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1、單片機(jī)之間的短程雙向光通信鏈路的軟硬件設(shè)計 摘 要 隨著遙控設(shè)備的普及，傳統(tǒng)的開/關(guān)已經(jīng)不能滿足市場的需求。人們希望電器在體積小、作方便等的基礎(chǔ)上能夠擁有更多的功能，而紅外遙控的廣泛應(yīng)用及單片機(jī)技術(shù)的成熟，則使得智能紅外遙控系統(tǒng)成為了遠(yuǎn)程遙控控制設(shè)備的發(fā)展趨勢。 本設(shè)計采用51單片機(jī)作為遙控發(fā)射接收芯片，HS0038作為紅外一體化接收發(fā)射管，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一個簡易的智能紅外遙控模擬系統(tǒng)。系統(tǒng)包括接收和發(fā)射兩大部分。另外本系統(tǒng)有多個按鍵，可用于擴(kuò)展控制其他電器。本設(shè)計方案基于市場的需求，結(jié)合紅外遙控設(shè)計簡單、作方便、成本低廉等特點(diǎn)。 關(guān)鍵字： 紅外遙控； 信號調(diào)制；

2、 編碼； 解碼； Abstract With the popularity of remote control devices, traditional on/off has not been able to meet the needs of the market. People hope that electric appliances can have more functions on the basis of small size and convenience. The wide application of infrared remote control and th

3、e maturity of single-chip technology make the intelligent infrared remote control system become the development trend of remote control devices. This design adopts 51 single-chip microcomputer as the remote control transmitting and receiving chip, and HS0038 as the infrared integrated receiving and

4、 transmitting tube. Based on this, a simple intelligent infrared remote control simulation system is designed. The system consists of two parts, reception and transmission. In addition, the system has multiple buttons that can be used to expand and control other appliances. The design scheme is base

5、d on the needs of the market, combined with the infrared remote control design is simple, convenient, and low cost. Keywords: Infrared Remote Control; Signal Modulation; Encoding; Decoding。 目 錄 摘 要 2 Abstract 3 1 緒論 1 1.1 課題設(shè)計目的及意義 1 1.2 紅外遙控的設(shè)計思路 1 2 課題的方案設(shè)計與論證 2 2.1 紅

6、外編碼方案 2 2.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu) 3 2.3 系統(tǒng)功能需求 6 3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 3.1 AT89C51系列單片機(jī)功能特點(diǎn) 6 3.2 紅外發(fā)射電路 10 3.3 紅外檢測接收電路 11 3.4 光電耦合控制電路 12 3.5 電源電路設(shè)計 13 3.6 LCD1602顯示部分的設(shè)計 14 3.7 鍵盤設(shè)計 16 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 18 4.1 定時/計數(shù)器應(yīng)用 18 4.2 遙控碼的發(fā)射 21 4.3 紅外接收 23 4.4 按鍵抖動問題 26 4.5 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 27 結(jié) 論 29 參考文獻(xiàn) 30 附 錄 31 附

7、錄1：發(fā)射程序 31 附錄2：接收程序 37 附錄3：紅外發(fā)射電路圖 46 附錄4：紅外接收電路圖 46 致 謝 47 1 緒論 1.1 課題設(shè)計目的及意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活節(jié)奏越來越快，對方便和速度的要求也越來越高。遙控器的外觀在一定程度上滿足了這一要求。遙控是由多產(chǎn)的發(fā)明家Luobote在20世紀(jì)50年代發(fā)明的，紅外遙控是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種遙控技術(shù)。它的原理是利用紅外線發(fā)送控制信號來實(shí)現(xiàn)對被控對象的遠(yuǎn)程控制，尤其是發(fā)送紅外信號的發(fā)射機(jī)，接收和處理信號的接收機(jī)。最終實(shí)現(xiàn)各種功能的遙控器。 紅外遙控具有獨(dú)立性、物理特性和可見光相似性，

8、無穿透障礙物能力，隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)。隨著紅外遙控技術(shù)的發(fā)展和迅速發(fā)展，許多電器被用于紅外遙控。紅外遙控技術(shù)的成熟，也使得遙控風(fēng)扇設(shè)計簡單、成本低廉。 本設(shè)計通過紅外遙控仿真，實(shí)現(xiàn)了紅外遙控按鍵的模擬。 1.2國外研究現(xiàn)狀 紅外遙控技術(shù)的發(fā)展起源于20世紀(jì)，最初主要是由一些發(fā)達(dá)國家進(jìn)行研究的技術(shù)，由于各項技術(shù)發(fā)展不成熟，所以也導(dǎo)致其紅外遙控技術(shù)發(fā)展也不順利，二十世紀(jì)七十年后，隨著各項計算機(jī)技術(shù)以及各種集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外遙控技術(shù)也得到快速的發(fā)展。并且通過多年技術(shù)積累，紅外遙控技術(shù)都開始不斷的完善與進(jìn)步。遙控技術(shù)的發(fā)展由最初的有線遙控發(fā)展到可以頸無線遙控。這都是遙控技術(shù)的巨大飛躍

9、。最初的無線遙控技術(shù)主要是由電磁波來進(jìn)行信號的控制，但是由于電磁波信號在傳輸工程中很容易受到干擾，因此關(guān)于信號的遙控開始使用紅外線信號進(jìn)行信號的傳遞。紅外遙控技術(shù)的發(fā)展得到了許多pc企業(yè)的支持，例如微軟、蘋果等公司的支持，并且都在計算中選擇采用高速紅外通信在pc機(jī)上。 1.3國外研究現(xiàn)狀 紅外遙控技術(shù)主要應(yīng)用在家電的使用上，紅外遙控因為在進(jìn)行信號接收時，不會受到外界因素的影響，在使用其他電器時也不會影響紅外信號的傳輸，并且它的價格便宜、設(shè)置編碼簡單。所以得到了很大的發(fā)展。 目前我國關(guān)于紅外遙控類型的電子元件競爭不叫激烈。這也是導(dǎo)致其元件價格比較低廉。從短期來看，這樣的競爭對消費(fèi)者很有利，

