基于单片机的红外发射控制灯的设计

基于单片机的红外发射控制灯的设计摘要：以HSOO38作为红外接收头，介绍了红外遥控信号的单片机软件编码解码方法，包括编码、调制和解码的原理，以及硬件电路和程序实现。经实验测试，该方法能使红外遥控信号可靠发送和接收，并执行相应的功能。关键词：红外遥控;单片机;编码解码1．绪论1.1引言红外遥控是一种无线、非接触控制技术、具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易于实现等显著优点，被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。1.2本设计所要做的工作该设计由硬件和软件共同组成。首先是硬件部分，该系统的最终实现选用的单片处理器（89S52）、键盘、LED显示、单片机的串行接口电路。因此应充分了解单片机，包括存储空间，并行口，串行口，串行通信，定时器等，掌握非编码键盘和LED的动态显示，并要在充分满足系统可实现的功能的基础上考虑到器件的价格，制版的复杂度和软件的实现难度。其次是软件部分，该系统的软件环境是S52，因此应了解S52的编程方法，常用的一些编程技巧，调试运行程序，尽量使程序简洁，易懂，便于移植，编译效率高，健壮性好。为了用计算机解决某一具体问题或实现某一特定的功能，总要先对问题或功能要求进行分析，确定相应的算法和步骤，然后选择相应的指令，并按一定的顺序排列起来，这就构成了解决某一问题或实现某一特定功能的应用程序。编制好的程序通过仿真器进行调试，将调试成功的程序通过T写入器写入到芯片AT89S52中，最后把芯片AT89S52插入连接完毕的硬件系统中投入实际使用。2．系统总体设计方案2.1系统方案选择(1)红外编码和发射部分方案一:专用芯片解决方案。专用红外编码芯片种类很多，如日本三菱公司的M50426AP、PT2262、BL9148、zD6631等，此类芯片一般集载波振荡、编码、发射于一体，具有很强的抗干扰能力，外围电路简单，使用很方便，而且价格也很低。通用的遥控器上大多使用此类专用芯片。但是，专用芯片也有致命的弱点:专用芯片的应用灵活性很差，其内部编码已经固定，无法修改内部数据，不适用于经常需要改动传送数据的场合;专用芯片几乎都是面向指令型的编码遥控方式，传输效率较低;大多数的专用芯片的内部编码及技术数据已经公诸于世，会产生安全漏洞。方案二：微处理器单独解决方案。电路如图（a）所示。该方案使用微处理器的I/O口直接产生38KHZ已调波，驱动红外发光二极管，发射红外数据。38KHZ方波由CPU的定时器产生或由软件编程产生。红外编码工作由软件完成，因此，红外编码方案可以任意设计，外部只需配接非常简单的硬件电路，大大降低了了电路的复杂性，有利于降低成本，减小遥控器的体积。由于使用软件编码方案，占用了CPU的一定的时间，CPU处理速度受到一定的影响，但是，对于遥控器这一类功能比较单一的系统来说，处理任务比较少，根本影响不了CPU的处理效率，仅仅是增加了软件编程的负担。经比较，方案二既可满足题目要求，电路又非常简单，硬件成本又很低，仅仅是增加了软件的编程负担，使得红外编码非常灵活，所以采用该方案。(2)红外接收和解码部分方案一：分立元件解决方案，电路如图2-1所示。图中RD1为红外接收管;R3、R4，VT1构成反相放大器;VT2、R5、C2构成滤波器，滤掉38KHZ的高频载波;R6、R7、VT3构成整形电路，将滤波后的波形处理为较好的方波;Cl、C3为耦合电容;R2为限流电阻，当接收到较强的信号是保护VT1。该方案最大的优点是供电电压比较低，可用两节电池3V电压供电。但是，由于电路使用分立元件构成，其稳定性和抗干扰能力不高，影响红外数据传输的准确性。图2-1低电压红外接收电路方案二：集成电路解决方案，电路如图（b）所示。该方案使用一体化红外接收器，集红外接收和放大于一体，不需任何外接元件，就能完成从红外接收到输出与TTL电平兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样。经比较，方案二既可满足题目要求，电路又非常简单，硬件成本又很低，通过软件编程，使得红外编码非常灵活，所以采用该方案。(3)器件选择：采用12MHZ的晶振；红外接收端采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头：HSOO38；采用89S52进行控制；控制方面采用小灯进行模拟。