地电阻可以控制光电耦合器的响应速度和灵敏度。电阻越小，响应速度越高[9]。电路如图3-5所示。 图3-5控制电路图通过光耦后，继电器可实现对不同设备的控制，从而达到弱电控制强电的的目的。这里用发光二极管来替代，可控制多个不同的强电设备。3.6LED显示电路LED显示主要是显示所发射的信号的个数，它实现以下作用。当按下某一个按键时，LED会显示01，再按下时，LED显示00，如果同时按下2个键，则LED显示02。LED显示器由7个发光二极管组成，又叫7段LED显示器，显示器中还有一个圆点型发光二极管，可用来显示小数点。通过7个发光二极管的明暗的不同组合，可现实多种数字、字母及符号。LED显示器中的发光管有两种接法：（1）共阳极接法把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时共阳极接+5V。此时阴极端输入低电平的发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。（2）共阴极接法把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时共阴极接+5V。此时阴极端输入低电平的发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。在设计的电路中，采用了共阳极接法，原理如图3-7所示。显示的十六进制数的字形代码如表3-1所示。 图3-6LED显示原理图表3-1十六进制数的字形代码表dpgfedcba字形字型码110000000C0H111110011F9H101001002A6H101100003B0H10010010499H10010010592H10000010682H111110007F8H10000000880H10010000990H01000000040H 图3-7LED数码管与单片机的连接原理图 4软件设计4.1系统的功能实现4.1.1遥控码的编码格式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。为接收方便，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。4.1.2遥控码的发射采用AT89C2051单片机。用P1口作为键盘，获取键值，用内部的定时器1产生一个38KHz的软件定时中断，作为红外线的调制基波，当某个操作按键按下时，单片机先读出键值，然后根据键值制定遥控码的脉冲个数，最后调制成38KHz的方波由红外发光管发射出去[10]。P3.5端口的输出调制波如图4-1所示。4.1.3数码帧的接收处理当红外接收器输出脉冲帧数据时，第一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脉宽小于2ms，将当成错误码处理。当间隔位的高电平脉宽大于3ms时，结束接收后根据累加器A中的脉冲个数，执行相应输出口的操作。如图4-2所示为红外接收器输出的一帧遥控码波形图。 图4-1端口输出编码波形图图4-2红外接收输出的一帧遥控码波形图4.2发射编码的软件设计遥控发射的主程序，首先初始化程序，然后调用键扫描处理子程序。如图4-3为主程序流程图。 初始化调用键扫描处理子程序开始图4-3主程序流程图初始化定时器，定时频率为38KHz的时间段。按下某一按钮时，发送数据1，开始工作。同时定时器溢出，即定时器记录满，执行定时器中断。发送数据0时，定时器不工作。红外信号发射过程：首先装入发射脉冲个数(发射时为3ms脉冲，停发时为1ms脉冲)，此时若发射脉冲个数为1则返回主程序，若不为1则发1ms脉冲，然后停发1ms脉冲，这样便结束整个发射过程[11]。在实际中，采用红外线遥控方式时，由于受遥控距离，角度等影响，使用效果不是很好，如采用调频或调幅发射接收码，可提高遥控距离，并且没有角度影响。发射流程图如图4-4所示。 图4-4发射流程图4.3接收编码的软件设计单片机上电复位后，对其内部定时器初始化，用定时器及软件计数的方式，有信号输入时，单片机产生中断，在P3.1口进行脉冲个数计数，测量P3.1高低电平的宽度。P3.1端口为高电平时，接收到红外遥控信号时，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。中断过程：首先判断低电平脉宽度是否大于2ms，若脉宽不到2ms，则中断返回；若低电平大于2ms，则接收低电平脉冲计数，接下来看判断高电平脉宽度冲是否大于3ms，若脉宽不到3ms，则返回上一接收计数过程；若高电平脉宽大于3ms，则按照脉冲个数至对应功能程序，然后中断返回[12]。中断程序过程如图4-5所示。 图4-5中断程序流程图其中按键扫描过程：首先判断控制键是否按下，若有控制键按下则进行逐行扫描，查找键号。最后按照键号转至相应的发射程序流程如图4-6所示。