紅外遙控開關(guān)的硬件設計畢業(yè)論文

1、<p>　　編號 </p><p>　　畢 業(yè) 設 計（論文）</p><p>　　題目 紅外遙控開關(guān)的硬件設計 </p><p>　　二級學院 ** </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班

2、 級 ** </p><p>　　學生姓名 ** 學號 ** </p><p>　　指導教師 ** 職稱 教 授 </p><p>　　時 間 2013 年5月 </p><p>　　目 錄 </p><p><b>　　

3、摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1紅外技術(shù)的發(fā)展史1</p><p>　　1.2 紅外遙控技術(shù)的研究和成果及意義2</p><p>　　1.3紅外遙控的簡單發(fā)射和接收原理

4、2</p><p><b>　　2總體設計方案3</b></p><p><b>　　2.1題目分析3</b></p><p>　　2.2方案論證與選擇3</p><p>　　2.3 機型及元器件的選擇4</p><p>　　2.3.1 單片機的選擇4</p&

5、gt;<p>　　2.3.2 顯示器的選擇9</p><p>　　2.3.3 紅外接收器的選擇11</p><p>　　2.3.4 電機驅(qū)動模塊的選擇12</p><p>　　2.4 軟硬件功能劃分13</p><p>　　2.5 總體方案設計13</p><p>　　3 系統(tǒng)的硬件設計14&

6、lt;/p><p>　　3.1 直流電源的硬件設計14</p><p>　　3.2 單片機最小系統(tǒng)的硬件設計14</p><p>　　3.2.1 單片機的晶振電路15</p><p>　　3.2.2 單片機復位電路15</p><p>　　3.3 紅外發(fā)射模塊電路硬件設計15</p><p&

7、gt;　　3.3.1 紅外遙控發(fā)射器遙控方式15</p><p>　　3.3.2 紅外發(fā)射部分電路圖16</p><p>　　3.4 紅外遙控接收模塊電路硬件設計17</p><p>　　3.4.1 紅外遙控接收方式17</p><p>　　3.4.2 紅外遙控接收部分電路原理圖17</p><p>　　3.

8、5 按鍵模塊硬件設計17</p><p>　　3.6 紅外遙控系統(tǒng)的仿真18</p><p>　　3.7 紅外遙控系統(tǒng)的調(diào)試19</p><p>　　3.7.1調(diào)試前不加電源的檢查19</p><p>　　3.7.2靜態(tài)檢測與調(diào)試19</p><p>　　3.7.3 動態(tài)檢測與調(diào)試20</p>

9、<p>　　3.7.4調(diào)試注意事項20</p><p>　　4 系統(tǒng)的軟件設計21</p><p>　　4.1 發(fā)射部分軟件設計21</p><p>　　4.2 接收部分軟件設計22</p><p>　　5 總結(jié)與展望23</p><p><b>　　致謝24</b>&l

10、t;/p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p>　　附錄2：原理圖27</p><p>　　附錄3：實物圖30</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　紅外遙控技術(shù)的出現(xiàn)，不僅大大提高了勞動生產(chǎn)率，降低了成本，而且減輕了人們

11、的勞動強度，改善了勞動條件。遙控技術(shù)是對受控對象進行遠距離控制和監(jiān)測技術(shù)。它是利用自動控制技術(shù)，通信技術(shù)和計算機技術(shù)而形成的一門綜合技術(shù)。一般都是指對遠距離的受控對象的單一或者兩種極限動作進行的技術(shù)，在人們生活中具有廣泛的應用空間。根據(jù)控制方式的不同，一般分為紅外遙控、聲控和無線遙控，俗稱三遙。伴隨著人們物質(zhì)文化水平日益提高，各種各樣的家用電器走進了千家萬戶，紅外線遙控是目前最廣泛的一種通信和遙控手段。紅外線遙控器具有體積小、功耗低、功

12、能強、成本低等特點從而成為了當今非常流行的一種控制方式。紅外遙控器是一種利用紅外遙控系統(tǒng)來控制被控對象的系統(tǒng).整個系統(tǒng)由數(shù)字電路和模擬電路兩個部分組成。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼、數(shù)碼管顯示、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括LED紅外光接收器、LCD顯示、ULN2003A驅(qū)動控制電路。通過對設計要求地認真分析和研究，拿出了兩種可行方案，最終選定了一個最佳方案。該方案是采用先進的單片機技術(shù)實現(xiàn)遙控的主要手段。我們所設計的紅外遙控開關(guān)能控制電

13、機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復位停止、延時停止等。</p><p>　　關(guān)鍵字：遙控技術(shù)，遙控電路，紅外發(fā)射，紅外接收，單片機</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Infrared remote control technology.not only greatly improved labor productivit

