基于单片机的红外线遥控器设计毕业设计.docx
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基于单片机的红外线遥控器设计毕业设计
毕业设计
设计课题:
基于单片机的红外线遥控器设计
毕业设计题目:
基于单片机的红外线遥控器设计
毕业设计目的:
本课题是一个典型的单片机红外线遥控器控制系统,用单片机进行控制遥控码脉冲的存储,发送和接收。
特点是控制方便、操作简单、扩展灵活、功能多等。
本课题涉及硬件和软件两部分,在设计完硬件的基础上进行软件调试,使学生在学完理论课程后,具备实践动手能力,为以后工作打下基础。
毕业设计任务:
1.本系应具有红外线的接收解码,红外线调制发射、操作按键和控制等单元。
2.基于AT89c51单片自行设计单片机系统硬件系统,包括电源,红外接收电路,红外发射电路、复位电路、操作按键等部分;使用CAD/PROTEL软件画系统硬件电路;
3.自行设计软件程序并在uvision2进行调试并注释。
毕业设计主要技术数据:
1.单片机使用AT89C51具有电源、复位晶振及按键电路设计;
2.红外线调制发射电路、红外线的接收解码器设计;
3.软件设计及流程图;
毕业设计工作量要求:
论文正文应有各个电路模块说明,硬件电路图,源程序,结论或改进,字数不少于5000字(不包含图所占)
毕业设计进度计划:
第1周:
下达毕业设计任务,认真分析选题要完成的任务及技术指标,然后向指导教师汇报自己的理解,指导教师指出学生的问题,对于合理建议应给与肯定,并修改功能和技术指标;
第2周:
查阅、收集资料,根据修改后的功能和技术指标,选择确定总体方案,及时和指导教师交流,征求指导教师意见;
第3周:
根据方案设计硬件系统。
完成硬件电路设计,画出硬件电路图,征求指导教师意见;
第4周:
完成软件部分整体框架设计;
第5周:
画出软件流程图,完成关键部分软件设计;
第6周:
完成全部软件设计,征求指导教师建议;
第7周:
整理资料,撰写完整规范的毕业设计报告(论文)并交指导教师审阅;
第8周:
准备答辩提纲,进行毕业答辩。
毕业设计应完成的技术资料:
论文、图纸、源代码
参考文献:
1、楼然苗,李光飞编著.《51系列单片机设计实例》北京航天航空大学出版社
2、先锋工作室.《单片机程序设计实例》清华大学出版社
3、吴金戌,沈庆阳,郭庭吉编著.《8051单片机实践与应用》清华大学出版社
4、周航慈编著《单片机应用程序设计》北京航天航空大学出版社
5、杨宁黄元峰编著《微机控制技术》第二版高等教育出版社
教研室主任意见:
系主管领导意见:
任务下达日期
2011年9月15日
规定完成日期
2011年11月10日
摘要
随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高,各种方便于生活的遥控系统开始进入了人们的生活。
传统的遥控器采用专用的遥控编码及解码集成电路,这种方法虽然制作简单、容易,但由于功能键数及功能受到特定的限制,只实用于某一专用电器产品的应用,应用范围受到限制。
而采用单片机进行遥控系统的应用设计,具有编程灵活多样、操作码个数可随便设定等优点。
本设计主要应用了AT89C51单片机作为核心,综合应用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识,应用红外光的优点。
遥控操作的不同,遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别不同的操作。
遥控接收器通过对红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,性价比较高等特点,具有一定的使用和参考价值。
关键词:
单片机,红外遥控,中断,定时,计数,频率
Abstract
Withthedevelopmentofoursocietyandthegradualimprovementofscienceandtechnology,variouskindsofhelpremotecontrolsystemshavebegantoenterpeople’slife.Thetraditionalremotecontrollersadoptspecialremotecontrolcodeanddecodeintegratedcircuits,thoughthiskindofmethodissimplyandeasily,itisonlythepracticalapplicationofsomecertainspecialelectricequipmentsbecauseofthecountedfunctionalkeysiscountedandtherestrictedfunction,sotherangeofapplicationislimited.Buttheremotecontrollerswhichadoptthemicroprocessorshavemanyadvantagessuchasflexibleoperatingandunceremoniousmanipulativekeys.
