./......編號：畢業設計<論文>說明書題目：基于單片機的紅外遙控設計系〔部〕：電子工程系專業：電子信息工程學生__學號：指導職稱：□□√□□□年月日摘要紅外遙控技術的應用是是目前非常廣泛的,幾乎各個領域都涉與到該技術,軍事、醫學等方面。在我們日常生活中,用到最多的還是電視遙控、無線鼠標、鍵盤等等之類的,體積小、方便。如果紅外遙控的體積非常的大,看個電視手上提這個像塊搬磚的東西非常的不方便。所以我們一般都會設計得很精致、很順手,一個是為了美觀,一個是為了方便。在現在的設計用,我們經常會用到單片機來設計這類的產品。單片機是在一塊集成電路芯片上具有CPU、程序存儲器、數據存儲器、中斷控制器等部件構成,具有體積小、程序編寫簡單、功能強大、可靠性高、價格便宜等優點,在很多方面應用廣泛。紅外遙控技術具有使用簡單方便、功耗低、抗干擾能力強等特點,因此應用也很廣泛。紅外技術加上單片機,做成簡單的紅外遙控器,簡單、實用,應用前景十分廣闊。本課題研究的是通過紅外線作為傳遞信息的載體,設計出一個遙控發射、接收系統,可對受控制對象的工作狀態進行短距離的無線控制,實現受控對象燈的閃爍。課題的重點是通過軟件來實現二進制的編碼于解碼,然后通過紅外發射管和接收管來進行數據傳輸。關鍵詞：單片機；紅外遙控；載波AbstractTheapplicationofinfraredremotecontroltechnologyisnowveryextensive,andalmostallfieldsarerelatedtothetechnology,military,medicineandsoon..Inourdailylife,theuseofthemostorTVremotecontrol,wirelessmouse,keyboardandsoon,small,convenient.Ifthesizeoftheinfraredremotecontrolisverylarge,watchingTVinthehandsofthingslikeblockbrickmoveveryinconvenient.Sowearegenerallydesignedtobeverydelicate,veryeasy,oneisforthesakeofbeauty,oneisforconvenience.Inthecurrentdesign,weoftenuseSinglechipmicrocomputertodesignsuchproducts.SCMisapieceofintegratedcircuitchipwithCPU,programmemory,datamemory,interruptcontrollerandothercomponents,hassmallvolume,programmingsimple,powerfulfunction,highreliability,cheappriceadvantage,inmanywidelyused.Infraredremotecontroltechnologyhastheadvantagesofsimple,convenient,lowpowerconsumption,anti-interferenceability,andsotheapplicationisalsoverywide.Infraredtechnologyandsingle-chipmicrocomputer,madeofsimpleinfraredremotecontrol,simple,practical,theapplicationisverybroadprospects.Thisresearchisthroughtheinfraredasacarrierofinformationtransmission,designaremotecontroltransmitterandreceiversystem,toobjecttocontroltheworkingstateofshortdistancewirelesscontrol,thecontrolledobjectlightsflashing.Thefocusoftheprojectistoimplementthebinaryencodingthroughsoftware,andthentransmitdatathroughtheinfraredtransmittingtubeandthereceivingtube.Keyword：Singlechipmicrocomputer;Infraredremotecontrol;Carrier目錄TOC\o"1-3"\h\u26696引言1289881課題設計166671.1設計任務1192121.2設計研究背景與意義147142整體設計框架2223002.1設計思路2314473總體設計3132233.1紅外遙控發射部分4288983.2紅外遙控接收部分4182053.3二進制信號的調制630363.4二進制信號的解調6214373