紅外遙控器的解碼裝置設計,紅外,遙控器,解碼,裝置,設計 本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 論 文 題 目： 紅外遙控器的解碼設置設計 學 院：  畢業(yè)論文（設計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù) 1. 論文（設計）題目及研究領域； 2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題； 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3. 本論文（設計）預期取得的成果。三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 2. 論文（設計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調(diào)研、實驗或實習的基礎上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2. 開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過； 3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設計）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。 一、選題依據(jù) 1．論文（設計）題目 紅外遙控器的解碼裝置設計 2. 研究領域 紅外解碼；51 單片機；紅外通信常用技術的原理；電路設計 3. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值理論意義： 紅外遙控通信技術廣泛應用于機電一體化產(chǎn)品中，其通信正確性和抗干擾性等性能的好壞直接影響機電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量。以系統(tǒng)的硬件設計和編程控制設計為題符合本專業(yè)的培養(yǎng)目標，可有效地培養(yǎng)我在機電方向綜合應用所學專業(yè)知識分析問題、解決問題的能力。 應用價值： 在當今社會科學技術的發(fā)展與日俱增，人們是生活水平也是日益提高，為了減少人的工作量，所以是對各種家用電器、電子器件的非人工控制的要求也是越來越高， 針對與這種情況，設計出一種集成度比較高的控制體系是必然的。 單片機：它的集成度很高，它具有體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、耗電少等突出特點，尤其耗電少，又可使供電電源體積小、質(zhì)量輕。所以特別適用與“電腦型產(chǎn)品”，它的應用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科研、教育以及日常生活用品(家電、玩具)等各種領域。單片機特別適合于把它做到產(chǎn)品的內(nèi)部，取代部分勞師機械、電子零件或元器件?？墒巩a(chǎn)品縮小體積，增強功能，實現(xiàn)不同程度的智能化。 紅外線：是一種光線，具有普通光的性質(zhì)，可以以光速直線傳播，強度可調(diào)，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(fā)光二極管， 可以發(fā)出特定波長（通常是近紅外）的紅外線，通過控制二極管的電流可以很方便地改變紅外線的強度，達到調(diào)制的目的，因此，在現(xiàn)代電子工程應用中，紅外線常常被用做近距離視線范圍內(nèi)的通訊載波，最典型的應用就是家電遙控器。 紅外遙控器的應用價值在家電領域給我們的生活帶來極大的方便，但遙控器多了很容易弄混，如果有一種可對家中各種紅外遙控器發(fā)射的控制信號進行識別、存儲和再現(xiàn)的智能型紅外遙控器，用這樣一個遙控器控制家中所有電器該有多好。為此，我們試著設計一種以單片機為核心的智能型遙控器。 4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢研究概況 隨著半導體紅外波長在80 0 ~ 1 0 0n m 范圍內(nèi)的發(fā)射和接收器件的發(fā)展, 以及 這些器件的光電性能、可靠性已達到相當?shù)乃? 又由于紅外遙控比超聲波和無線電遙控的穩(wěn)定性好、抗干擾強、受環(huán)境影響少等優(yōu)點,是很好的信息傳輸媒體。紅外遙控技術十年來得到了迅猛發(fā)展，在家電和其他電子領域都得到了廣泛應用。隨著生活水平的提高，人們對產(chǎn)品的追求是使用更方便、更具智能化，紅外遙控技術正是一個重點的發(fā)展方向。 國內(nèi)發(fā)展 紅外通信由來已久,但是進入90年代,這一通信技術又有新的發(fā)展,應用范圍更加廣泛。 1995年，一個由部件、計算機系統(tǒng)、外圍設備和電信廠商組成的大型集團——紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(IrDA)就紅外通信的一套標準達成一致?，F(xiàn)在約有120 家以上的廠商支持紅外通信標準。其中的許多廠商已推出符合紅外通信標準并支持Windows 95的產(chǎn)品。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會開發(fā)的這種新的無線通信標準還得到PC機產(chǎn)業(yè)的有力支持。主要的 開發(fā)廠商，如微軟、蘋果、東芝和惠普公司，已推出了在計算機之間采用這種高速紅外數(shù)據(jù)通信的PC機、筆記本計算機、打印機和手持式個人數(shù)字助理(PDA)設備。 此外，紅外通信的連通性已用在大多數(shù)新的筆記本計算機中，并成為一種最具成本效益和便于使用的無線通信技術而問鼎市場。 目前家電中用的最多的遙控方式是紅外遙控，紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境的、不干擾其他電器設備。價格低廉，編碼簡單，近距離的遙控使用紅外遙控非常有優(yōu)勢。 由于紅外一體化接收頭的出現(xiàn)，大大降低了紅外遙控的成本和技術難度，目前不僅在家電領域，在玩具、安防等領域也有廣泛的應用。紅外遙控系統(tǒng)主要由紅外遙控發(fā)射裝置、紅外接收設備、遙控微處理機等組成。因此，遙控系統(tǒng)是一涉及單片機的數(shù)字系統(tǒng)。 目前國內(nèi)紅外遙控電子元器件的競爭很激烈，導致了價格的低廉，表面上有利于消費者，可是長期惡性競爭，互相壓價格，必將導致產(chǎn)品質(zhì)量的下降，最終損害的只能是消費者。紅外遙控的前景依然看好，不過紅外遙控的現(xiàn)狀不容樂觀。 除此之外,北京大學電子學系焦秉立教授主持開發(fā)的項目:新一代計算機紅外線 通訊網(wǎng)絡,得到了國家創(chuàng)新基金的支持和有關公司資金的投入。項目的總體目標是實現(xiàn)以紅外擴頻為基本技術的室內(nèi)紅外通信網(wǎng)絡的設計,使帶有紅外接口的通用設備， 如：便攜電腦,打印機，照相機等可以靈活地以無線方式入網(wǎng)絡,并接收和發(fā)送信息?，F(xiàn)己開發(fā)成功公共場所的網(wǎng)絡服務系統(tǒng),室內(nèi)會議網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)工作將于近期完成, 另外，可提高紅外通信距離的擴頻調(diào)制技術及網(wǎng)絡系統(tǒng)也處于研制中。 國外發(fā)展 自從 1979 年 IBM 公司的 F.R.Gfeller 發(fā)表了較有影響的關于紅外通信設計與實驗的論文以來,有許多學者在進行紅外無線通信的研究。 美國加州伯克利大學電子工程和計算機科學系在 IBM 和 HP 公司的資助下進行了紅外無線通信的研究。以 J.R.Barry 和 M.Kaim 為首的一批研究人員對室內(nèi)無線紅外光的漫射光通信取得了一定的成果。但其更進一步資料較為保密。 美國圣地亞哥 AstroTerra 公司,已做出可以在 3km、skxlz、sklll,速率高達155Mbps、622Mbps、2.SGbpS 的點對點產(chǎn)品研究及實驗,并在洛杉磯、拉斯維加斯、圣地亞哥等地作了外場實驗圈。Daniell 等人研究了采用手持終端的無線紅外廠區(qū)網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡采用蜂窩結構,所有的紅外 Cell 與高速光纖骨干網(wǎng)相連。骨二二網(wǎng)上接有 IsDN PABX. 