图4-6按键流程图 5测试结果及其分析控制电路板的安装与调试在整个系统研制中占有重要位置，它是把理论付诸实践的过程，也是把纸面设计转变为实际产品的必经阶段。对试验阶段的电路板的安装一般有两种方式即焊接方式和面包板插接方式。使用面包板焊接更加方便，容易更换线路和器件，而且可以多次使用。但在多次使用的面包板中弹簧片会变松，弹性变差，容易造成接触不良，这是需要注意的。实验和调试常用的仪器有：万用表、稳压电源、示波器、信号发生器等。通过调试，对结果进行了记录：本电路共设计了8个输入按钮，7，8为特殊按键。当输入按键5时，通过红外发射和接收电路，对应的5号发光二极管发光，数码管显示工作的设备个数时，显示为1。再次按下按键5时，5号发光二极管灭，数码管显示工作设备个数时，显示为0。同时按下按键3和4时，3号和4号二极管亮，数码管显示2.按下按键7时，所有设备都不工作，数码管显示0，所有发光二极管都不发光。按下按键8时，所有设备都工作，数码管显示6，所有发光二极管都发光。结果基本满足设计要求。调试时应注意各个步骤的。1．调试前不加电源的检查对照电路图和实际线路检查连线是否正确，包括错接、少接、多接等；用万用表电阻档检查焊接和接插是否良好；元器件引脚之间有无短路，连接处有无接触不良，二极管、三极管、集成电路和电解电容的极性是否正确；电源供电包括极性、信号源连线是否正确；电源端对地是否存在短路（用万用表测量电阻）。若电路经过上述检查，确认无误后，可转入静态检测与调试。2．静态检测与调试断开信号源，把经过准确测量的电源接入电路，用万用表电压档监测电源电压，观察有无异常现象：如冒烟、异常气味、手摸元器件发烫，电源短路等，如发现异常情况，立即切断电源，排除故障； 如无异常情况，分别测量各关键点直流电压，如静态工作点、数字电路各输入端和输出端的高、低电平值及逻辑关系、放大电路输入、输出端直流电压等是否在正常工作状态下，如不符，则调整电路元器件参数、更换元器件等，使电路最终工作在合适的工作状态；对于放大电路还要用示波器观察是否有自激发生。3．动态检测与调试动态调试是在静态调试的基础上进行的，调试的方法地在电路的输入端加上所需的信号源，并循着信号的注射逐级检测各有关点的波形、参数和性能指标是否满足设计要求，如必要，要对电路参数作进一步调整。发现问题，要设法找出原因，排除故障，继续进行。我们所设计的遥控器电路是采用码分制遥控方式，我们用示波器对发射电路输出端及接收电路输入端的信号波型的进行了检查，发现当按下不同的开关按钮时所显示的波型是不同的。这说明了此电路是工作在正常状态的。4．调试注意事项（1）正确使用测量仪器的接地端，仪器的接地端与电路的接地端要可靠连接。（2）在信号较弱的输入端，尽可能使用屏蔽线连线，屏蔽线的外屏蔽层要接到公共地线上，在频率较高时要设法隔离连接线分布电容的影响，例如用示波器测量时应该使用示波器探头连接，以减少分布电容的影响。（3）测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。（4）测量仪器的带宽必须大于被测量电路的带宽。（5）正确选择测量点和测量。（6）认真观察记录实验过程，包括条件、现象、数据、波形、相位等。（7）出现故障时要认真查找原因。 6结束语红外遥控技术作为遥控方面的佼佼者，拥有性能稳定，技术成熟，容易实现等特点。然而目前的遥控设备只能对单一设备进行单独控制，本设计的红外遥控电路系统中设计了多个控制器，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，基本符合要求。在这几个月的努力下，我不断完善自己的设计，使之能快捷，高效的完成要求的任务，最后终于在老师和同学的帮助下，取得了不小成果。在这一过程中，我通过查阅网上及书本上的资料，进一步了解了单片机的知识，增强了自己的动手能力，我感觉到自己有了长足的进步。我认识到发展红外技术，不但有巨大的市场前景。还可促进整个行业的发展，同时该技术也势必对人们的生活产生更加深远的影响。 参考文献[1]阎纲，梁昔明.基于MSP430单片机的红外遥控器设计[M].微计算机信息,2006，22.[2]吴媛媛，叶茂森.红外遥控技术浅析[J].2009，25(1).[3]黄玲.基于AT89C51单片机控制的自学习遥控器的设计[M].中国校外教育（基教版），2009.[4]张敏辉，赵锡奎.红外计算机遥控器的设计与实现[J].科技信息（学术版），2008，18.[5]郑伟，谢利理，张震.一种具有自学习功能的智能红外遥控器设计[M].计算机测量与控制2007，15.[6]吴爱萍，朱晓春.基于AT89S51的多功能红外遥控器设计[M].仪表技术与传感器，2008，8.[7]王梦蛟.学习型红外遥控装置的研究与设计[M].电子测试，2008，9.[8]李宝营，赵永生，祁建广.基于单片机的红外遥控系统设计[M].机电工程技术2008，37.[9]李楠，郑建立.基于单片机的红外遥控自学习系统的设计[M].自动化与仪器仪表，2008，6.