课程设计(论文)-单片机的红外遥控系统.docx
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1、摘要 红外遥控技术是红外技术、红外通讯技术和遥控技术的结合。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其他电器设备,抗干扰性强,具有光波的直线传播特性,不易产生相互间的干扰,是很好的信息传输媒体。为了进一步学习了解红外遥控,我们决定基于51学习板,设计制作一个红外遥控器,可分析解读并显示红外信号。本设计综合运用单片机STC89C51的中断系统、定时器/计数器的相关知识对信号进行编码和解码。在发射端,通过三极管将调制好并已加在38KHZ载波上的信号进行放大,再通过发光二极管发射出去。在接收端,通过红外一体接收头接收信号,将其送入单片机进行解码,并最后在LCD屏上显示结果。在经过软件、硬件的正确调试后
2、,在液晶屏上正确显示了输入红外信号的信息。实验结果验证了本装置设计的合理性。关键词:红外遥控 AT89C51 编码和解码 AbstractInfrared remote control technology is infrared technology, infrared remote control technology, communication technology and the combination. Infrared remote control feature is not affecting the surrounding environment, without inte
3、rfering with other electrical equipment, interference is strong, with a linear propagation characteristics of light, easy to produce mutual interference, is a good information transmission media. To learn more about infrared remote control, we decided to study based on 51 plates, designed an infrare
4、d remote control, can interpret and display the infrared signal analysis. The design of the integrated use of STC89C51 interrupt system, timers / counters knowledge of the signal encoding and decoding. In the transmitter, through the good and the modulation transistor has been added to 38KHZ carrier
5、 signal amplification, and then transmitted out through the light-emitting diodes. At the receiver, one receiver via infrared signal receiver will decode it into the microcontroller, and the final results displayed on the LCD screen. After the software and hardware debugging correctly, the LCD scree
6、n on the right shows the infrared signal input information. Experimental results demonstrate the reasonableness of the device design.目录1前言22设计原理32.1发射部分设计原理32.2接收部分设计原理33、整体方案设计43.1整体方案设计43.2方案论证53.3方案的比较与选择54、单元模块设计54.1电源电路54.2、单片机最小系统64.3、键盘电路74.4、EEPROM电路84.5、接收电路94.6、发射电路94.7、显示电路95、软件设计105.1设计思
7、路105.2 设计流程图106、电路的测试146.1、硬件的测试146.2、软件测试157、总结与展望168、参考文献179、附件181. 前言上世纪八十年代开始红外线遥控技术在日本出现,该技术通过集成发射芯片来实现遥控码的发射而率先使用于电视机。随后,电子技术的飞速发展使多功能红外遥控器应运而生,极大地满足了人们的需求。如今,内部配置了一个动态编码库具备红外学习功能的遥控器,因其用户可根据自身的需求录入编码的人性化设计更是风靡全球。作为当代工科大学生,了解并自己制作具备学习功能的红外遥控器是一项必须掌握的基本知识。 本设计的红外遥控分析器应用了STC89C51单片机作为核心,综合应用了单片机
8、中断系统、定时器、计数器等知识,应用红外线的特点,外光接收频率的识别,判断出控制操作,来完成整个红外遥控发射、接收过程。其优点硬件电路简单,软件功能完善,性价比较高等,具有一定的使用和参考价值。2. 设计原理红外遥控系统一般由红外发射装置和红外接收设备两大部分组成。红外发射装置又可由键盘电路、红外编码芯片、电源和红外发射电路组成。红外接收设备可由红外接收电路、红外解码芯片、电源和应用电路组成。2.1 发射部分设计原理 通过矩阵键盘按下一键值,再通过红外编码芯片进行编码,为了提高信号的传输距离,将已编码的信号加到38KHZ的载波上,再通过发射二极管发射出去。原理图如下: 芯片编码、载波二极管发射