ThedesignhasusedAT89C2051microprocessorascore,integrativelyapplytheinterruptivesystem,timer,counter,etc.mainlytodesignoriginallyandalsotaketheadvantageoftheinfraredlight.Theremotecontrollauncherdistinguishesdifferentoperationthroughthecontrolonfrequencyofinfraredemissionoflight.Theremotecontrolreceiverjudgescontroloperationbyadoptingthediscernedfrequencyofthereceivedinfraredlighttofinishthewholelaunchingandreceivingcourse.
Itsadvantageisthatthehardwarecircuitissimple,thesoftwareiswithperfectfunction,havecertainuseandreferencevalue
Keywords:
Microprocessor,Infraredremotecontrol,Interrupt,Timing,Counting,Frequency
绪论
人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列,依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
其中红光的波长范围为0.62~0.76μm;紫光的波长范围为0.38~0.46μm。
比紫光波长还短的光叫紫外线,比红光波长还长的光叫红外线。
红外线遥控就是利用波长为0.76~1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。
发射部分的主要元件为红外发光二极管。
它实际上是一只特殊的发光二极管,由于其内部材料不同于普通发光二极管,因而在其两端施加一定电压时,它便发出的是红外线而不是可见光。
目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右,外形与普通 5发光二极管相同,只是颜色不同。
红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色,判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样:
用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。
在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压,它才能正常工作,亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用,这样才能获得较高的灵敏度。
红外接收二极管一般有圆形和方形两种。
由于红外发光二极管的发射功率一般都较小(100mW左右),所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱,因此就要增加高增益放大电路。
前些年常用μPC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。
最近几年不论是业余制作还是正式产品,大多都采用成品红外接收头。
成品红外接收头的封装大致有两种:
一种采用铁皮屏蔽;一种是塑料封装。
均有三只引脚,即电源正(VDD)、电源负(GND)和数据输出(VO或OUT)。
红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同,可参考厂家的使用说明。
成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽,使用起来如同一只三极管,非常方便。
但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。
第一章红外发射部分
1、引言
随着远程教育系统的不断发展和日趋完善,学校都得到了广泛应用。
同时使用多种设备,如:
数字投影机、DVD、VCD、录像机、电视机等,由于各种设备都自带遥控器,而使用多种遥控器,通过基于单片机的控制指令来对多种设备进行远程控制,不同的设备。
从而方便快捷的实现远程控制。
红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式。
那么,什么是红外线。
人的眼睛能看的可见光按波长从长到短排列的波长范围为0.62~0.76μm;比红光波长还长的光叫红外线。
红外线遥控就是利用波长为0.76~1.5μm之间的近红外线来传送控制的。
红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。
红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。
发射部分的主要元件为红外发光二极管。
目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940mm左右,外形与普通φ5发光二极管相同。
成品红外接收头的封装大致有两种:
三只引脚,即电源正(VDD)、电源负(GND)和数据输出(VO或OUT)。
红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同,是不需要复杂的调试和外壳屏蔽,意成品红外接收头的载波频率。
38kHz,这是由发射端所使用455kHz晶振来决定的。
在发射端要对晶振进行整数分频,分频系数一般取12,所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。
