課程設計學習型紅外遙控器的設計要點

1、河南大學物理與電子學院學習型紅外遙控器的設計河南大學物理與電子學院電子開放實驗室目 錄1 設計要求及原理12 方案論證與對比22.1 方案一 簡易紅外遙控電路22.2 方案二 利用STC68C52單片機控制電路22.3 方案對比與選擇33 遙控器硬件與程序設計33.1 遙控器硬件結構組成33.2 系統(tǒng)硬件電路設計43.3 初始化程序43.4遙控器讀入程序處理53.5 遙控碼發(fā)送處理程序63.6主程序63.7 程序延時64 系統(tǒng)功能調(diào)試及整體指標分析64.1程序調(diào)試64.2整體指標分析75 詳細儀器清單96總結、思考與致謝9附錄1：單鍵學習型紅外遙控器原理圖（proteus仿真）：11附錄2：單

2、片機C源程序：12學習型紅外遙控器設計1 設計要求及原理利用單片機作為控制核心，要求可以學習不同遙控器的某個按件功能。使用時先用原遙控器對著學習器按一下某操作鍵，學習器就可實現(xiàn)原遙控器中該鍵的遙控功能。具體要求如下：基本部分：(1)最大學習碼長：206位。(2) 學習碼識別范圍：起始位為15us983ms，編碼位為15us3.825ms。(3) 讀碼誤差：±15us。擴展部分：學習型紅外遙控器在按下K鍵待綠色指示燈亮后，用遙控器對著紅外接收頭按下某個功能鍵，當綠燈滅說明學習完畢，再按發(fā)射鍵就可以進行遙控操作。當紅外遙控器的某個按鍵按下時，發(fā)射出一組串行二進制遙控編碼脈沖。該脈沖由引導

3、碼、系統(tǒng)碼、功能碼和反碼組成，通過設置這些編碼以及碼長便可區(qū)分不同的紅外遙控器。紅外接收器負責紅外信號的接收和放大并解調(diào)出TTL電平信號送至微處理器進行處理，微處理器通過比較和識別接收來的紅外遙控編碼便可執(zhí)行相應的遙控功能1。本系統(tǒng)的設計思想是不考慮紅外編碼方式，僅利用單片機AT89C52對多個紅外遙控編碼的脈沖寬度進行測量，并原封不動地把發(fā)射信號中高、低電平的時間寬度記憶至擴展存儲區(qū)的指定地址。當要發(fā)射紅外信號時，從擴展存儲區(qū)中還原出相應的紅外遙控編碼，并調(diào)制到40KHz的載波信號上，最后，通過三極管放大電路驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外信號，達到學習和發(fā)射的目的，從而實現(xiàn)一個遙控器控制多種紅外

4、遙控設備。2 方案論證與對比2.1 方案一 簡易紅外遙控電路在不需要多路控制的應用場合下，可以使用由常規(guī)電路組成的單通道紅外遙控電路1。這中遙控電路不需要使用較貴的專用便譯碼器，因此成本較低。產(chǎn)生震蕩頻率紅外發(fā)射紅外接收解調(diào)控制受控電器 圖 1方案一系統(tǒng)方框圖考慮到本方案電路是簡單的單通道控制器，可直接產(chǎn)生一個控制功能的震蕩頻率，再通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。當紅外接收頭接收到控制頻率時，由一個電路對其進行產(chǎn)生相應的控制功能。2.2 方案二 利用STC89C52單片機控制電路用單片機制作一個紅外遙控器，并可通過程序控制記憶按鍵功能，達到學習記憶功能?？刂破鱏TC89C52紅外線發(fā)射電路紅外線接