2.2系统构成框图单片机红外发射电路一体化红外接收头单片机编码调制发送接收解调解码2.3系统工作原理红外遥控有发送和接收两个组成部分：发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。红外接收端普遍采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头(如HSOO38，它接收红外信号频率为38KHz，周期约26US)接收红外信号，它同时对信号进行放大、检波、整形，得到相应电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并执行，去控制相关对象。（1）二进制信号的编码本设计采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码，可由发送单片机来完成。用图2-2(a)表示二制信号中的高电平‘1’，其特征是脉冲中低电平的宽度等于0.26ms，相当于10个26us的宽度，高电平的宽度等于0.52ms，相当于20个26us的宽度；用图2-2(b)表示二进制信号中的低电平‘0’，其特征是脉冲中高电平的宽度等于0.26mS，而低电平的宽度是高电平的二倍，等于0.52ms，相当于20个26us的宽度。上述10个和20个脉冲宽度还可适当调整，以适应不同数据传输速度的需要。图2-2（a）‘1’的表示图2-2（b）‘0’的表示（2）二进制信号的调制二进制信号的调制仍由发送单片机来完成，它把编码后的二进制信号调制成频率为38KHz的间断脉冲串，相当于用二进制信号的编码乘以频率为38KHz的脉冲信号得到的间断脉冲串，即是调制后用于红外发射二极管发送的信号。如图2-3所示，A是二进制信号的编码波形，B是频率为38KHz(周期为26uS)的连续脉冲串，c是经调制后的间断脉冲串(相当于C=A*B)，用于红外发射二极管发送的波形。图2-3中，待发送的二进制数据为10。10个脉冲A发送前的二进制数据0、1编码C=A*B、调制后的二进制信号（发送）T=26us20个脉冲单个脉冲B、脉冲调制图2-3、二进制信号的调制（3）二进制信号的解调二进制信号的解调由一体化红外接收头HSOO38来完成，它把收到的红外信号(图2-4中波形D，也是图2-3中波形(C)经内部处理并解调复原，输出图2-4中波形E(正好是对图2-3中波形A的取反)，HS0038的解调可理解为:在输入有脉冲串时，输出端输出低电平，否则输出高电平。二进制信号的解码由接收单片机来完成的它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码，还原出发送端发送的数据。如图2-4，把波形E解码后还原成数据信息101。D、红外接收头接收的波形（输入）E、解调后的输出波形图2-4、HS0038的输入输出波形（4）基于字节传输的红外遥控数据格式在发送字节的开始先通过单片机发送20个脉冲宽度(每个脉冲周期26uS)的高电平作为传输开始，接着发送8位数据(字节高位在前，低位在后)，最后发送10个脉冲宽度的低电平作为传输结束，如图2-5所示。传输开始8位数据传输结束20个脉冲高位在前,低位在后10个脉冲图2-5基于字节传输的红外遥控数据格式3.硬件电路设计3.1主要器件介绍3.1.1芯片AT89S52（1）主要性能：与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。（2）功能特性描述：At89s52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52（3）管脚说明：P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。（4）振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。（5）时钟电路时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MHZMCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。AT89S52是属于CMOS8位微处理器，它的时钟电路在结构上有别于NMOS型的单片机。CMOS型单片机内部（如AT89S52）有一个可控的负反馈反相放大器，外接晶振（或陶瓷谐振器）和电容组成振荡器，图3－1为CMOS型单片机时