.5二進制信號的解碼7134214硬件設計7146764.1單片機主要特性715164.2芯片功能概述8239794.3芯片引腳功能說明8285484.4時鐘模塊10147594.5復位電路11152054.6紅外發射電路11143784.7遙控接收電路1352634.8控制和顯示電路14102434.9電源電路1578895軟件設計1593025.1編發發射程序設計15263465.2紅外遙控接收程序設計17130486制作與仿真19112286.1硬件電路布線與焊接1983766.2系統仿真19326406.3軟件下載20223357調試檢測20120757.1硬件調試2093537.2軟件調試2197737.3調試中出現的問題與解決方法22303508結論2323091謝辭2529403參考文獻2622601附錄27.......引言近年來,隨著社會的發展和時代的進步,各個領域的相互滲透,單片機的應用也正在不斷的步入我們的生活當中。傳統的遙控器大多采用無線電遙控技術,隨著科技的進步,紅外線遙控技術的一步步的掌握和成熟,紅外遙控也逐漸成為一種廣泛應用的通訊和遙控手段。特別是在家用電器上的應用,給人們的工作、生活和娛樂帶來了極大方便。隨著人們的生活水平的提高,各種家用電器也隨之增多,紅外技術應用得越來越廣泛,而且越來越實用。紅外無限數據傳輸系統是一種利用紅外線作為傳輸媒介的無限數據傳輸方式,它相對于無線電數據通信具有功耗低、價格便宜、低電磁干擾、高XX性等優點,目前發展迅速。由于其無法穿透墻壁,故而在不同的房間使用遙控器不會相互干擾。利用單片機設計紅外遙控器具有電路簡單、編解碼容易、編程靈活、體積小、低消耗等特點,因此采用單片機的紅外遙控技術具有廣泛的發展前景。尤其是在近距離無線數據通信中得到廣泛的運用。在日常生活中,紅外遙控技術應用最多的地方就是遙控器。電視機、空調等家電,應用最為廣泛,每個遙控都有自己所對應的受控設備,互不干擾,電視遙控不能控制空調,也不能控制風扇。正因為其互補干擾的特性,運用到的地方才比較多,發展前景也比較的廣泛。1課題設計1.1設計任務廣泛查閱和收集資料,了解基于單片機紅外遙控器設計的各種方案和原理,比較其優劣性,提出自己的觀點和解決方案。綜合運用所學的模擬電子技術、數字邏輯電路、非電量檢測技術、單片機技術等專業基本知識,設計制作一臺紅外遙控器智能臺燈設計基本要求：〔1〕設計一個紅外遙控器,要求使用紅外傳輸調制后的數據；〔2〕要求能夠對接收到的紅外載波數據進行解調,復原原來數據；〔3〕能夠與家用的一般遙控器兼容。1.2設計研究背景與意義隨著科學技術的飛速發展,人們的生活水平也在不斷的提高,為了減少人們的工作量,所以對各種家用電器、電子器件的非人工控制的要求越來越高。針對現狀,設計出一個集成度比較高的控制體系是必然的。在現代科技的飛速發展,對于許多危險、不可近場合,也對遠程控制提出了越來越高的要求。單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統,同時集成通訊接口、定時器、時鐘等外部設備。而現在有些單片機系統更加強大,能夠實現聲音、圖像等更復雜的輸入輸出系統,都集成在一塊芯片上。.......單片機的集成度很高、體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、使用方便等突出特點,尤其耗電少,又可使供電電源體積小,質量輕。所以應用X圍很廣,它的應用已經深入高工業、農業、國防、科研、教育以與日常生活等各種領域,幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。單片機特別適合把它做到產品的內部,取代一些老式機械、電子零件或元器件,增加其功能,增強其靈活性,縮小體積,還能夠實現不同程度的智能化。紅外線是一種不可見光,也具有普通光的性質,可以直線傳播,強度可以調節,可以通過光學透鏡聚焦,可以被不透明物體遮擋等等。特別制造的半導體發光二極管,可以通過控制二極管的電流來改變光的強度,并發出特定波長的紅外線,以達到調制的目的,因此,在現代電子工程應用中,紅外線常常被用作近距離視線X圍內的通訊載波。使用紅外線做信號載波有很多優點：成本低、傳播X圍和方向可以控制、不產生電磁輻射干擾,也不受干擾等等,對環境影響小。再因為紅外光波的波長比無線電波的波長小得多,所以紅外線遙控發射的信號不會影響其它家用電器,也不會影響比較近的無線電設備。日常生活中的應用就是家用遙控器,紅外線遙控不具備像無線電遙控那樣可以穿透障礙物去對受控對象進行受控的能力,所以,在設計紅家用的紅外線遙控器時,不需要像無線電遙控器那樣,每套都要有不同的遙控頻率或編碼。同類產品的紅外遙控器,也可以有相同的遙控頻率或編碼,而不會出現遙控信號隨意跑飛、控制亂的情況。這對于大批量生產以與在家用電器上普與紅外線遙控提供了極大的方便。