5、收解碼器學習指示燈遙控指示燈操作鍵圖 2 方案二系統(tǒng)方框圖當按下遙控器按鈕時，單片機產(chǎn)生相應的控制脈沖，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。當紅外就收器接收到控制脈沖時，經(jīng)單片機處理由顯示設備顯示出當前受控電器的序號，并判斷是否對某一功能進行的操作。2.3 方案對比與選擇以上方案：方案一未采用單片機，功能過于單一，僅能對一路電器進行簡單遙控；方案二不僅可以用控制按鍵實現(xiàn)對電器的控制，而且可記憶學習按鍵功能，達到復制的功能，方便使用，且成本設計用STC89C52也比較便宜實用。顯然本設計采用方案二作為設計藍本。3 遙控器硬件與程序設計3.1遙控器硬件結構組成為了實現(xiàn)遙控碼的記錄還原功能，系統(tǒng)應具有紅外線的

6、接收解碼、紅外線的調(diào)制發(fā)射、操作按鍵和功能控制單元。由于功能定位學習一個遙控按鍵的遙控的功能，因此決定采用STC89C52RC單片機作為控制器。STC89C52RC單片機中具有256字節(jié)的內(nèi)存單元，可存儲遙控碼脈寬的數(shù)據(jù)。遙控碼的脈寬數(shù)據(jù)可以用紅外線接收解碼后送單片機讀入，發(fā)射時由單片機產(chǎn)生40kHz紅外調(diào)制信號送紅外線發(fā)管發(fā)射。學習型紅外遙控器由紅外接收電路、單片機控制器、紅外發(fā)送電路、EPROM存儲器、操作鍵盤及LED遙控指示燈構成，如圖2所示。單片機STC89C52構成紅外遙控的處理器，其數(shù)據(jù)存儲器RAM(258B)用來存儲學習過程中編碼信號的脈沖寬度和編碼。   (

7、1)紅外發(fā)射電路5：40 kHz方波直接由單片機模擬產(chǎn)生，經(jīng)過三極管放大后，驅(qū)動紅外發(fā)光二極管(注意：40 kHz載波不能用STC89C52定時器產(chǎn)生，因為40 kHz載波信號的周期只有26 s，考慮到有載波時的占空比為1/3，即定時器的最小中斷時間間隔只有8 s，在執(zhí)行中斷時中斷處理過程(如保護現(xiàn)場等)實際運行時間根據(jù)中斷點的不同需要的時間也不同，有時會大于8 s，這樣不能保證40 kHz信號的穩(wěn)定性)，在軟件處理過程中應用延時程序模仿40 kHz的紅外載波信號。  (2)紅外接收頭：在與單片機連接時，將接收來的紅外遙控信號反相，其正向信號接外部中斷0，反相信號接外部中斷

8、1。通過記錄2個中斷間的間隔時間來測量紅外遙控信號的高低電平的脈寬值。  (3)外接E PROM存儲器：用于存放學習到的控制命令的編碼和高低電平信號的 脈寬值。  (4)按鍵盤：啟動一個學習過程。  (5)LED指示燈：用于顯示遙控器的工作狀態(tài)。3.2 系統(tǒng)硬件電路設計【附錄1】為該學習型遙控器的原理圖，其中：P1.0口接遙控碼發(fā)射按鍵；P1.6口用作狀態(tài)指示，綠燈亮代表學習狀態(tài)，綠燈滅代表碼已讀入。P1.7口用于指示控制鍵的操作，閃爍時代表遙控碼正在發(fā)射之中，在學習狀態(tài)，綠燈滅代表碼已讀入。第9腳為單片機的復位腳，采用簡單的RC上電

9、復位電路，第12腳為中斷輸入口，用于工作方式的轉(zhuǎn)換控制，當腳為低電平時，系統(tǒng)進入學習狀態(tài)。第14腳用于紅外線接收頭的輸出信號輸入，第15腳作為遙控碼的輸出口，用于輸出40KHz的遙控碼。第18、19腳接12MHZ晶振。由于采用最小化應用系統(tǒng)，控制線（片外取指控制）、ALE（地址鎖存控制）不用，（片外存儲器選擇）接高電平，使低8K的E2PROM地址（0000H1FFFH）指向片內(nèi)。3.3初始化程序內(nèi)容包括P0、P1、P3端口置位，P2口清零，清08H6EH共103個工作寄存器，設置堆?；罚?0H），設置計數(shù)器計數(shù)模式、控制字，開外中斷允許等等。3.4遙控器讀入程序處理完成遙控碼起始位的識別、脈

