畢業(yè)設計（論文）簡易無線遙控裝置的設計

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1、 畢業(yè)設計(論文)任務書 學生姓名 專業(yè)班級 指導教師 工作單位 設計(論文)題目: 簡易無線遙控裝置的設計 設計（論文）主要內容： 設計一種基于單片機的遙控裝置。該系統以單片機為控制核心，完成單片機外圍擴展電路及遙控接口電路的設計，繪制原理圖；完成系統軟件和驅動軟件的編程，實現遙控開關的任務。 要求完成的主要任務及其時間安排: 第1～2周 畢業(yè)實習。進行項目相關調研，了解項目背景和研究現狀，完成實習報告； 第3周 確定研究方案，完成開題報告，要求查閱不少于10篇的相關資料，其中英文文獻不少于2篇；

2、 第4～8周 完成系統結構及電路設計，繪制電路圖； 第9～12周 修改、調試電路，編寫軟件； 第13～14周 撰寫畢業(yè)設計論文； 第15周 答辯。 必讀參考資料： 1】李群芳.單片微型計算機原理及應用.電子工業(yè)出版社. 2008. 2】何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計.北航出版社，2005 3】Atmel Corporation.Information of AT89S52 [Z]，American Atmel Corporation，2001． 指導教師簽名： 教研室主任簽名： 蓋章

3、 畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目 簡易無線遙控裝置的設計 1．目的及意義（含國內外的研究現狀分析）： 無線電遙控技術的誕生，起源于無線電通訊技術，最初的構想是無線電電報技術的建立，真空電子管的發(fā)明使得無線電技術的應用和普及很快應用到民用和軍用等各個領域。 第一、二次世界大戰(zhàn)時，無線電遙控技術應用到極至。后來隨著晶體管的發(fā)明和集成電路的誕生，無線電遙控技術達到了更加完善的程度，現如今我們所知道的導彈、衛(wèi)星、航天飛機等高科技技術都是與無線電遙控技術分不開的，然而它不僅僅是軍事領域的成員。我們的日常生活可以說離不開無線電遙控，比如：人們坐在家中手執(zhí)遙控器便可以隨意地將電

4、視機、照明燈、電腦等家用電器打開；足不出戶便可以開啟私家車庫等。現在民用遙控裝置領域的拓展大大的改善了人們生活質量和品質，也使一些不可能變成了可能。 在無線遙控領域，目前常用的遙控方式主要有超聲波遙控、紅外線遙控、無線電遙控等。由于無線電波是由發(fā)射點向四面八方傳播，可以穿過阻擋物，而且可以傳播到很遠的距離，因此它的控制可以在很大區(qū)域和空間內實現，成為遙控的主要方式，在國防軍事生產建設和日常生活中有極廣泛的應用。紅外技術出現比較早，成本低，價格也具有優(yōu)勢，紅外遙控具有以下優(yōu)點：控制內容多，抗干擾能力比較強，不會發(fā)生任何誤動作；響應速度快，不會對其他電器產生干擾從而影響用戶使用；體積小，

5、成本低，功耗小，與其他方式比可以降低功耗90%。但是它的缺點也很明顯，在使用中需要保證遙控發(fā)射器和遙控接收設備處于一定的角度范圍，中間不能有任何物品，否則就會阻擋紅外線的傳輸，因為紅外線不能穿越磚瓦水泥砌筑的墻體，這在日常生活中經常會造成不便，之外紅外線方式也容易受到外界干擾。超聲波遙控方式中的超聲傳感器頻帶窄，能攜帶的信息量少，易于受干擾而引起誤動作，同時該種方式作用距離短，通用性強可以互換因而不適合在燈具遙控中運用。 無線遙控方式多種多樣，可以根據不同的應用需要采用適宜的方式。各種遙控方式的不同，主要在于信息的編碼處理方式和信息的傳輸方式。所傳信息的形式以及信息量的大小決定采用何

6、種信息編碼和處理方式，而信息傳遞的距離決定采用何種傳輸方式。 本課題將設計一款由單片機AT89C51編程實現的遙控開關，這款遙控開關主要用于控制家用電器。 2．基本內容和技術方案： （1）、基本內容 設計一種基于單片機的遙控裝置。該系統以單片機為控制核心，完成單片機外圍擴展電路及遙控接口電路的設計，繪制原理圖；完成系統軟件和驅動軟件的編程，實現遙控開關的任務。 （2）、技術方案 要實現遙控控制，其方法很多。比如：無線遙控，紅外線遙控，高頻無線遙控等?，F在，介紹兩種技術方案并作簡單對比，選擇其中較理想的方案作為設計方案。 方案一：無線遙控 無線遙控

7、由發(fā)射機和遙控接收機兩大部分組成。圖1（a）所示為無線遙控發(fā)射機示意圖。圖1（b）所示為無線遙控接收機示意圖。 在該方案中由于發(fā)射機較多使用LC振蕩器，其頻率漂移較為嚴重；接收機可使用超再生電路，其成本低，功耗小，靈敏度可調。但是，超再生電路的工作穩(wěn)定性比較差，選擇性差，從而降低了抗干擾能力。 方案二：采用AT89C51實現的紅外遙控 通用紅外遙控系統由發(fā)射和接收兩大部分組成，應用編／解碼專用集成芯片來進行控制操作，如圖2所示。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路。

8、 圖2 紅外遙控系統框圖 遙控開關是在通用紅外遙控系統的基礎上加以改進實現的。其實質就是將紅外遙控接收部分采用單片機AT89C51來控制。 在該方案中采用單片機為控制芯片，能使硬件電路簡單化，而紅外遙控方式不僅體積小，成本低，與其他方式比可以降低功耗90%，另外，其控制內容多，抗干擾能力比較強。與方案一中的無線遙控方式相比會略勝一籌 ，因此可選擇方案二作為設計方案。 3．進度安排： 第1～2周 畢業(yè)實習。進行項目相關調研，了解項目背景和研究現狀，完成實習報告； 第3周 確定研究方案，完成開題報告，要求