9、矩阵键盘图12.2 接收部分设计原理 当红外线发射信号进入接收模块后,红外一体接收头对信号进行滤波,并在输出端输出低电平,再经过单片机解码程序进行解码,并在数码管上显示解码结果,从而完成红外线遥控的动作。原理图如下:接收信号芯片解码LCD屏显示图23. 整体方案设计根据该课程设计要求,基本功能为实现红外信号的接收,扩展功能要求结合红外遥控分析器,增加红外发射功能,使得其成为具有学习功能的红外遥控器。由此,首先构想出如图3所示的发射接收流程图。操作键盘单片机红外发射电 路红外接收头单片机LCD图33.1 整体设计思路根据图3的流程图思想,我们把该电路分为接收和发射两部分。接收部分:红外一体接收头
10、是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路,不需要任何外接元件,就能完成从红外线接收到输出,并与TTL电平信号兼容的所有工作。没有红外遥控信号时为高电平,收到红外信号时为低电平。其OUT接口直接与INT1相连,通过下降沿触发,发射部分:(发射信号输出)由三极管的基极输入,三极管采用共射的连接方式,发射二极管作为三极管的负载接在集电极,将已经调制好的红外信号发射出去。3.2 方案论证 由以上思路设计出发射电路和接收电路的以下不同方案。如图4和图5。 (a) (b)图4 (a) (b)图53.3 方案的比较与选择(1)、接收电路:图5-b中在接收头的VCC端和GND端之间接入0.1uF的电解电
11、容进行滤波,在VCC端和OUT端接入了一个20K的电阻,作分流用。但是经过测量,发现不加这两个元件所得结果和加上后测试结果之间误差很小,以至于可以忽略。然而,连个元件的接入不仅是电路复杂化了,而且在使用时需要考虑到该元件的参数,使用不方便。因此,综合考虑,我们决定选择更为简洁方便,易于控制的图5-a电路。(2)、发射电路:图4-b中的电路和图4-a中电路相比,多接入了两个20pF的电容和一个11.05926MHZ的晶振构成了一个皮尔斯振荡电路,从而来产生发射所需的38KHZ的载波。而图5-b中直接通过程序控制来产生38KHZ的载波。图a中的晶振由于晶体自身的原因,只能点频工作,频率变化范围小;
12、石英晶片的振动具有多谐性,会产生多次谐波干扰;另外,由于是通过硬件电路实现,需通过改变电路中元件的参数来实现,使用不方便;而且整个谐振回路增大了电路的功耗。综上因素考虑,我们决定使用图4-a中所示电路。4. 单元模块设计4.1、电源电路该系统使用干电池供电。单片机需要5V电源,A/D需要稳定5V电源。采用集成三端稳压芯片LM2904-5.0为系统提供稳定的电源需求。集成三端稳压器主要有两种:一种是线性稳压芯片,另一种是开关型稳压芯片。线性稳压芯片输出纹波小,电路简单,但功耗较大,效率较低,典型芯片为LM7805;开关稳压芯片则功耗小,效率高,但是输出纹波大,电路复杂,典型芯片为LM2596。对
13、于单片机来说,单片机本身功耗低,但是它对电源要求相对较高。经过选型实验对比,LM2940性能较优。LM2940为最大输出1A低压差线性稳压器件。能为单片机及A/D芯片提供稳定的5V电压。4.2、单片机最小系统图6本系统采用89C51单片机,89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能COMS8位微处理器,俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容
14、。开关键、大电容C3和电阻R5构成复位电路。小电容C1、C2和晶振组成晶振回路,为单片机的正常工作提供时钟信号。本系统主要起到对信号的编码和解码的作用。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的组合表示二进制的“1”。 一个完整的全码=引导码+用户码+用户码+数据码+数据反码。 其中,引导码高电平9ms,低电平4.5ms;系统码8位,数据码8位,共32位;其中前 16 位为用户识别码,能区别不同的红外遥控设备,防止不同机种遥控码互相干扰。后 16 位为 8 位的操
15、作码和 8位的操作反码,用于核对数据是否接收准确。4.2.1、编码原理当矩阵键盘按下某一键值时,单片机从EEPROM中取出该值的八位二进制数,将该调制信号与38KHZ的载波进行相“与”运算,再把相与后的信号从P1.4口逐位传输给发射电路。其波形图如图7所示。图74.2.2、解码原理 接收方一般使用一体化红外线接收器进行接收解调,当接收到38kHz红外信号时,输出端输出低电平,否则为高电平。该输出的波形是与发射波形是反向的,如图8所示。外中断口1接收低电平,单片机对其进行二进制编码,之后转换为十六进制,通过P1.1,P1.2,P1.3口和P2口送入LCD显示屏进行显示。图84.3、键盘电路图9该
16、键盘采用行扫描。其原理是:使第一行线为低电平,如果这条列线上没有闭合键,则各条线的状态都为高电平,如果行线上有闭合键,则相应的那条列线即变为低电平。于是就可以根据按行线号和列线号求得闭合键的键码。行号分别接到了P00,P01,P02 ,P03列号分别接到了P04,P05,P06,P07做成了4*4的矩阵式键盘。4.4、EEPROM电路图10 该电路选用了AT24C04A。它由4096位串行的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)构成。它们组成512个字节,每个字节8位。具有低功耗,低电压的优点。AT24C04,AT24C04A提供两个电压版本:1.8V(1.85.5V),2.7V(2.75.
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