基于51单片机的无线电家电遥控系统设计.doc
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1、黑龙江八一农垦大学毕业设计(论文) 无线电家电遥控系统摘 要 本设计是基于红外遥控和AT89C51单片机控制的红外遥控开关,这种系统具有很强的适用性、灵活性、先进性,它的应用大大方便了人们的生活。本文给出了系统的硬件组成和硬软件设计方法,介绍了解码程序的基本结构和程序框图,为达到准确控制,将发射脉冲分为连接段、控制段和结束段等3部分,并再接收端进行校验。整个系统由发射和接收两个部分组成。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器;接收部分包括LED红外光、解调、解码电路。系统在实际实用后,证明其方便、可靠并具有实用价值。关键词:AT89C51芯片红外遥控开关IIIABSTRACT The
2、 design of an infrared remote-control multi-line switch is introduced.This switch is based on principle of infrared remote-control and AT89C51 single chip microcomputer controlling .This system has strong applicability,flexibility and advancement.Peoples life is improved greatly by Its apply. Its sy
3、stem composition and design of hardware and software are presented. The basic structure and chart of control decode program are also expounded. In order to achieve exact remote-control, the transmitted signal is divided into 3 parts:the connecting section, the controlling section and the ending sect
4、ion, then the receiver will verify it.The whole system is composed by the launches partially and the receives partially two parts.Launches partially including the keyboard matrix,the coded modulation,the LED infrared transmitter;Receives partially including the LED infrared light launch,the demodula
5、tion,decodes the electric circuit. It was proved that this kind of remote-control is convenient, reliable and practical after using in remote-control system.Key words: the chip of AT89C51infrared remote-control switchIII目录 摘 要II目录11前言11.1 课题背景11.2 应用前景22 总体设计方案22.1 机型及元器件选择22.1.1 单片机的选择22.1.2 AT89C5
6、1单片及的硬件结构32.2 软、硬件功能划分42.3 总体方案设计43 系统硬件设计53.1.1 硬件要求53.1.2 键盘接口73.1.3 LED灯83.1.4 发射部分93.1.5 接收部分94 系统软件设计114.1.1 发射部分的工作原理114.1.2 接收部分工作原理114.2 遥控系统的编码及解码124.2.1 遥控发射编码格式124.2.2 数据帧的接收处理134.3 遥控发射及接收控制程序流程图144.3.1 遥控发射控制流程图144.3.2 遥控接收控制流程图155 系统调试176 毕业设计总结19致 谢20参考文献211前言1.1 课题背景 继1971年微处理器的研制成功不
7、久,就出现了单片机,但最早的单片机是一位的,单片机以其卓越的性能,得到了广泛的应用,已经深入到各个领域。单片机应用在检测、控制领域中,具有以下特点:小巧灵活、成本低、易于产品化。它能方便的组装成各种智能测控设备及各种智能仪表仪器。可靠性好,适合温度范围宽。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的,分为民用、工业品、军品、其中工业品和军品具有较强的适应恶劣环境的能力。由于单片机本身就是一个计算机系统,因此,只要在单片机的外围适当加一些必要的扩展电路及通道接口,就可以构成各种应用系统,如工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、检测监视系统、智能仪表、功能模块等。单片机的应用领域十分广泛,自20世