9、查閱不少于10篇的相關資料，其中英文文獻 不少于2篇； 第4～8周 完成系統結構及電路設計，繪制電路圖； 第9～12周 修改、調試電路，編寫軟件； 第13～14周 撰寫畢業(yè)設計論文； 第15周 答辯。 4． 指導老師意見： 指導教師簽名： 年 月 日 鄭 重 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文

10、中特別加以標注引用的內容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 本人簽名： 日期： 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1 無線遙控技術現狀 1 1.2 無線電遙控原理和特點 1 1.3 課題研究的目的及意義 2 2 方案設計 3 2.1 設計方案論證 3 2.2 系統設計思想 4

11、2.2.1系統構成框圖 4 2.2.2 器件選擇 4 2.3 基本功能設計 5 2.3.1 控制電器開啟/關閉 5 2.3.2 顯示狀態(tài) 5 2.3.3 按鍵功能設置 5 2.3.4 定時設置 5 3 系統硬件電路設計 6 3.1 系統硬件的組成 6 3.2 紅外遙控裝置發(fā)射器的設計 6 3.2.1 M50462AP的功能特點及內部結構 7 3.2.2 紅外遙控裝置發(fā)射器的發(fā)射過程 8 3.3 紅外遙控裝置接收系統的設計 11 3.3.1 紅外遙控接收頭SM0038 12 3.3.2 單片機AT89C51性能及工作原理 12 3.3.3 接收系統 14 3.3.

12、4 繼電器 15 3.3.5 報警器 15 3.3.6 LED顯示器 15 4 系統軟件設計 18 4.1 系統軟件的構成 18 4.2 軟件流程框圖 18 5 紅外遙控裝置的工作過程及調試 21 5.1 紅外遙控裝置的工作過程 21 5.2 紅外遙控裝置的調試過程 21 5.2.1 紅外信號的測試 21 5.2.2 硬件及軟件綜合調試 22 5.2.3 調試心得 22 6 總結與展望 23 參考文獻 24 附錄 25 （1）遙控裝置接收系統PCB板 25 （2）程序清單 25 致謝 32 摘 要 無線電遙控技術的誕生，起源于

13、無線電通訊技術，最初的構想是無線電電報技術的建立，真空電子管的發(fā)明使得無線電技術的應用和普及很快應用到民用和軍用等各個領域。隨著晶體管的發(fā)明和集成電路的誕生，無線電遙控技術達到了更加完善的程度，現如今我們所知道的導彈、衛(wèi)星、航天飛機等高科技技術都是與無線電遙控技術分不開的，它也不僅是軍事領域的成員，我們的日常生活可以說是已經離不開了無線電遙控，如：遙控監(jiān)視、報警、遙控電視、遙控玩具等等?，F在民用遙控裝置領域的拓展大大的改善了人們生活質量和品質，也使一些不可能變成了可能。家用電器中的遙控裝置應用極多。 本文設計的無線遙控裝置就是其中應用之一的小小應用，主要是以單片機AT89C51作為主控芯片，

14、利用紅外線遙控發(fā)射、接收的工作原理以及單片機外部中斷的原理而制作的一款遙控裝置，這款遙控裝置主要用于控制家用電器。其中發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路。另外，本設計利用匯編語言，完成了軟件系統的編程，能夠實現定時設置、顯示狀態(tài)和風速換擋等功能。此設計硬件電路簡單，控制內容多，功耗小，抗干擾能力比較強。 關鍵詞： 遙控；紅外線；單片機；接收；硬件； ABSTRACT The wireless controls from a distance to control

15、 the technical emerge,originating the radio communication technique,the first speculation is a technical establishment of the wireless telegram,the application that the invention that the vacuum electronic tube make the infinite electricity technical and make widely available very quick applied at p

16、ublic wait the each realm with for use by the military . At the first,World War II,the wireless controls from a distance to apply to the pole to go to.Afterwards along with the invention of the transistor and the emergence of the integrated circuit,the wireless controls from a distance the tech

17、nique to come to a the more perfect degree,now we know that high-tech technique to guided missile,space shuttle...etc.so all make use of the technical crystallize of the wireless remote control,our daily life can say to have already cant leave the wireless to control from distance,such as:control fr

18、om a distance the surveillance,report to the police,control from a distance the television and control from a distance the toy etc.Now,it is public to control from a distance to equip the realm to expand the life of make the people to acquire the convenience,also making the impossibly became possibl

19、e. The wireless control from a distance equip that I design is among them applied of small application.Mainly design is to making use of single chip computer and infrared ray to transmit and receive.Its a remote control switch.This switch is mainly to control family electrical equipment.The part of

20、 transmit concludes matrix keyboard,encode modulate.LED equipment of transmit by infrared ray;The part of receive concludes the transform and enlarge equipment of light and electricity, demodulation and divide code circuit.The hardware circuit of this design is easy and it can control a lot of conte

21、nt,the power of resisting interference is very strong. Key words: control from a distance； infrared ray； single chip computer； receive; hardware; I 1 緒論 1.1 無線遙控技術現狀 無線遙控，即是在控制端把控制指令以某種編碼方式形成易于傳輸的信號，通過無線傳輸，在受控端經解碼等處理形成相應的控制操作。無線控制方式多種多樣，可以根據不同的應用需要