14、y, reduced costs, and reduce the people's labor intensity and improve the working conditions. Remote control technology is controlled objects of remote control and monitoring technology. It is the use of automatic co

15、ntrol technology, the communication technology. Generally refers to the distant controlled objects single or two extreme action control technology, in the people's production and life have extensive appli</p>

16、<p>　　The infrared remote control is one kind of use infrared remote control system controls is controlled the object the department green overall system is composed by the digital circuit and the analogous circui

17、t two parts. Launches partially including the keyboard matrix, the coded modulation, the LED infrared transmitter; Receives partially including the LED infrared light launch, the demodulation, decodes the electric circui

18、t.</p><p>　　After analyzing and researching on the request of the design, we take several blue print and we selected the best one in the end. The project make use of advanced SCM to realize the remote contro

19、l. Remote controller we designed can dominate 5 electrical source switches and adjust the brightness of one light.</p><p>　　keyword：Control technology, Remote controlling circuit, Infrared emission, Infrar

20、ed receiving, SCM</p><p><b>　　1緒 論 </b></p><p>　　1.1紅外技術(shù)的發(fā)展史</p><p>　　紅外技術(shù)發(fā)展的先導是紅外探測器的發(fā)展。1800年，F(xiàn).W赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射時使用的是水銀溫度計，這是最原始的熱敏型紅外探測器。</p><p>　　1830年以后，相繼

21、研制出溫差電偶的熱敏探測器、測輻射熱計等。在140年以前，研制成的紅外探測器主要是熱敏型探測器。</p><p>　　19世紀，科學家們使用熱敏型紅外探測器，認識了紅外輻射的特性及其規(guī)律，證明了紅外線與可見光具有相同的物理性質(zhì)，遵守了相同的規(guī)律。它們都是電磁波之一，具有波動性，其傳播速度都是光速、波長是它們的特征參數(shù)并可以測量。</p><p>　　20世紀初開始，測量了大量的有機物質(zhì)和無

22、機物質(zhì)的吸收、發(fā)射和反射光譜，證明了紅外技術(shù)在物質(zhì)分析中的價值。</p><p>　　30年代，首次出現(xiàn)紅外光譜代以后，它發(fā)展在物質(zhì)分析中不可缺少的儀器。</p><p>　　40年代初，光電型紅外探測器問世，咦硫化鉛紅外探測器為代表這類探測器，其性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)牢靠。</p><p>　　50年代，半導體物理學的迅速發(fā)展，是廣電型紅外探測器得到了新的推動。</

23、p><p>　　到60年代初期，對于1~3、3~5和8~13微米三個重要的大氣窗口都有了性能優(yōu)良的紅外探測器。在同一時期內(nèi)，固體物理、光學、電子學、精密機械和微型致冷器等方面的發(fā)展，使紅外技術(shù)在軍、民兩用方面都得到了廣泛的應用。</p><p>　　60年代中葉起，紅外探測器和系統(tǒng)的發(fā)展體現(xiàn)了紅外技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向。</p><p>　　在紅外技術(shù)的發(fā)展中，需要特別指

24、出的是：60年代激光的出現(xiàn)極大的影響了紅外技術(shù)的發(fā)展，很多重要的激光器件都在紅外波段，其相干性便于移動電子技術(shù)中的外差接收技術(shù)，使雷達和通信都可以在紅外波段實現(xiàn)，并可獲得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，紅外技術(shù)僅僅能探測非相干紅外輻射，外插接受結(jié)束用于紅外探測，使探測性能比功率探測高好幾個數(shù)量級。另外，由于這類應用的需要，促使出現(xiàn)新的探測器件和新的輻射傳輸方式，推動紅外技術(shù)向更先進的方向發(fā)展［1］。</p><

25、;p>　　1.2 紅外遙控技術(shù)的研究和成果及意義</p><p>　　常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管；由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。目前大量的使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通φ5發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。紅外發(fā)光二極管一般有黑色

26、、深藍、透明三種顏色。判斷紅外發(fā)光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣；用萬用表電阻擋量一下紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻即可[2]。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率要用專門的儀器才能精確測定，而業(yè)余條件下只能用拉鋸法來粗略判判定。</p><p>　　接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實際應用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外發(fā)

27、光二極管一般有圓形和方形兩種。</p><p>　　由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?00mW左右），所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。紅外遙控常用的載波頻率為38kHz這是由發(fā)射端所使用的455kHz晶振來決定的。在發(fā)射端要對晶振進行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz［3-4］。</p><p&