2整體設計框架2.1設計思路整體設計思路為：根據掃描的按鍵的鍵值轉至相對應的ROM中讀取相應的數據,確認之后,單片機將從ROM中讀取到的值,按照數據處理的要求從輸出端輸出控制脈沖信號,產生38KHz的載波進行調制,再經過三級管對信號放大后,用電信號來驅動紅外發射二極管,將電信號轉換成光信號發射出去。紅外數據的接收則通過使用一個紅外一體化的接收頭,可以完成對紅外信號的接收、數據采集、解碼的功能。只需要在接收端檢測低電平的到來,就可以完成對整個信號的分析,得出當前控制信號的控制指令功能。根據設計要求設計一個基于單片機的紅外發射與接受系統,能夠實現對接受端的進行相對應的控制?？刂葡到y主要由STC89C52單片機、電源電路、始終模塊、按鍵模塊、紅外發射電路、紅外接收電路、LED狀態顯示模塊組成,單片機通過掃描鍵盤,得到相應的鍵值,再經過單片機處理編碼調制后,加載到載波信號上,再通過紅外發射二極管發射遙控信號,在通過一體化接收頭接收受控信號,經過處理傳送給單片機,單片機再根據不同的受控信來控制發光二極管的顯示狀態,并顯示相應的狀態指示。具體初始設計框圖如圖2-1所示。按鍵編碼碼個調制按鍵編碼碼個調制紅外發射紅外接收解碼并相應圖2-1設計原理框圖3總體設計紅外遙控系統的工作原理是通過按鍵信號經過單片機編碼處理后,轉化為脈沖信號,經由三級三放大,再由紅外發射頭發送出去；接收端由紅外一體化接收頭接收發送來的信號,對其放大、檢波、整形并還原為數據流,經單片機解碼后對相應的I/O口進行操作,從而完成整個遙控操作。編碼編碼單片機紅外發射管遙控按鍵紅外接收頭解碼單片機顯示部分圖3-1總體設計框圖3.1紅外遙控發射部分紅外遙控部分題系統設計框圖如圖3-1總體設計框圖所示。發送端采用單片機的定時器中斷功能；由定時器T0產生周期為26us的矩形脈沖,每隔13us定時器T0產生中斷輸出一個相反的信號,使單片機輸出端產生周期為35KHz的脈沖信號,系統通過直連單片機的按鍵獲取用戶遙控信息,經過按鍵確認,然后單片機對將要發送數據進行整理,將待發送的二進制信號編碼調制在38KHz的脈沖基波上,生成脈沖信號發射,最后通過紅外發射管發送紅外信號。紅外遙控發射電路設計框圖如圖3-2所示；載波信號如圖3-3所示。電源電源單片機編碼紅外發射按鍵部分驅動圖3-2紅外遙控發射電路框圖圖3-3載波信號3.2紅外遙控接收部分紅外遙控接收是用于接收發射二極管發射的控制信號,接收到的載波信號進行處理后送到單片機中還原解碼得到控制信號,并輸出相應的控制信號,對I/O口實施對應的操作。紅外接收端用的是HS0038接收頭,其性能可靠、價格便宜,它接收的紅外信號頻率為38KHz,對接收到的信號進行放大、檢波和整形處理,得到TTL的電平的編碼信號,紅外接收頭接收到控制信號后單片機立刻產生中斷,并開始接收紅外信號。接收到的信號經單片機解碼得到發射端發送信號信息并轉至I/O口執行,并對燈實現相對應的閃爍。紅外接收電路設計框圖如圖3-4所示。電源電源單片機解碼燈的狀態紅外接收圖3-4紅外遙控接收電路框圖本設計中采用不同的脈寬寬度來實現對二進制信號的編碼,編碼是通過發送模塊上的單片機來完的。以間隔0.56ms、脈寬為0.565ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的"1"；再以間隔1.685ms、脈寬為0.565ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的"0"。其波形如圖3-5所示。圖3-5二進制信號"1"和"0"遙控編碼中的脈沖信號是由引導碼、識別碼、識別反碼、控制碼、控制反碼信號組成的。引導碼也叫起始碼,由寬度為5ms的高電平和寬度為3ms的低電平組成,用來標志遙控編碼脈沖信號的開始。信號引導碼如圖3-6所示。5ms高電平3ms低電平圖3-6信號引導碼圖識別碼也叫系統碼,它是用來指示遙控系統的種類,以區分其它遙控系統,防止各個遙控系統的錯誤操作?？刂拼a也叫功能碼,它表示了相應的控制功能,遙控接收端可根據功能碼的數值實現各種功能操作。識別反碼與控制反碼分別是識別碼與控制碼的反碼,反碼的加入是為了在接收端校驗傳輸過程中數據是否產生差錯。脈沖位置表示的"0"和"1"組成的32位二進制碼的前16位控制指令,控制不同的紅外遙控設備。而不同的紅外家用電器也不同的脈沖調控方式,后16位分別是8位的控制碼和8位的控制反碼。串行數據碼時序圖如3-7所示。引導碼引導碼識別碼識別反碼控制碼控制反碼圖3-7串行數據碼時序圖3.3二進制信號的調制二進制信號的調制是由發送模塊上的單片機來完成,如果一個編碼二進制波形是一串方波,編碼二進制的波形會乘以載波的脈沖信號,與發送信號的高電平會保持載波信號的波形,即得到了調制后的間斷脈沖串；低電平發射信號則會使載波信號變為低電平,最后的波形則為最后用于紅外發送二極管發送的波形。二進制編碼調制如圖3-8所示。調制后的信號發射信號載波信號調制后的信號發射信號載波信號圖3-8二進制編碼調制3.4二進制信號的解調二進制信號的解調由紅外一體化接收頭HS0038來完成,它把接收到的紅外控制信號經內部處理并解調復原,得到調制后的間斷脈沖信號串,在輸出腳輸出波形,傳送到單片機上做最后的處理。