22、采用適宜的方式。各種遙控方式的不同，主要在于信息的編碼處理方式和信息的傳輸方式。所傳信息的形式以及信息量的大小決定采用何種信息編碼和處理方式，而信息傳送的距離決定采用何種傳輸方式。[1] 在編碼方式上，目前在簡單信息的遙控中常采用的是DTMF方式。這種方式具有實現簡單、可靠性高的優(yōu)點。對于復雜以及大量信息的遙控，可以采用相應的信號處理方式，經過適當的信源信道編碼以及數字調制等處理來生成易于傳輸的信號。對于這些編碼處理方式，可以根據系統功能需要進行靈活選擇。[1] 在傳輸方式上，對于近距離遙控，可以采用基帶傳輸。對于遠距離遙控，需要選擇適當的調制方式，進行頻帶傳輸。目前常用的

23、調制方式有幅度調制，頻率調制和相位調制三種。對于不同形式的基帶信號，又可以分為模擬調制和數字調制。對于各種調制方式的選擇，可以根據基帶信號的形式，傳輸的帶寬限制等因素決定。[1] 對于無線遙控技術，當前基本上通過以下幾種方式實現：紅外線遙控方式，無線電遙控方式，超聲波遙控方式和聲音遙控方式。紅外技術出現比較早，成本低，價格也具有優(yōu)勢。紅外遙控具有以下優(yōu)點：控制內容多，抗干擾能力強，不會發(fā)生任何誤動作；響應速度快，不會對其他電器產生干擾從而影響用戶使用；體積小，成本低，功耗小，與其他方式比可以降低功耗90%.但是它的缺點也很明顯，在使用中需要保證遙控發(fā)射器和遙控接收設備處于一定的角度范

24、圍，中間不能有任何物品，否則就會阻擋紅外線的傳輸，因為紅外線不能穿越磚瓦水泥砌筑的墻體，這在日常使用中經常會造成不便，畢竟用戶不希望只能在一定的角度范圍內才能對對象進行操作，之外紅外線方式也容易受到外界干擾。超聲波遙控方式中的超聲傳感器頻帶窄，能攜帶的信息量少，易于受干擾而引起誤動作，同時該種方式作用距離短，通用性強可以互換因而不適合在燈具遙控中使用，聲音遙控方式通用性強，作用距離短，聲音攜帶的信息量少，易受干擾而引起誤動，它適合于像聲控電燈開關的場合。無線電作為新一代的信息傳遞方式，具有繞射和穿透特性，只要在有效工作范圍之內，無線設備就可以不受角度，方向和障礙物的限制而自由使用。并且采用特定

25、的編碼解碼技術可以防止無線電波的互相干擾，抗干擾能力強。[1] 1.2 無線電遙控原理和特點 調制發(fā)射效率高且抗干擾性強，用音頻信號去調制高頻發(fā)射波的幅度和頻率，使高頻電波幅度和信號隨之變化，這就是調制。 調頻發(fā)射：就是用一定頻率的音頻信號去調制高頻發(fā)射波的頻率，使得高頻發(fā)射頻率隨著音頻信號產生相應的頻率偏移。因為調頻發(fā)射發(fā)送的是高頻等幅波（高頻全功率發(fā)射),充分利用了高頻發(fā)射功率，所以在高頻發(fā)射機的高頻發(fā)射功率相同的情況下，控制距離比調幅波遠得多。另外，調頻波的抗干擾性能也遠遠高于調幅波，缺點是調頻接收電路相對調幅接收電路來說比較復雜。 如果用于調制的音頻不是固定頻率，而是直

26、接用人的話音頻率去調制高頻發(fā)射波，那就是無線電對講機了，發(fā)送接收的基本道理都一樣。但由于發(fā)射功率過大會干擾和影響其他電子設備的正常工作（飛機上不允許乘客使用手機，就是怕手機的高頻發(fā)射電波會干擾駕駛艙電子儀器的正常運行而產生事故），所以每個國家都有專門的無線電管理委員會進行監(jiān)督管理，對在不同場合、不同工作性質下使用的無線電波發(fā)射功率、發(fā)射頻率均有嚴格的限制和規(guī)定。對于業(yè)余無線電愛好者，開辟有專門的業(yè)余波段提供使用。據息：2008奧運委員會發(fā)布了在2008年奧運會期間將對無線頻帶實行限制頻率段的規(guī)定，為保證奧運會通信的要求北京市已經制定了相應的規(guī)定。 設計無線遙控系統時要注意：遙控有效距離與發(fā)射

27、功率、接收靈敏度和工作頻率。但由于上述發(fā)射功率、工作頻率受到各種限制，一般可以從提高靈敏度、改善接收電路的抗干擾性能等方面入手去改進接收電路。 1.3 課題研究的目的及意義 無線電遙控技術發(fā)展只有幾十年的歷史：本世紀20年代，才剛剛出現無線電遙控的雛形。那時，人們試圖將遙控技術應用于無人駕駛飛機和艦船上，但由于技術不夠完善而未能成功。二次世界大戰(zhàn)以后，無線電遙控技術發(fā)展迅速，并逐漸在軍事、國防、工農業(yè)生產以及科學技術等方面得到廣泛的應用。到現今，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，使得遙控技術有了日異月新的發(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)

28、展到現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、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。在無線遙控領域，目前常用的遙控方式主要有超聲波遙控、紅外線遙控、無線電遙控等。 本課題設計的無線遙控裝置主要是以單片機AT89C51作為主控芯片，利用紅外線遙控發(fā)射、接收的工作原理以及單片機外部中斷的原理而制作的一款遙控開關，這款遙控開關主要用于控制家用電器，它具有遙控開啟和關閉多種家用電器，并具有顯示狀態(tài)的功能。其中發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路。此設計硬件電路簡單，控制內容多，功耗小，抗干擾能力比較