10、寬計數(shù)功能，完成遙控碼編碼位的寬度計數(shù)功能，完成結束位的認別功能（流程圖見圖3）。本程序模塊在編程設計中非常重要，通過大量的不同種類的遙控碼波形實驗測試分析，遙控碼的幀間歇位寬度均在10 ms以上，起始位碼寬度在100s20ms之間，編碼位在100s5ms之間，為確保所有遙控器學習的成功，采用以下設計方法：尋找起始位方法：用16位DPTR計數(shù)器對高電平進行寬度計數(shù)，計數(shù)采樣周期為21s，當高電平結束時，如高8位計數(shù)器為非零，則說明高電平寬度超過5.35ms（255×21s），緊接來的低電平碼就是起始位，否則重新開始。圖3 遙控碼讀入處理程序流程圖起始位？NYYN存編碼位讀碼準備存起始

11、位學習狀態(tài)結束位？中斷退出中斷開始Y鍵按下？N初始化鍵盤掃描編碼發(fā)送圖4 主程序流程圖開始讀起始位方法3：采用16位DPTR對低電平進行寬度計數(shù)（最大可讀寬度為1.376s），當高電平跳變時結束計數(shù)，并將DPTR的高8位、低8分別存入R4，R5寄存器。讀遙控編碼的方法：采用DPTR低8位計數(shù)器對碼（高電平或低電平）進行寬度計數(shù)，電平跳變時結束計數(shù)，并將值存入規(guī)定的地址，在高電平碼計數(shù)時，如DPTR高8位計數(shù)器為非零（寬度大于5.35ms），則判定為結束幀間隔位，在相應存儲單元寫入數(shù)據(jù)#OOH作為結束標志。3.5遙控碼發(fā)送處理程序利用計數(shù)器計數(shù)中斷功能，實現(xiàn)40KHz載波的發(fā)送，利用接收時接收的

12、低電平位時間控制載波的發(fā)送時間。3.6主程序主程序在上電初始化后進行端口按鍵掃描，當確認有鍵按下時將編碼發(fā)出去（見圖3流程圖）。3.7程序延時主要用于讀鍵時消抖。時間約為1ms。4 系統(tǒng)功能調(diào)試及整體指標分析4.1 程序調(diào)試調(diào)試學習狀態(tài)和發(fā)射狀態(tài)下計數(shù)器的循環(huán)間隙時間是C程序中較為重要的內(nèi)容，在匯編語言下可以精確地算出循環(huán)時間，這樣在C編程時能在E磁盤目錄下產(chǎn)生1個REMOTE.ASM的匯編源程序4，在匯編程序清單中可以精確地算出循環(huán)時間，這樣才能保證讀入時的脈寬與發(fā)射時的脈寬一樣，另外，也可以通過示波器觀察比對原遙控器解碼波形及學習器產(chǎn)生的波形，結合調(diào)試循環(huán)延時的間隔達到精確還原脈寬的目的。

13、4.2 整體指標分析學習型遙控器的設計性能及實現(xiàn)與其軟件設計編寫具有密切的關系，在設計中采用內(nèi)部定時器對信號高低電平計時的方法來采集數(shù)據(jù)并保存。當系統(tǒng)識別到起始碼的低電平時，系統(tǒng)啟動內(nèi)部定時器對輸入低電平計時，當起始碼的低電平結束時保存定時器此時的值，記錄下起始碼的低電平信號脈沖寬度值；然后依次保存采集到的編碼信號脈沖寬度值，如果采集到編碼信號位數(shù)大于設定值M(程序中設定值)，就認為編碼采集已經(jīng)結束，即學習子程序結束。   在軟件設計過程中，使用了2個外部中斷和2個內(nèi)部定時器，外部中斷0啟動定時器0停止定時器1計數(shù)并保存定時器1的數(shù)據(jù)，外部中斷1啟動定時器1停止定時器0計數(shù)