HS0038紅外一體化接收頭在輸入有脈沖信號串時,輸出端輸出低電平,否則輸出高電平。其可直接與單片機串行輸入口與中斷相連,以實現隨時接收遙控信號,并產生中斷,然后由單片機對編碼還原。二進制解碼如圖3-9所示。解調解調圖3-9二進制解調3.5二進制信號的解碼接收到的二進制信號的解碼是由單片機來完成的,把紅外接收頭傳輸過來的二進制編碼波形通過解碼,還原出發送端傳輸過來的信號數據,把調制后的波形解碼還原成原始的二進制數據的信息"0"和"1"。4硬件設計硬件電路的設計,用到的器件大都是常見的元器件,電路的設計也并不是很復雜。硬件電路用到了電源電路模塊,該模塊直接用一個USB轉電源線來提供穩定的5V電源,給單片供電,用一個發光二極管來顯示其狀態,按鍵來控制開關。時鐘電路：來給單片機產生穩定的時鐘周期。復位電路：復位電路是用來防止電路出現問題,能恢復到初始化狀態,也可以在軟件出現問題時,能與時恢復到原始狀態。按鍵電路：按鍵電路用3*3矩陣鍵盤,鍵盤數量較多,為了節省I/O口,所以用矩陣鍵盤,減少I/O口的使用；鍵盤的用來確定發送的信號鍵值,確定控制信號。發射電路：用一個三極管來驅動紅外發射二極管,放大發射控制信號。接收電路直接用一個一體化接收頭,一體化接收頭能夠實現接收、放大、檢波、整形。經單片機還原之后,輸出控制信號,用燈來顯示狀態結果。本設計中,要設計遙控電路和接收電路,用到兩個單片機,單片機用的是STC芯片。STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核,但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。4.1單片機主要特性STC89C52是一種帶8K字節閃爍可編程可檫除只讀存儲器的低電壓,高性能COMOS8的微處理器。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術制造,與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。其管腳圖如圖4-1所示。?工作電壓：5.5V～3.3V；?工作頻率X圍：0～40MHz；?用戶應用程序可用空間為8K字節；?片上集成512

字節RAM；?通用I/O

口〔32

個〕,復位后為：P0/P1/P2/P3

是準雙向口上拉,

P0

口是漏極開路輸出,作為總線擴展用時,不用加上拉電阻,作為

I/O

口用時,需加上拉電阻；?ISP/IAP：可以使用串口〔RXD/P3.0；TXD/P3.1〕直接下載程

序,很快就能下載完成；?共3

個16

位定時器/計數器。即定時器T0、T1、T2。圖4-1STC89C52芯片引腳4.2芯片功能概述STC89C52與AT89S51都有相同的功能,唯一不同的就是下載方式不同,STC芯片的下載比較方便簡單且實用,支持各種下載器的下載。具有以下標準功能：8k字節Flash,512字節RAM,32位I/O口線,看門狗定時器,內置4KB的EEPROM,復位電路,3個16位定時器/計數器,4個外部中斷,一個7向量4級中斷結構,全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態邏輯操作,支持2種軟件可選擇節電模式?？臻e模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下,RAM內容被保存,振蕩器被凍結,單片機一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz,6T/12T可選。4.3芯片引腳功能說明STC89C52引腳功能說明：VCC〔40引腳〕：電源電壓。VSS〔20引腳〕：接地。P0端口〔P0.0～P0.7,39～32引腳〕：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口,每個引腳能驅動8個TTL負載。當對端口P0寫入"1"時,端口可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數據存儲器時,P0口也可以提供低8位地址和8位數據的復用總線。而此刻,P0口內部上拉電阻有效。在FlashROM編程時,P0端口可接收指令字節；在校驗程序狀態時,則輸出指令字節。驗證時,而要求外接上拉電阻。P1端口〔P1.0～P1.7,1～8引腳〕：P1口是一個自帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可以驅動4個TTL輸入。當對端口寫入1時,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位,這時可用作輸入口。P1口用作輸入口使用時,因為有內部上拉電阻,那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流。