紅外手持終端有兩種類型:(l)普通型:含標準的甩話業(yè)務及少量的數(shù)據(jù)業(yè)務,用于移動的手持終端;(2)高性能型:具有內(nèi)置處理能力,使傳感器的數(shù)據(jù)速率降低至與紅外信道兼容,可用于與高速數(shù)據(jù)設備接口。紅外信道采用的協(xié)議類似 ISDN 協(xié)議,每個紅外 Cell 的信道速率為標準 ISDN 速率。 日本郵政省則組織了“強紅外無線光通信技術”用于計算機、多媒體終端及移動通信中的聯(lián)網(wǎng)計劃,并早就在城市大樓間取得了應用。以色列許多公司參與了國際市場競爭,有的產(chǎn)品已打入中國市場。 二、論文（設計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題 (1) 解碼裝置的硬件器件的選型，硬件電路的設計及相關軟件設計，包括硬件連接原理圖，軟件流程圖。 (2) 解碼裝置的軟件學習，包括 Keil,仿真軟件 Protus 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） (1)學習理解紅外遙控的工作原理及實現(xiàn)手段，擬定設計方案。 (2) 解碼裝置的硬件器件的選型、硬件電路的設計及相關軟件設計，包括硬件連接原理圖，軟件流程圖。 (3) 解碼裝置的仿真驗證 (4) 51 單片機軟件集成開發(fā)軟件 Keil (5)單片機仿真軟件 Proteus 3. 本論文（設計）預期取得的成果 (1) 學習掌握 51 單片機軟件集成開發(fā)軟件 keil (2) 掌握單片機仿真軟件 Proteus 并通過該軟件實現(xiàn)仿真(3)學習并利用 C 語言進行程序編輯 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； (1) 初步階段以及在研究進行中都需要查找大量文獻以及參考資料，還有設計軟件的工具書 (2) 使用軟件進行編碼和仿真調(diào)整 2.論文（設計）進度計劃 第 1-4 周：明確畢業(yè)設計任務，進行參考文獻的查閱，整理加工參考文獻 第 5 周：上交開題報告，進行開題報告答辯。 第 6-7 周：學習紅外通信常用技術的原理和學習掌握 51 單片機的相關知識。第 7-8 周：學習 51 單片機軟件集成開發(fā)軟件 keil 與單片機仿真軟件 Proteus。第 9 周：比較選擇完成硬件電路所需的電子元器件。 第 10 周：完成系統(tǒng)硬件電路設計。 第 11 周：進行相應軟件設計。 第 12 周：將整個系統(tǒng)的工作情況進行 proteus 仿真，完善系統(tǒng)。第 13 周：進行系統(tǒng)的實際制作或進行實驗臺實際驗證。 第 14 周：根據(jù)實際情況進一步改進系統(tǒng)，開始撰寫設計說明書。 四、需要閱讀的參考文獻 [1]趙健衡，基于單片機控制的紅外線遙控器設計[J]計算機工程應用，2009：01 [2]李雪瑩，基于單片機的空調(diào)紅外線編解碼系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)[J]電子科技大學2014 [3] 張勇，紅外線遙控解碼原理及其在單片機中的應用 [J]科技信息(學術研究).2008(04) [4] 覃韋嶺.利用單片機進行紅外編、解碼[J].電子世界.2002(12) [5] 曾慶立. 遠距離紅外通訊接口的硬件與使用[J].吉首大學學報(自然科學版).2001(04) [6] 鄧易冬,賈雨,李向上,戴振麟. 基于紅外傳感技術的電機堵轉智能控制系統(tǒng)設計[J]. 電氣開關, 2007,(06) . 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世紀，科學家們使用熱敏型紅外探測器認識了紅外輻射的特性及其規(guī)律，證明了紅外線與可見光具有同樣的物理性質(zhì)，遵守相同的規(guī)律。它們是電磁波之一，具有波動性，其傳播速度都是光速、波長是它們的參數(shù)并可以測量。 20世紀初，測量了大量的有機物質(zhì)和無機物質(zhì)的吸收、發(fā)射和反射光譜，證明了紅外技術在物質(zhì)分析中的價值。20 世紀30 年代，首次出現(xiàn)紅外光譜以后，它發(fā)展成在物質(zhì)分析中不可缺少的儀器。40 年代初，光電型紅外探測器問世，以硫化鉛紅外探測器為代表的這類探測器，其性能優(yōu)良、結構牢靠。50 年代，半導體物理學、量子力學等學科的迅速發(fā)展，許多可用于紅外探測的物理現(xiàn)象和效應，使光電型紅外探測器得到新的推動。到60 年初期，對于1～3、3～5 和8～13 微米三個重要的大氣窗口都有了性能優(yōu)良的紅外探測器。在同一時期內(nèi)，固體物理、光學、電子學、精密機械和微型致冷器等方面的發(fā)展，使紅外技術在軍、民兩用方面都得到了廣泛的應用。[1] 在紅外技術的發(fā)展中，需要特別指出的是：60 年代激光的出現(xiàn)極大地影響了紅外技術的發(fā)展，很多重要的激光器件都在紅外波段，其相干性便于移用電子技術中的外差接收技術，使雷達和通信都可以在紅外波段實現(xiàn)，并可獲得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，紅外技術僅僅能探測非相干紅外光，外差接收技術用于紅外探測，使探測性能比功率探測高出好幾個數(shù)量級。另外，由于這類應用的需要，促使出現(xiàn)新的探測器件和新的輻射傳輸方式，推動紅外技術向更先進的方向發(fā)展。 紅外遙控技術在這十年來得到了迅猛發(fā)展，在家電和其他電子領域都得到了廣泛應用。隨著生活水平的提高，人們對產(chǎn)品的追求是使用更方便、更具智能化，紅外遙控技術正是一個重點的發(fā)展方向。[3] 紅外系統(tǒng)概述： 紅外遙控有發(fā)送和接收兩個組成部分。發(fā)送端采用單片機的定時中斷功能，由定時器 T0 產(chǎn)生周期性的 26us 的矩形脈沖,即每隔13us，定時器 T0 產(chǎn)生中斷輸出一個相反的信號使單片機輸出端產(chǎn)生周期為38KHz的脈沖信號。將待發(fā)送的二進制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號,通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收端普遍采用價格便宜,性能可靠的一體化紅外接收頭(如HS0038 , 它接收紅外信號頻率為38KHz , 周期約26μs)接收紅外信號,它同時對信號進行放大、檢波、整形,得到TTL 電平的編碼信號,再送給單片機,經(jīng)單片機解碼并執(zhí)行,去控制相關對象。[7] 紅外遙控基本原理及分類： （1） 紅外通信的基本原理 紅外通信是利用950nm 近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體, 即通信信道。發(fā)送端采用脈時調(diào)制( PPM)方式, 將二進制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列, 并驅動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去, 接收端將收到的光脈沖轉換成電信號, 再經(jīng)過放大、濾波處理后送給解調(diào)電路進行解調(diào), 還原為二進制數(shù)字信號后輸出。換句話說, 紅外通信的實質(zhì)就是對二進制數(shù)字信號進行調(diào)制和解調(diào), 以便利用紅外進行傳輸, 紅外通信接口就是針對紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。[2] （2） 紅外遙控的分類 按照產(chǎn)生和區(qū)分控制指令的方式來分,常用的紅外遙控系統(tǒng)有頻分制和碼分制兩種：頻分制紅外線遙控就是以產(chǎn)生的不同頻率的電信號代表不同的控制指令。遙控信號的頻率范圍一般在幾百Hz到幾十KHz之間。頻分制遙控的抗干擾能力較強,但由于各個頻率之間間隔的限制,因此只適用于遙控通道數(shù)目不太多的情況。 當遙控通道數(shù)目較多時，一般采用碼分制紅外遙控方式。碼分制紅外遙控以不同的脈沖編碼不同的脈沖數(shù)目及組合代表不同的指令。相對于頻分制,碼分制電路簡單、方便使用更加靈活, 保密性強。同時,碼分制電路也容易實現(xiàn)集成化,因此在實際使用中多采用這種方式。[13] 單片機的硬件設計： （1） 紅外接收部分： 接收部分元件由三極管和紅外接收電路組成，紅外接收電路采用集成模塊。其電路如圖1 所示。使用集成紅外接收器成品, 一般不需要任何外接元件就能完成從紅外接收到輸出TTL 電平兼容信號的所有工作。注意選擇接收器件時要保證接收器件的中心頻率與發(fā)射信號的中心頻率相匹配。接收器對外只有3 個引腳: VCC、GND 和1 個脈沖信號輸出OUT。