10、但是從長遠(yuǎn)角度來看，隨著競爭的惡性循環(huán)，隨著價格的走低，導(dǎo)致其質(zhì)量也會出現(xiàn)下降。因此對我國紅外相關(guān)技術(shù)很不利的。所以紅外遙控技術(shù)道路還需要走很遠(yuǎn)。 1.4 紅外遙控的設(shè)計思路 1.4.1 紅外線簡介 紅外線，又稱紅外線光波，可見光和不可見光可以根據(jù)不同的波長來劃分。波長為0.38微米～0.76微米的光波可以是可見光，其次是紅、橙、黃、綠、綠、藍(lán)、紫。0.01微米～0.38微米的光波是紫外線（譜線），0.76微米～1000微米的光波是紅外線。紅外光按波長范圍分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極端紅外。紅外線遙控是利用近紅外線來傳送遙控指令，波長0.76微米～1.5微米。近紅外光被用作遠(yuǎn)程光源，因

11、為目前紅外線發(fā)射器（紅外線發(fā)射管）和紅外線接收裝置（光電二極管、晶體管和光伏電池）的光和光的峰值波長一般為0.8微米至0.94微米，在近紅外波段，光譜重疊可以很好地匹配，以達(dá)到更高的傳輸效率和高可靠性。 1.4.2 紅外遙控系統(tǒng)簡介 紅外遙控系統(tǒng)主要由遙控發(fā)射機(jī)、集成接收頭、單片機(jī)、接口電路組成，如圖1所示。遠(yuǎn)程控制用于產(chǎn)生遠(yuǎn)程控制編碼脈沖，驅(qū)動紅外發(fā)射管輸出紅外遠(yuǎn)程控制信號，遠(yuǎn)程控制接收頭完成對遠(yuǎn)程控制編碼脈沖的放大、檢測、定型和解鎖。遠(yuǎn)程控制編碼脈沖是一組串行二進(jìn)制碼。對于一般的紅外遙控系統(tǒng)，該串行碼被輸入到微控制器中，其內(nèi)部cpu完成遙控指令的解碼，并執(zhí)行相應(yīng)的遙控功能。利用遙控作為

12、控制系統(tǒng)的輸入，需要解決的關(guān)鍵問題有：如何接收紅外遙控信號；如何識別紅外遙控信號和解碼軟件的設(shè)計、控制程序的設(shè)計。 2 課題的方案設(shè)計與論證 2.1 紅外編碼方案 有許多方法可以編碼紅外代碼。 以下是兩個實(shí)現(xiàn)選項： 解決方案1：脈寬調(diào)制串行碼。 遙控代碼具有以下特征：脈沖寬度為0.565毫秒，間隔為0.56毫秒，周期為1.125毫秒，表示二進(jìn)制“0”; 脈沖寬度為0.565毫秒，間隔為1.685毫秒，周期為2.25毫秒，表示二進(jìn)制“1”。 相關(guān)波形圖如圖2-1所示： 圖2-1 串行碼編碼 選項二：代碼共享。用脈沖數(shù)編碼，不同的脈沖數(shù)代表不同的控制對象，至少有2個脈沖。為便于可

13、靠的接收，第一碼寬度為3ms，其余為1ms，距離控制碼數(shù) 幀間隔大于10ms，如圖2-2所示。 電器0的遙控輸出碼 電器1的遙控輸出碼 圖2-2 碼分制編碼波形圖 該設(shè)計采用第二種方案，碼分編碼易于編程，并且在按鈕較少的情況下優(yōu)點(diǎn)很明顯。 2.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu) 2.2.1 手持段遙控器電路框圖： 單片微機(jī)系統(tǒng)由顯示電路，紅外傳輸電路，按鈕電路，穩(wěn)壓電路等組成。該 手持式遙控電路設(shè)計示意圖如圖2-3所示。 圖2-3手持段遙控器方框圖 2.2.2 紅外接收端電路框圖： 單片機(jī)系統(tǒng)和顯示電路，紅外發(fā)光電路和按鈕電路，電源

14、電路，控制單元等。 紅外接收器設(shè)計示意圖如圖2-4所示。 圖2-4 紅外接收端方框圖 2.2.3 紅外遙控的現(xiàn)狀 目前，家用電器最常用的遙控方法是紅外遙控。紅外遙控器不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，也不會干擾其他電氣設(shè)備。價格低，編碼簡單，使用紅外遙控器進(jìn)行遙控非常有利。 由于紅外集成接收頭的外觀，紅外遙控器的成本和技術(shù)難度大大降低。目前，它不僅用于家用電器領(lǐng)域，還廣泛應(yīng)用于玩具，安防等領(lǐng)域。紅外遙控系統(tǒng)主要由紅外遙控發(fā)射器，紅外接收裝置和遙控微處理器組成。因此，遙控系統(tǒng)是涉及單片微計算機(jī)的數(shù)字系統(tǒng)。 目前，我國紅外遙控電子元器件的競爭非常激烈，導(dǎo)致

15、價格低廉，對消費(fèi)者有利。然而，長期的惡性競爭和價格的相互壓力將不可避免地導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。最終的損害只能由消費(fèi)者造成。紅外遙控技術(shù)的發(fā)展前景仍然十分廣闊，但紅外遙控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀并不樂觀。 紅外遙控器是一種單紅外通信方法。在整個通信中，需要發(fā)送器和接收器。發(fā)送端使用單片機(jī)調(diào)制發(fā)送的二進(jìn)制信號，使其成為一系列突發(fā)信號，并通過紅外發(fā)射管發(fā)送紅外信號。紅外接收端一般采用集成紅外接收頭，接收紅外信號成本低，性能可靠。同時，對信號進(jìn)行放大，檢查和整形，得到ttl級編碼信號，然后發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行解碼和控制相關(guān)對象。 圖2-5 遙控器原理框圖 2.3 系統(tǒng)功能需求 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)需要單片機(jī)

