紅外遙控器的設(shè)計(jì)-用單片機(jī)制作通用性電視遙控器.doc

天津城建大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2013 2014學(xué)年第 1 學(xué)期控制與機(jī)械工程學(xué)院 電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè) 2 班級(jí)課程設(shè)計(jì)名稱： 單片機(jī)原理及應(yīng)用A 設(shè)計(jì)題目： 用單片機(jī)制作通用型電視遙控器 完成期限：自 2014年 1 月 6日至 2014 年 1 月 10日共 1 周設(shè)計(jì)依據(jù)、要求及主要內(nèi)容：一程設(shè)計(jì)的目的1 進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。2 掌握單片機(jī)的接口技術(shù)及相關(guān)外圍芯片的外特性，控制方法。3 通過課程設(shè)計(jì)，掌握以單片機(jī)核心的電路設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)。4 通過實(shí)際程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計(jì)方法和調(diào)試技術(shù)。5 通過完成一個(gè)包括電路設(shè)計(jì)和程序開發(fā)的完整過程，了解開發(fā)一單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的全過程，為今后從事相應(yīng)打下基礎(chǔ)。二課程設(shè)計(jì)的基本要求1. 認(rèn)真認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)的意義，掌握設(shè)計(jì)工作程序，學(xué)會(huì)使用工具書和技術(shù)參考資料，并培養(yǎng)科學(xué)的設(shè)計(jì)思想和良好的設(shè)計(jì)作風(fēng)。2. 提高模型建立和設(shè)計(jì)能力，學(xué)會(huì)應(yīng)用相關(guān)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的方法。3. 提高獨(dú)立分析、解決問題的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用訓(xùn)練。4. 課程設(shè)計(jì)的說明書要求簡(jiǎn)潔、通順，計(jì)算正確，圖紙表達(dá)內(nèi)容完整、清楚、規(guī)范。5. 課程設(shè)計(jì)說明書封面格式要求見天津城市建設(shè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)教學(xué)工作規(guī)范附表1。三課程設(shè)計(jì)具體要求a) 要求每位同學(xué)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)。b) 原理圖設(shè)計(jì)。1 原理圖設(shè)計(jì)要符合項(xiàng)目的工作原理，連線要正確。2 圖中所使用的元器件要合理選用，電阻，電容等器件的參數(shù)要正確標(biāo)明。3 原理圖要完整，CPU，外圍器件，擴(kuò)器接口，輸入/輸出裝置要一應(yīng)俱全。c) 程序調(diào)計(jì)1 根據(jù)要求，將總體項(xiàng)能分解成若干個(gè)子功能模塊，每個(gè)功能模塊完成一個(gè)特定的功能。2 根據(jù)總體要求及分解的功能模塊，確定各功能模塊之間的關(guān)系，設(shè)直出完整的程序流程圖。d) 設(shè)計(jì)說明書1 原理圖設(shè)計(jì)說明簡(jiǎn)要說明設(shè)計(jì)目的，原理圖中所使用的元器件功能及在圖中的作用，各器件的工作過程及順序。2 程序設(shè)計(jì)說明對(duì)程序設(shè)計(jì)總體功能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，對(duì)各子模塊的功能以及各子模塊之間的關(guān)系作較詳細(xì)的描述。3 畫出工作原理圖，程序流程圖如并給出相應(yīng)的程序清單。四 設(shè)計(jì)任務(wù)用MCS-51系列單片機(jī)AT89C52代替專用遙控芯片的設(shè)計(jì)方案，通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)了電視機(jī)遙控編碼的發(fā)射，并且達(dá)到“一器多用”指導(dǎo)教師（簽字）： 系主任（簽字）： 批準(zhǔn)日期： 2014 年 1月 10日目 錄一、 緒論1二、 功能要求和設(shè)計(jì)原理22.1 功能要求22.2 遙控器發(fā)射設(shè)計(jì)原理2三、 遙控發(fā)射器硬件電路及其組成33.1遙控發(fā)射器硬件電路圖33.2 鍵盤電路43.2.1鍵輸入原理43.2.2按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)43.2.3按鍵編碼43.3空閑節(jié)電模式53.3.1掉電模式53.3.2紅外線發(fā)射管和指示燈5四、 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)64.1系統(tǒng)軟件的總體流程圖64.2初始化程序和主程序流程74.3 鍵盤掃描程序84.3.1鍵盤的工作方式84.3.2矩陣鍵盤具體按鍵的確定94.4紅外編碼設(shè)計(jì)94.5遙控碼的發(fā)射流程圖9五、小 結(jié)12 一、 緒論 在現(xiàn)在社會(huì)及家庭的各種家用電器產(chǎn)品和娛樂設(shè)施中，一般都采用紅外線遙控技術(shù)。