由于單片機采用中斷檢測脈沖只能單一檢測到上升沿或下降沿，而本系統(tǒng)為了檢測其雙邊沿，故加一三極管對其電平取反，以達到高低電平檢測的目的。 圖1 系統(tǒng)中用P1口組成鍵盤，獲取鍵值，用內(nèi)部的定時器T0產(chǎn)生一個38KHz的軟件定時中斷，當作紅外遙控的調(diào)制基波，當某個操作按鍵按下時，單片機先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設定待發(fā)射遙控碼的脈沖個數(shù)，再調(diào)制成38kHz方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。當紅外線接收器接收到紅外遙控信號，并輸出脈沖幀數(shù)據(jù)時，第一位碼的低電平將啟動中斷程序，實時接收數(shù)據(jù)幀。在數(shù)據(jù)幀接收時，將對第一位（起始位）碼的碼寬進行驗證。若第一位低電平碼的脈寬小于2ms，將作為錯誤碼處理。當間隔位的高電平脈寬大于3ms時，結束接收，然后根據(jù)累加器A中的脈沖個數(shù)，執(zhí)行相應輸出口的操作。 （2） 紅外發(fā)射部分 該部分電路設計十分簡單，如圖2 所示。該電路通過74LS32 與單片機相連，其中P1.0 產(chǎn)生38kHz 的方波，P1.1 用來控制方波的輸出。為保證紅外接收模塊接收的準確性, 要求發(fā)送端載波信號的頻率應盡可能接近38kHz, 因此在設計脈沖振蕩器時, 要選用精密元件并保證電源電壓穩(wěn)定。再有, 發(fā)送的數(shù)位“0”至少要對應14 個載波脈沖, 這就要求傳送的波特率不能超過2400bps。[3] 圖2 單片機的軟件設計： （1） 軟件程序： 多功能紅外遙控裝置其解碼采用智能解碼程序,即串行接收完4位碼后送到智能解碼部分。智能解碼程序從中分離出6位控制碼信息,然后完成對控制碼串行編碼發(fā)送及相應的判別顯示。整個解碼程序主體采用子程序調(diào)用方式,使程序設計模塊化。 （2） KeilC51： C51 工具包的整體結構，μVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成開發(fā)環(huán)境(IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51 及 C51 編譯器編譯生成目標文件（.obj）。目標文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標文件(.abs）。abs 文件由 OH51 轉換成標準的 hex文件，以供調(diào)試器 dScope51 或 tScope51 使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 (3) 紅外編碼： 編碼：采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為 0.565ms、間隔 0.56ms、周期為 1.125ms 的組合表示二進制的“0”；以脈寬為 0.565ms、間隔 1.685ms、周期為 2.25ms 的組合表示二進制的“1”，其波形如下圖所示。[10] 上述“0”和“1”組成的 32 位二進制碼經(jīng) 38kHz 的載頻進行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。解碼：核心采用的是51系列單片機中的89C51。該單片機片內(nèi)有4KB EEPROM。該芯片的特點是有與8031完全相同的引腳,當EA接高電平時, P0、P1、P2、P3都可作用戶I /O 口使用,采用電改寫的EEPROM,不需紫外線擦除,只需重新寫入。[12] 數(shù)據(jù)寫入后能永久保存, 一般EPROM 編程寫入的程序很容易被復制。89C51 構成的最小系統(tǒng)在本設計中將CX20106A送來的串行信號的串/并進行轉換,并在內(nèi)部對并行碼進行判別、處理,通過外接顯示電路和串行發(fā)送電路的配合完成整個設計要求。[10] 小節(jié) 本設計共有兩大塊：硬件設計和軟件設計。在硬件設計中主要分為接收與發(fā)射，這兩部分是該設計的主要內(nèi)容。其中需要對單片機進行選擇，通過可靠的編碼協(xié)議。紅外遙控裝置具有實際運行抗干擾力強、誤碼率小，與其他識別裝置相比，具有硬件簡單、造價低廉的優(yōu)點。 指導教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱） 審 核 意 教研室主任意見 見  簽字： 年 月 日 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日公章： 摘 要 隨著家用電器種類的增加和無線遙控產(chǎn)品的普及，紅外遙控器的使用頻率越來越高，針對國內(nèi)紅外遙控學習技術成熟，但產(chǎn)品化程度低的特點，本文自主設計一種具有紅外學習和觸屏顯示功能的紅外遙控器，借此促進紅外遙控學習技術在國內(nèi)市場的產(chǎn)品化推廣。 在紅外解碼方面，傳統(tǒng)方法采用單片機中斷或者查詢方式采集紅外信號，環(huán)境不理想情況下可能需要多次解碼，解碼一次即可成功；在紅外發(fā)射方面，本文通過實驗發(fā)，通過調(diào)試將38KHz 載波紅外信號發(fā)射距離提高到10 米；在紅外接收方面，進行了紅外干擾測試；通過學習數(shù)字電子技術、模擬電子技術等課程，結合實際加深對所學知識的理解。通過設計紅外遙控電路，進一步掌握數(shù)電模電等理論知識的運用，加深了解電子元器件特別是集成電路（芯片）的結構與功能。同時在設計過程中增強自己的動手能力以及獨立思考的能力，為將來在社會上立足增加籌碼。 按照由簡單到復雜的順序，本文先后制作了遙控接收解碼裝置、遙控編碼發(fā)射裝置。 關鍵詞：紅外學習；紅外解碼；單片機控制 I ABSTRACT In the electronic world, the infrared remote control technology is widely used in our lives. Various appliances on the market have the technology of infrared remote control system with maturity and low cost. However, to avoid different brands and between different types of equipment malfunction, people use different devices in different transport rules or identification number, which makes various types of remote control apply only to their remote objects and easy causes confusing results that the actual use of the remote control are many and complex. The design requirements is to achieve an intelligent learning IR remote control implementations. In the infrared decoding, the traditional method of single-chip interrupt or query the way to collect infrared signals, the environment may not need to be decoded several times, decoding can be successful; in the infrared emission, this article through the test, by debugging the 38KHz carrier infrared Signal transmission distance increased to 10 meters; in the infrared receiver, the infrared interference test; through the study of digital electronic technology, analog electronic technology courses, combined with the actual deepening of the understanding of the knowledge. Through the design of infrared remote control circuit, to