與此同時,P1.0和P1.1還可以作為定時器/計數器2的外部技術輸入和定時器/計數器2的觸發輸入。P2端口〔P2.0～P2.7,21～28引腳〕：P2口也是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅動4個TTL輸入。當對端口寫入1時,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平,這時可以用作輸入口。P2口用作輸入口使用時,因為有內部的上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。當在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數據存儲器時,P2口送出高8位地址。當在訪問8位地址的外部數據存儲器時,P2口引腳上的內容區中的P2寄存器的內容,在整個訪問期間是不會改變。在對FlashROM編程和程序校驗期間,P2也會接收高位地址和一些控制信號。表4-1第二功能引腳號第二功能P3.0RXD〔串行輸入口〕P3.1TXD〔串行輸出口〕P3.2外部中斷0P3.3外部中斷1P3.4T0〔定時器0的外部輸入〕P3.5T1〔定時器1的外部輸入〕P3.6外部數據存儲器寫選通P3.7外部數據存儲器讀選通P3端口〔P3.0～P3.7,10～17引腳〕：P3是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3口的輸出緩沖器可以驅動4個TTL輸入。當對端口寫入1時,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位,這時可以用作輸入口。P3口用作輸入口使用時,因為內部有上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流。當在對FlashROM編程或程序校驗時,P3還會接收一些控制信號。P3口除作為一般I/O口外,還另外有其它一些復用功能。其第二功能如表4-1所示。RST〔9引腳〕：復位輸入。當輸入連續兩個機器周期以上高電平時有效,可用來完成對單片機單片機的復位初始化操作。當看門狗計時完成后,RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR上的DISRTO位可以使該功能無效。在DISRTO默認狀態下,復位高電平有效。ALE/〔30引腳〕：當地址鎖存控制信號是訪問外部程序存儲器時,鎖存低8位地址的輸出脈沖。而在Flash編程時,此引腳也可用作編程輸入脈沖。在一般情況下,ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖,可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而,特別強調,在每次訪問外部數據存儲器時,ALE脈沖將會跳過。如果需要時,通過將地址位8EH的SFR的第0位置"1",ALE操作將無效。這一位置"1",ALE僅在執行MOVX或MOV指令時有效。否則,ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位的設置對微控制器處于外部執行模式下無效。/PSEN〔29引腳〕：外部程序存儲器選通信號是外部程序存儲器選通信號。當AT89C51RC從外部程序存儲器執行外部代碼時,在每個機器周期被激活兩次,而訪問外部數據存儲器時,將不被激活。/VPP〔31引腳〕：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令,必須接GND。注意加密方式1時,將內部鎖定位RESET。為了執行內部程序指令,應該接VCC。在Flash編程期間,也接收12伏VPP電壓。XTAL1〔19引腳〕：振蕩器反相放大器和內部時鐘發生電路的輸入端。XTAL2〔18引腳〕：振蕩器反相放大器的輸入端。4.4時鐘模塊時鐘電路是微型計算機的心臟,幾乎所有的數字系統在處理信號時都是按節拍一步一步地進行的,系統各部分也是按節拍來做的,要使電路的各部分統一節拍就需要一個穩定的、有節奏的時鐘信號,能產生這個穩定的時鐘信號的電路就是時鐘電路。時鐘電路的核心是個比較穩定的振蕩器,振蕩器產生的是正弦波,頻率不一定是電路工作的時鐘頻率,所以得把這正弦波進行分頻,處理,形成時鐘脈沖,然后分配到需要的地方。供系統里各部分工作時使用。引腳XTAL1和XTAL2分別是該時鐘電路放大器的輸入端和輸出端,這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體諧振器一起構成自激振蕩器。由于單片機內部有一個高增益的反相放大器,當外接石英晶體接在放大器的反饋回路中,就構成了自己振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。對外接石英晶體接上兩個電容,接在放大器的反饋回路中構成并聯振蕩電路。