29、強。 2 方案設計 2.1 設計方案論證 要實現遙控控制，其方法很多。比如：無線遙控，紅外線遙控，高頻無線遙控等?，F在，介紹兩種技術方案并作簡單對比，選擇其中較理想的方案作為設計方案。 方案一：無線遙控 無線遙控由發(fā)射機和遙控接收機兩大部分組成。圖1.1（a）所示為無線遙控發(fā)射機示意圖。圖1.1（b）所示為無線遙控接收機示意圖。 圖1.1 無線遙控系統框圖 在該方案中由于發(fā)射機較多使用LC振蕩器，其頻率漂移較為嚴重；接收機可使用超再生電路，其成本低，功耗小，靈敏度可調。但是，超再生電路的工作穩(wěn)定性比較差，選擇性差，從而降低了抗干擾能力。

30、 方案二：采用AT89C51實現的紅外遙控 通用紅外遙控系統由發(fā)射和接收兩大部分組成，應用編／解碼專用集成芯片來進行控制操作，如圖1.2所示。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括紅外接收、單片機AT89C51、顯示器。 圖1.2 紅外遙控裝置系統框圖 遙控開關是在通用紅外遙控系統的基礎上加以改進實現的。其實質就是將紅外遙控接收部分采用單片機AT89C51來控制。即當一體化紅外接收器接收到紅外遙控信號后，將光信號轉變成電信號，經放大、解調、濾波后，將原編碼信號送入單片機AT89C51中進行信號識別、解碼，然后進行相應處理。 在該方案中采用單片機為控

31、制芯片，能使硬件電路簡單化，而紅外遙控方式不僅體積小，成本低，與其他方式比可以降低功耗90%，另外，其控制內容多，抗干擾能力比較強。與方案一中的無線遙控方式相比會略勝一籌 ，因此可選擇方案二作為設計方案。 2.2 系統設計思想 本系統采用單片機AT89C51作為本設計的核心元件，利用紅外線遙控發(fā)射、接收的工作原理以及單片機外部中斷的原理而制作的一款遙控開關。 2.2.1系統構成框圖 矩陣鍵盤 M50462AP 晶振 紅外發(fā)光二極管 (a) 紅外遙控裝置發(fā)射器框圖 遙控接收頭 AT89C51 顯示器 復位 晶振 繼電器

32、 （b) 紅外遙控裝置的接收系統框圖 圖2.1 紅外遙控裝置系統框圖 2.2.2 器件選擇 本系統在設計過程中主要選擇了以下一些器件： ● 單片機：AT89C51。 ● 遙控發(fā)射器：采用M50462AP芯片。 ● 紅外遙控接收器。 ● 繼電器。 ● 顯示器件：7段共陽LED顯示器、發(fā)光二極管。 ● PNP型三極管。 ● 蜂鳴器。 2.3 基本功能設計 2.3.1 控制電器開啟/關閉 在此紅外遙控裝置設計中，采用單片機控制家用電器的開啟/關閉，以實現遙控開關的功能。 2.3

33、.2 顯示狀態(tài) 在此設計中，單片機外接了一位LED顯示器，用于顯示受控電器的狀態(tài)。例如：當家用電風扇調速器的第一擋開關閉合，則應在LED顯示器上顯示數字1，表示電風扇開啟第一擋。 2.3.3 按鍵功能設置 在此設計中，在遙控發(fā)射器上共定義了6個功能鍵，即：數字鍵1~5和音量遞增鍵。其中數字鍵1~5用于控制電風扇的5個擋位。音量遞增鍵用于控制定時。 2.3.4 定時設置 在紅外遙控裝置中，把遙控發(fā)射器上的一個功能鍵設置成為定時控制鍵。一共設定了3種時間，即：15分鐘；30分鐘；45分鐘，操作時只需手執(zhí)遙控器，直接按音量遞增鍵即可。具體定義如下：（VD1，VD2，

34、VD3由P0口控制） ● 按下第一次：表示定時15分鐘，VD1點亮； ● 按下第二次：表示定時30分鐘，VD2點亮； ● 按下第三次：表示定時45分鐘，VD3點亮； ● 按下第四次：表示定時取消，VD1，VD2和VD3全滅；之后又可以重復以上過程。 通過以上基本功能的設計，可以實現遙控開關的任務，即當接通電源后，手執(zhí)遙控器，例如按下紅外遙控裝置發(fā)射器上的數字鍵“1”則在紅外遙控裝置的接收系統中數碼管上將會顯示數字“1”，表示此時電風扇的第“1”擋開關接通，即此時為一擋風，若需電風扇為第“3”擋風，則只需按下遙控裝置發(fā)射器上的數字鍵“3”即可。當風扇啟動后，還可

35、以按下遙控器上的音量控制鍵，以控制風扇的開啟時間，不同的按鍵次數表示不同的定時時間，當定時時間到后則風扇自動關閉。 3 系統硬件電路設計 3.1 系統硬件的組成 系統硬件電路由兩個部分組成：紅外遙控裝置的發(fā)射器和紅外遙控裝置的接收系統。 （1） 紅外遙控裝置發(fā)射器包括： ● 矩陣鍵盤。 ● 指令編碼器（采用M50462芯片）。 ● 紅外發(fā)射二極管LED。 （2）紅外遙控裝置的接收系統包括： ● 紅外遙控接收頭。 ● 單片機AT89C51。 ● 繼電器。 ● LED顯示器。 ● 蜂鳴器。 3.2 紅外遙控