further grasp the number of electric power and other theoretical knowledge of the use of deepening understanding of electronic components, especially integrated circuits (chips) structure and function. At the same time in the design process to enhance their ability and independent thinking ability for the future in the community based on the increase in chips. Key words: Infrared learning; Infrared decoding; Infrared remote receiver 目 錄 摘 要 I ABSTRACT I 1 緒論 1 1.1 選題的目的意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.3 選題研究的內(nèi)容 2 2 紅外遙控學習方案設計 4 2.1 總體方案簡介 4 2.21 按鍵模塊的方案設計 5 2.22 顯示模塊的方案設計 6 2.23 紅外接收模塊的方案設計 7 2.25 微控制器選擇的方案設計 7 3 硬件電路 8 3.1系統(tǒng)的主要硬件模塊設計 8 3.2 主要模塊電路設計 8 3.2.1鍵盤和顯示電路設計 8 3.2.2 紅外發(fā)射電路設計 8 3.2.3編碼 9 3.2.3紅外接收電路 11 3.2.4 74LS240引腳 11 3.2.5 單片機控制電路 12 4 系統(tǒng)軟件設計 14 4.1 C語言以及編譯軟件的簡介 14 4.1.1 Keil C51軟件簡介 14 4.2 軟件設計 15 4.2.1發(fā)射部分 15 4.2.2 接收部分 18 4.3 Proteus仿真 19 4.3.1Proteus軟件介紹 19 4.3.2實現(xiàn)仿真 20 參 考 文 獻 23 附錄1：外文翻譯 24 附錄2：外文原文 31 致 謝 39 III 畢業(yè)設計（論文）題目 1 緒論 1.1 選題的目的意義 隨著電子工程在產(chǎn)品設計中的應用日益廣泛，對產(chǎn)品的人性化設計成為設計領域一個新的革命。遙控器主要由形成遙控信號的微處理器芯片、晶體振蕩器、放大晶體管、紅外發(fā)光二極管以及鍵盤矩陣組成。隨著電子技術的飛速發(fā)展，新型大規(guī)模遙控集成電路的不斷出現(xiàn)，使遙控技術有了日新月異的發(fā)展。遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發(fā)展到現(xiàn)在的單片微型計算機，智能化程度大大提高。近年來，遙控技術在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)以及人們的日常生活中使用越來越廣泛。 在當今社會科學技術的發(fā)展與日俱增，人們是生活水平也是日益提高，為了減少人的工作量，所以是對各種家用電器、電子器件的非人工控制的要求也是越來越高，針對與這種情況，設計出一種集成度比較高的控制體系是必然的。 單片機的集成度很高，它具有體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、耗電少等突出特點，尤其耗電少，又可使供電電源體積小、質(zhì)量輕。所以特別適用與“電腦型產(chǎn)品”，它的應用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科研、教育以及日常生活用品(家電、玩具)等各種領域。單片機特別適合于把它做到產(chǎn)品的內(nèi)部，取代部分勞師機械、電子零件或元器件。可使產(chǎn)品縮小體積，增強功能，實現(xiàn)不同程度的智能化。 在這里不得不提到同樣具有傳輸功能的還有藍牙（BLUETOOTH），實際上就是取代數(shù)據(jù)電纜的短距離無線通信技術，通過低帶寬電波實現(xiàn)點對點，或點對多點連接之間的信息交流。它和紅外的區(qū)別如下： （1）藍牙是使用無線電波傳輸數(shù)據(jù),紅外是使用光波傳輸數(shù)據(jù)； （2）藍牙基本沒有方向性,紅外有方向性； （3）藍牙信號可以穿透多數(shù)非金屬物體,紅外基本不能穿透非透明物體； （4）藍牙傳輸帶寬比紅外高很多,速度比紅外快很多； （5）藍牙可以同時連接多種設備,紅外每個接收器同時只能連接一個設備。 然而，藍牙應用成本升高，普及難度增大，相對來說在短距離內(nèi)，紅外的傳輸速度更快，成本更低，故選擇紅外通信技術完成本設計。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 紅外通信由來已久,但是進入90年代,這一通信技術又有新的發(fā)展,應用范圍更加廣泛。 1995年，一個由部件、計算機系統(tǒng)、外圍設備和電信廠商組成的大型集團——紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(IrDA)就紅外通信的一套標準達成一致?，F(xiàn)在約有120 家以上的廠商支持紅外通信標準。其中的許多廠商已推出符合紅外通信標準并支持Windows 95的產(chǎn)品。 紅外數(shù)據(jù)協(xié)會開發(fā)的這種新的無線通信標準還得到PC機產(chǎn)業(yè)的有力支持。主要的開發(fā)廠商，如微軟、蘋果、東芝和惠普公司，已推出了在計算機之間采用這種高速紅外數(shù)據(jù)通信的PC機、筆記本計算機、打印機和手持式個人數(shù)字助理(PDA)設備。 此外，紅外通信的連通性已用在大多數(shù)新的筆記本計算機中，并成為一種最具成本效益和便于使用的無線通信技術而問鼎市場。 目前家電中用的最多的遙控方式是紅外遙控，紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境的、不干擾其他電器設備。價格低廉，編碼簡單，近距離的遙控使用紅外遙控非常有優(yōu)勢。 由于紅外一體化接收頭的出現(xiàn)，大大降低了紅外遙控的成本和技術難度，目前不僅在家電領域，在玩具、安防等領域也有廣泛的應用。紅外遙控系統(tǒng)主要由紅外遙控發(fā)射裝置、紅外接收設備、遙控微處理機等組成。因此，遙控系統(tǒng)是一涉及單片機的數(shù)字系統(tǒng)。 目前國內(nèi)紅外遙控電子元器件的競爭很激烈，導致了價格的低廉，表面上有利于消費者，可是長期惡性競爭，互相壓價格，必將導致產(chǎn)品質(zhì)量的下降，最終損害的只能是消費者。紅外遙控的前景依然看好，不過紅外遙控的現(xiàn)狀不容樂觀。 紅外遙控是單工的紅外通信方式，整個通信中，需要一個發(fā)射端和一個接收端。發(fā)送端采用單片機將待發(fā)送的二進制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收端普遍采用價格便宜，性能可靠的一體化紅外接收頭接收紅外信號，它同時對信號進行放大、檢波、整形，得到TTL電平的編碼信號，再送給單片機，經(jīng)單片機解碼并控制相關對象。 1.3 選題研究的內(nèi)容 該論題研究的內(nèi)容主要是以下幾個方面： (1) 研究紅外遙控信號波形； (2) 設計紅外遙控器信號接受系統(tǒng)； (3) 信號轉換系統(tǒng)設計； (4) 轉換發(fā)送電路設計；  2 紅外遙控學習方案設計 2.1 總體方案簡介 用來編碼的芯片是用來作為紅外線遙控器的關鍵部分，先將代碼進行編碼，然后在這基礎上進行實踐操作，而這些部件進行相對的動作時執(zhí)行的是收到設備發(fā)來的解碼程序。編碼程序輸出的形式是通過負載的波，也就是說，這種波作為一種載體它把作用在自體上所全部帶著的脈沖信號，在輸出上則是以自己特定的頻率，為38kHZ，以用來實現(xiàn)的作為載波，它作為輸送的端口則需要用到一種二極管，被稱為紅外線發(fā)光二極管，經(jīng)過特殊處理后的電信號，在通過信號轉變后成為了光信號，輸出的端口則是輸送的紅外光，為了確保能在識別范圍內(nèi)，需要將發(fā)射出的紅外光的波長在紅外光譜上處于840nm到960nm之間。把原本的紅外光信號通過程序轉變?yōu)殡姷男盘?通過使波形放大處理、調(diào)整波的性狀、還有進行調(diào)制與調(diào)節(jié)等方法順序，最終變成了原始步驟中的脈沖信號，并且參照遙控發(fā)出的指令程序來進行各類對應所應該完成的動作。 