28、gt;　　1.3紅外遙控的簡單發(fā)射和接收原理</p><p>　　當接通+5V電源時，發(fā)射模塊進行初始化，當有按鍵按下時，掃描模塊掃描到按鍵值，單片機準備編碼發(fā)射碼，通過紅外發(fā)光二級管發(fā)射出紅外線，值得注意的是， 根據(jù)紅外編碼的格式發(fā)送數(shù)據(jù)前需要先發(fā)送9ms的起始碼和4.5ms的結(jié)果碼，然后在發(fā)送用戶碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼。</p><p>　　當紅外接收器接收到紅外發(fā)射部分的發(fā)射碼時，紅外

29、接收器輸出低電平，單片機解碼，在單片機的控制下，ULN2003A開始驅(qū)動繼電器，在繼電器下，電機根據(jù)發(fā)射碼的控制信號，進行相應的正反轉(zhuǎn)和停止等[5]。</p><p><b>　　2總體設計方案</b></p><p><b>　　2.1題目分析</b></p><p>　　本設計將紅外遙控與單片機STC89C52RC相結(jié)

30、合實現(xiàn)一款多功能紅外遙控開關(guān)，利用單片機STC89C52RC的編程實現(xiàn)的控制電路，實現(xiàn)控制電器的電源開關(guān)，能夠顯示遙控狀態(tài)，能夠設定電器開啟時間的長短功能。具體的實現(xiàn)過程采用單片機作為本設計的核心元件，利用紅外遙控發(fā)射和接收的工作原理，以及單片機外部中斷的原理而制作成一款開關(guān)［6］。</p><p>　　2.2方案論證與選擇</p><p>　　方案一：簡易紅外遙控電路</p>

31、<p>　　在不需要多路控制的應用場合，可以使用由常規(guī)集成電路組成的單通道紅外遙控電路。這種遙控電路不需要使用較貴的專用編譯碼器，因此成本較低。</p><p><b>　　紅外發(fā)射部分：</b></p><p>　　圖2.1 方案一紅外發(fā)射部分示意圖</p><p>　　本方案電路是簡單的單通道遙控器，可直接產(chǎn)生一個控制功能的震

32、蕩頻率，再通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射出去。</p><p><b>　　紅外接收部分：</b></p><p>　　圖2.2方案一紅外接收部分示意圖</p><p>　　當紅外接收頭接收到控制頻率時，由一個電路對其進行解調(diào)并產(chǎn)生相應的控制功能。</p><p>　　方案二：用單片機實現(xiàn)紅外遙控開關(guān)以單片機為核心元件，紅外遙控

33、的發(fā)射和接收原理、以及單片機的外部中斷原理來制作成一款遙控開關(guān)［7］。</p><p>　　發(fā)射部分 接收部分</p><p>　　圖2.3紅外遙控開關(guān)系統(tǒng)設計框圖</p><p>　　綜上所述通過比較二套方案，方案一未采用單片機控制，功能過于單一，僅能對一路電器進行簡單的遙控；方案二的紅外線發(fā)射和接收

34、控制電路采用單片機來實現(xiàn)，電路簡單，實用性強。</p><p>　　2.3 機型及元器件的選擇</p><p>　　2.3.1 單片機的選擇</p><p>　　方案一：AT89C51單片機</p><p>　　MCS-51單片機是Intel公司于1980年推出的8位單片機，其硬件結(jié)構(gòu)有如下的特點：（1）內(nèi)部程序存儲器（ROM）與內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲

35、器（RAM）容量較大。MCS-51的內(nèi)部ROM大小為4KB，其類型為掩模RAM，內(nèi)部RAM容量為128B。此外，系統(tǒng)沒有配置EPROM存儲區(qū)。（2）I/O端口數(shù)量和種類較多且齊全。MSC-51單片機共有32個I/O端口，按8位分組定義為P0、P1、P2和P3。（3）可尋址外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器。MSC-51單片機可尋址64KB的外部數(shù)據(jù)存儲器，且該尋址能力不收芯片型號的影響，但程序存儲器的內(nèi)部與外部總的空間限制在64KB。（4）

36、系統(tǒng)中斷。MSC-51單片機定義了5個中斷源，并設定兩個優(yōu)先級，中斷源的優(yōu)先級是可編程的。此外，服務與程序和系統(tǒng)中斷的堆棧位置也是可編程的，堆棧深度可達到128B。（5）MSC-51的指令集。MSC-51的指令集功能十分強大，除了最基本的指令外，還包括減法、乘法、除法、比較、堆棧操作（壓棧與彈棧）和多種位操作指令。當振蕩器頻率達12Hz時，大部分指令執(zhí)行時間為1微秒，少部分為2微秒，乘除指令的執(zhí)行時間只有4微秒［8］。</p>

37、;<p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準MCS-51指令集和

38、輸出管腳相兼容［9-10］。</p><p>　　方案二：STC89C52RC單片機</p><p>　　STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52RC使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，