36、裝置發(fā)射器的設計 紅外遙控裝置發(fā)射器包含鍵盤，指令編碼器(M50462AP)和紅外發(fā)光二極管LED等部分組成，其組成框圖如圖2.1（a）所示，電路原理圖如圖3.1所示。 圖3.1 紅外遙控裝置發(fā)射器電路圖 當按下鍵盤的不同按鍵時，通過編碼器產生與之相應的特定的二進制脈沖編碼信號。將此二進制脈沖編碼信號先調制在38KHZ的載波上，經放大后，激發(fā)紅外發(fā)光二極管LED轉變成以波長940nm的紅外線光傳播出去。 3.2.1 M50462AP的功能特點及內部結構 M50462AP是一個指令編碼器，是組成遙控信號發(fā)射器的專用集成電路，它為24腳直插式塑封結構，內部由振蕩器、時鐘信號發(fā)

37、生器、鍵位掃描信號發(fā)生器、鍵位編碼器、遙控指令編碼器、用戶碼轉型器、碼元調制器和輸出緩沖器等組成。其引腳圖和引腳功能表分別如圖3.2和表3-1： 圖3.2 M50462AP的引腳圖 表3-1 M50462AP的引腳功能表 引腳號 符號 功能 引腳號 符號 功能 1 VSS 接地 13 I1 鍵位掃描信號輸入 2 OSCIN 振蕩器輸入 14 I2 鍵位掃描信號輸入 3 OSCOUT 振蕩器輸出 15 I3 鍵位掃描信號輸入 4 碼調制器輸出 16 I4 鍵位掃描信號輸入 5 ∮A 鍵位掃描信號輸出 17 I5

38、 鍵位掃描信號輸入 6 ∮B 鍵位掃描信號輸出 18 I6 鍵位掃描信號輸入 7 ∮C 鍵位掃描信號輸出 19 I7 鍵位掃描信號輸入 8 ∮D 鍵位掃描信號輸出 20 I8 鍵位掃描信號輸入 9 ∮E 鍵位掃描信號輸出 21 用戶碼轉換輸入 10 ∮F 鍵位掃描信號輸出 22 用戶碼轉換輸入 11 ∮G 鍵位掃描信號輸出 23 遙控信號輸出 12 ∮H 鍵位掃描信號輸出 24 VDD 接電源 （1）M50462AP的技術特點： ● CMOS硅柵工藝制造。 ● 無鍵按下時，振蕩器

39、停止工作，因此電源功率損耗低，其值在電源電壓為3V時，功率損耗為3uW。 ● 單一電源，工作電壓范圍寬，其電壓值為2~5.5V。 ● 有供發(fā)射指示燈用的輸出端。 ● 24腳雙列直插式塑料封裝。 ● 配套使用型號為CX20106A。 （2）M50462AP的功能特點 M50462AP集成電路用來產生遙控編碼脈沖(即遙控指令)，輸出各種紅外遙控信號，供遙控操作使用。其邏輯框圖如圖3.3。 時鐘信號發(fā)生器 指令編碼器 鍵盤輸入編碼器 掃描信號發(fā)生器 振蕩器 用戶碼轉換器 脈碼調制器 輸出緩沖器 5 6 7 8 9 10

40、11 12 2 3 23 22 21 4 1 24 13 20 圖3.3 M50462AP的邏輯框圖 該IC具有3種功能： ● 產生定時信號和遙控載波信號的振蕩器。 ● 產生8種不同時間出現的鍵位掃描脈沖發(fā)生器。 　　● 將鍵位碼變換 (碼值變換)成遙控指令功能碼的遙控指令編碼器。 其中定時信號作為鍵位掃描信號發(fā)生器、鍵位編碼器和指令編碼器的定時脈沖信號，同時為調制載頻脈沖信號。在定時脈沖信號作用下，鍵位掃描脈沖信號發(fā)生器產生8種掃描脈沖，由鍵位掃描信號發(fā)生器輸出端（5~12腳）輸出，輪流地對鍵盤矩陣進行掃描。鍵盤矩陣輸出的信號送至

41、鍵位編碼器輸入端（13~20腳）。當按下某一個鍵時，鍵位編碼器識別按下的鍵位后，將該鍵位的地址碼送往指令編碼器進行碼值轉換，得到功能指令碼。鍵位掃描信號輸出端和鍵位掃描信號輸入端構成88鍵盤矩陣。按單鍵可實現64種遙控功能，按雙鍵可實現12種遙控功能。如果同時按下沒有被設為雙重鍵的鍵，則不發(fā)送遙控信號。 3.2.2 紅外遙控裝置發(fā)射器的發(fā)射過程 在圖3.1所示的紅外遙控裝置發(fā)射器的電路圖中，M50462AP內部振蕩電路與2、3腳外接的陶瓷諧振器或LC網絡電路組成振蕩器。產生頻率為455KHZ的振蕩信號，由時鐘電路進行12分頻得到38KHZ的載波信號。一路送至定時信號發(fā)生器，以形成時

42、鐘脈沖，使整個系統按照統一的時序進行工作；另一路則送碼元調制器控制指令的載波?？刂浦噶畲a對38KHZ載波進行脈沖幅度調制以降低平均發(fā)射功率，以脈沖調幅后的指令碼送至紅外激勵管VT基極。5、6、7、8和12腳為鍵位掃描信號輸出線與13-20腳鍵位掃描信號輸入線組成鍵盤矩陣，以產生各種鍵功能信號。 工作時，5、6、7、8和12腳輸出時序不同的鍵掃描脈沖，經過鍵盤矩陣適當選通后回送到13-20腳。M50462AP則根據13-20腳接收到的不同的鍵選信號進行編碼和碼值變換，得到遙控指令的功能碼，結合21、22腳輸入的用戶碼轉換信號，產生出16位的數據碼。這些數據碼經脈沖調制器進行調制