根據(jù)上述的所有內(nèi)容，初步制定了該系統(tǒng)應該具備的幾大模塊：在實現(xiàn)控制單元上用單片機實行的單片機控制模塊，將鍵碼中的數(shù)值作為發(fā)出的輸入單元作為信息的輸送，作為利用紅外原理所接收發(fā)出信號的系統(tǒng)接收部分單元，有輸出就有輸入端，作為發(fā)射信息信號的角色也就是紅外發(fā)射模塊，另外需要能看到實驗結果的就是能顯示結果的屏幕作為顯示模塊。系統(tǒng)原理框圖如1.1所示： 圖1.1系統(tǒng)組成原理圖 而作為信號使用紅外發(fā)射的時候，在鍵盤上發(fā)出相應的鍵值，而在接收的部分有相應的儲存的紅外編碼，通過程序調(diào)節(jié)，使他還原。并且將38千赫茲的信號作為載波形式呈現(xiàn)。為了得到最終紅外的發(fā)射目的，還需要用放大電路中進行放大作用，才能將所發(fā)射出的紅外光與要接收的紅外光相對應，從而實現(xiàn)發(fā)射與接收的功能。  2.21 按鍵模塊的方案設計 方案1：采取的是一種原理比較簡單的獨立式按鍵。它的優(yōu)點很明顯，它具有在硬件結構上它選取配置通用性強，而在軟件的結構上也簡潔易懂。它的特別之處就是在每一個對應的按鍵鈕只允許有單獨的一個I/O口，然而每個單獨的獨立I/O口在進行操作時并不會對其他的口進行影響，說明了獨立式的按鍵操作時不會對其他的按鈕產(chǎn)生干擾，電位的狀態(tài)也不會發(fā)生改變。然而重要的是每個獨立鍵鈕只允許占有一個I/O口，當出現(xiàn)特殊的情況，比如鍵鈕比較多的情況下，I/O口會很多，出現(xiàn)占用的情況。所以在這種情況下我們一般不采取，只有在鍵鈕的數(shù)量比較少的時候才會考慮該方案。在圖2.1中就是上述要求設計的獨立式按鍵。 圖2.1 獨立式鍵盤 方案2：進行對比的是一款叫作HD7279的芯片，它主要用于在拓展型的單片機上，具有I/O口的一種芯片，用來完成傳輸功能的只有一根總線，所以即使它連掉了四個串口的I/O線，不過還是只有一根才是真正起作用的，而就這一根線可以同時使八位的數(shù)碼管和作為輸入的鍵盤進行操作。如果要求將HD7279和單片機連接在一起，那么在占用I/O口的要求就要達到三到四組，不過作為要有一個獨立要求的指令，這是用來控制的單總線的基本情況。而一個電路的完整也有可能出現(xiàn)電阻原件比較少的情況下，為了使實驗操作更為簡單方便，也含有鍵盤接口等。圖2.2為HD7279 圖2.2為HD7279 方案3：這里的鍵盤采用行列式形式，根據(jù)字面意思在這個行列式形式的鍵盤里，它的I/O口以成行成列的形式存在著，而作為鍵鈕的開關兩邊的端口將分別連在I/O口的線所組成的行和線。而當需要多個或者數(shù)量相對比較多的時候，能夠可以盡量地少用I/O口。4×4的鍵盤如2.3所示。而在這個設計中單片機需要多個接口。 圖2.3行列式形式 2.22 顯示模塊的方案設計 方案1：LED屏，也就是數(shù)碼管作為顯示模塊。數(shù)碼管在制造上價格比較低，適應環(huán)境能力強，可用BCD進行編碼的方式表達內(nèi)容，而且程序編輯比較簡單，不占用內(nèi)存以及資源?？墒撬鼙磉_的內(nèi)容相對比較少，數(shù)字和字母是能力范圍內(nèi)的顯示內(nèi)容，而且比較消耗。 方案2：具有比LED更有優(yōu)勢的液晶屏，也就是LCD顯示，具有重量輕厚度薄，電量消耗相對比較小，另外其他的特點就是具有比LED更大的可視面積，在畫面成像上素質(zhì)也更高，另外在對外部信息干擾的情況下依然能正常工作，優(yōu)勢很顯著。。缺點是編程的工作量大。 方案3：在實際工作中用途范圍比較廣的共陽數(shù)碼管顯示。它的特點是直接接電源,省去來拉電阻的步驟,所以屏幕顯示的亮度較高，在進行單片機控制時 ,可以省去每次編程賦值的麻煩。 2.23 紅外接收模塊的方案設計 方案一：采用紅外接收二極管加專用的紅外處理電路。接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作而獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以收端就要增加高收益放大電路，此種電路結構較復雜，現(xiàn)在一般不采用。 方案二：選用的是作為紅外線一體化的紅外接受頭，這個是作為接收的元件。這是一個同時具備接收紅外、放大作用、還有進行濾波和比較功能的器件模塊，并且一般它不用再需要外部的元件進行連接，便能可以將完成在紅外的接收到的信號輸出和TTL中的操作步驟，這種器件可以用在許多的以紅外來實現(xiàn)的遙控場合以及通過紅外完成信息上的交換。這種器件結構十分簡單而它又具有較好的耐用性和可靠性。 2.25 微控制器選擇的方案設計 方案1：AT89C51是一個簡單的單片機，因為年代較為久遠，而單片機發(fā)展更新比較快，所以如今看來它的有著比較低的工作效率，而作為單片機比較看中的參數(shù)上，它的內(nèi)部存儲容量也是不夠的，如果要實現(xiàn)本設計的操作是比較困難的。 方案2：選擇的是單片機AT89C52，它具備以下的特點:在引腳方面它具有40個，用來單片機內(nèi)的程序中的存儲器是八個字節(jié)，雖然它需要的電壓比較低，卻有著相對比AT89C51更高的效率。它的可以強大的可反復擦拭的特性也使得它具有更好的可移植性。 3 硬件電路 3.1系統(tǒng)的主要硬件模塊設計 在單片機的操作上有用來控制的電路模塊，鍵盤電路模塊就是用來模擬遙控器上的按鍵，將操作后的實際結果顯示出來的電路被作為顯示電路，最后關鍵的是發(fā)射部分和接收部分，這是本設計系統(tǒng)的關鍵兩個模塊。 3.2 主要模塊電路設計 3.2.1鍵盤和顯示電路設計 (1)鍵盤電路設計 要設計鍵盤電路首先要明確知道哪個按鍵被按下來，首先要知道要列線上的I/O口上的電平設置為低電平，然后將這樣低電平的狀態(tài)寫入單片機當中，這樣就在按下按鍵的時候，就會有一根行線從高電平變成了低電平，從而知道了哪個鍵是被操作了。 圖2.4行列式鍵盤碼 （2）顯示模塊電路設計 圖2.5 八極數(shù)碼管 八級數(shù)碼管的特點是直接接電源,省去來拉電阻的步驟,所以屏幕顯示的亮度較高。 3.2.2 紅外發(fā)射電路設計 電磁波有很多種，而紅外線就是其中一個，它要比可見光高，又比微波低，在一般情況下，人類的眼睛無法直接觀察到。為了區(qū)分紅外光，人們將波譜中的光譜區(qū)分別對應出來，在0.76到1000μm這個區(qū)間內(nèi)，可以認識到在波普中這是紅外光的范圍，而相對應的紅外光也分為有四個區(qū)域在波普上面，在波譜中從最近的紅外光被稱為近紅外光，它的數(shù)值區(qū)間范圍在0.76～3.0μm，并且依次疊加稱為了中紅外光到遠紅外光，因為不涉及到本設計系統(tǒng)，所以不一一贅述。在波普中紅外可見光的距離就是在這里所說的近遠。在這本設計中，我們所使用的紅外遙控系統(tǒng)所在的紅外光在波普中選擇的是近紅外光。因為控制系統(tǒng)他所要求的距離相對較短，所以比較適合。 近紅外光我們可以使用實驗室中的紅外發(fā)光二極管獲取，根據(jù)紅外發(fā)光二極管的特性，在給它電壓具有偏置性時，是在給進電流時的一種發(fā)光元件就能發(fā)射出我們設計所需要的近紅外光。發(fā)射電路如圖2.6所示。 圖2.6 紅外接收電路 3.2.3編碼 我們選擇了一個從外面看上去與常常看到的發(fā)光二極管沒區(qū)別，就是以940nm為波長的一種紅外線，這也是平時在工作、實驗中無論是使用量還是使用范圍都是最大和最廣的那個。發(fā)它的外形與普通的相比沒有區(qū)別，只是在顏色方面具有識別上的差別，主要是由黑色，藍色還有是不具備顏色的透明狀，在驅動操作方式上也和其他二極管不太相同，電流的樣式就有直流電流以及用交流的電流，這是一種，而它還有一種特殊的驅動方式就是采用脈沖式的電流，通常應用的場合用于測量以及檢測，另外用簡單的通信交流中也可以用到交流電流的驅動。 直流電流的方式實現(xiàn)驅動的另一種說法也被叫作平均發(fā)射方式，它的意思是能實現(xiàn)發(fā)光二極管將穩(wěn)定而且恒定的紅外光是在直流電源的方式情況下實現(xiàn)的. 而功率變低就是這種驅動方式下的一個特點，而功率消耗比較大，在對干擾能力的抵抗上面也比較差。 圖2.7 發(fā)射方式示意圖 實現(xiàn)操作距離的提升并且保證紅外光正常工作不發(fā)生過載是在本紅外遙控系統(tǒng)中的必須考慮的部分，基于上述條件，一般不采用直流電流的方式實現(xiàn)驅動，所以我們考慮的是采用右圖所看到的以脈沖的形式進行發(fā)射，在這里還需提到一個峰值功率的問題，它是發(fā)光二極管所輻射出的一項指標，用來決定紅外遙控所能達到的有效操作距離，同樣，發(fā)光二極管的電路也可以同時決定上述的峰值功率. 基于上述理論，我們比較在情況相同的平均電流下，會出現(xiàn)什么樣的結果。結果顯示脈沖的寬度會逐漸變窄，峰值功率越大，在其中的進行傳送的效率也變得更快，從而導致發(fā)光的效率更顯著，也就實現(xiàn)來對紅外遙控的操作距離上的提升，而且它另一個特點就是加強來該系統(tǒng)的對外干擾上的能力。 