對外接電容,雖然沒有十分嚴格的要求,但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩定性、起振的難易程度與溫度穩定性,在本設計中,電容用22pF。圖4-2時鐘模塊4.5復位電路復位電路的基本功能是系統上電時提供復位信號直至系統電源穩定后撤銷復位信號,為可靠起見電源穩定后還要經一定的延時才撤銷復位信號以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。復位是單片機初始化操作,其主要功能是把PC初始化為0000H,使單片機從0000H單元執行程序。除了進入系統的正常初始化之外,當程序運行出錯或操作錯誤使系統處于死鎖狀態時,為擺脫困境,也需要按復位鍵重新啟動。圖4-3復位電路因為在上電的一瞬間,電壓不是直接跳變到單片機可工作的電壓X圍。并且在外部輸入電壓較低的時候,這時候單片機可能工作可能不工作,所以會引起芯片內程序的無序執行。所以復位電路需要確保在上電時候暫時不讓單片機立刻進入工作狀態,這就是上電延時狀態,確保單片機的供電電壓不足的時候,復位,讓程序重新執行,而不會陷入無序執行狀態。在復位電路中,RC復位電路可以實現上述基本功能。S1為手動復位開關,C3可避免高頻諧波對電路的干擾。復位電路如圖4-3所示。4.6紅外發射電路紅外發射管是透明的發射二極管,其特點是體積小、功耗低、高發射強度、高可靠性、發射角度45°、管子直徑5mm。圖4-4紅外發射管紅外遙控器將遙控信號調制在38KHz的載波上,經緩沖放大后送至紅外發光二極管,產生紅外信號發射出去。在紅外數據發射過程中,由于發送信號時的最大平均電流需幾十mA,所以需要三極管放大后去驅動紅外光發射二極管。紅外發射二極管如圖4-4所示。圖4-4紅外發射管三極管：三極管有三種工作狀態,也叫三個工作區域,即：截止區、放大區和飽和區。<1>截止區：三極管工作在截止狀態,當發射結電壓Ube小于0.6—0.7V的導通電壓,發射結沒有導通集電結處于反向偏置,沒有放大作用。<2>放大區：三極管的發射極加正向電壓,集電極加反向電壓導通后,Ib控制Ic,Ic與Ib近似于線性關系,在基極加上一個小信號電流,引起集電極大的信號電流輸出。<3〕飽和區：當三極管的集電結電流IC增大到一定程度時,再增大Ib,Ic也不會增大,超出了放大區,進入了飽和區。飽和時,Ic最大,集電極和發射之間的內阻最小,電壓Uce只有0.1V~0.3V,Uce<Ube,發射結和集電結均處于正向電壓。三極管沒有放大作用,集電極和發射極相當于短路,飽和時開關通路.任何的三極管都是由兩個PN結組合而成的,PN結實際是一個二極管,二極管具有單向導電性。就是說如果P極電壓高于N極電壓,電流可以從二極管的P極流向N極,而當N極電壓高于P極電壓,電流不能從N極流向P極。所以：當發射結正向偏置、集電結反向偏置,該三極管就工作在放大狀態；當其發射結和集電結都是正向偏置時,該三極管就工作在飽和狀態；當其發射結和集電結都是反向偏置時,該三極管就工作在截止狀態。NPN型三極管是基極為P極,集電極和發射極均為N極的三極管：Vb＞Ve,Vb＞Vc<即發射結、集電結均正偏>：飽和狀態,且Vb>Vc>Ve〔Vce≈0.1~0.3V〕；Ve＞Vb,Vc＞Vb<即發射結、集電結均反偏>：截止狀態,且Vc>Ve>Vb〔Vce≈電源電壓VCC>；Ve＜Vb＜Vc〔即發射結正偏,集電結反偏〕：三極管工作在放大狀態<Vce介于上兩種情況之間>。單片機通過軟件編程將調制好的脈沖信號從P1.0口將數據輸出。因此電路由紅外發射頭,一個NPN8050的三極管和兩個限流電阻組成。根據紅外發射頭工作時的電流需要,采用280倍的放大器S8050。同時紅外發射頭的串接電阻47Ω。8050的基極接1K歐姆的電阻。紅外數據射發射電路圖如4-5所示。圖4-5紅外發射電路4.7遙控接收電路遙控發射通過鍵盤,每按下一個鍵,即產生具有不同的編碼數字脈沖,這種代碼指令信號被調制在38KHz的載波上,三極管驅動紅外光二極管產生不同的脈沖,通過紅外線的傳輸到受控機的遙控接收器上。P2口作為按鍵部分,P1.0口作為發射部分,然后用三極管的放大驅動紅外發射。發射部分總體框圖見圖3-2所示。電路組成為：按鍵電路,單片機與其周圍電路和驅動發射電路。圖4-6HS003一體化接收頭紅外一體化接收頭采用HS0038,它負責對接收到的紅外遙控信號的解調。紅外接收電路一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身,并且輸出可以讓單片機識別的TTL信號,這樣大大簡化了接收電路的復雜程度和電路的設計工作,方便使用。將調制在38kHz上的紅外脈沖信號解調后再輸入到單片機的T0,由單片機進行高電平與低電平寬度的測量。遙控信號的還原是通過P2.6輸入二進制脈沖碼的高電平與低電平與維持時間,當接收頭接收信號時,單片機產生定時,并在P2.6口對信號電平進行識別,并還原為原發送數據。數據流通過單片機處理后送驅動控制部分。并通過等來實現流水。