43、處理后，便產生38KHZ的調制載波脈沖信號，在經緩沖器由23腳輸出。 M50462AP的23腳外接元件組成了紅外線驅動放大發(fā)射電路。它主要是由驅動管和紅外發(fā)射二極管組成的。當23腳有指令碼信號輸出時，該信號經驅動管VT放大后，加至紅外發(fā)射二極管VD1上，遙控指令則以紅外線的形式發(fā)射出去。 由遙控發(fā)射器發(fā)射出的16位二進制遙控指令是由前8位的用戶碼和后8位的數據（功能)碼組成的。用戶碼是一種固定的特殊代碼，用于表示不同產品之間的遙控信號的區(qū)別，以免接收機在接收遙控指令過程中發(fā)生誤動作。而數據（功能）碼則是不同遙控功能的代碼。不同的數據表示不同的遙控功能。16位遙控指令碼均采用脈沖位置

44、調制方式編碼。 由于不同的遙控器所使用的編碼芯片不一樣，就會使編碼指令格式不一樣?，F說明本設計中所采用的編碼芯片為M50462AP的紅外線信號的編碼格式。 一般可以用以下兩種方法來檢測紅外信號： ● 干擾法 ● 測量，觀察法 所謂干擾法，就是找一臺收音機，將其調至短波段，收一個正常的廣播電臺，達到穩(wěn)定的效果，然后將遙控器對準收音機按下任何一個按鍵不放，這時如果收音機有”茲茲“的響聲，說明有紅外線信號發(fā)出，如果沒有反應，則說明無紅外線信號發(fā)出。 所謂測量、觀察法，就是找一臺存儲式示波器，將示波器探頭接在一體化紅外遙控接收器輸出器引腳上。其中：1

45、腳輸入；2腳接地；3腳接電源。于是，將示波器的探頭接在3腳輸出上，然后調整示波器的周期和幅度擋位，便可以看到，如圖3.4所示的波形。 圖3.4 遙控發(fā)射器1-8號鍵及音量遞增鍵的識別碼和波形碼 圖3.5 遙控器各功能鍵編碼 經分析比較可知，紅外線信號編碼由以下兩個部分組成： ● 8位用戶碼 ● 8位數據碼 例如，按下遙控器上的數字鍵“1”時，則會發(fā)送出以下 2個字節(jié)： 4700 其中，“47”位用戶碼，即為廠商固定的編碼；“00”則 代表數字鍵“1”的代碼。同一個遙控器，它的用戶碼是固定 不變的，它的功能碼

46、則是不相同的，如圖3.5所示。 各個位編碼方式是以波寬信號來定義的。其中“0”電平 用790us高電平+270us低電平表示；“1”用1800us高電平 +270us低電平表示。當按下遙控器上的某一按鍵時，則會產 生一組特定的編碼，并調制在38KHZ的載波上發(fā)射出去。 3.3 紅外遙控裝置接收系統的設計 遙控接收系統由紅外線接收頭、單片機微處理器、接口電路（控制電路)等部分組成,其組成框圖如圖2.1（b）所示。光電二極管將接收到的紅外線信號轉變成電信號，

47、經檢波放大，濾除去38KHZ的載波信號，恢復原來的指令脈沖，然后送入微處理器進行識別解碼，解議出遙控信號內容，并根據控制功能輸出相應的控制信號，送往接口電路（控制電路）作相應的處理。其電路原理圖如圖3.6所示。 圖3.6 紅外遙控裝置接收系統的電路原理圖 圖3.7 風扇調速器控制圖 3.3.1 紅外遙控接收頭SM0038 紅外遙控接收器采用一體化紅外遙控接收頭SM0038。SM0038對外只有3個引腳：VS、GND和1個脈沖信號輸出引腳OUT，其輸出引腳與單片機的P3.2口連接。該接收頭形狀如圖3.8所示。 圖3.8 一體化紅外遙控接收頭 一體

48、化紅外接收頭的內部包括：紅外光敏二極管、諧振電路、放大電路、解碼器、濾波器等，只要加上+5V電源，輸出引腳直接輸出不帶副載波的負極性RC-5信號。具有電路簡單，靈敏度高，抗干擾性好等優(yōu)點?！?”碼和“0”碼相應的碼形如圖3.9所示。 圖3.9 RC-5信號中的“1”碼和“0”碼波形 3.3.2 單片機AT89C51性能及工作原理 本文在選用單片機時，充分考慮了各種單片機產品的特點，并根據自己的實際情況，選擇了MCS-51單片機的AT89C51。 MCS-51系列單片機是Intel公司生產的功能比較強、價格比較低，較早應用的單片機，目前仍被廣泛應用。 （1） 單片機AT89C51的內

49、部結構 單片機是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時/計數器和多功能I/O口等計算機所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路，又稱MCU。51系列單片機內包含下列幾個部件： ● 一個8位CPU； ● 一個片內振蕩器及時鐘電路； ● 4KB ROM程序存儲器； ● 128KB RAM數據存儲器； ● 可尋址64KB外部數據存儲器和64KB外部程序存儲空間的控制電路； ● 32條可編程的I/O線（4個8位并行I/O端口)； ● 兩個16位的定時/計數器； ● 一個可編程全雙工串行口； ● 5個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結構。 （2）AT89C51的引腳功能

50、 可總線擴展的單片機有44個引腳的方形封裝形式和40個引腳的雙列直插式封裝形式，最常用的40個引腳封裝形式及其配置見圖3.10，各個引腳的功能說明如下。 圖3.10 AT89C51的引腳圖 GND：接地端。 VCC：電源端，接+5V。 XTAL1:接外部晶體的一個引腳。CHMOS單片機采用外部時鐘信號時，時鐘信號由此引腳引入。 XTAL2：接外部晶體的一個引腳。HCMOS單片機采用外部時鐘信號時，外部時鐘信號由此引腳接入。 RST/VPD:復位信號輸入。VCC掉電后，此引腳可接備用電源，低功耗條件下保持內部數據RAM中的數據。