[10]李晋，王玲.学习型遥控器设计[M].电子测量技术，2006，29.[11]S.Haliadis.MicrosoftWord-InfraRedRemoteControlExtender.htm[EB/OL].http://www.ee.teihal.gr/labs/electronics/web/downloads/Infra_Red_Remote_Control_Extender.pdf[12]TexasInstruments,Incorporated.DecodeTVIRRemoteControlSignalsUsingTimer_A3.[EB/OL]http://focus.ti.com/lit/an/slaa134/slaa134.pdf/ 附录1实验原理图1.发射部分电路图2.接收部分电路图 附录2程序清单接收程序ORG0000HLJMPSTARTORG0003HLJMPINTEX0ORG0030HSTART:MOVSP,#70HMOVIE,#00H;关所有中断SETBEX0;开外中断SETBEA;总中断允许MOVP1,#00HMAIN:LCALLDELAY;持续512微秒MOV31H,#00HMOV30H,P1MOVR7,#08HXUN:CLRCMOVA,30HRLCAMOV30H,AMOVA,31HADDCA,#00HMOV31H,ADJNZR7,XUNMOVA,31HSWAPAMOVP2,ALJMPMAIN;转MAIN循环 NOP;PC值出错处理NOPLJMPSTART;出错时重新初始化;遥控接收程序;采用中断接收INTEX0:MOV32H,AMOV20H,CCLREX0;关外中断JNBP3.5,READ1;P3.5口为低电平转READ1READOUTT0:SETBEX0;P3.5口为高电平开中断（系干扰）MOVA,32HMOVC,20HRETI;退出中断READ1:CLRA;清AMOVDPH,A;清DPTRMOVDPL,A;HARD1:JBP3.1,HARD11;P3.5变高电平转HARD11INCDPTR;用DPTR对低电平计数NOP;1微秒延时NOPAJMPHARD1;转HARD1循环（循环周期为8微秒）HARD11:MOVA,DPH;DPTR高8位放入AJZREADOUTT0;为0（脉宽小于8*255=2毫秒）退出CLRA;不为0，说明是第一个宽脉冲（3毫秒）READ11:INCA;脉冲个数计1READ12:JNBP3.1,READ12;低电平时等待MOVR1,#06H;高电平宽度判断定时值READ13:JNBP3.1,READ11;变低电平时转READ11脉冲计数LCALLDELAYREAD;延时（512微秒）DJNZR1,READ13;6次延时不到转READ13再延时 DECA;超过3毫秒判为结束，减1DECA;减1JZFUN0;为0执行FUN0（2个脉冲）DECA;减1JZFUN1;为0执行FUN1（3个脉冲）DECA;JZFUN8;为0执行FUN8（10个脉冲）DECA;JZFUN9;为0执行FUN9（11个脉冲）DECA;JZFUN10;为0执行FUN10（12个脉冲）DECA;JZFUN11;为0执行FUN11（13个脉冲）DECA;JZFUN12;为0执行FUN12（14个脉冲）DECA;JZFUN13;为0执行FUN13（15个脉冲）DECA;JZFUN14;为0执行FUN14（16个脉冲）DECA;JZFUN15;为0执行FUN15（17个脉冲）NOP;NOP;LJMPREADOUTT0;出错退出FUN0:CPLP1.0;P0口各端口开关输出控制LJMPREADOUTT0;转中断退出FUN1:CPLP1.1;LJMPREADOUTT0;FUN2:CPLP1.2LJMPREADOUTT0 FUN3:CPLP1.3LJMPREADOUTT0FUN4:CPLP1.4LJMPREADOUTT0FUN5:CPLP1.5LJMPREADOUTT0FUN6:MOVP1,#00HLJMPREADOUTT0FUN7:MOVP1,#03FHLJMPREADOUTT0FUN8:CPLP2.6;P2口各端口开关输出控制LJMPREADOUTT0;转中断退出FUN9:CPLP2.5LJMPREADOUTT0FUN10:CPLP2.4LJMPREADOUTT0FUN11:CPLP2.3LJMPREADOUTT0FUN12:CPLP2.2LJMPREADOUTT0FUN13:CPLP2.1LJMPREADOUTT0FUN14:CPLP2.0;P2.0口开关控制LJMPREADOUTT0;转中断退出FUN15:CPLP2.7;亮度调整LJMPREADOUTT0;中断退出;;延时255X2＝512us;DELAYREAD:MOVR0,#0FFHDELAYR1:DJNZR0,DELAYR1 RETDELAY:MOVR6,#0FFHDELAY1:MOVR7,#0FFHDJNZR7,$DJNZR6,DELAY1RETEND