紅外遙控器電路調(diào)試簡(jiǎn)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，而且紅外遙控編解碼容易，還可以進(jìn)行多路遙控。目前紅外線遙控技術(shù)已經(jīng)在電視機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。電視機(jī)遙控器使用的是專用集成發(fā)射芯片來實(shí)現(xiàn)遙控器的發(fā)射，如東芝TC9012，飛利浦SAA3010T等。這些芯片價(jià)格貴，且互相之間采用的遙控格式互不兼容，所以各機(jī)型遙控器通常只能針對(duì)各自的遙控對(duì)象而無法通用。本設(shè)計(jì)利用低成本的MCS-51系列來實(shí)現(xiàn)遙控器的模擬發(fā)射，并實(shí)現(xiàn)遙控器的通用化。二、 功能要求和設(shè)計(jì)原理 2.1 功能要求 通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)電路和解碼電路。遙控信號(hào)發(fā)射裝置通過將某個(gè)按鍵所對(duì)應(yīng)的控制指令調(diào)制在38KHz范圍內(nèi)的載波上，然后經(jīng)放大、驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管將信號(hào)發(fā)射出去。遙控接收頭通過對(duì)遙控信號(hào)的放大、檢波、整形、解調(diào)出遙控編碼脈沖。 圖1紅外遙控系統(tǒng)總體框圖本設(shè)計(jì)采用MCS-51系列單片機(jī)AT89C52代替專用遙控發(fā)射芯片，通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)了電視機(jī)遙控編碼的發(fā)射，具有編程靈活多樣，操作碼個(gè)數(shù)可隨意設(shè)定等優(yōu)點(diǎn)，并且可以達(dá)到“一器多用”。2.2 遙控器發(fā)射設(shè)計(jì)原理目前市場(chǎng)上一般設(shè)備系統(tǒng)采用專用的遙控編碼芯片，制作比較簡(jiǎn)單容易，但由于功能鍵數(shù)及功能受到特定的限制，只適合用于某一專用電器產(chǎn)品的應(yīng)用，應(yīng)用范圍受到限制。而采用單片機(jī)進(jìn)行遙控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有編程靈活多樣，操作碼個(gè)數(shù)可隨意設(shè)定等優(yōu)點(diǎn)。+3V電源AT89C52單片機(jī)矩陣鍵盤低功率損耗電路紅外線發(fā)射管發(fā)射指示燈 圖2 遙控發(fā)射器總體結(jié)構(gòu)圖三、 遙控發(fā)射器硬件電路及其組成3.1遙控發(fā)射器硬件電路圖遙控發(fā)射器電路主要由下面幾部分組成：AT89C52單片機(jī)，低功率損耗電路，紅外線發(fā)射電路以及由P0口和P2口搭成88按鍵矩陣。當(dāng)無鍵按下時(shí)，單片機(jī)處于低功耗空閑狀態(tài)。當(dāng)有鍵按下時(shí)，產(chǎn)生的外中斷請(qǐng)求信號(hào)(低電平有效)經(jīng)八輸入與非門和非門后送至P3.2端，使CPU進(jìn)入中斷處理，同時(shí)點(diǎn)亮按鍵指示燈。系統(tǒng)產(chǎn)生的遙控編碼信號(hào)通過P3.5端發(fā)出，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)發(fā)射管發(fā)射出去。圖3 遙控器硬件電路總圖3.2 鍵盤電路3.2.1鍵輸入原理在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。 對(duì)于一組鍵或一個(gè)鍵盤，總有一個(gè)接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢或中斷方式了解有無按鍵輸入，并檢查是哪一個(gè)鍵按下，將該鍵號(hào)送入累加器ACC，然后通過跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序，執(zhí)行完后再返回主程序。3.2.2按鍵結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為510ms。在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測(cè)按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)，即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測(cè)誤判，必須采取去抖動(dòng)措施。這一點(diǎn)可從硬件、軟件西方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時(shí)，可采用硬件去抖，而當(dāng)模數(shù)較多時(shí)，采用軟件去抖。