51、 ALE/：地址鎖存允許。當單片機訪問外部存儲器時，該引腳的輸出信號ALE用于鎖存P0的低8位地址。ALE輸出的頻率為時鐘振蕩頻率的1/6。對8751單片機片內EPROM編程時，編程脈沖由該引腳引入。 ：程序存儲器允許。輸出讀外部程序存儲器的選通信號。取指令操作期間，的頻率為振蕩頻率的1/6；若此期間有訪問外部數據存儲器的操作，則有一個機器周期中的信號將不出現。 /VPP：=0，單片機只訪問外部程序存儲器。對8031此引腳必須接地。=1，單片機訪問內部程序存儲器。對內部有程序存儲器的8XX51單片機，此引腳應接高電平，但若地址值超過4KB范圍（0FFFH),單片機將自動訪問

52、外部程序存儲器。在8751單片機片內EPROM編程期間，此引腳引入21V編程電源VPP。 P0口——P0口可以作為輸入/輸出口，但在實際應用中，常作為地址/數據總線口，及低8位地址與數據線分時使用P0口。低8位地址由ALE信號的下跳沿鎖存到外部地址鎖存器中，而高8位地址由P2口輸出。 P1口——P1口每一位都能作為可編程的輸入或輸出口線。 P2口——P2口可以作為輸入口或輸出口使用，外接存儲器和I/O接口時，又作為擴展系統的地址總線，輸出高8位地址，與P0口一起組成16位地址總線。對于內部無程序存儲器的單片機系統來說，P2口一般只作為地址總線使用，而不作為I/O口

53、線直接與外設相連接。 P3口——P3口為雙功能口。作為第一功能使用時，其功能與P1口相同。當作為第二功能使用時，每一位功能定義見表3-2. 表3-2 P3口的第二功能 端口引腳 第二功能 P3.0 RXD（串行輸入線） P3.1 TXD（串行輸出線） P3.2 （外部中斷0輸入線） P3.3 （外部中斷1 輸入線） P3.4 T0（定時器0外部計數脈沖輸入） P3.5 T1（定時器0外部計數脈沖輸入） P3.6 （外部數據存儲器寫選通信號輸出） P3.7 （外部數據存儲器讀選通信號輸出） 在本設計中用到了P3口的P3.2、P3.3和

54、P3.4，其中P3.2作中斷輸入引腳，P3.3和P3.4作為I/O端口連接。 3.3.3 接收系統 在圖3.6所示的紅外遙控裝置接收系統的電路圖中，當接通電源后，AT89C51的13腳所接的蜂鳴器會“嗡”的響一聲，同時14腳所接的發(fā)光二極管閃亮一次，然后熄滅。P1口所接LED顯示器不顯示；繼電器JK1A至JK5A全部斷開；這些都表明，紅外遙控開關并沒有接收到信號，在此提示等待。此時，若將遙控器的數字“1”按下時，則在圖3.6所示的紅外遙控開關的電路圖中的遙控接收器SM0038接收來自遙控發(fā)射器發(fā)射的紅外信號，將接收的紅外線信號（紅外信號為光信號）轉換成電信號，經放大、解調、濾波后，

55、經紅外接收器的第3腳將原編碼輸入AT89C51的12腳。然后由AT89C51對所接收的原編碼信號進行判斷、識別，然后做出相應的處理。 3.3.4 繼電器 本設計采用電磁式繼電器。電磁式繼電器一般是由鐵心、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵心，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會

56、在彈簧的反作用力作用下返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”：處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 在圖3.6所示的紅外遙控裝置的接收系統電路圖中，繼電器與單片機的P2.0-P2.4口連接，由單片機輸出的高低電平控制繼電器的導通與切斷，以實現風扇開關的開啟與關閉。 3.3.5 報警器 報警器的種類很多，比如：揚聲器、蜂鳴器等，本設計中選用電磁式蜂鳴器作為報警器。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼

57、等組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。 在圖3.6所示的紅外遙控裝置的接收系統電路圖中，蜂鳴器與單片機的P3.3口連接，起提示作用。 3.3.6 LED顯示器 LED顯示器又稱數碼管，我們最常用的是七段式和八段式LED數碼管，八段比七段多了一個小數點，其他的基本相同。所謂的八段就是指數碼管里有八個小LED發(fā)光二極管，通過控制不同的LED的亮滅來顯示出不同的字形。數碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型，其實共陰極就是將八個LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個LED的另一端高電平，它

58、便能點亮。而共陽極就是將八個LED的陽極連在一起，其原理圖如圖3.11所示。 圖3.11 數碼管原理圖 其中引腳圖的兩個COM端連在一起，是公共端，共陰數碼管要將其接地，共陽數碼管將其接正5伏電源。一個八段數碼管稱為一位，多個數碼管并列在一起可構成多位數碼管，它們的段選線（即a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數碼管便會被點亮。數碼管的8段，對應一個字節(jié)的8位，a對應最低位，dp對應最高位。所以如果想讓數碼管顯示數字0，那么共陰數碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽數碼管的字符編碼為1

59、1000000，即0xc0。可以看出兩個編碼的各位正好相反。如圖3.12所示： 圖3.12 數碼管的編碼 共陽極的數碼管0~f的段編碼是這樣的： unsigned char code table[]={ //共陽極0~f數碼管編碼 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,//0~3 0x99,0x92,0x82,0xf8,//4~7 0x80,0x90,0x88,0x83,//8~b 0xc6,0xa1,0x86,0x8e //c~f }; 共陰極的數碼管0~f的段編碼是這樣的： unsigned char code table[]={//共陰極0~f數碼管編碼