16、作為控制芯片來執(zhí)行遠(yuǎn)程控制[4]，并且可以遠(yuǎn)程控制其他單片機(jī)控制系統(tǒng)。 主芯片控制采用AT89C51單片機(jī)，接收頭采用紅外HS0038，采用LCD1602模擬顯示遙控器按鍵的按鍵值，從而實(shí)現(xiàn)控制紅外遙控功能。 3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 AT89C51系列單片機(jī)功能特點(diǎn) 對于主控芯片的選擇需要滿足很好兼容性，同時也可以實(shí)現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)的檢測如對鍵盤參數(shù)的的檢測，此外，也可以實(shí)現(xiàn)對顯示器的驅(qū)動，保證其正常的工作，基于以上要求，我們在主控芯片的選擇上所采用的是AT89C52單片機(jī)。 該單片機(jī)的引腳數(shù)一共為40個，其中有一個引腳為兩個串行口，16位的計時器以及定時器有2個，中斷源的數(shù)量

17、為5個，并行的8位I/O口數(shù)量為4個以及優(yōu)先級端口2個。它的存儲系統(tǒng)是由ROM以及182B的RAM所組成。具體的結(jié)構(gòu)框圖見3.1圖。 圖3-1 微處理器的組成結(jié)構(gòu) 3.1.1 STC89C52微型處理器的參數(shù)情況 1具有八位的中央處理單元。 2.對信號進(jìn)行存儲的模塊就是來對數(shù)據(jù)信息以及系統(tǒng)信息進(jìn)行儲存的器件。當(dāng)前而言微處理的發(fā)展是朝著集成化的方向發(fā)展，也就是把RAM以及ROM集成在微處理器當(dāng)中，這樣做的目的是為了提高其抗。 4.對于這2個定時器與計時器來說它們主要是用來對數(shù)據(jù)進(jìn)行計數(shù)或者是準(zhǔn)確的將計算的結(jié)果進(jìn)行表示出來，同時它還可以實(shí)現(xiàn)對外部的數(shù)據(jù)進(jìn)行計數(shù)以及定時。在目前的51系

18、列單片機(jī)中為了能夠方便的對串行通信進(jìn)行設(shè)計，一般都設(shè)置了3個16位的計數(shù)器以及定時器。 5.4個并行的I/O口即P0~P3口，主要的作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出功能?？梢杂米鬏斎?。 7.其中SST89E58RD這個類型的微處理器，它的中斷源9個。而他只有五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。 8. 51類型的單片機(jī)內(nèi)部具有時鐘電路并且可以外部連接一個時鐘電路，其中能夠振動的頻率為十二赫茲，但是SST89E58RD執(zhí)行相應(yīng)速度是51的好幾倍，其中最大為四十赫茲。 9.UART這個端口的主要作用就是實(shí)在微處理器和電腦或者是微處理器之間的連接功能。 AT89C52微處理器的引腳圖見3-2。 圖3

19、-2 AT系列的51端口圖 重要的端口進(jìn)行介紹： 1．兩個進(jìn)行時鐘電路連接的 端口XTAL1 與XTAL2： XTAL1（19引腳）：該引腳的主要功能是實(shí)現(xiàn)對外部晶體以及外部的微調(diào)電容的鏈接，同時它可以實(shí)現(xiàn)信號的放大作用。在連接時鐘時候，應(yīng)該對19引腳進(jìn)行接地。 XTAL2（18引腳）：連接外部晶體和微調(diào)電容的一端; 這一引腳也可以實(shí)現(xiàn)外部的時鐘脈沖電路。 2．對信號進(jìn)行控制的9號端口： 當(dāng)RST的信號在1位的時候，可以開始工作,進(jìn)行系統(tǒng)的初始化工作 。當(dāng)其電源出現(xiàn)故障的時候，由原來的高電平降低到為低低電平，同時它的工作周期為，每一個循環(huán)為一個機(jī)械周期，所以會產(chǎn)生復(fù)位情況，單片機(jī)的

20、端口功能是vpd。 30端口：當(dāng)其引腳的鎖存信號為低信號時才可以對外部CPU進(jìn)行訪問。 當(dāng)其輸出的是1/6的正脈沖信號時，這就使得無法對片外的存儲器進(jìn)行訪問，所以外部輸出時鐘或定時信號不能是ALE信號。 如果需要檢測其芯片的質(zhì)量是否有問題時，只需要測量其是否有脈沖信號的輸出即可。 如果8051/8031基本上是好的，通過執(zhí)行就會產(chǎn)生信號，之后對其進(jìn)行輸出讀寫工作。 EA / Vpp（31引腳）：這一引腳主要是用來實(shí)現(xiàn)對外部程序的輸入操作的。當(dāng)ROM或者是EPROM被外部的CPU進(jìn)行訪問時，且EA引腳為低電平時，不管片上程序存儲器若何。 關(guān)于沒有片上ROM的8031或8032，在EA引腳

21、必要接地的情況下，必要擴(kuò)展EPROM。 該引腳的第二個功能是當(dāng)Vpp被編程為更高的施加電壓（每每為12V至21V）時，Vpp是8751片內(nèi)EPROM的輸入[8]。 PSEN（29引腳）：信號端子可以被程序存儲器許可輸出。 該肢體連接到EPROM的OE端（參見以下章節(jié)中的一切小型系統(tǒng)硬件圖）。 PSEN端子有可以讀取EPROM / ROM中的指令代碼的作用。8個LS型TTL負(fù)載還可以被PSEN端子驅(qū)使。假如需要在該最小系統(tǒng)通電后，檢查其能否正常工作時，可以通過CPU是否可以讀取ROM或者EPROM中的指令。 3．P0～P3這四個端口主要是作為輸入或者輸出端口。在需要CPU進(jìn)行外部訪問時，其