3.2.3按鍵編碼一組按鍵或鍵盤都要通過I/O口線查詢技鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵盤結(jié)構(gòu)的不同，采用不同的編碼。無論有無編碼，以及采用什么編碼、最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對(duì)應(yīng)的鍵值，以實(shí)現(xiàn)按鍵功能程序的跳轉(zhuǎn)。3.3空閑節(jié)電模式在空閑工作模式狀態(tài)，CPU自身處于睡眠狀態(tài)而所有的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)將片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容凍結(jié)?？臻e模式可有任何允許的中斷請(qǐng)求和硬件復(fù)位終止。由硬件復(fù)位終止空閑狀態(tài)只需要兩個(gè)機(jī)器周期有效復(fù)位信號(hào)，在此狀態(tài)下，片內(nèi)硬件禁止訪問內(nèi)部RAM，但可以訪問端口引腳，當(dāng)復(fù)位終止空閑方式時(shí)，為避免可能對(duì)端口和外部存儲(chǔ)器產(chǎn)生意外寫入，激活空閑模式的那條指令后一條指令不應(yīng)是一條對(duì)端口或外部存儲(chǔ)器的寫入指令。3.3.1掉電模式在掉電模式下，震蕩器停止工作。進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)，去除掉電模式的唯一辦法是硬件復(fù)位。復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器，但不改變RAM中的內(nèi)容。在VCC恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位無效，且保持一定的時(shí)間以使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。在這里遙控器采用空閑節(jié)電方式。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入空閑工作方式，內(nèi)部時(shí)鐘電路不向CPU提供，而只供給中斷串行口和定時(shí)器部分。遙控器退出低功耗空閑方式電路由T060與非門來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有鍵按下時(shí)，單片機(jī)退出空閑狀態(tài)，進(jìn)入鍵盤和紅外發(fā)射程序，結(jié)束后又進(jìn)入低功耗空閑方式待機(jī)。使用過程中單片機(jī)基本上都處于空閑工作方式，功耗相當(dāng)?shù)?，從而為電池電源提供保障?.3.2紅外線發(fā)射管和指示燈紅外發(fā)光二極管能發(fā)出波長(zhǎng)為940nm的紅外光，其結(jié)構(gòu)、工藝、原理與一般的發(fā)光二極管相同，只是所采用的半導(dǎo)體材料不同，具有體積小、壽命長(zhǎng)、耐振動(dòng)、響應(yīng)速度快、耗電小等優(yōu)點(diǎn)。在這里遙控編碼信息由AT89C52單片機(jī)的定時(shí)器1調(diào)制成38kHz紅外載波信號(hào)，由P3.5輸出，經(jīng)過三極管9013放大，由紅外發(fā)射管發(fā)射。按鍵的操作指示燈使用一個(gè)LED發(fā)光二級(jí)管即可。四、 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)，需要準(zhǔn)確無誤的實(shí)現(xiàn)遙控器的控制功能，希望能夠使系統(tǒng)具有高的可靠性能、快的反應(yīng)速度、以及較低的系統(tǒng)功率損耗。控制功能主要包括：系統(tǒng)的初始化程序、鍵盤掃描程序、紅外線的編碼程序以及發(fā)射程序等。4.1系統(tǒng)軟件的總體流程圖圖4 系統(tǒng)的總程序流程圖4.2初始化程序和主程序流程 圖5 初始化程序流程圖 圖6 主程序流程圖 4.3 鍵盤掃描程序4.3.1鍵盤的工作方式在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描是系統(tǒng)工作內(nèi)容之一。CPU對(duì)鍵盤的響應(yīng)取決于鍵盤的工作方式，鍵盤的工作方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU的工作狀況而定，其選取的原則是既要保證CPU能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又不要過多占用CPU的工作時(shí)間。通常，鍵盤的工作方式有三種，即編程掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描。 采用前兩種鍵盤掃描方式時(shí)，無論是否按鍵，CPU都要定時(shí)掃描鍵盤而遙控器在工作時(shí)，并非經(jīng)常需要鍵盤輸入，因此，CPU經(jīng)常處于空掃描狀態(tài)。而且對(duì)于電視機(jī)的遙控器，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，需要做出立即的反應(yīng)。同時(shí)為了提高CPU工作效率，可采用中斷掃描工作方式。其工作過程如下；當(dāng)無鍵按下時(shí)，CPU處理自己的工作，當(dāng)有鍵按下時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序，并識(shí)別鍵號(hào)。 