8、纪80年代以来,单片机的应用已经深入到工业、农业、国防、科研、机关、教育、商业以及家电、生活、娱乐、玩具等各个领域中。1.2 应用前景 本次设计是基于单片机的红外遥控开关系统,它在我们的生产和生活中有着很广泛的应用前景。在我们所居住的场所,我们就可以通过红外遥控技术来控制各种电器、仪表、机械等。这种系统具有很强的适用性、灵活性、先进性。它的应用将我们的生活变的更加轻松。大大方便了人们的生活。随着信息技术的不断向前发展,一些功能更强的应用系统将出现在我们的各个方面,这将体现着高科技带给人们的无穷魅力。Equation Chapter (Next) Section 12 总体设计方案2.1 机型及
9、元器件选择 此次设计所采用的单片机的名称是AT89C51,用其控制红外信号。在发射部分的电路中我所采用的元器件有AT89C51芯片、发光二极管、三极管、警惕振荡器等。在红外接收部分采用的元器件有LED灯、红外接收器VS838等。2.1.1 单片机的选择 单片机的主要性能指标有【1,2】:字长、主频、指令执行时间、电源功耗等。选择单片机不仅要考虑其主要的性能指标,更要考虑单片机的中断能力、接口、片内存储器大小、抗干扰能力等。本次设计所选的单片机为AT89C51,AT89C51单片机的引脚结构图如图2-1所示。图2-1 AT89C51引脚图 40只引脚按功能来分,可以分为如下几类: 1)电源及时钟
10、引脚:Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。 2)控制引脚:/PSEN、ALE、/EA、RESET(即RST)。 3)I/O口引脚:P0、P1、P2、P3,为4个8位I/O的外部引脚。2.1.2 AT89C51单片机的硬件结构1) 微处理器(CPU):一个8位的CPU,与通常的CPU基本相同,同样还包括了运算器和控制器两部分,只是增加了面向控制的出路功能,不仅可以处理字节数据还可以进行变量的处理。2)数据存储器(RAM):片内为128B,片外最多可以外扩64KB。片内的128B的RAM以告诉RAM形式集成在单片机内。可以加快但单片机的运行速度,而且这种结果的RAM可以降低功耗。3)程序存储器
11、(ROM/EPROM):用来存储程序,8031没有此部件,8051为4KB的ROM;8751为4KB的EPROM。片外最多可以扩至64KB。4)4个8位并行I/O口(P0、P1、P2、P3)5)1个串行口:1个全双工的串行口,具有4种工作方式。可以用来进行串行通信,扩展并行I/O口,甚至与多个单片机相连接构成多机系统,从而使单片机的功能更加强且应用更广。6)2个16位定时器/计数器。7) 中断系统:具有5个中断源,2级中断优先权。8) 特殊功能寄存器(SFR):共有21个、用于CPU对片内各功能部件进行管理、控制、监视。是一些控制器和状态寄存器,具有特殊功能的RAM区。AT89C51是一种低功
12、耗、高性能、内含4KB闪速存储器(Flash Memory)的8位CMOS控制器。这种器件系以ATMEL高密度不挥发存储技术制造,与工业标准MCS51指令系统和引脚完全兼容。片内闪速存储器的程序代码或数据可以在线写入,亦可通过常规的编程器编程。例如MP100这样的经济型编程器,它支持痛哟个EPROM等各种存储器、PAL(可编程阵列逻辑)、GAL(通用阵列逻辑)以及Intel,ATMEL和Philips等公司全系列51单片机的编程。ME5103和ME5105仿真器支持AT89系列所有器件的调试、仿真和编程。AT89C51芯片内部具有下列硬件资源:4KB闪速存储器、128个字节RAM、32条I/O
13、线,两个16位定时/计数器、五源两级终端结构、全双工串行口、片内振荡器及时钟电路等。正是由于AT89C51具有以上优点,所以我选择了它作为系统硬件所选单片机类型。2.2 软、硬件功能划分 本次设计的硬件部分包括红外发射和红外遥控接收两个部分的电路【3,4】。关于电路的工作原理将在相应的章节介绍,在此就不做赘述。系统的软件部分的设计就要求在红外遥控发射端对红外信号进行编码,在接收端对所读取的编码进行解码,这就要求编译显影的功能程序执行各自操作,最终实现对硬件电路的智能控制的目的。软件部分的程序包括键盘扫描程序、剪号处理程序、38KHz载波及编码脉冲发射程序、遥控接收及处理程序、延迟子程序。2.3
14、 总体方案设计 系统组成如图2-2所示【5】。系统由发射部分和接收部分组成。发射部分采用脉冲个数编码,将待发射信号调制成38KHz的载波信号,由红外发射管进行发射。接收部分由红外接收管进行解码接收,单片机通过对所接收信号的分析,输出相应的控制信号,由发光二极管指示出发射部分按下的按键号。图2-2 红外遥控开关系统组成3 系统硬件设计3.1.1 硬件要求一个单片机应用系统的硬件设计包括两大部分内容:1.单片机系统的扩展部分设计。它包括存储器扩展和I/O接口扩展。存储器的扩展指RPROM、EEPROM和RAM的扩展。他们属于单片机系统扩展的内容。2.各个功能模块的设计。如信号测量功能模块、信号控制