22、中p0位置是信號的總線內(nèi)部存在上拉R。 P1模塊：其中它的模塊中也有一個內(nèi)部上拉R，同時它也是作為一個準(zhǔn)雙向的8位I / O口使用。它也是一個八位的端口。 P1的每個端口能夠驅(qū)動并且?guī)в兴膫€負(fù)載，對外部進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問，以及信號的 傳輸時都有八個進(jìn)行輸入和輸出口 P2模塊：該模塊中內(nèi)部具有一個上拉阻值的R其中。P2的每個端口能夠驅(qū)動并且?guī)в兴膫€負(fù)載，對外部進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問，以及信號的 傳輸時都有八個進(jìn)行輸入和輸出口 P3模塊： 4個LS型TTL負(fù)載可以被P3的每個端口驅(qū)動。 P3的每個端口能夠驅(qū)動并且?guī)в兴膫€負(fù)載，對外部進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問，以及信號的 傳輸時都有八個進(jìn)行輸入和輸出口 其中任意

23、一個連接處都有具體的功能，如下所示： P3.1：對收集的信號進(jìn)行傳輸。 P3.2：當(dāng)為0值的時候，外部中斷進(jìn)行工作。 P3.3：當(dāng)為1值的時候，外部中斷進(jìn)行工作。 P3.4：當(dāng)t0為低電平的時候，開始進(jìn)行計數(shù)工作。 P3.5：當(dāng)t1為低電平的時候，開始進(jìn)行計數(shù)工作。 P3.6：(WR#)對外部信息進(jìn)行寫的選通。 P3.7：(RD#)對外部信息進(jìn)行讀的選通。 P3.0：(RXD)串行數(shù)據(jù)接收。 3.1.2 AT89C52單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 該系列的微處理器中的MCU終止系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對二次服務(wù)的功能，它具有中斷源的數(shù)量為5個，它的優(yōu)先級的數(shù)量為2個。IE寄存器通過對CPU的控制來

24、實(shí)現(xiàn)中斷功能。同時中斷的順序也是有一個先后的，這主要是取決于這些數(shù)據(jù)是否存儲在優(yōu)先級的寄存器中。 微處理器的最小系統(tǒng)（MCU）是由時鐘電路以及復(fù)位電路所構(gòu)成的。 有一功能是為MCU提供時間參考。該功能是時鐘電路運(yùn)用12MHZ晶體振蕩器提供時鐘。 在一個機(jī)器周期內(nèi)進(jìn)行一個指令信息的操作。在復(fù)位鍵單片機(jī)將恢復(fù)到原來工作狀態(tài)。 在圖中，10K電阻是P0端口的上拉電阻。之所以所以它是一個開漏結(jié)構(gòu)，是由于P0端口與其他IO結(jié)構(gòu)各異。 因此，必要添加一個正常使用的上拉電阻。 圖3-3 微控制器的最小系統(tǒng)圖 在微控制器的最小系統(tǒng)中，需要按照嚴(yán)格的時間要求來進(jìn)行輸出、掃描以及檢測等相關(guān)的操作。該單片

25、機(jī)具有2個可以進(jìn)行編程的計數(shù)器以及定時器。 3.2 紅外發(fā)射電路 遙控發(fā)射器采用碼分遙控模式，碼分紅外遙控器是指命令信號發(fā)生電路用不同的脈沖碼（不同的脈沖數(shù)和組合數(shù)）表示不同的控制指令。 在確定選擇AT89C51作為設(shè)計發(fā)射器電路的核心芯片并選擇觸摸開關(guān)作為控制鍵之后，可以通過添加簡單的紅外發(fā)射器電路和12M晶體振蕩器來實(shí)現(xiàn)紅外輻射。 傳輸部分的主要部件是紅外發(fā)光二極管。實(shí)際上，它是一種特殊的發(fā)光二極管，其內(nèi)部材料與普通發(fā)光二極管不同，因此當(dāng)施加一定電壓時，它會發(fā)出紅外光而不是可見光。目前，許多紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外波長約為940nm，形狀與普通Φ5發(fā)光二極管相同，但顏色不同[6]。

26、 遙控器通過鍵盤發(fā)送，并且每次按鍵產(chǎn)生具有不同代碼號的脈沖，代碼命令信號用40kHz載波調(diào)制，并且紅外光電二極管被激勵以產(chǎn)生不同的脈沖。遙控接收器P1端口用作按鈕單元，P0.7端口用作發(fā)送器。電路圖如圖3-5所示。 圖 3-4 紅外發(fā)射電路 3.3 紅外檢測接收電路 在接收過程中，脈沖通過光學(xué)濾波器和紅外二極管轉(zhuǎn)換成40KHz電信號，放大，檢測，整形，解調(diào)并傳輸?shù)浇獯a接口電路，完成相應(yīng)的遙控功能。 3-9。 通常，紅外遙控器使用40 kHz載波進(jìn)行調(diào)制，緩沖并放大遙控信號（二進(jìn)制脈沖編碼）并將其發(fā)送到紅外光電二極管以產(chǎn)生紅外信號。遙控編碼脈沖在載波信號上以40kHz的頻率（

27、周期為26μs）執(zhí)行脈沖幅度調(diào)制（PAM），緩沖放大，并將其發(fā)送到紅外管進(jìn)行傳輸。 根據(jù)遠(yuǎn)程信號編碼和傳輸過程，遙控信號的識別或解碼過程在去除40KHz載波信號后識別二進(jìn)制脈沖碼中的0和1。它由MCS 51系列單片微型AT89C51，內(nèi)置紅外接收器，減少調(diào)制和紅外管驅(qū)動電路組成。 接收器的主要部件是紅外光接收管，它是一個光電二極管（事實(shí)上，三極管和低音非常敏感）。在實(shí)際應(yīng)用中，紅外接收二極管必須反向偏置，紅外接收二極管在電路中反轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生高靈敏度。 圖3-5 紅外接收電路 3.4 光電耦合控制電路 在控制部分的分離的驅(qū)動器電路被使用，并且一個光電裝置被用作絕緣部件和