也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等,由发射端晶振的振荡频率来决定。
红外遥控的特点是不影响周边环境的、于10米)遥控中得到了广泛的应用。
2、设计要求与指标
红外遥控是目前使用较多的一种遥控手段。
功能强、成本低等特点。
系统。
设计要求利用红外传输控制指令及智能控制系统,借助微处理器强大灵活的控制功能发出脉冲编码,组成的一个遥控系统。
本设计的主要技术指标如下:
(1)遥控范围:
4—6米
(2)显示可控制的通道
(3)灵敏可靠,抗干扰能力强
(4)控制用电器电流最高为2A
红外遥控的特点是不影响周边环境的、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;多路遥控。
红外遥控系统由发射和接收两大部分组成,系统采用编/解码专用集成电路和单片机芯片来进行控制操作。
设计的电路由几个基本模块组成:
直流稳压电源,红外发射电路,红外接收电路及控制部分。
发射电路,利用遥控发射利用键盘,这种代码指令信号调制在40KHz的载波上,激励红外光二极管产生具有脉冲串的红外波,通过空间的传送到受控机的遥控接收器。
3红外遥感发射系统的设计
红外遥控系统由发射和接收两大部分组成,系统采用编/解码专用集成电路和单片机芯片来进行控制操作。
发射系统设计的电路由如下的几个基本模块组成:
直流稳压电源,红外发射电路。
系统框图如图所示。
4、红外发射电路的设计
1、主要芯片——单片机介绍
同一般微处理器的89S52的控制器也由指令寄存器IR。
指令译码器ID。
定时及控制逻辑电路和程序计数器PC等组成。
程序计数器PC是一个16为的计数器(注:
PC不属于特殊功能寄存器SFR的范畴)。
他总是存放着下一个要取得指令的16位存储单元地址。
也就是说,CPU总是把PC的内容作为地址,从内存中取出指令码或含在指令中的操作数。
因此,每当取完一个字节后,PC的内容自动加1,为取下一个字节作好准备。
只有在执行转移子程序调用指令和中断响应是例外,那时PC的内容不加1,而是指令或中断响应过程自动给PC置入新的地址。
单片机上电或复PC自动清0,即装入地址0000H,这就保证了单片机上电或复位后,程序从0000H地址开始执行。
指令寄存器1R保存当前正在执行的一条指令。
执行一条指令,先要把他从程序存储器取到指令存储器中。
指令内容含操作码和地址码,操作码送往指令译码器ID,并形成相应指令的微操作信号。
地址码送往操作数地址形成实际的操作数地址。
定时与操作是微处理器的核心部件,他的任务是控制取指令`执行指令`存取操作数或运算结果等操作,向其他部件发出各种微操作控制信号,协调各部件的工作。
80C51单片机内设有振荡电路,只需外接石英晶体和频率微调电容就可产生内部时钟信号。
2AT89S52的引脚
VCC:
电源
GND:
接地
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。
程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下表所示。
在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能:
P1.0T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出
P1.1T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)
P1.5MOSI(在系统编程用)
P1.6MISO(在系统编程用)
P1.7SCK(在系统编程用)
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR)时,P2口送出高八位地址。
在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址(如MOVX@RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p2输出缓冲器能驱动4个
TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如下表所示。
在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。
P3口还用于实现AT89S52的一些特殊功能,这些特殊功能定义如下:
口线特殊功能
P3.0RXD(串行口输入端)
P3.1TXD(串行口输出端)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(定时器0外部输入)
P3.5T1(定时器1外部输入)
P3.6WR(外部数据存储器写选通)
P3.7RD(外部数据存储器写选通)
4.2系统的功能实现方法
4.2.1摇控码的编码格式
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的组合二进制的“1”。
4.2.2遥控码的发射
当某个操作按键按下时,单片机先读出键值,然后根据键值设定遥控码的脉冲个数,再调制成40kHz方波由红外线发光管发射出去。
P3.5端口的输出调制波如图2-2所示。
图2-2单一按键波形
图2-2连续按键波形
4.3红外发射电路图
遥控发射通过键盘,每按下一个键,即产生具有不同的编码数字脉冲,这种代码指令信号调制在40KHz的载波上,激励红外光二极管产生不同的脉冲,通过空间的传送到受控机的遥控接收器。
P1口作为按键部分,P3.5口作为发射部分,然后用三极管的放大驱动红外发射。
电路如下图所示。
4.4软件设计
发射编码的软件设计
首先,初始化定时器,定时频率为40KHz的时间段。
当按下某一按键时,送数据1,就开始工作。
同时定时器溢出,也就是定时器记满了,执行定时器中断,中断程序如下:
INTT1:
CPLP3.5;40KHZ红外线遥控信号产生
RETI;中断返回
由此就产生了40KHZ的载波信号。
程序流程图如图4-3所示:
5调试结果及其分析
本电路总共设计了8个输入按键,7,8为特殊按键。
当输入一个按键5时,通过红外发射和接收电路,对应的继电器5的设备工作即5号发光二极管发光,而数码管显示工作的设备的个数,就显示1。
当再次按下按键5时,5号发光二极管灭,数码管显示0。
当同时按下两个键3和4时,3号和4号二极管亮,数码管显示2。
当按下按键7时,所有设备都不工作,数码管显示0,发光二极管都不发光。
当按下按键8时,所有设备都工作,数码管显示6,发光二极管都发光。
本设计在调试过程中也遇到很多问题。
(1)电路要求遥控控制距离为4—6m,在利用38KHz的接收头时,虽然能接收到信号,但是接收的距离很有限。
经过反复调试,换用40KHz的接收头时基本满足了设计需求。
(2)由于将3ms的接收脉冲放在1ms的后面,编码解调出现错误,导致接受端无信号输出。
解决方法是将3ms的接收脉冲放在前面就可以接收到信号。
单
片机进行数码帧的接收处理,3ms的脉冲检验,当第一位低电平码的脉宽小于2ms时就会错误处理。
在初始化过程中,将P1口全置0,但是继电器仍工作,通过反复调试,将初始化的P1口全置1,通过反向使得输出全为0,从而满足上电复位,继电器掉电,满足初始化要求。
6、结论
由于目前的遥控装置大多对某一设备进行单独控制,而在本设计中的红外遥控电路设计了多个控制按键,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。
基本符合技术要求。
但是本电路也有不完,它只能单通道实现对多个设备的控制,即它不能同时控制两个或者两个以上的设备。
在设计过程中,通过大量的查阅资料,认真研究材料,对单片机有了更为深刻的理解,在设计软件时,须仔细的分析硬件电路,画出程序流程图,培养了我的耐性和刻苦钻研的精神。
第二章红外接受部分
1、引言
随着远程教育系统的不断发展和日趋完善,利用多媒体作为教学手段在各级各类学校都得到了广泛应用。
但经常会遇到同时使用多种设备,如:
DVD、VCD、录像机、电视机等,由于各种设备都自带遥控器,而且不同的设备所遵循的红外传输规约也不尽相同,操纵这些设备得用多种控器,给使用者带来了诸多不便。
基于单片机的控制指令来对多种设备进行远程控制,从而方便快捷的实现远程控制。
远程遥控技术又称为遥控技术,是指实现对被控目标的遥远控制,在工业控制、航空航天、家电领域应用广泛。
红外遥控是一种无线、非接触控制技术,具有抗干扰能力强,信息传输可靠,功耗低,成本低,易实现等显著优点,被诸多电子设备广泛采用,并越来越多的应用到计算机系统中。
红外线又称红外光波,在电磁波谱中,光波的波长范围为0.01um~1000um。
根据波长的不同可分为可见光和不可见光,波长为0.38um~0.76um的光波可为可见光,依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。
光波为0.01um~0.38um的光波为紫外光(线),波长为0.76um~1000um的光波,为红外光(线)。
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,可获得较高的传输效率及较高的可靠性。
2、设计要求及指标
红外遥控是目前使用较多的一种遥控手段。
红外遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点。
在家庭生活中,录音机、音响设备、空调、彩电都用了红外遥控系统。
设计要求利用红外传输控制指令及智能控制系统,借助微处理器强大灵活的控制功能发出脉冲编码,组成一个遥控系统。
本设计的主要技术指标如下:
1.遥控范围:
4—6米
2.显示可控制的通道
3.接收灵敏可靠,抗干扰能力强
4.控制用电器电流最高为2A
3、红外遥控系统的设计
红外遥控系统由发射和接收两大部分组成,系统采用编/解码专用集成电路和单片机芯片来进行控制操作。
设计的电路由如下的几个基本模块组成:
红外发射电路,红外接收电路及控制部分。
1.系统框图如图3-1所示。
2.XTAL2接外部晶体的另一个引脚。
在单片机内部,它是上述振荡器的反相放大器的输出端。
采用外部振荡器时,此引脚应悬浮不连接。
3.输入/输出引脚P0.0~P0.7、P10.~P1.7、P2.0~P2.7和P3.0~P3.7。
①P0端口(P0.0~P0.7)P0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用。
在访问外部程序和数据存储器时,它是分时多路转换的地址(低8位)/数据总线,在访问期间激活了内部的上拉电阻。
②P1端口(P1.0~P1.7)P1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(吸收或输出电流方式)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,这时可用作输入口。
因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
③P2端口(P2.0~P2.7)P2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(吸收或输出电流方式)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,P2作输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,这时可用作输入口。
P2作为输入口时,因为有内部的上拉电阻,那些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(如执行MOVX
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