15、功能模块、人机对话功能模块、通信功能模块等,根据系统功能要求配置相应的A/D、D/A、键盘、显示器、打印机等外围设备。 由HRM5700B红外先发射管及相关元件组成的红外发射电路中的红外信号经过AT89C51单片机处理时对其定时器/计数器的工作方式的选择有直接影响。首先了解AT89C51单片机的4种工作方式是硬件设计必不可少的步骤。AT89C51单片机的定时器/计数器的结构如下乳3-1所示【6】。图3-1 89C51 定时器/计数器结构图定时器/计数器 T0由特殊功能寄存器TH0、TL0构成,定时器/计数器T1由特殊功能寄存器T1、TL1构成。特设功能寄存器TMOD用于选择定时器/计数器T0、
16、T1得工作模式和工作方式。特殊功能寄存器TCON用于控制T0、T1得启动和停止计数,同时包含了T0、T1得状态。TMOD、TCON这两个寄存器得内容由软件设置。单片机复位时,两个寄存器得所有位都被清0。定时器/计数器得4种工作方式:1.方式0:为13位计数器,由TLX(X=0,1)得低5位和THX得高8位所构成。TLX低5位溢出则向THX进位,THX计数溢出则置位TCON中的溢出标志位TFX。这时定时器/计数器的等效框图如图3-2所示。图3-2 定时器/计数器方式0逻辑结构图图中C/T位控制的电子开关决定了定时器/计数器得工作模式:(1) C/T=0,电子开关打在上面位置,T1为定时器工作模式
17、,以系统时钟振荡器12分频后的信号作为计数信号。(2) C/T=1,电子开关打在下面位置,T1位计数器工作模式,计数器脉冲为P3.5引角上的外部输入脉冲,当引脚上发生负跳变时,计数器加1.GATE位的状态决定定时器/计时器运行控制取决于TRX一个条件还是TRX和INTX引脚这两件。 2. 方式1:当M1、M0为01是,定时器/计数器工作于方式1,这时定时器/计数器的等效电路如下图3-3图3-3 定时器/计数器方式1逻辑结构图3 方式2: 方式0和方式1的最大特点是计数溢出后,计数器为全0.因此在循环定时或循环计数用时就存在反复装入计数初值的问题。这不仅影响定时精数,而且也给程序设计带来麻烦。方
18、式2就是针对此问题而设置的。当M1、M2为10时,定时器/计数器处于工作方式2,这时定时器/计数器得等效框图如图3-4所示。这种工作方式可以省去用户软件中得重装初值的程序,简化定时初值的计算方法,可以相当精确的确定定时时间。图3-4定时器/计数器方式2逻辑结构图红外遥控开关系统的硬件电路包括红外发射电路和接收电路两部分。3.1.2 键盘接口 键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能,是人工干预单片机的主要手段。键盘实质上是一组案件开关的集合。通常,键盘开关利用了机械触点的断开、闭合作用。键的闭合与否,反映在行线输出电压上就是呈现高电平或低电平,如果高电平表示键断开,低电平表
19、示键闭合,通过对行线电平高低状态的检测,便可以确认案件按下与否。为了确保CPU对一次按键动作只确认一次案件有效,必须消除抖动期的影响。 常用的键盘接口分为独立式和行列式键盘接口【7】。独立式键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。行列式(也称矩阵式)键盘用于按键数目较多的场合,它由行线和列线组成,按键位于行、列的交叉点上。本次设计所采用的键盘接口就是独立式。如图35所示: 图35独立式键盘实验仿真截图 独立式键盘工作原理:当按键没按下时,CPU对应的I/O接口由于内部有上拉电阻,其输入为高电平;当某键被按下后,对应的I/O接口变为低电平。只要在程序中判断I/O接口的状态,即可知道哪个键处于闭合
20、状态 。3.1.3 LED灯 常用的LED灯是由一个PN结组成,具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。 如图3-6所示。通常阴极杆接低电平,当发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管点亮。 图3-6 LED灯结构及外形3.1.4 发射部分 发射部分由红外发射电路、信号调理电路、中央控制器8031.程序及数据存储器、键盘及状态指示电路组成。 遥控器有两种状态:学习状态和控制状态。当遥控器处于学习状态时,使用者每按一个控制键,红外线接收电路就开始接收外来红外信号,同时将其
21、转换成电信号,然后经过检波、整形、放大,再由CPU定时对其采样,将每个采样点的二进制数据以8位为一个单位,分别存放到指定的存储单元中去,供以后对该设备控制使用。当遥控器处于控制状态时,使用者每按下一个控制键,CPU从指定的存储单元中读取一系列的二进制数据,串行输出(位和位之间的时间间隔等于采样时的时间间隔)给信号保持电路,同时由调制电路进行信号调制,将调制信号经放大后,由红外线发射二极管进行发射,从而实现对该键对应设备功能的控制。3.1.5 接收部分 接受部分的电路原理图如图3-8所示【9】。其中AT89C51(2)单片机为控制核心:P0.0P0.7口作为灯的二进制数据输出,通过灯显示发射终端
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