28、光學(xué)耦合器，用于隔離所述強(qiáng)電功率，以避免強(qiáng)電功率會影響單片機(jī)的操作。 光隔離的目的是將兩個電路的電氣連接彼此獨(dú)立地分開，從而中斷從一個電路到另一個電路的噪聲路徑[8]。光電隔離通過光耦合器實(shí)現(xiàn)。光耦合器，也稱為光隔離器或光耦合器，是一種通過光傳輸電信號的設(shè)備。照明器和感光器通常封裝在一個封裝中。當(dāng)輸入端子被供電時，照明器發(fā)射光，并且它已經(jīng)接收的光后，將產(chǎn)生的光電流，并從輸出端，由此實(shí)現(xiàn)了“光電光源”的轉(zhuǎn)化流出。 光耦合器是一種裝置，其中發(fā)光二極管和光電晶體管容納在單個殼體中。外殼有金屬或塑料兩種。發(fā)光二極管和光電晶體管填充有透明絕緣體，電弧管與光敏管對準(zhǔn)以提高其靈敏度。光電耦合器的電路圖標(biāo)

29、如圖3-10所示。 在數(shù)字大小中，光電晶體管關(guān)閉，輸入具有低電平“0”，輸出具有高電平“1”;當(dāng)輸入為高電平“1”時，光電晶體管飽和，輸出為低電平。 “0”。 圖3-6光電耦合器原理圖 輸入信號使用發(fā)光二極管發(fā)光，并且光使光電晶體管產(chǎn)生電信號輸出，完成信號傳輸并實(shí)現(xiàn)電隔離。光耦合器的響應(yīng)時間通常不超過幾微秒。 光電耦合器的輸入和輸出是電隔離的，輸出沒有反饋到輸入。這在隔離和干擾防御方面實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的性能。光耦合器通常用于實(shí)現(xiàn)以下兩個主要功能： 電平轉(zhuǎn)換：電平轉(zhuǎn)換可以通過在TTL電路和電源電路之間發(fā)送沒有匹配電路的信號來實(shí)現(xiàn)。 隔離：由于此時信號電路和接收電路是隔離的，即使兩個電路

30、的接地電位不同，也不會產(chǎn)生干擾。 在光電耦合器中，光電晶體管的基極有兩種提取和非提取?；€通常通過電阻接地。 耦合的反應(yīng)速率和靈敏度可以通過接地電阻來控制。通常，電阻越小，響應(yīng)速度越高。其控制電路如圖3-7所示。 圖3-7 光電耦合控制電路 3.5 電源電路設(shè)計 直流穩(wěn)壓電源主要由變壓器，整流電路，濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。 框圖如圖3-9所示。 圖3-8 直流穩(wěn)壓電源 3.6 LCD1602顯示部分的設(shè)計 LCD1602特點(diǎn)：每行輸出16個字符、有兩行、不帶中文字庫（只能顯示數(shù)字、字母和普通字符）。此設(shè)計不檢測液晶的忙與閑，采用軟件延時來等待 液晶的忙操作時間。

31、 圖3-9 顯示模塊 LCD1602連接方法：D0～D7口接P0.0～P0.7、接10K上拉電阻提高驅(qū)動能力。 程序流程解釋： 讀狀態(tài)：RS為低電平、R/W為高電平、E為高電平 、D0～D7=狀態(tài)字1 讀數(shù)據(jù)：RS為高電平、R/W為高電平、E為高電平、D0~D7=數(shù)據(jù)。 寫指令：RS為低電平、R/W為低電平、D0～D7=指令碼、E=高電平。 寫數(shù)據(jù)：RS為高電平、R/W為低電平，E為高電平，D0~D7=電平。 液晶LCD1602模塊在進(jìn)行顯示前要對模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，包括光標(biāo)、清屏等設(shè)置，當(dāng)需要顯示時，對液晶寫地址控制，接著把要顯示的數(shù)據(jù)寫入，液晶顯示程序中，按照時序進(jìn)行編程，對

32、液晶顯示操作會非常容易，LCD1602的顯示流程 連接方式如下： 電源連接：1腳接地、2腳接正，為1602供電。 背光連接：15、16腳接正和負(fù)提供背光電源。 亮度調(diào)節(jié)連接：5腳接電阻調(diào)背光。 對比度調(diào)節(jié)：3腳接電阻調(diào)對比度。 控制腳：RS、R/W、E接P2.0、P2.1、P2.2控制液晶。 數(shù)據(jù)口連接：連10Ω電阻接P0口。 3.7 鍵盤設(shè)計 鍵盤和鍵盤使用的SCM系統(tǒng)，編碼兩種類型的非編碼鍵盤。 鍵盤本身包含用于除了鍵之外還生成鍵碼的硬件電路。只要一鍵按下鍵盤編碼，就可以產(chǎn)生這個鍵的代碼，并且調(diào)用鍵碼，同時還會產(chǎn)生一個脈沖信號，提醒CPU接收鍵碼

33、，編碼的好處是使用鍵盤更方便，也沒必要為復(fù)雜的程序?qū)?。缺點(diǎn)是使用的硬件更復(fù)雜。 2非編碼鍵盤的鍵以行和列的形式排列。只是使接觸開啟或關(guān)閉的關(guān)鍵作用，因此與相應(yīng)的程序協(xié)調(diào)，生成相應(yīng)的鍵碼，鍵盤幾乎任何非編碼電路都不需要額外的硬件。所以對于一個簡單的電路我使用非編碼鍵盤。然而，識別出非編碼鍵盤的使用需要由軟件解決，以及如何用鍵碼來解決問題。 與微控制器的公式I無關(guān)的少數(shù)主要原因是連接到鍵盤接口，因為它使I / O端口變小。圖中的每個按鈕都有一個端口，彼此獨(dú)立，并且不會相互影響。當(dāng)上拉電阻確保未按下按鍵時，I / O端口輸入為高電平。 獨(dú)立鍵盤可以在查詢模式下運(yùn)行，并通過I / O端口讀取密鑰