其工作原理用上面的4*4 鍵盤矩陣來進(jìn)行說明。 圖7是一種簡(jiǎn)易鍵盤接口電路，該鍵盤是由89C52門口的高、低字節(jié)構(gòu)成的44鍵盤。鍵盤的列線與門口的高4位相連，鍵盤的行線與門口的低4位相連，因此，P14P17是鍵輸出線，P1.0P1.3是掃描輸入線。圖中的4輸入與門用于產(chǎn)生按鍵中斷，其輸入端與各列線相連，再通過上拉電阻接至+5v電源，輸出端接至8051的外部中斷輸入端口。具體工作如下：當(dāng)鍵盤無鍵按下時(shí)，與門各輸入端均為高電平，保持輸出端為高電平；當(dāng)有鍵按下時(shí)，其端口端為低電平，向CPU申請(qǐng)中斷，若CPU開放外部中斷，則會(huì)響應(yīng)中斷請(qǐng)求，轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤掃描子程序。4.3.2矩陣鍵盤具體按鍵的確定要確定具體是鍵盤的哪一個(gè)按鍵按下，使用線性反轉(zhuǎn)法。第一步：將行線編程為輸入線，列線編程為輸出線，并使輸出線為全0電平，則行線中電平由高到低變化所在的行為按鍵所在的行。第二步：同第一步完全相反，將行線編程為輸出線，列線編程為輸入線，并使輸出線為全0電平，則列線中電平由高到低變化所在的列為按鍵所在的列矩陣形式由掃描線和數(shù)據(jù)線構(gòu)成。兩組線分別接AT89C52的兩個(gè)輸端口?？刂破魍ㄟ^軟件把掃描線寫成0，接受線寫成1。按下一鍵即將響應(yīng)的掃描線和接收線接通，于是接受線被拉成低電平。8條接受線邏輯相與之后的統(tǒng)一信號(hào)作為AT89C52的一個(gè)外部中斷輸入，這樣有鍵按下時(shí)就將引起中斷。中斷服務(wù)程序?qū)λ吹逆I進(jìn)行鑒別。如果是多個(gè)鍵同時(shí)按下則不做任何反應(yīng)，若是單鍵按下，則將信息轉(zhuǎn)換成響應(yīng)的輸出。通常，當(dāng)無鍵按下且無其他任務(wù)時(shí)，微控制器處于空閑狀態(tài)。當(dāng)矩陣有鍵按下，則產(chǎn)生中斷，從而結(jié)束空閑狀態(tài)。中斷服務(wù)程序首先調(diào)用一段延時(shí)程序（10ms20ms左右），等待鍵的抖動(dòng)消失，然后才對(duì)所按的鍵進(jìn)行處理。首先接收線的現(xiàn)狀態(tài)被存入內(nèi)部的寄存器中，若是單一鍵按下，則接收線除一位外其余各位均為1，此后向接受線寫0，掃描線寫1，并隨之讀掃描線，若是單一鍵按下，則掃描線除一位外其余各位均為1，根據(jù)兩組線中零的位置即可確定按下的是哪一個(gè)鍵，若矩陣中同時(shí)有多個(gè)鍵按下，則每組線中0的個(gè)數(shù)不止一個(gè)。 SCAN掃描程序可以確定每組線中那一個(gè)為零，是否有多個(gè)零等。再調(diào)用此程序前，應(yīng)將所讀組線的數(shù)據(jù)存入一個(gè)可按位尋址的片內(nèi)RAM單元。自這段程序返回時(shí)，ZERO_CNT單元中包含有LINE單元中0的個(gè)數(shù)。若只有一位為0，則0的位置保存在ZERO_BIT單元中。按鍵所引起的中斷有如下的中斷服務(wù)程序：4.4紅外編碼設(shè)計(jì)遙控器之間的本質(zhì)區(qū)別就在于編碼的不同。不同的編碼，其發(fā)射和接受的原理不同。常用的編碼格式有脈沖編碼和脈寬編碼。這里采用脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行編碼。采用脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行編碼，不同的脈沖個(gè)數(shù)代表不同的碼，最小為兩個(gè)脈沖，依次遞加，為了接受可靠，第一位碼寬為3ms，其余為1ms，遙控碼數(shù)據(jù)楨之間的間隔大于10ms,當(dāng)某個(gè)操作鍵按下時(shí)單片機(jī)先讀出鍵值，然后再根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖個(gè)數(shù)，再調(diào)制成38KHZ的方波發(fā)射出去 4.5遙控碼的發(fā)射流程圖 圖10遙控碼發(fā)射流程圖編碼的格式比較多，其相對(duì)應(yīng)的發(fā)射格式也比較多，但其原理都是一樣的。在這里畫出脈沖個(gè)數(shù)編碼的發(fā)射流程圖。在用脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行中，不同的脈沖個(gè)數(shù)代表不同的碼。最小為兩個(gè)脈沖，依次遞加，為了接受可靠，第一位碼寬為3ms，其余為1ms。直至按鍵所對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)發(fā)射完畢為止。#include #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*引腳定義*/#define out P2#define outk P1/*函數(shù)申明*/ void delayms(uint);uchar scan(void);/*共陽數(shù)碼管編碼表*/uchar seg=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;/*主函數(shù)*/void main(void)uchar key;while(1)key=scan();if(key!=16)out=segkey;/*延時(shí)函