紅外一體化接收頭引腳如圖4-6所示。4.8控制和顯示電路本設計中,使用9個按鍵來控制,直接與單片機的IO口相連,選用P2口。接收用燈顯示,實現對應的流水燈,用8個LED燈,每個按鍵來實現對應的流水燈功能,直接與單片機的IO口相連,選用P0口。狀態顯示電路用8個發光二極管來顯示不同的狀態,按鍵為9個,每個按鍵對應一種流水燈狀態。發光二極管串上一個510歐姆的電阻,保護二極管不被擊穿,用作發光顯示狀態而已。LED狀態顯示電路如圖4-7所示。圖4-7LED狀態顯示電路鍵盤用的是矩陣鍵盤,因為按鍵數量有些多,為了減少對I/O的占用。它由行線和列線組成,按鍵位于行、列的交叉點上。當鍵被按下時,其交點的行線和列線接通,相應的行線或列線上的電平發生變化,MCU通過檢測行或列線上的電平變化可以確定哪個按鍵被按下。鍵盤掃描程序就是掃描鍵盤看是否有鍵按下,如有鍵按下,判斷出是哪一個鍵,當確定按下某一個鍵后,即執行紅外發射程序。掃描的方法是判斷P2口各位的電平,無按鍵按下時,各位均為高電平,當某一個按鍵按下以后,該位即為低電平。通常,按鍵所用開關為機械彈性開關,均利用了機械觸點的合、斷。一個電壓通過機械觸點的斷開、閉合過程,由于機械觸點的彈性作用,一個按鍵開關在閉和時不會馬上穩定接通,在斷開時也不會一下斷開。因而,在閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖動,抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定,一般為5—10ms。按鍵電路的消抖措施通常有硬件和軟件兩種方法。硬件消除鍵盤抖動措施主要就是外加雙穩態電路或者濾波電路的方法。本電路采用的是軟件消抖的方法,就是調用一個延時子程序,延時時間設定為6ms。LED狀態顯示電路如圖4-7所示,鍵盤如圖4-8所示。圖4-8按鍵電路4.9電源電路在本設計用,不需要高功率的電源,采用USB轉電源的5V直流電壓,用電容來實現濾波,用個發光二極管來顯示電源的是否正常供電。電路如圖4-9所示。圖4-9電源電路5軟件設計5.1編發發射程序設計在本設計中,紅外遙控系統的編碼是通過軟件部分來實現編碼和解碼,因此,軟件設計是本設計的一大重點。單片機可使用匯編和C語言來進行軟件編寫,而我用C語言來進行編寫。因為匯編語言是采用助記符號來編寫程序的,用輔助符號代替機器語言的二進制碼,就把機器語言變成了匯編語言。可以直接同計算機的底層軟件甚至硬件進行交互,直接控制硬件,由硬件間接達到某種控制效果。編寫的代碼非常難懂,不好維護。而C語言是一種比較高級的語言,編寫者可以不用去考慮硬件而直接去命令計算機達到這種控制效果。紅外發射程序任務要采集用戶的按鍵信息,生成控制碼與控制反碼連同預設的系統識別碼和識別碼反碼共同組成四個八位的二進制數據流,然后通過單片機的中斷系統將以引導碼開頭的數據流以脈沖形式發送出去。圖5-1為紅外發射主程序流程圖四個八位二進制數據調用四次數據發送子程序,最后以結束碼‘1’結尾。表示本次數據發送完畢。如圖5-1所示。Y開始初始化鍵盤與中斷延時2s鍵盤是否按下發送引導碼Y開始初始化鍵盤與中斷延時2s鍵盤是否按下發送引導碼數據發送子程序發送完畢？發送結束碼1返回YNN當電路上電開始工作時,程序開始運行,它每被調用一次便將累加器中的八位二進制數據發送出去。程序從高位開始依次發送累加器中的二進制數據。為‘0’則先發送1.68ms的低電平,為‘1’則先發送0.56ms的低電平。然后打開中斷,利用八位自動重裝初值定時器使T0口為產生周期26ms的脈沖,脈沖持續時間為0.56ms。脈沖發送完畢,關中斷。直至八位數據發送完,本次發射程序退出。5.2紅外遙控接收程序設計圖5-2單片機接收頭對輸出信號的判斷圖5-3紅外遙控接收部分讀碼程序圖5-3紅外遙控接收部分讀碼程序NNNYYY開始初始化端口與接收中斷引導碼？調用讀碼值程序碼值判斷傳輸是否完畢I/O口操作從編碼標準得知信號的‘1’和‘0’信號占空比不同。即接收頭對信號反相后碼‘1’和‘0’的高電平時間長度不同。由‘0’碼和‘1’碼的高低電平寬度可設定程序延時0.8ms后對信號的電平取樣。若為低電平即為原碼的‘1’,高電平為原碼‘0’。紅外接收頭輸出的信號為一列方波,如圖5-2所示。綜上敘述,可得其紅外遙控接收部分讀碼程序流程圖,如圖5-3所示。紅外遙控接收部分讀碼子程序利用碼‘1’和‘0’的電平特性對接收頭輸出的信號進行解碼。以八位二進制碼為一個循環。在高電平到達后0.8ms對P3.1口電平采樣,取反后即為二進制原碼,將其逐位保存到累加器中。電平采樣后軟件延時等待下一個高電平的出現。等八位數據全部讀取完畢退出子程序。讀碼完成后,并對相應的IO口進行輸出,輸出控制信號,來實現燈的狀態顯示,完成遙控接收部分。紅外遙控發送與接收到這一步基本完成了工作。其流程圖如圖5-4所示。開始初始化端口與中斷LED狀態顯示開始初始化端口與中斷LED狀態顯示調用讀碼子程序碼值判斷對I/O口操作接受結束碼1NN返回6制作與仿真對于一個產品的設計,首先先有設計思路,畫好設計框圖,根據框圖的理論,進一步的去設計硬件電路。