作為重要的需要參考的數(shù)據(jù)里，在選擇考慮了操作距離后，接下來有兩個數(shù)據(jù)也作為了設計系統(tǒng)中不可或缺的存在，第一個是調(diào)制帶寬，而另一個也是在編碼中需要觀察的參考量，就是調(diào)制頻率。而調(diào)制頻率的影響作用就是在紅外發(fā)光二極管在輸送信息的過程中比較關鍵的傳輸速度，紅外發(fā)光二極管因為特殊的PN結構使得它可以通過正常有序的脈沖編碼并且在驅動電路中通過。 通過開始的編碼操作指令，使得紅外遙控器可以完成所需要的步驟，在紅外發(fā)光二極管發(fā)射前還需要用方波用38khz的形式作為載波，具有將之前所需要所有的指令步驟和編碼出的信號，在這之前需要有三極管經(jīng)過放大作用的處理。 二進制的“0”呈現(xiàn)的方法，這些串行碼都是在脈寬調(diào)制的方法處理后的，在圖中將脈寬設置為0.565ms，兩個波之間的間隔設置為0.56ms，當這個波完成一次完整的輸送，也就是波長，它的時間為1.125ms。而另一個二進制數(shù)，表達方法也大致相同，值得注意的是，脈寬相同，兩個波之間的間隔設置提升到了，變成了1.685ms，而當這個波完成一次完整的輸送，它的時間為提高了一倍是2.25ms，這就是“1”的表達方式。 圖2.8 遙控碼的“0”和“1” 每個遙控器都有本身的脈沖編碼自有的形式出現(xiàn)，首先是它的頭部分是由引導脈沖組成，這是第一位，接下來是識別碼，也就是用戶碼，往后分別是需要的鍵碼以及它自身的反碼。以上這些就是它的格式了。為了對各個不同的遙控進行區(qū)分以及辨別，我們需要對它進行標識，這里就要用到識別碼，也就是用戶碼，用戶碼起到的作用就是預防并且阻止各個操作系統(tǒng)中出現(xiàn)互相影響干擾，只產(chǎn)生相對應的指令信號。在操作時也會出現(xiàn)錯誤的操作，為了避免這種情況出現(xiàn)，在鍵碼后面設置了它的反碼，它是用來核實正確的接收到的鍵碼。圖3.6為一類遙控連發(fā)信號波形圖。 圖2.9紅外遙控發(fā)射的信號波形連發(fā)圖 3.2.3紅外接收電路 一體化的紅外接受裝置首先具有的是接收功能，然后再接收到紅外信號再通過放大作用，檢波作為該裝置的第三個功能，最后實現(xiàn)整形，它集以上功能于一體，基于以上的介紹，在本設計中需要使用的一個組件就是IRLINK。它是在仿真軟件Proteus中具備NEC協(xié)議的紅外接收組件，我們用它在仿真軟件中實現(xiàn)系統(tǒng)的操作要求。紅外接收頭IRLINK是負責將發(fā)射端發(fā)出的按鍵按下的編碼接收，然后經(jīng)過控制器進行進一步的解碼操作。 圖3.0一體化接收頭結構 3.2.4 74LS240引腳 74ls240是八單線驅動器。（反碼，三態(tài)輸出）使用這種緩沖器是為了將作為驅動器的輸出存儲器進行提升。為了這種器件，設計出了時鐘驅動器。設計者可按需要將原碼，反碼輸出。(有效低電平輸出控制） 圖3.1 74LS420 3.2.5 單片機控制電路 （1）所選單片機簡介 有著需要不用高的電壓，只要低電壓卻有高性能的八位單片機就是本設計系統(tǒng)所使用的AT89C52，在單片機的參量上，它的程序存儲器可以在里面進行多次重復的改寫和擦拭，而有8KB這樣不小的儲存量，構成該單片機的器件具有密度更高，容易保存不會輕易丟失的存儲上面的技術進行生產(chǎn)，在可以執(zhí)行的指令程序上，它能滿足不各個MCS-51單片機系統(tǒng)，八位的中央處理器以及閃存存儲使得AT89C52具有出色。強大的功能，并由于它出色的適用性與實用性，使得它在許多不同的場合可以進行工作上的控制，而該設計就適用該單片機，并且滿足所有需求。以下是它的工作特性： 1.Flash程序存儲器的大小為8KB，由于其高可移植性，可反復擦寫1000次 2.RAM有256字節(jié) 3.32根I/O線 4.三個定時器，并且是可編程的 5. 單片機也有自己相對應的工作電壓，這里使用的AT89C52的為5V；值得注意的是它的工作頻率最高不能超過24MHz （2）單片機引腳功能 AT89C52C的結構中擁有引腳的數(shù)量是40個，單片機AT89C52所對應的工作引腳以下圖所示，與其對應的功能如下： 圖3.12 AT89C52C引腳圖 1. Pin20:作為+5V的電源接地端 2. Pin40:作為+5V的電源端的正極 3. Pin19:是一個輸入端，作為單片機內(nèi)部的振蕩電路中存在的放大器 4. Pin18:是輸出端，可以接單片機外的振蕩脈沖輸入端，帶上拉電阻 5. 輸入輸出(I/O)引腳： 在這里的輸入輸出腳是一一對應的，Pin39對應的是P0.0，而Pin38對應的是P0.1作為它的輸入輸出腳。同理可得出，一一對應的引腳。 6. Pin9:RST就就是一個進行復位并且是一個在掉電情況下的保護端存在。為了實現(xiàn)復位操作，在單片機有振蕩的程序工作時，機器周期對于RST功能引腳是密不可分的，也有數(shù)量上的要求，必須是同時間內(nèi)出現(xiàn)至少兩個。另外，它可以提供RAM作為備用電存在。 7. Pin30:ALE地址鎖存信號輸出端 8. Pin29: 片外程序存儲器讀選通信號輸出端 9. Pin31:EA/Vpp片外程序存儲器選用端，在不同電平的情況下用不同的存儲器，當選用片外程序存儲器時，情況是低電平，而選用的是單片機內(nèi)存儲器是是高的電平。這就是一個選用端而在單片機片外的程序存儲器上。 4 系統(tǒng)軟件設計 4.1 C語言以及編譯軟件的簡介 匯編語言和C語言成為了現(xiàn)在用到最廣泛的兩種語言，都同時把硬件作為操作對象。區(qū)別在于匯編語言是以一種機器語言存在的，需要更多的，更專業(yè)上的內(nèi)容，學習的周期比較長，在這里并不是最合適的語言。而C語言相對來說是一種較為方便簡單的語言，受到很多廣泛地使用，比起匯編語言，從初步學習稍微輕松些，也具備較強的移植功能。 它是一種中級語言，這里的中級指的并不是優(yōu)良，在對初學者稍微晦澀的匯編語言以及高級語言中所集各家之長的存在。它具有以下特點： （1）具有簡要，干練的語言，在操作學習上更為方便，靈活 （2）數(shù)據(jù)庫具有大量的運算符，并且種類多樣 （3）具有大量并且多樣的數(shù)據(jù)結構，和現(xiàn)代化語言類似，有著同樣的各個樣式的數(shù)據(jù)結構 （4）可以設計出的程序具有結構化特性 （5）操作對象更為直接，直接作用于計算機的硬件 （6）使得編譯出的程序代碼有更好的邏輯性以及有出色的語言質(zhì)量，操作的程序有著更高的執(zhí)行效率。 （7）具有較出色的可移植性 在本設計系統(tǒng)中，將程序以C語言的形式進行編寫和編譯，而使用的操作編輯軟件則是選用Keil C51，在本設計系統(tǒng)里，將編寫的C語言程序燒入單片機中，并且使用Keil uVision4進行編程，接下來介紹的就是這個編譯軟件。 4.1.1 Keil C51軟件簡介 作為一款全世界最出色的軟件開發(fā)之一Keil，它包含了許多不同樣式公司的芯片。它也是個功能強大的仿真調(diào)試器于編譯器、宏匯編連接器庫管理為一家，學起來更為方便，使用方面也比較易懂，同時具備對程序調(diào)試有著出色的仿真功能。就目前使用來說，Keil的確是作為C語言的軟件開發(fā)系統(tǒng)中最廣泛五一系列單片機軟件。 圖4.1 Keil uVision4的運行環(huán)境界 4.2 軟件設計 4.2.1發(fā)射部分 （在該部分以程序顯示） 函數(shù)功能：主函數(shù) ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈*/ void main(void) { TMOD = 0x01; //T0 16位工作方式 IR=1; //發(fā)射端口常態(tài)為高電平 while(1) { SanZhuan(); } } /*************************************************************** 函數(shù)功能： 4×4矩陣鍵盤 鍵值 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 │ │ │ │ │ │ │ │ ┃ │ │ │ └────13 14 15 16 ┃ │ │ └─────────9 10 11 12 ┃ │ └──────────────5 6 7 8 ┃ └────────────────────1 2 3 4 ┃ ***************************************************************/ uchar KEY(void) { uchar H,L; //行值，列值 H=0; L=0; if(P1!= 0xf0) //檢測是否有按鍵按下，如果有則hangval必不為0x0f { YS(10); //按鍵去抖動，延時10毫秒 if(P1!