39、使得STC89C52RC為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52RC 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CP

40、U 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。STC89C52RC可以支持串口直接下載程序，而AT公司的89C系列單片</p><p>　　STC89C52RC單片機的硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　STC89C52RC單片機的特性：&l

41、t;/p><p>　　增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.</p><p>　　工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機）/3.8V～2.0V（3V單片機）</p><p>　　工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz</p><p&

42、gt;　　用戶應用程序空間為8K字節(jié)</p><p>　　片上集成512字節(jié)RAM</p><p>　　通用I/O口（32個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。</p><p>　　ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器

43、，可通過串口（RXD/P3.0,TXD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片</p><p>　　具有EEPROM功能</p><p><b>　　具有看門狗功能</b></p><p>　　共3個16位定時器/計數(shù)器。即定時器T0、T1、T2</p><p>　　外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Pow

44、er Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒</p><p>　　通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART</p><p>　　工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）</p><p><b>　　PDIP封裝</b></p><p>　　ST89C52RC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如2

45、.4圖所示：</p><p>　　圖2.4 STC89C52RC單片機管腳圖</p><p>　　STC89C52RC引腳功能說明</p><p>　　VCC（40引腳）：電源電壓</p><p>　　VSS（20引腳）：接地</p><p>　　P0端口（P0.0～P0.7，39～32引腳）：P0口是一個漏極開路的8

46、位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動8個TTL負載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復用總線。此時，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。</p><p>　　P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8

47、位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流。</p><p>　　此外，P1.0和P1.1還可以作為定時器/計數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體參見下表2.1：</p&

48、gt;<p>　　在對Flash ROM編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。</p><p>　　表2.1 P1.0和P1.1引腳復用功能</p><p>　　P2端口（P2.0～P2.7，21～28引腳）：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時

49、可用作輸入口。P2作為輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。</p><p>　　在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX @DPTR”指令）時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX @R1”指令）時，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。</p>

50、<p>　　在對Flash ROM編程和程序校驗期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。</p><p>　　P3端口（P3.0～P3.7，10～17引腳）：P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入

51、一個電流。</p><p>　　在對Flash ROM編程或程序校驗時，P3還接收一些控制信號。</p><p>　　P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復用功能，如下表2.2所示：</p><p>　　表2.2 P3口引腳復用功能</p><p>　　RST（9引腳）：復位輸入。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機

52、單片機的復位初始化操作?？撮T狗計時完成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。</p><p>　　ALE/（30引腳）：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（ALE）也用作編程輸入脈沖。</p><p>　　在一般

53、情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。</p><p>　　如果需要，通過將地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOV指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址位8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。&

54、lt;/p><p>　　/PSEN（29引腳）：外部程序存儲器選通信號。當STC89C52RC從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。</p><p>　　/VPP（31引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應

55、該接VCC。在Flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。</p><p>　　XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端［12］。</p><p>　　2.3.2 顯示器的選擇</p><p>　　在單片機應用系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有LED（發(fā)

56、光二級管）和（液晶顯示器）。這兩種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機接口方便。但是他們也是各有特點：LED的接口非常簡單，不需要專用的接口程序，再設計程序時也非常簡單；LCD顯示的字比較豐富，也比較清楚，給人的感覺很好，但是接口復雜，難度稍大。由于本設計要顯示開關(guān)狀態(tài)和開啟時間，故選用LCD。</p><p>　　LCD(Liquid Crystal Display)，即液晶顯示器。液晶顯示是一種與LED不同的被

57、動式顯示器，它本身并不發(fā)光，而是利用液晶在電壓作用下，能改變光線通過方向的特性，而達到顯示的目的。常見的液晶顯示器有七段式LCD、點陣式字符LCD顯示器、點陣式圖形LCD顯示器。</p><p>　　液晶作為一種顯示器件，以其特有的優(yōu)勢正廣泛應用于儀器、儀表、電子設備等低功耗產(chǎn)品中。液晶顯示器具有功耗低、體積小、質(zhì)量輕、超薄和可編程驅(qū)動等其他顯示方式無法比擬的優(yōu)點，不僅可以顯示數(shù)字、字符，還可以顯示各種圖形、曲線

58、、及漢字，并且可實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本特征顯示等功能；人機界面更加友好，使用操作也更加靈活、方便，使其日益成為智能儀器儀表和測試設備的首選顯示器件。</p><p>　　本設計所采用的液晶顯示為工業(yè)字符型液晶LCD1602，具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的優(yōu)點，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中。</p><p>　　1602液晶也叫1602字符型液晶它是一種專

59、門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好），n1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。</p><p>　　1602采用標準的16腳接口，如

60、下圖2.5所示［13］，其中：</p><p>　　第1腳：VSS為電源地。 第2腳：VDD接5V電源正極</p><p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高