34、模式。按下某個鍵時，I / O端口變?yōu)榈碗娖?，未按下的鍵對應(yīng)高電平。因此，通過讀取水平條件，您可以判斷是否有按鍵和按下哪個鍵。 圖3-10 按鍵原理圖 發(fā)射端采用矩陣按鍵，其中0，1，2按鍵用于風(fēng)扇的定時，模式，調(diào)速切換。其他按鍵用于擴(kuò)展控制其他家用電器，如電腦等，也可以用于設(shè)置密碼鎖等功能，其具體事情由用戶自己設(shè)定。而接收端采用獨(dú)立按鍵，根據(jù)不同的電器，其具體功能各不相同。本設(shè)計中，P1.0用于定時切換，P1.1用于模式切換，P1.2用于調(diào)速切換。 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 系統(tǒng)的控制軟件可分為兩個主要部分：溫度測量和紅外。 其中包括MCU初始化程序，定時服務(wù)程序，紅外發(fā)射編碼和紅外

35、接收解碼程序等模塊。 4.1 定時/計數(shù)器應(yīng)用 4.1.1 定時/計數(shù)器功能簡介 AT89C51微控制器有兩個16位可編程定時器/計數(shù)器，稱為定時器0和定時器1，分別由T0和T1表示。 該功能與通用定時計數(shù)器相同。 主要功能是：首先，作為一定時間的時間，第二，可以計算T1或T0引腳引入的脈沖數(shù)，前者可以在應(yīng)用中產(chǎn)生正確的時間延遲和時序。 執(zhí)行中斷程序，后者是計數(shù)器或計數(shù)器的設(shè)計。 這兩種角色都用于此設(shè)計[12]。 兩個定時器本身有四種工作模式，如表4.1所示。 表4-1 四種工作模式 M1 MO 工作方式 功能說明 0 0 模式0 13位計數(shù)器 0

36、 1 模式1 16位計數(shù)器 1 0 模式2 8位自動重裝計數(shù)器 1 1 模式3 定時器0：分成兩個8位計數(shù)器 定時器1：停止計數(shù) 4.1.2 定時器相關(guān)的控制寄存器 ·門：港口位置。當(dāng)GATE = 0時，定時器僅由軟件控制位TR0或TR1控制。當(dāng)該位為1時，定時器開始工作，當(dāng)它為0時，定時器停止工作。當(dāng)GATE = 1時，定時器的啟動由外部中斷引腳和位控制。定時器只能在外部開關(guān)為高電平或高電平時啟動。 ·C /：功能選擇位。當(dāng)C / = O設(shè)置為定時器模式進(jìn)行操作時，內(nèi)部提供計數(shù)脈沖，計數(shù)周期等于機(jī)器的周期。當(dāng)C / = 1時，它被設(shè)置為計數(shù)器操作模式

37、，而計數(shù)器脈沖是由外部引腳T0或T1引入的外部脈沖信號。 ·M1，M0：工作模式控制位，2位可形成4個代碼，對應(yīng)4種工作模式。 TMOD模式控制寄存器位尋址不能執(zhí)行，定時器只能通過工作狀態(tài)和字節(jié)傳輸指令模式設(shè)置，低4位用于定義時間0，定時高4位用于定義1。系統(tǒng)復(fù)位時，TMOD的所有位均為0。 設(shè)置模式控制字的示例： 如果定時器設(shè)置為由軟件啟動的定時器模式，則選擇操作模式2，定時器0計數(shù)，軟件激活，操作模式選擇。然后將TMOD設(shè)置為： 0 0 l 0 0 1 0 l 25H 使用MOV TMOD，＃25H指令寫入TMOD。 2個控制寄存器 - TCON TCON的作用是控制定時

38、器的啟動和停止以及定時器的溢出標(biāo)志和外部中斷釋放模式。 所有定義如下： 表4-2 TMOD寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/ M1 M0 GATE C/ M1 M0 ·門：港口位置。當(dāng)GATE = 0時，定時器僅由軟件控制位TR0或TR1控制。當(dāng)該位為1時，定時器開始工作，當(dāng)它為0時，定時器停止工作。當(dāng)GATE = 1時，定時器的啟動由外部中斷引腳和位控制。定時器只能在外部開關(guān)為高電平或高電平時啟動。 ·C / = O：功能選擇位。當(dāng)C / = O設(shè)置為定時器模式進(jìn)行操作時，內(nèi)部提供計數(shù)脈沖，計數(shù)周期等于機(jī)器的周期。

39、當(dāng)C / = 1時，它被設(shè)置為計數(shù)器操作模式，而計數(shù)器脈沖是由外部引腳T0或T1引入的外部脈沖信號。 ·M1，M0：工作模式控制位，2位可形成4個代碼，對應(yīng)4種工作模式。 TMOD模式控制寄存器位尋址不能執(zhí)行，定時器只能通過工作狀態(tài)和字節(jié)傳輸指令模式設(shè)置，低4位用于定義時間0，定時高4位用于定義1。系統(tǒng)復(fù)位時，TMOD的所有位均為0。 設(shè)置模式控制字的示例： 如果定時器設(shè)置為由軟件啟動的定時器模式，則選擇操作模式2，定時器0計數(shù)，軟件激活，操作模式選擇。然后將TMOD設(shè)置為： 0 0 l 0 0 1 0 l 25H 使用MOV TMOD，＃25H指令寫入TMOD。 2個控制寄存器