=0xf0) //確實有按鍵按下 { P1 = 0x0f; //翻轉鍵盤接口輸出 L = P1&0x0f; //得到列標志位 } return (H+L); } return 0; 函數(shù)功能：發(fā)送主程序 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈*/ void ZZ(uchar x) { TT0(1,m9); //高電平9mS TT0(0,m4_5); //低電平4.5mS /*┈ 發(fā)送4幀數(shù)據(jù) ┈*/ Z0(SBM); Z0(~SBM); Z0(x); Z0(~x); /*┈┈ 結束碼 ┈┈*/ TT0(1,m_65); TT0(0,m40); /*┈┈ 重復碼 ┈┈*/ while(KEY()) { TT0(1,m9); TT0(0,m2_25); TT0(1,m_56); TT0(0,m40); TT0(0,m56); LED = !LED; //指示燈 } LED = 1; } /*┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 函數(shù)功能：單幀發(fā)送程序 入口參數(shù)：1幀數(shù)據(jù) ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈*/ void Z0(uchar temp) { uchar v; for (v=0;v<8;v++) //循環(huán)8次移位 { TT0(1,m_65); //高電平0.65mS if(temp&0x01) TT0(0,m1_6); //發(fā)送最低位 else TT0(0,m_56); temp >>= 1; //右移一位 } } /*┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 函數(shù)功能：38KHz脈沖發(fā)射 + 延時程序 入口參數(shù)：（是否發(fā)射脈沖,延時約 x (uS)） ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈*/ void TT0(bit BT,uint x) { TH0 = x>>8; //輸入T0初始值 TL0 = x; TF0=0; //清0 TR0=1; //啟動定時器0 if(BT == 0) while(!TF0); //BT=0時不發(fā)射38KHz脈沖只延時；BT=1發(fā)射38KHz脈沖且延時； else while(1) //38KHz脈沖，占空比5:26 { IR = 0; if(TF0)break; if(TF0)break; IR = 1; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; if(TF0)break; } TR0=0; //關閉定時器0 TF0=0; //標志位溢出則清0 4.2.2 接收部分 void exint0() interrupt 0 { uint cnt; uchar i; EX0 = 0; cnt = 0; while(!IR) cnt++; //記錄引導碼時間 if(cnt < 1000){EX0=1;return;} //9ms的計數(shù)值（12MHz：1000< cnt <1500） cnt = 0; while(IR) if(cnt++ > 400){EX0=1;return;} //防卡死，超時保護（12MHz： > 300） if(cnt < 200){EX0=1;return;} //（12MHz不分頻： <260） for(i=0; i<32; i++) //讀取32位位碼 { cnt = 0; while(!IR); while(IR) if(cnt++ > 200){EX0=1;return;} //超時保護（12MHz：>=200） N[i/8] >>= 1; if(cnt>60) N[i/8] |= 0x80; //0和1的計數(shù)界線（12MHz：< 109） } if(N[0] == ~N[1] && N[2] == ~N[3]) //校驗識別碼，操作碼 /*************************************************************** 函數(shù)功能：按鍵消抖 延時程序 入口參數(shù)：1ms×time （晶振=12MHz） ***************************************************************/ 4.3 Proteus仿真 4.3.1Proteus軟件介紹 Proteus作為世界上最知名的仿真軟件之一，它擁有強大的功能，它可以完成原理布圖，并將可以調(diào)試的代碼進行傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)，在實驗過程中還能將外部的電路共同使用達到仿真的目的，還有可以進行到PCB的設計，操作也十分簡便。能讓初學者在短時間內(nèi)從設計出的概念性產(chǎn)品到完成一個具有完整性的產(chǎn)品，同時具備了對電路的仿真模擬以及PCB設計的一個優(yōu)秀平臺。 4.3.2實現(xiàn)仿真 在打開仿真軟件proteus后，在打開后。首先，我們已經(jīng)在上述文獻中選取了我們在這個設計系統(tǒng)中必要的硬件。其中包括控制器元件的選擇。第一步我們選取時同時還要考慮并且選擇。器件的類型。再將我們需要的器件準備完畢時。我們進行電路圖的布圖。本設置最關鍵的兩個單元模塊為發(fā)射模塊以及接收模塊。所以在排布電路圖時。需要，使整個電路圖看起來更明朗。將左邊欄中的器件拖入圖中即可進行布圖，中間還需要注意一些的細節(jié)。比如由于紅外二極管比較容易燒壞，故選取阻值較大的電阻。另外，單片機的引腳注意不要接錯。 第二步將事先在編譯開發(fā)軟件Keil中的程序導入進電路圖中的單片機中。點擊“run similuation”實現(xiàn)仿真，仿真現(xiàn)象如下圖4.2所示 圖4.2仿真現(xiàn)象 在仿真現(xiàn)象中可以看出。每當在鍵盤上按一個對應的鍵時在數(shù)碼管上也能看到一個對應的數(shù)值。例如在按“1”鍵時。在鍵盤上輸出一時，輸出端輸出對應的“1”。在試著輸入其他數(shù)字時，也能達到上述現(xiàn)象，故證明設計成功。 6 結 論 本設計是基于單片機的智能化紅外遙控器，設計基本完成了實際要求。經(jīng)過測試，系統(tǒng)現(xiàn)有各項功能工作正常，通過鍵盤控制學習和發(fā)射模式，單片機進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)紅外接收及發(fā)射管進行學習和發(fā)射。在數(shù)據(jù)處理和存儲時，采用壓縮編碼的方式，簡化了數(shù)據(jù)結構，節(jié)省了存儲空間。 由于時間的原因，系統(tǒng)還是有一些問題，例如，在按鍵的設計、存儲器的選擇、存儲數(shù)據(jù)的壓縮和遙控器的操作性上還有待進一步的改進。參 考 文 獻 [1]趙健衡，基于單片機控制的紅外線遙控器設計[J]計算機工程應用，2009：01 [2]李雪瑩，基于單片機的空調(diào)紅外線編解碼系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)[J]電子科技大學2014 [3]張勇，紅外線遙控解碼原理及其在單片機中的應用 [J]科技信息(學術研究).2008(04) [4]覃韋嶺.利用單片機進行紅外編、解碼[J].電子世界.2002(12) [5]曾慶立. 遠距離紅外通訊接口的硬件與使用[J].吉首大學學報(自然科學版).2001(04) [6]鄧易冬,賈雨,李向上,戴振麟. 基于紅外傳感技術的電機堵轉智能控制系統(tǒng)設計[J]. 電氣開關, 2007,(06) . [7]紀宗南．紅外線遙控發(fā)射器的原理及應用[J].國外電子元器件，1999，10（3）；32－3 [8]Telecommunications system design. [M]IEEE Design and Test of Computers . 1996 [9]Trimble CR.What is Signal Averaging.[J] Hewlett-Paeked Journal . 1988 [10]王幸之等，單片機應用系統(tǒng)抗干擾技術[M]. 北京航空航天大學出版社, 2000 [11]陳濤，單片機應用及C51程序設計[M].