設計硬件軟件設計完成后,畫好原理圖,布好線之后焊接電路,檢測是否有短路或斷路,然后進行調試,進行最后的驗證實施階段。本設計是基于單片機的課題,采用軟件對系統的關鍵環節進行仿真調試。因為要設計出能工作的電路,所以功能仿真不是一個孤立的過程,且其綜合、時序分析等形成一個反饋工作過程,只有這個過程收斂,各個環節才有意義。而孤立的功能仿真通過是沒有意義的,如果在時序分析過程中發現時序不滿足需要更改代碼,則功能仿真必須從新進行。因為代碼不一定能夠直接實現,不能正確的讓硬件電路正常工作,接收和發送工作不一定能夠實現,因此要進行軟件仿真,排除錯誤,修改代碼。功能仿真是代碼排錯的最重要的手段之一。6.1硬件電路布線與焊接該硬件電路原理簡單,用到的器件大部分為常見的元器件。硬件電路設計完成之后,在protell99se中運行,畫好原理圖。PCB有設計布線要求,布線前得設置好規則,要不布線前會出現連接錯誤。遙控發射電路和遙控接收電路是分開畫了兩個原理圖,布線的規則都是一樣的,GND和VCC都是用1.6mm,有些地方比較狹窄,1.6mm的先根本不能連接,就用1.2mm,因為地線和電源線的電流比較大,所以比其它位置的線都要寬,其他線用0.8mm。硬件對周圍環境要求不高,適應性較強,能降低出錯率,同時防止干擾,盡量減少跳線,減少復雜程度。焊接時,先插好較穩的元器件,如芯片插槽之類的,一個個焊接好,用不到的管腳可以不焊接,但為了安全起見,最好還是焊接的好,有時候芯片一拔出來的時候,可能把插槽腳都拔出來了,很難放進去,可能會損壞掉芯片管腳或芯片內部電路。固定元器件焊接好之后,檢查跳線是否焊接,跳線的焊接點得看清楚,以防跳線跳錯了,引起硬件電路出錯或燒毀芯片。焊接時很容易出現各種情況,如虛焊、焊盤脫落、焊錫連起等等問題,適當的使用松香,松香助焊,能減少虛焊的概率。純手工的東西,應該注意細節,焊接不好,很容易出現各種各樣的問題,肉眼看不出來,當一調試的時候就會發現出現了各種各樣的問題,所以認真細致的去對待、去完成,減少錯誤的發生。6.2系統仿真系統仿真采用所學習的Keil軟件進行仿真。因為Keil軟件是目前最流行開發MCS-51系列單片機的軟件,這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。它是由德國開發的一個51單片機開發軟件平臺。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案,通過一個集成開發環境將這些部分組合在一起。發射模塊的硬件電路在Keil中按電路圖完成搭建,并在單片機的中斷口T1口接上軟件提供的虛擬示波器,以顯示其輸出波形。發射系統的軟件部分在Keil中采用匯編語言編輯。在軟件編譯無錯后可進行軟硬件聯調。在軟硬件協調的情況下,即可從虛擬示波器中觀察到單片機輸出的待發射波形。經過仿真并通過觀察波形對設計中的軟硬件進行修改以達到需要的功能。驗證完后即可進行下一步的實際制作中。仿真波形如圖5-4所示。圖5-4輸出波形仿真6.3軟件下載STC89C52與平時做實訓所用的AT89S51芯片的下載有區別,AT89S51芯片一般用的是AVR_fighter來下載,而STC用的是stc-isp-15xx-v6.85軟件下載,AVR_fighter不支持STC芯片的下載,下載線也不相同,用的是USB-TTL下載線,因為下載線中自帶電源,所以用到單片機的TXD、RXD、VCC和GND四個管腳。stc-isp-15xx-v6.85軟件也不支持AT89系列的芯片下載。STC下載非常嚴格,下載前,確定軟件調試好了之后,編譯生成pro文件,然后接好下載線,接好板子,并且不需要給板子上電,即為斷電狀態。接好后軟件會自動檢測到串口號和波特率,打開程序文件,找到pro文件,點擊下載后,根據提示,再打開電源,給板子上電,此軟件會自動完成下載與校驗,并且系統會運行起你燒錄進去程序,即軟件燒錄完成。7調試檢測每個設計的完成,都要對其進行相應的檢測,每個設計不可能直接一次性就完成,經過不斷的檢測調試,一步步的改進,去完善,去達到任務要求。7.1硬件調試在設計的實物焊接工作完成后,還要進行系統的硬件功能測試。硬件的調試,是要對硬件電路的檢測和修改,并實踐其可行性。對于硬件電路的檢測,首先是對其設計方案的理解和論證,檢測其可行性之后,再畫原理圖。原理圖中也會經常出現斷線,芯片管腳比較密集,很多模塊都用標號去注釋,用這個標號去對應的管腳,減少了對先的,也避免線多是出現的各種亂接狀態。畫好原理圖之后,好要檢測是否連通,如果未連通,導入PCB時會出現斷線,腐蝕板子就會出現斷線的情況。檢測連通正常,沒有錯誤之后,生成PCB圖,設置好布局和線路的規則。布局是布線的重點,布局不好,會出現很多的跳線,跳線多了,會出現各種錯亂,經常會因為跳線多了而連接錯誤。布局的關鍵是根據原理圖來布局的,每個模塊都有自己的擺放位置,根據模塊來擺放,一一對應好,盡量不要擺放太遠,不僅是為了減少體積、美