40、 - TCON TCON的作用是控制定時器的啟動和停止以及定時器的溢出標(biāo)志和外部中斷釋放模式。 所有定義如下： 表4-3 TCON寄存器 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 ·TF1和TF0分別為;小時1小時0過渡標(biāo)志。當(dāng)計時器到期時，硬件自動設(shè)置為“1”并可能請求中斷。輸入中斷路線計劃后，硬件會自動刪除。這兩個也作為標(biāo)志程序問題，應(yīng)該刪除軟件中正在進(jìn)行的查詢。 ?TR1和TR0：定時器1和定時器0的啟動控制位。當(dāng)軟件刪除TRi時，定時器停止。定時器啟動時，

41、該位應(yīng)設(shè)置為“1”。 定時器的啟動與門控位和外部中斷鍵有關(guān)。當(dāng)門設(shè)置為0時，定時器由控制器tri = 1觸發(fā);當(dāng)門設(shè)置為1時，定時器另外啟動tri = 1，但只有在定時器開始操作時才需要外部分接中斷= 1。 ·IE1和IE0：外部中斷和外部中斷請求標(biāo)志為0.當(dāng)外部中斷源有相應(yīng)的中斷請求標(biāo)志“1”時。通過快門模式設(shè)置重置。 ·IT1和IT0：外部中斷和外部中斷觸發(fā)模式選擇位0. ITI當(dāng)設(shè)置為“0”電平觸發(fā)模式時，邊沿觸發(fā)模式時設(shè)置為“1”。 TCON與低4位和外部中斷相關(guān)聯(lián)，高4位時間位。有一個可以稍微解決的寄存器。系統(tǒng)復(fù)位時，所有位均為0。要啟動計時器，您可以使用該位 操作命令SE

42、TB TRi已啟動。 4.2 遙控碼的發(fā)射 4.2.1 遙控碼的發(fā)射 當(dāng)按下一個鍵時，微控制器首先讀出鍵并根據(jù)鍵設(shè)置遠(yuǎn)程代碼中的脈沖數(shù)，然后產(chǎn)生紅外發(fā)射管發(fā)出的40 kHz方波。 通常，紅外遙控器是一個遙控信號（二進(jìn)制脈沖碼）調(diào)制在40kHz的載波上，經(jīng)過緩沖放大器到紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)換正在傳輸?shù)募t外信號。為了提高抗干擾性能和降低功耗，上述遙控編碼是40kHz脈沖率（周期26us）載波信號脈沖幅度調(diào)制（PAM）然后通過緩沖放大器傳輸紅外LED，遙控信號發(fā)射。 紅外信號傳輸程序：首先，充電點(diǎn)火脈沖的數(shù)量（當(dāng)輻射為3毫秒時脈沖，以1毫秒的脈沖暫停），如果發(fā)射的脈沖數(shù)1回到常規(guī)，如果毛發(fā)是

43、1毫秒脈沖然后暫停1 ms脈沖，從而結(jié)束了爆炸。 在實(shí)踐中，通過使用紅外遙控器，由于受影響的遠(yuǎn)程距離，角度等不是很好用，例如通過發(fā)送和接收FM或PM代碼，可以增加遠(yuǎn)程距離，并且不影響角度 4.2.2 發(fā)射端程序流程圖 排放控制程序包括主程序和鍵掃描程序以及代碼傳輸程序。 在主程序中，鍵掃描子程序用于完成每個按鈕的功能。 遙控器主程序的流程圖如圖4-1所示： 圖 4-1遙控發(fā)射主程序流程圖 圖4-2 遙控發(fā)射器遙控碼發(fā)射程序流程圖 4.3 紅外接收 遙控接收部分的主程序和初始化和延遲過程如下：首先，初始化，然后考慮是否有擊鍵，如果是，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)并發(fā)送相應(yīng)的信號，如

44、果沒有按下鍵，則返回。 4.3.1 數(shù)碼幀的接收處理 當(dāng)紅外接收器發(fā)出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位代碼的低電平啟動中斷程序并實(shí)時接收數(shù)據(jù)幀。 當(dāng)接收到數(shù)據(jù)幀時，代碼被確認(rèn)為第一位（起始位）代碼的寬度。 如果第一個低電平代碼的脈沖寬度小于2 ms，則將其視為錯誤代碼。 當(dāng)間隔位的高度脈沖寬度大于3ms時，終止接收，然后根據(jù)累加器A中的脈沖數(shù)執(zhí)行相應(yīng)輸出端口的操作。圖4-3是從紅外接收器（14）輸出的遙控代碼的波形。 1ms 第一位 1ms 10ms 3ms 10ms 圖4-3 紅外線接收器輸出的一幀遙控碼波形圖 4.3.2 接收端程序流程圖

45、 圖4-4 遙控接收器主程序流程圖 中斷過程：首先，確定低電平脈沖寬度是否大于2 ms，如果脈沖寬度小于2 ms，則中斷返回，如果低電平大于2 ms，則接收到如此低的脈沖數(shù)，然后看到高電平脈沖寬度是否大于3 ms，如果脈沖寬度小于3 ms，則返回上一個接收編號處理，如果高電平脈沖寬度大于3 ms，則使用相應(yīng)功能程序的脈沖編號。 圖4-5 遙控接收器中斷程序流程圖 4.4 按鍵抖動問題 鍵盤通常由一組根據(jù)特定規(guī)則的機(jī)械按鈕組成，并且開關(guān)電壓信號通過按鈕打開和關(guān)閉輸入。當(dāng)按鈕斷開與關(guān)閉并關(guān)閉以脫離時，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性效應(yīng)，按鈕的動作不會立即完成。在立即關(guān)閉和打開的情況下，發(fā)生機(jī)械抖

46、動并且振動時間通常為5-10ms。輸入電壓信號的不穩(wěn)定電平是輸入信號是抖動，信號波形如圖4-6所示。 按鈕關(guān)閉的固定時間由我的按鈕時間決定，通常在幾秒到幾秒之間。為了消除鍵抖動的影響，保證在鍵關(guān)閉時讀取鍵值并且鍵必須首次亮相。 管理。常用的去抖措施是硬件去抖和軟件去抖。 硬件去抖使用硬件電路方法去抖鍵盤的按鍵抖動并釋放抖動。去抖電路后，按鈕上的電平信號只有兩個穩(wěn)定狀態(tài)。常用的去抖電路包括觸發(fā)去抖電路和濾波器去抖電路。硬件去抖電路如圖4-7所示。 圖 4-6 按鍵抖動波形 圖 4-7 硬件消抖路 硬件去抖電路解決了關(guān)鍵的抖動