機械工業(yè)出版社，2010，9 [12]孫俊逸，盛秋林，張崢，單片機原理及應用[M]清華大學出版社，2006，3 [13]余懷之，紅外光學材料[M]國防工業(yè)出版社，2007，1 [14]陳永輔，紅外輻射紅外器件與典型應用[M]電子工業(yè)出版社，2004，6 [15]徐愛玲，Keil C51單片機高級語言應用編程技術[M]電子工業(yè)出版社，2015，10 - 40 - 附錄1：外文翻譯 紅外遙控及芯片介紹 1 引言 人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中紅光的波長范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長范圍為0.38～0.46μm。比紫光波長還短的光叫紫外線，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線遙控就是利用波長為0.76～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號的。 常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通 5發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍、透明三種顏色。判斷紅外發(fā)光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣：用萬用表電阻擋量一下紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻即可。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率要用專門的儀器才能精確測定，而業(yè)余條件下只能用拉距法來粗略判定。 接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。 在實際應用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?00mW左右），所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。 前些年常用μPC1373H、CX20106A等紅外接收專用放大電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。均有三只引腳，即電源正（VDD）、電源負（GND）和數(shù)據(jù)輸出（VO或OUT）。紅外接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，可參考廠家的使用說明。成品紅外接收頭的優(yōu)點是不需要復雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來如同一只三極管，非常方便。但在使用時注意成品紅外接收頭的載波頻率。 紅外遙控常用的載波頻率為38kHz，這是由發(fā)射端所使用的455kHz陶振來決定的。在發(fā)射端要對晶振進行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。也有一些遙控系統(tǒng)采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定。 紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設備。由于其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進行多路遙控。由于各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了大量紅外遙控專用集成電路，需要時按圖索驥即可。因此，現(xiàn)在紅外遙控在家用電器、室內(nèi)近距離（小于10米）遙控中得到了廣泛的應用。 多路控制的紅外遙控系統(tǒng) 多路控制的紅外發(fā)射部分一般有許多按鍵，代表不同的控制功能。當發(fā)射端按下某一按鍵時，相應地在接收端有不同的輸出狀態(tài)。 接收端的輸出狀態(tài)大致可分為脈沖、電平、自鎖、互鎖、數(shù)據(jù)五種形式。“脈沖”輸出是當按發(fā)射端按鍵時，接收端對應輸出端輸出一個“有效脈沖”，寬度一般在100ms左右?！半娖健陛敵鍪侵赴l(fā)射端按下鍵時，接收端對應輸出端輸出“有效電平”，發(fā)射端松開鍵時，接收端“有效電平”消失。此處的“有效脈沖”和“有效電平”，可能是高、也可能是低，取決于相應輸出腳的靜態(tài)狀況，如靜態(tài)時為低，則“高”為有效；如靜態(tài)時為高，則“低”為有效。大多數(shù)情況下“高”為有效?！白枣i”輸出是指發(fā)射端每按一次某一個鍵，接收端對應輸出端改變一次狀態(tài)，即原來為高電平變?yōu)榈碗娖?，原來為低電平變?yōu)楦唠娖?。此種輸出適合用作電源開關、靜音控制等。有時亦稱這種輸出形式為“反相”?！盎ユi”輸出是指多個輸出互相清除，在同一時間內(nèi)只有一個輸出有效。電視機的選臺就屬此種情況，其它如調(diào)光、調(diào)速、音響的輸入選擇等。 “數(shù)據(jù)”輸出是指把一些發(fā)射鍵編上號碼，利用接收端的幾個輸出形成一個二進制數(shù)，來代表不同的按鍵輸入。 一般情況下，接收端除了幾位數(shù)據(jù)輸出外，還應有一位“數(shù)據(jù)有效”輸出端，以便后級適時地來取數(shù)據(jù)。這種輸出形式一般用于與單片機或微機接口。 除以上輸出形式外，還有“鎖存”和“暫存”兩種形式。所謂“鎖存”輸出是指對發(fā)射端每次發(fā)的信號，接收端對應輸出予以“儲存”，直至收到新的信號為止；“暫存”輸出與上述介紹的“電平”輸出類似。 影響遙控器遙控距離（Remote distance of RF Remote Control）的因素主要有如下幾點： 1、發(fā)射功率：發(fā)射功率大則距離遠，但耗電大，容易產(chǎn)生干擾； 2、接收靈敏度：接收器的接收靈敏度提高，遙控距離增大，但容易受干擾造成誤動或失控； 3、天線：采用直線型天線，并且相互平行，遙控距離遠，但占據(jù)空間大，在使用中把天線拉長、拉直可增加遙控距離； 4、高度：天線越高，遙控距離越遠，但受客觀條件限制； 5、阻擋：目前使用的無線遙控器使用國家規(guī)定的UHF頻段，其傳播特性和光近似，直線傳播，繞射較小，發(fā)射器和接收器之間如有墻壁阻擋將大大打折遙控距離，如果是鋼筋混泥土的墻壁，由于導體對電波的吸收作用，影響更甚。 考慮到本次設計的硬件體積應偏小以便嵌入遙控器中，因此我們選擇20個引腳的單片機芯片AT89C2051。下面即介紹此芯片的功能。 2 AT89C2051的內(nèi)部結構及性能 AT89C2051是一帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲體(EEPROM)的低電壓,高性能8位CMOS微型計算機。它采用ATMEL的高密非易失存儲技術制造并和工業(yè)標準MCS—51指令集和引腳結構兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPL1和閃速存儲器,ATMEL AT89C2051是一強勁的微型計算機,它對許多嵌入式控制應用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。AT89C2051是與8051兼容的CHMOS微控制器，其Flash存儲器容量為2KB。與CHMOS工藝的80C51一樣，具有空閑和掉電兩種節(jié)電運行方式。其性能如下： 8位CUP； 2KB的Flash存儲器； 工作電壓范圍2.7—6V； 128KB的數(shù)據(jù)存儲器； 全靜態(tài)工作方式：0—24MHz； 15根輸入/輸出線； 一個可編程串行口； 2個16位定時/計數(shù)器； 可編程串行UART通道； 直接LED驅動輸出； 3 AT89C2051的芯片引腳及功能 為適應智能儀表的嵌入要求，AT89C2051在芯片的引腳配置上進行了簡化，如圖2-1所示。主要變化為：（1）引腳由40根減為20根；（2）增加了一個模擬比較器。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 89C2051 RST/VPP (RXD)P3.0 (TXD)P3.1 XTAL2 XTAL1 (INT0)P3.2 (INT1)P3.3 (T0)P3.4 (T1)P3.5 GND VCC P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1(AIN1) P1.0(AIN0) P3.7 圖2-1 AT89C2051的引腳圖 AT89C2051引腳功能： 1. Vcc：電源電壓。 2. GND：地。 3. P1口：P1口是一8位雙向I/O口。口引腳P1.2～P1.7提供內(nèi)部上拉電阻。 P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)