14、并保存定時器0的數(shù)據(jù)，用定時器0記錄紅外解調(diào)信號的高電平時長。用定時器1記錄紅外解調(diào)信號的低電平時長，本文采用12 MHz晶振，1個機器周期是1 s，計數(shù)器采用16位計數(shù)器。如果在外部中斷0和外部中斷1之間不發(fā)生內(nèi)部定時器中斷，可以記錄的最大時間間隔為65.5 ms；如果在外部中斷0和外部中斷1之間發(fā)生內(nèi)部定時器中斷則可以記錄的最大時間間隔是n×65.5 ms，其中n為中斷次數(shù)。其值保存在設定的數(shù)據(jù)存儲器中，然后寫入到外部EPROM存儲器中。發(fā)射過程再從外部的EPROM存儲器讀出，通過用軟件模仿40 kHz載波信號發(fā)送編碼信息。   在設計過程中研究發(fā)現(xiàn)：盡管遙控器存在幀格

15、式多樣、碼型多樣、編碼長短不同、發(fā)送方式不同等問題，但對于某一個獨立的遙控器還是有規(guī)律可依的。在系統(tǒng)設計方案時，選擇通用性好的就能解決這個問題。例如測得一款遙控器的1個命令碼如下：   低電平(有紅外發(fā)送載波)信號碼時長數(shù)據(jù)是：   0x7368 0x0578 0x0577 0x0563 0x0555 0x0584 0x0564 0x0545 0x0572 0x0554   高電平(無紅外發(fā)送載波)信號碼時長數(shù)據(jù)是：0x0578 0x1377 0x0563 0x0555 0x1384 0x0564 0x0545 0x1382 0x05

16、54 0x01345   盡管碼型有幀頭、系統(tǒng)碼、操作碼、同步碼、幀間隔碼、幀尾，但不論是低電平(有紅外發(fā)送載波)信號碼時長或是高電平(無紅外發(fā)送載波)信號碼時長其結構都相對簡單。但是1個幀如此多的數(shù)據(jù)占據(jù)了大量的內(nèi)存空間，增加了硬件成本和程序運行時間，有必要在數(shù)據(jù)分析的基礎上采取數(shù)據(jù)壓縮。   數(shù)據(jù)壓縮根據(jù)使用場合和要求的不同分有損和無損壓縮。為了在數(shù)據(jù)發(fā)送時準確再現(xiàn)接收到的紅外數(shù)據(jù)，本文采用無損壓縮的方法，使用的編碼方式是改進型的游程編碼，根據(jù)游程編碼的原理，游程長度(游程或游長)RL(Run-Length)指的是由信號采樣值構成的數(shù)據(jù)流中各個數(shù)據(jù)重

17、復重現(xiàn)的長度，只要給出重復的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)長度和位置就可以恢復原來的數(shù)據(jù)流2-3。其具體實現(xiàn)過程如下：   (1)在接收紅外信號時分別按高電平和低電平不同的時間長度編號(時間長度規(guī)定一定的誤差范圍) 2，每1次測得的數(shù)據(jù)根據(jù)電平持續(xù)時間記錄其編號，再將同編號的數(shù)據(jù)相加求平均值作為標準時間長度，根據(jù)紅外信號格式的不同，可以選擇4 bit壓縮方式和2 bit壓縮方式，即壓縮比達到1/4和1/8。在接收紅外數(shù)據(jù)時采用的是中斷方式，不占用過多的CPU時間，還可以一邊學習一邊存入EPROM以達到節(jié)省內(nèi)存空間的目的。   將上述遙控器的1個命令碼(其中紅外編碼長度為15