61、電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時讀操作，低電平(0)時進行寫操作。</p><p>　　第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。</p><p>　　第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光

62、正極，16腳背光負極。</p><p>　　圖2.5 LCD1602引腳圖</p><p>　　LCD1602的特性</p><p>　　+5V電壓，對比度可調(diào)；</p><p><b>　　內(nèi)含復位電路；</b></p><p>　　提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多

63、種功能；</p><p>　　有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM；</p><p>　　內(nèi)建有192個5X7點陣的字型的字符發(fā)生器CGROM；</p><p>　　8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM</p><p>　　LCD1602設計中的用法</p><p>　　溫度顯示模塊由液晶顯示器LCD1602

64、和電位器構(gòu)成，其電路圖如圖2.6所示。采用LCD1602對溫度值進行實時顯示。調(diào)節(jié)變位器可以改變LCD的亮度以及屏幕的分辨率。</p><p>　　圖2.6 LCD顯示模塊電路原理圖</p><p>　　2.3.3 紅外接收器的選擇</p><p>　　紅外線接收器1383T是一種可以接收紅外信號并能獨立完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的器件，體積和普通的

65、塑封三極管差不多，適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。它的特點有：內(nèi)置專用IC，寬角度及長距離接收，抗干擾能力強，能抵擋環(huán)境干擾光纖，在低壓（+5V）下工作。其結(jié)構(gòu)圖如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 紅外發(fā)射器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.3.4 電機驅(qū)動模塊的選擇</p><p>　　ULN2003A是一個7路反向器電路，即當輸入端為高電平時UL

66、N2003A輸出端為低電平，當輸入端為低電平時ULN2003A輸出端為高電平。ULN2003A是耐高壓、大電流達林頓陣列，由七個硅NPN達林頓管組成。當它輸入+5V電平，輸出可達到500mA/50V，可直接驅(qū)動繼電器等負載。本設計的電機驅(qū)動模塊選用了達林頓陣列ULN2003A來驅(qū)動繼電器以達到控制電機正反轉(zhuǎn)的目的。電機驅(qū)動模塊見下圖2.8。</p><p>　　圖2.8 電機驅(qū)動模塊圖</p>&l

67、t;p>　　2.4 軟硬件功能劃分</p><p>　　本次設計的硬件部分包括紅外發(fā)射和紅外遙控接收兩個部分的電路［14-15］。關(guān)于電路的工作原理將在相應的章節(jié)介紹，在此就不做贅述。</p><p>　　系統(tǒng)的軟件部分的設計就要求在紅外遙控發(fā)射端對紅外信號進行編碼，在接收端對所讀取的編碼進行解碼，這就要求編譯顯影的功能程序執(zhí)行各自操作，最終實現(xiàn)對硬件電路的智能控制的目的。軟件部分的

68、程序包括鍵盤掃描程序、38KHz載波及編碼脈沖發(fā)射程序、遙控接收及處理程序、延遲子程序。</p><p>　　2.5 總體方案設計</p><p>　　系統(tǒng)組成如圖2.9所示［16］。系統(tǒng)由發(fā)射部分和接收部分組成。發(fā)射部分采用脈沖個數(shù)編碼，將待發(fā)射信號調(diào)制成38KHz的載波信號，由紅外發(fā)射管進行發(fā)射。接收部分由紅外接收管進行解碼接收，單片機通過對所接收信號的分析，輸出相應的控制信號，由發(fā)光

69、二極管和數(shù)碼管指示出發(fā)射部分按下的按鍵號。</p><p>　　發(fā)射部分 接收部分</p><p>　　圖2.9 紅外遙控開關(guān)系統(tǒng)組成</p><p><b>　　3 系統(tǒng)的硬件設計</b></p><p>　　3.1 直流電源的硬件設計</p>

70、;<p>　　本設計所用直流電源由三端集成穩(wěn)壓器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源提供。所用到的有一個整流橋、4個104pF的電容；帶極性的電容有兩個100u，有一個220uf一個470uf；本設計還選用了LM7805，LM7812兩個三端集成穩(wěn)壓器分別提供+5V和+12V的穩(wěn)壓電源。變壓器將220V的市電降壓后再通過整流橋整流之后采用了大容量的電解電容進行濾波，以減小輸出電壓紋波。由于電解電容器在高頻下工作存在電感特性，對于來自電

71、源側(cè)的高頻干擾不能抑制，因此在整流電路后加入高頻電容改善紋波［17］。直流電路原理圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 直流穩(wěn)壓電路原理圖</p><p>　　3.2 單片機最小系統(tǒng)的硬件設計</p><p>　　圖3.2 單片機的最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　3.2.1 單片機的晶振電路</p><p