47、問題，但是當(dāng)需要幾個按鈕時，硬件去抖電路就會出現(xiàn)問題它變得復(fù)雜并且成本很高。此時，您可以使用軟件錄制方法。軟件播放的基本原理是，當(dāng)?shù)谝淮伟聪掳存I時，根據(jù)按鍵抖動時間的統(tǒng)計規(guī)則，軟件延遲方法用于延遲一段時間（通常為10ms-20ms），然后確認(rèn)按鍵是否仍然關(guān)閉。如果它仍然關(guān)閉，則實(shí)際按下該鍵。此時，可以讀取鍵值。否則，它可以被視為干擾，它將被忽略。程序去抖方法可以存儲硬件去抖電路，并且可以降低鍵盤的工作速度。在該設(shè)計中，使用軟件記錄并且軟件延遲方法用于延遲時間段以確認(rèn)密鑰是否保持關(guān)閉。 4.5 系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試 完成系統(tǒng)硬件檢查后，軟件主要是故障排除。 遙控器的故障排除主要是用示波器觀察圖

48、4-3所示的波形是否可以傳輸?shù)竭b控接收器。 調(diào)整發(fā)射引擎的大小可以改變紅外發(fā)射。作用距離。 其業(yè)績指標(biāo)： 故障排除后的系統(tǒng)性能指標(biāo)測試如下： 最大遙控距離：10米 轉(zhuǎn)接器角度：水平最大90度 硬件電路完成并調(diào)試完成后，程序可以編譯并下載到MCU進(jìn)行試運(yùn)行。 軟件錯誤程序顯示在附錄I和II中。 結(jié) 論 這次畢業(yè)設(shè)計歷時至少持續(xù)了三個月才找到一個主題，從開始到后來的數(shù)據(jù)，理論研究，然后它是最新的完成和測試過程，做了所有這些我的理論知識和實(shí)踐能力進(jìn)一步提高。 通過這個紅外系統(tǒng)的設(shè)計，我非常有益。從重新啟動后獲得標(biāo)題，從調(diào)試板上找到信息，在這個充滿挫折的挑戰(zhàn)中，激情的過程一起敲響，

49、我有深刻的情感，它不僅僅有一個我四個多年的學(xué)習(xí)和我的知識測試計劃能力，也是我學(xué)習(xí)的精神，難以滿足態(tài)度考試，工作堅持不懈和耐心。在此過程中，我深深感受到升級設(shè)計的重要性。 基本技術(shù)是SCM技術(shù)的主題，加上部分外圍電路實(shí)現(xiàn)了一些復(fù)雜的功能。可以根據(jù)需要更改軟件以更新和擴(kuò)展功能。 該主題的要點(diǎn)和問題是： （1）首先接觸強(qiáng)電流弱控制，對光耦原理結(jié)構(gòu)的各個方面，從底部應(yīng)用反射; （2）考慮電路實(shí)現(xiàn)原理和與微控制器的接口; （3）紅外發(fā)射和接收技術(shù); 通過本課程，我掌握并掌握了傳感器的基本理論知識，并深刻理解了微處理器在電路本身中的開發(fā)和應(yīng)用。為微軟硬件產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的未來奠定基礎(chǔ)，培養(yǎng)對產(chǎn)品研

50、發(fā)的信任。 參考文獻(xiàn) [1] 華成英，童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M] 北京：高等教育出版社，2006 ：12-31 [2] 楊路明. C語言程序設(shè)計教程[M] 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005 ：23 -100 [3] 胡驊， 陳明.Protel 99 SE 原理圖與PCB設(shè)計[M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：42-311 [4] 王振營，李滿，楊君.ProtelDXP2004電路設(shè)計與制版實(shí)用教程[M].北京：中國鐵道出版社，2006,(6) ：122-321 [5] 黃穎松,吳皓東. 用“積木式”實(shí)驗板學(xué)習(xí)51單片機(jī)[J]. 電子制作，2007，（08）：1-221

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53、產(chǎn)品制作[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2009, (02) :21-23 列在該處的參考文獻(xiàn)，必須在正文中，以上標(biāo)形式在引用處標(biāo)出！ 附錄3：紅外發(fā)射電路圖 附錄4：紅外接收電路圖 致 謝 首先，我要感謝我的導(dǎo)師鄭振太對畢業(yè)設(shè)計的認(rèn)真指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，并感謝學(xué)校的一些老師在畢業(yè)設(shè)計過程中提供的幫助。在撰寫畢業(yè)論文的過程中，教師為我提供了日常生活中的各種專業(yè)指導(dǎo)和關(guān)懷。沒有您的幫助和關(guān)心，我將無法順利完成畢業(yè)設(shè)計，并借此機(jī)會向您表示衷心的感謝。 接下來，我要感謝與我一起畢業(yè)的同學(xué)們。在短短三個月的畢業(yè)設(shè)計中，你給了我很多有價值的想法，給了我很多幫助和支持工作，并真誠地感謝你。同時，我也要感謝臥室的朋友和我身邊的朋友。在一個團(tuán)結(jié)的環(huán)境，友誼和相互的鼓勵下，我今天在他們的共同幫助和靈感下獲得了一點(diǎn)收獲。 最后，我要深深感謝我的家人。他們努力工作讓我成年，并在生活和學(xué)習(xí)中給予我無盡的愛，理解和支持，所以我總能充滿信心和勇氣，克服各種成長。難以成功完成大學(xué)教育。 還有很多朋友在我的學(xué)習(xí)中鼓勵和幫助過我。我無法逐一列出它們。我也表示衷心的感謝！ 29