18、0 bit，壓縮比為1/8)的數(shù)據(jù)存儲在EPROM中的數(shù)據(jù)格式如下：   01100101(共10個字節(jié)低電平數(shù)據(jù))；11010101(共10個字節(jié)高電平數(shù)據(jù))；0x96(字節(jié)總長度)；0x1377 0x0560 0x0572 0x370(4個不同的時長)；   (2)發(fā)送紅外數(shù)據(jù)時，先從EPROM中讀出字節(jié)總長度、4個不同的時長及部分高低電平數(shù)據(jù)，在發(fā)送高電平時(即不發(fā)送紅外載波信號)且時長大于1 ms，再讀EPROM數(shù)據(jù)，這樣更可以節(jié)省內(nèi)存空間。單鍵學習型遙控器可以學習任何遙控器的某個按鍵功能，采用最小化應用模式設計，電路簡單，可靠性高，尤其是通過大

19、量不同遙控碼的特征分析，在遙控碼的讀入時選擇了最佳采樣頻率，使遙控碼的學習成功率大大提高，其技術可應用于多媒體教室、家庭集中控制器等設備。使用時先按一下K，待綠色指示燈亮后，用遙控器對著紅外接收頭，按一下某個功能按鍵 ，當綠燈滅且紅燈亮時說明學習完成，按發(fā)射鍵就可以進行遙控了。5詳細儀器清單表格儀器清單儀器名稱數(shù)量STC89C521電阻（1k）6電阻（10R）1發(fā)光二極管（紅）1發(fā)光二極管（綠）1紅外接收頭1紅外發(fā)射二極管1電容（33pf）2電容（104pf）1三極管（9015）3晶振（12Mhz）1按鈕開關3Lcd160216總結、思考與致謝本系統(tǒng)是以單片機STC89C52芯片為核心部件，實

20、現(xiàn)遙控器學習并記憶按鈕遙控功能。此次在軟件上是花費時間最多的，我們上網(wǎng)找資料，上圖書館，盡可能的了解有關于學習型遙控器這方面的知識。通過這次畢業(yè)設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設計思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都能向前邁了一大步。通過本次畢業(yè)設計，我們獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，單片機領域這對我們今后進一步學習計算機方面的知識有極大的幫助。同時，因為學習知識的能力和時間有限，因此在本次的課程設計過程中，難免存在錯誤，懇請老師給以批評和指正，在此，衷心感謝老師以及許多同學的指

21、導和支持。參考文獻1 沈紅衛(wèi)編著.單片機應用系統(tǒng)設計實例與分析M.北京:北京航空航天大學出版社,20022 朱定華,戴汝平編著.單片微機原理與應用M.北京:清華大學出版社,20033 胡漢才編著.單片機原理及接口技術M.北京:清華大學出版社,20044 譚浩強編著.C程序設計(第三版)M.北京:清華大學出版社,20055 樓然苗,李光飛編著.單片機課程設計指導M.北京:北京航空航天大學出版社,2007附錄1：單鍵學習型紅外遙控器原理圖（proteus仿真）：另：在單鍵遙控的基礎上，添加了lcd1602液晶顯示的拓展。給元器件上電后，lcd1602會顯示預設的字幕（字幕根據(jù)需要可自行設計），按下

22、學習鍵后，等候?qū)W習遙控器發(fā)射的紅外編碼，學習成功后，字幕自動變換成另外的字幕（也是預設的字幕）。其中l(wèi)cd1602引腳連線如下proteus仿真圖所示：附錄2：單片機匯編程序：/*學習型紅外遙控器匯編程序（包括lcd1602顯示）*/LCDINIT1:MOV A,#01H ;清屏 LCALL BUSY LCALL WRTCLCALL DELAY0MOV A,#01H ;清屏 LCALL BUSY LCALL WRTC LCALL DELAY0 ;延時15ms LCALL DELAY0 LCALL DELAY0 MOV A,#38H ;顯示模式設置(8位數(shù)據(jù)線，16*2 5*7點陣) LCALL