72、>　　晶振是電路中常用的時鐘元件，全稱是晶體振蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，它結(jié)合單片機內(nèi)部電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振提供的時鐘頻率越高，單片機的運行速度就越快。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定、精確的單頻信號。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。</p><p

73、>　　圖3.2單片機最小系統(tǒng)電路中的晶振電路外接晶體及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振作用。其中C1和C2的大小為22PF，</p><p>　　晶體頻率為12Hz。</p><p>　　3.2.2 單片機復位電路</p><p>　　為了初始化單片機內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必須采用復位的方式，復位后可使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定

74、的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。單片機的復位是靠外電路來實現(xiàn)的，在正常運行情況下，只要RST引腳上出現(xiàn)兩個機器周期時間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復位，但如果RST引腳上持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。復位后系統(tǒng)將輸入/輸出(I/O)端口寄存器置為FFH，堆棧指針SP置為07H, SBUF內(nèi)置為不定值，其余的寄存器全部清0，內(nèi)部RAM的狀態(tài)不受復位的影響，在系統(tǒng)上電時RAM的內(nèi)容是不定的。復位操作有兩種情況，即上電復位和手動

75、(開關(guān))復位。本系統(tǒng)采用手動復位方式。圖中R1和C3組成手動復位電路，其值R取為100歐, C取為10μF。</p><p>　　3.3 紅外發(fā)射模塊電路硬件設計</p><p>　　3.3.1 紅外遙控發(fā)射器遙控方式</p><p>　　一般紅外遙控器的輸出都是用編碼后串行數(shù)據(jù)對38～40kHz的方波進行脈沖幅度調(diào)制而產(chǎn)生的。當發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所

76、按的鍵不同遙控編碼也不同［18］。這種遙控碼具有以下特征：　　采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.56ms、間隔0.56ms、周期為1.12ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.56ms、間隔1.68ms、周期為2.24ms的組合表示二進制的“1”?！　∩鲜觥?”和“1”組成的32位二進制碼經(jīng)38kHz的載波頻率進行二次調(diào)制，然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。一般的遙控編碼是連續(xù)的32位二進制碼組，其中前16位為用戶識

77、別碼，能區(qū)別不同的紅外遙控設備，防止不同機種遙控碼互相干擾。后16位為8位的操作碼和8位的操作反碼，用于核對數(shù)據(jù)是否接收準確。　　根據(jù)紅外編碼的格式，發(fā)送數(shù)據(jù)前需要先發(fā)送9ms的起始碼和4.5ms的結(jié)果碼［19］?！　∵b控串行數(shù)據(jù)編碼波形如下圖3.3.1所示：</p><p>　　圖3.3 遙控串行數(shù)據(jù)編碼波形圖</p><p>　　3.3.2 紅外發(fā)射部分電路圖</p>

78、<p>　　為了方便觀察按鍵的的動作，本設計在發(fā)射部分設置了一個一位數(shù)碼管，用一個I/O口控制即可［20］。</p><p>　　圖3.4 紅外發(fā)射部分電路原理圖</p><p>　　3.4 紅外遙控接收模塊電路硬件設計</p><p>　　3.4.1 紅外遙控接收方式 </p><p>　　接收模塊本設計使用1838T紅外

79、線接收器進行接收解碼，當1838T接收到38kHz紅外信號時，輸出端輸出低電平，否則為高電平。所以紅外遙控器發(fā)送紅外信號時，參考上面遙控串行數(shù)據(jù)編碼波形圖，在低電平處發(fā)送38kHz紅外信號，高電平處則不發(fā)送紅外信號［21］。</p><p>　　3.4.2 紅外遙控接收部分電路原理圖</p><p>　　圖3.5 紅外遙控接收部分電路原理圖</p><p>　　3.

80、5 按鍵模塊硬件設計</p><p>　　鍵盤模塊本設計用的是矩陣鍵盤。共有16個按鍵，為了方便布線以及本設計只用到了5個按鍵，按鍵的控制電路如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 按鍵模塊電路原理圖</p><p>　　按鍵從左往右一次為4、0、1、2、3。</p><p>　　按鍵說明： 0：電機正轉(zhuǎn)；1：電機反轉(zhuǎn)；2：復位停止

81、；3：電機延時30s停止；4：電機延時60s停止。</p><p>　　3.6 紅外遙控系統(tǒng)的仿真</p><p>　　本設計在仿真過程中，當接通+5V電源時，發(fā)射部分的一位數(shù)碼管顯示為8，以此觀察到發(fā)射部分接通；接收部分的兩個發(fā)光二級管亮（紅色）和LCD液晶顯示器接通發(fā)亮。當按下0鍵時，一位數(shù)碼管顯示數(shù)字為0，接收部分的單片機P1.4為高電平P1.5為低電平，LCD顯示為remote c