60、0x3f,0x06,0x5b,0x4f, //0~3 0x66,0x6d,0x7d,0x07,//4~7 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,//8~b 0x39,0x5e,0x79,0x71//c~f }; 表3-3 列出了共陽極與共陰極LED顯示器顯示數字、字母與顯示代碼之間的對應關系。 表3-3 顯示器顯示數字、字母與顯示代碼之間的對應關系 點亮LED顯示器有兩種方式：一是靜顯示；二是動態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。采用該顯示方式的電路每一位可單獨顯示。只要在要顯示的那位的段選線上保持選碼電平，

61、該位就能保持顯示相應的顯示字符。這種電路的優(yōu)點是：在同一瞬間可以顯示不同的字符；但缺點就是占用端口資源較多。所謂動態(tài)顯示，就是要將顯示的多為LED顯示器采用一個8位的段選端口，然后采用動態(tài)掃描方式一位一位地輪流點亮各位顯示器。 4 系統軟件設計 4.1 系統軟件的構成 軟件是單片機控制系統的關鍵，一個單片機控制系統的功能實現和可靠性在很大程度上決定于軟件。整個系統由軟件來支持，主要包括下面幾個部分： ● 初始化程序。 ● 定時處理程序：主要用于控制電器的開啟時間。 ● 風速擋位處理程序：用于判斷是哪一路開關開啟。 ● 顯示程序：用

62、于顯示受控電器的狀態(tài)。 ● 報警鳴響程序：起提示作用。 ● 關機處理程序。 系統初始化包括RAM初始化、特殊功能寄存器初始化和外圍設備初始化。RAM初始化主要是將RAM進行清零處理。本系統只用到內部的RAM即只需對內部的RAM進行清零處理即可。特殊功能寄存器的初始化包括定時器的初始值的裝入、中斷的開放等。外圍設備初始化主要是對外圍設備的初值設定。 4.2 軟件流程框圖 整個系統由循環(huán)體構成，先關閉外部中斷，調用紅外判斷程序，當紅外信號到來即產生外部中斷，調用子程序進行處理，否則中斷返回。當確認紅外信號出現后，則要進行遙控信號指令的解碼，即進入中斷子程序，通過對脈沖寬度計數，判斷“0”

63、碼和“1”碼是否接收完畢，然后根據接收到的由“0”碼和“1”碼組成的碼波形判斷是定時指令、風扇開關指令還是關機指令，根據不同的指令信號進入相應的子程序。 紅外遙控裝置接收系統程序流程總框圖和主程序、中斷程序流程框圖分別如圖3.12和圖3.13所示。 初始化 開始 接收到遙控信號指令 遙控信號指令解碼 是開關指令 開啟定時 15分鐘到45分鐘 開關處理 1擋到5擋 關機處理 取消定時 關閉風扇 是定時指令 是關機指令 Y N N N N Y Y Y 圖3.12 紅外遙控裝置程序

64、流程總框圖 圖3.12 紅外遙控裝置接收系統中斷程序流程框圖 接收并對低電平脈沖計數 中斷開始 開放中斷 低電平脈寬>3ms? 高電平脈寬>3ms? 按脈沖個數執(zhí)行對應功能程序 關閉中斷 中斷返回 開始 初始化處理 指令解碼 延時程序 Y N Y N （a）主程序流程圖 （b）中斷程序流程圖 圖3.13 紅外遙控裝置主程序、中斷程序流程框圖 具體源程序代碼見附錄。 5 紅外遙控裝置的工作過程及調試 5.1 紅外遙控裝置的工作過程 紅外遙控裝置的工作過程

65、如下：首先將紅外遙控裝置接通電源，這時AT89C51的13腳所接的蜂鳴器會“嗡”的響一聲，同時14腳所接的發(fā)光二極管閃亮一次，然后熄滅，表示等待接收信號。此時手執(zhí)牡丹牌遙控器，按下所需控制鍵。比如，現在要打開電風扇第一擋風，則應按下遙控器上的數字鍵“1”，這時“1"所對應的紅外編碼指令調制在38KHZ的載波上，經紅外發(fā)射器的紅外發(fā)光二極管以波長為940nm的紅外光發(fā)射出去。之后在紅外遙控開關中的紅外遙控接收頭將此信號接收，接收時，接在AT89C51的14腳上的發(fā)光二極管在閃爍，表示在接收數據。將光信號轉變成電信號，經放大，解調，濾波后，將原編碼信號指令經AT89C51的12腳輸入。AT89C5

66、1再將此編碼信號進行判斷，識別，發(fā)現為按鍵“1”信號，則將P2.0輸出為一低電平（在此之前，P2.0為高電平），使PNP型三極管Q5導通，從而導致繼電器得電閉合，從而接通電風扇的第一擋風。同時，在接收之后，P1口輸出LED顯示共陽代碼：F9H。則LED顯示器上顯示數字“1”，表示此時為1擋風。如果要轉至其他擋位，則只需按遙控器上相應數字即可轉至其他擋位，同時會將前一擋位自動斷開。 另外風扇啟動后，還可以設定開啟時間。這就相當于風扇的定時器。定時設置采用了遙控器上的音量遞增鍵加以控制，一共設定3種時間，即：15分鐘；30分鐘；45分鐘。操作時只需手執(zhí)遙控器，直接按音量遞增鍵即可，具體定義如下： ● 按下第一次：表示定時15分鐘，VD1點亮； ● 按下第二次：表示定時30分鐘，VD2點亮； ● 按下第三次：表示定時45分鐘，VD3點亮； ● 按下第四次：表示定時取消，VD1，VD2和VD3全滅；之后又可以重復以上過程。 5.2 紅外遙控裝置的調試過程 5.2.1 紅外信號的測試 對紅外遙控裝置的調