23、 WRTC LCALL DELAY0 ;延時5ms MOV A,#38H LCALL BUSY LCALL WRTC MOV A,#08H LCALL BUSY LCALL WRTC MOV A,#01H ;清屏 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV A,#06H ;顯示光標移動設置 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV A,#0CH ;示開關控制,顯示開，無光標，不閃爍。 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV A,#0EH ;寫CGRAM地址. LCALL BUSY LCALL WRTCMOV R2,#0FH MOV DPTR,#TAB5;寫CGRA

24、M字模. LCALL BUSY LCALL WRTDRETDELAY4:MOV R3,#20 ; 延時0.2秒LCDMAIN1:MOV A,#0C0H ;顯示開及光標設置 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV R2,#08H MOV DPTR,#TAB6 LCALL DELAY0 LCALL WRTD LCALL DELAY01 LCALL DELAY01 LCALL FLASH MOV A,#80H ;顯示開及光標設置 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV R2,#0FH MOV DPTR,#TAB5 LCALL DELAY0 LCALL WRTD LCALL D

25、ELAY01 LCALL DELAY01RET LCDINIT: LCALL DELAY0 ;延時15ms LCALL DELAY0 LCALL DELAY0 MOV A,#38H ;顯示模式設置(8位數(shù)據(jù)線，16*2 5*7點陣) LCALL WRTC LCALL DELAY0 ;延時5ms MOV A,#38H LCALL BUSY LCALL WRTC MOV A,#08H LCALL BUSY LCALL WRTC MOV A,#01H ;清屏 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV A,#06H ;顯示光標移動設置 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV A,

26、#0CH ;示開關控制,顯示開，無光標，不閃爍。 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV A,#40H ;寫CGRAM地址. LCALL BUSY LCALL WRTC MOV R2,#40H MOV DPTR,#TAB3;寫CGRAM字模. LCALL BUSY LCALL WRTD ;*初始化* LCDMAIN: MOV A,#80H ;顯示開及光標設置 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV R2,#04H MOV DPTR,#TAB1 LCALL DELAY0 LCALL WRTD MOV A,#0C0H ;顯示開及光標設置 LCALL BUSY LCALL W

27、RTC MOV R2,#04H MOV DPTR,#TAB2 LCALL DELAY0 LCALL WRTD LCALL DELAY01 LCALL DELAY01 MOV A,#01H ;清屏 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV A,#80H ;顯示開及光標設置 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV R2,#0CH MOV DPTR,#TAB4 LCALL DELAY0 LCALL WRTD LCALL DELAY01 LCALL DELAY01 MOV A,#0c4H ;顯示開及光標設置 LCALL BUSY LCALL WRTC MOV R2,#08H MO

28、V DPTR,#TAB7 LCALL DELAY0 LCALL WRTD LCALL DELAY01 LCALL DELAY01 RET ;*寫命令子程序* WRTC: CLR RS CLR RW CLR E MOV P0,A LCALL DELAY0 ;延時5ms SETB E LCALL DELAY0 ;延時5ms CLR E RET ;*寫數(shù)據(jù)子程序* WRTD: MOV R1,#00H AGAIN: MOV A,R1 MOVC A,A+DPTR SETB RS CLR RW CLR E MOV P0,A LCALL DELAY0 SETB E LCALL DELAY0 CLR E IN

29、C R1 MOV A,R1 MOV B,R2 ;數(shù)據(jù)寫完沒有. CJNE A,B,AGAIN RET ;*判忙子程序* BUSY: PUSH ACC CLR RS SETB RW TT0: SETB E MOV A,P0 CLR E ANL A,#80H JNZ TT0 POP ACC RET TAB1: DB 00H,01H,02H,03H TAB2: DB 04H,05H,06H,07H TAB3: DB 03H,07H,0fH,1FH,1FH,1FH,1FH,1FH DB 18H,1EH,1FH,1FH,1FH,1FH,1FH,1FH DB 07H,1FH,1FH,1FH,1FH,1FH,1FH,1FH DB 10H,18H,1cH,1EH,1EH,1EH,1EH,1EH DB 0FH,07H,03H,01H,00H,00H,00H,00H DB 1fH,1FH,1FH,1FH,1FH,