82、ontrol positive start，電機正轉(zhuǎn)；當按下1鍵時，數(shù)碼管顯示為1，接收部分P1.4為低電平P1.5為高電平，LCD顯示為remote control reverse start，電機反轉(zhuǎn)；當按下2鍵時，電機停止轉(zhuǎn)動，P1.4，P1.5均為低電平。系統(tǒng)仿真圖如下圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 紅外遙控系統(tǒng)仿真圖</p><p>　　3.7 紅外遙控系統(tǒng)的調(diào)試&

83、lt;/p><p>　　3.7.1調(diào)試前不加電源的檢查</p><p>　　對照電路圖和實際線路檢查連線是否正確，包括錯接、少接、多接等；用萬用表電阻檔檢查焊接和接插是否良好；元器件引腳之間有無短路，連接處有無接觸不良，二極管、集成電路和電解電容的極性是否正確；電源供電包括極性、信號源連線是否正確；電源端對地是否存在短路（用萬用表測量電阻）。</p><p>　　經(jīng)過上

84、述檢查，我們發(fā)現(xiàn)我們所設計的電路存在錯接和連接處不良接觸的問題，經(jīng)過細心的檢查后，解決了上述的一些電路上的問題。</p><p>　　3.7.2靜態(tài)檢測與調(diào)試</p><p>　　斷開信號源，把經(jīng)過準確測量的電源接入電路，用萬用表電壓檔監(jiān)測電源電壓，觀察有無異?，F(xiàn)象：如冒煙、異常氣味、手摸元器件發(fā)燙，電源短路等，如發(fā)現(xiàn)異常情況，立即切斷電源，排除故障；</p><p&g

85、t;　　我們的電路在此項測試中如無異常情況，接著我們又分別測量各關(guān)鍵點直流電壓，如靜態(tài)工作點、輸入和輸出端直流電壓等是否在正常工作狀態(tài)下，結(jié)果有個別電路不符，經(jīng)過調(diào)整電路元器件參數(shù)、更換元器件，使電路最終工作在合適的工作狀態(tài)；</p><p>　　3.7.3 動態(tài)檢測與調(diào)試</p><p>　　動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進行的，調(diào)試的方法地在電路的輸入端加上所需的信號源，并循著信號的注射

86、逐級檢測各有關(guān)點的波形、參數(shù)和性能指標是否滿足設計要求，如必要，要對電路參數(shù)作進一步調(diào)整。發(fā)現(xiàn)問題，要設法找出原因，排除故障，繼續(xù)進行。</p><p>　　我們所設計的遙控器電路是采用脈寬調(diào)制的串行碼方式，我們用示波器對發(fā)射電路輸出端及接收電路輸入端的信號波型的進行了檢查，發(fā)現(xiàn)當按下不同的開關(guān)按鈕時所顯示的波型是不同的。這說明了此電路是工作在正常狀態(tài)的。</p><p>　　3.7.4調(diào)

87、試注意事項</p><p>　　經(jīng)過我們以前自己動手調(diào)試電路的經(jīng)驗。我們從問題之中總結(jié)出來一些常用電路調(diào)試的注意事項。</p><p>　　（1）正確使用測量儀器的接地端，儀器的接地端與電路的接地端要可靠連接；</p><p>　?。?）在信號較弱的輸入端，盡可能使用屏蔽線連線，屏蔽線的外屏蔽層要接到公共地線上，在頻率較高時要設法隔離連接線分布電容的影響，例如用示波

88、器測量時應該使用示波器探頭連接，以減少分布電容的影響。</p><p>　　（3）測量電壓所用儀器的輸入阻抗必須遠大于被測處的等效阻抗。</p><p>　?。?）數(shù)碼管是正電接通還是負電接通。</p><p>　?。?）正確選擇測量點和測量。</p><p>　　（6）認真觀察記錄實驗過程，包括條件、現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、波形、相位等。</p&

89、gt;<p>　　4 系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　4.1 發(fā)射部分軟件設計</p><p>　　系統(tǒng)發(fā)射部分的程序共有主程序模塊、按鍵掃描模塊、編碼數(shù)據(jù)模塊、T0定時計數(shù)模塊組成。發(fā)射部分程序組成框圖如4.1所示。</p><p>　　圖4.1 發(fā)射部分程序組成框圖</p><p>　　其中主程序模塊的功能是為其余幾個

90、模塊構(gòu)建整體框架及初始化工作；按鍵掃描模塊的功能是掃描出按鍵值；編碼數(shù)據(jù)模塊是對掃描出的按鍵值進行編碼然后發(fā)送出去。</p><p>　　發(fā)射部分主程序流程圖如下圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 發(fā)射部分主程序流程圖</p><p>　　4.2 接收部分軟件設計</p><p>　　系統(tǒng)接收部分程序共有主程序模塊、解碼程序模塊、L

91、CD液晶顯示模塊，定時1S中斷程序模塊幾部分組成。接收部分程序組成框圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 接收部分程序組成框圖</p><p>　　解碼程序模塊是對周圍的紅外信號進行采集，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送給單片機處理；液晶顯示模塊是對通過單片機處理后的紅外信號進行顯示；定時中斷程序模塊采用了定時器T1中斷完成了對系統(tǒng)1s時鐘顯示。</p><p>

92、　　接收主程序流程圖如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 接收主程序流程圖</p><p><b>　　5 總結(jié)與展望</b></p><p>　　本篇設計介紹了基于單片機的紅外遙控開關(guān)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)；分析了紅外遙控技術(shù)的原理，總結(jié)出紅外發(fā)射電路和接收電路的工作原理和技術(shù)要求。</p><p>　　本設計

93、的硬件系統(tǒng)有兩個大的模塊：紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊。紅外發(fā)射模塊又包括了矩陣鍵盤模塊、紅外發(fā)射器、數(shù)碼管顯示模塊。紅外接收模塊包括紅外接收器、LCD顯示模塊、繼電器控制電機正反轉(zhuǎn)模塊。為了更好的實現(xiàn)控制電機，本設計使用了ULN2003A來驅(qū)動繼電器已達到更好的控制電機的效果。</p><p>　　通過實驗表明，在有效距離里我們成功的對電機行了正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、延時30s停止和延時60s停止的控制，LCD液晶顯示

94、器上的顯示隨著受控電機變化正常。由于先前進行了嚴格的器件的挑選，整個紅外遙控器系統(tǒng)的靈敏度、測量精度、穩(wěn)定性都有不錯的表現(xiàn)，達到了本次設計的要求。</p><p>　　通過本次設計，發(fā)現(xiàn)在紅外遙控時有傳輸距離和定向性的限制，該系統(tǒng)只適用于短距離的遙控控制，而且操作時要有一定的角度，如果中間有墻、門窗等障礙物時，紅外線將無法穿透。在對現(xiàn)有紅外遙控技術(shù)的大量文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上，如果采用調(diào)頻或調(diào)幅等發(fā)射接收編碼，可提高遙

95、控距離，并且不受角度的影響。這樣大大的提高了紅外遙控開關(guān)的實用性。</p><p>　　當然，由于時間和本人水平的制約，本設計可能還存在著某些不足之處！希望各位老師和同學們給予指正。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　首先感謝**老師在做論文期間對我的精心指導。在一學期的論文寫作中，從選題、出發(fā)點到初稿、定稿。在此想

96、我的導師表示衷心的感謝并致以崇高的敬意。</p><p>　　畢業(yè)設計是本科最后的一堂課，通過畢業(yè)設計，我們應該更深一步的掌握所學的專業(yè)知識，同時培養(yǎng)一個良好的研究習慣，為以后的學習和工作打下基礎(chǔ)。所以做好畢業(yè)設計是我們每一個大學生的任務，也是我們所殷切希望的，借此來為自己思念的大學生涯交上一份滿意的答卷。</p><p>　　其次要感謝同班的同學給與我的幫助，在畢業(yè)設計過程中他們毫無保留

97、的給我提供硬件方便的知識，協(xié)助我編寫本設計的程序，并且打架一起討論形成極大的學習氛圍，使自己加快了設計的步伐。在此向我的同學表示衷心的感謝。</p><p>　　最后，感謝檢查本人論文的老師，正是您的嚴格要求使本人的設計不斷得到修改和改進。向所有關(guān)心和幫助我的老師們表示最衷心的感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>

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103、h?Speed Infrared Wireless Communication”， IEEE Communications Magazine， 1998；</p><p>　　梁延貴，遙控電路可控硅觸發(fā)電路語音電路. 科學技術(shù)文獻出版社.2002；</p><p>　　胡建，單片機原理及接口技術(shù)教程.北京：機械工業(yè)出版社.2009；</p><p>　　李華，MCS

104、-51系列單片機實用接口技術(shù).北京航天航空大學出版社.1999；</p><p><b>　　附錄1：元件清單</b></p><p><b>　　附錄2：原理圖</b></p><p>　　紅外遙控系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　初始化狀態(tài)

105、 電機正轉(zhuǎn)</p><p>　　電機反轉(zhuǎn) 電機停止狀態(tài)</p><p>　　延時30s停止轉(zhuǎn)動 延時60s停止轉(zhuǎn)動</p><p><b>　　PCB圖</b></p><p>　　紅外發(fā)射部分PCB圖</p>&l