簡單紅外收發(fā)器設計

1、第1章 概述簡單紅外收發(fā)器是在紅外遙控的基礎上，利用紅外線進行點對點的數據通信裝置。目前，其相應的軟件和硬件技術都已比較成熟。它是把紅外線作為載體的遙控方式。紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術，具有結構簡單、制作方便、成本低廉、抗干擾能力強、信息傳輸可靠、易實現(xiàn)，同時，由于采用紅外線收發(fā)器件時，工作電壓低、功耗低、外圍電路簡單等優(yōu)點，因此，被諸多電子設備，特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應用到計算機系統(tǒng)中。系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能：紅外發(fā)射器、紅外接收器，要實現(xiàn)遠距離（10米）的發(fā)射與接收。紅外收發(fā)的特點是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設備。電路調試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調試即

2、可投入工作；編解碼容易。信息可以直接通過紅外光進行調制傳輸，例如，信息直接調制紅外光的強弱進行傳輸，也可以用紅外線產生一定頻率的載波，再用信息對載波進行調制，接收端去掉載波，取到信息。第2章 設計目的及設計要求2.1 設計目的：訓練學生綜合運用己學課程的基本知識，獨立進行單片機應用技術開發(fā)工作，掌握單片機程序設計、調試，應用電路設計、分析及調試檢測。2.2 設計要求： 本次單片機課程設計的設計要求如下：1、 應用mcs-51單片機設計簡單紅外收發(fā)器；2、 選用紅外發(fā)射、紅外接收器，紅外發(fā)射、接收距離大于10m；3、 硬件設計根據設計的任務選定合適的單片機，根據控制對象設計接口電路。設計的單元電

3、路必須有工作原理，器件的作用，分析和計算過程；4、 軟件設計根據電路工作過程，畫出軟件流程圖，根據流程圖編寫相應的程序，進行調試并打印程序清單；5、 原理圖設計根據所確定的設計電路，利用protel等有關工具軟件繪制電路原理圖、pcb板圖、提供元器件清單。第3章 紅外收發(fā)器硬件設計電路及描述按照系統(tǒng)設計的功能的要求，確定設計系統(tǒng)主要由發(fā)射模塊與接收模塊兩部分組成。發(fā)送模塊先由輸入信號，以二進制信號的形式，傳送給單片機，然后單片機將待發(fā)送的二進制信號編碼調制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收模塊普遍采用價格便宜，性能可靠的一體化紅外接收頭接收紅外信號，它同時對信號進行放大

4、、檢波、整形，得到ttl電平的編碼信號，再傳送給單片機，經單片機解碼并由數碼管顯示接收到的數據。輸入信號單片機紅外發(fā)射電路紅外接收頭單片機輸出顯示圖1：總體設計框圖3.1 輸入信號輸入信號要以二進制信號輸入，送給單片機，讓單片機進行識別。若輸入信號不是二進制的，需要進行信號的編碼解碼轉換。3.2 單片機簡介單片機就是在一塊半導體硅片上集成了未處理器（cpu），存儲器（ram,rom,eprom）和各種輸入、輸出接口（定時器/計數器，并行i/o口，串行口，a/d轉換器以及脈寬調制器pwm等），這樣一塊集成電路芯片具有一臺計算機的屬性。mcs-51單片機的類型包含：基本型、增強型、低功耗型、專用型

5、、超8位型、片內閃爍存儲器型。mcs-51單片機的硬件結構：微處理器、數據存儲器、程序存儲器、4個8位并行i/o口、1個串行口、2個16位定時器/計數器、中斷系統(tǒng)、特殊功能寄存器。 圖2：at89c20513.2.1 芯片內部結構at89c2051是一帶有2k字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器（eeprom）的低電壓，高性能8位cmos微型計算機。它采用atmel的高密非易失存儲技術制造并和工業(yè)標準mcs51指令集和引腳結構兼容。通過在單塊芯片上組合通用的cpli和閃速存儲器，atmel at89c2051是一強勁的微型計算機，它對許多嵌入式控制應用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。 3.2.2

6、 芯片功能at89c2051提供以下標準功能：2k字節(jié)閃速存儲器，128字節(jié)ram，15根i/o口，兩個16位定時器，一個五向量兩級中斷結構，一個全雙工串行口，一個精密模擬比較器以及兩種可選 的軟件節(jié)電工作方式?？臻e方停止cpu工作但允許ram、定時器/計數器、串行工作口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram內容但振蕩器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一個硬件復位。3.2.3 芯片復位復位是使cpu和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài), 并從這個狀態(tài)開始工作。無論是在單片機剛開始接上電源時, 還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。89系列單片機的復位信號是從rst引腳輸人到芯片的施密特

7、觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時, 且振蕩器穩(wěn)定后, 如果rst引腳有一個高電平并維持2個機器周期（24個振蕩周期）, 則cpu就可響應并且將系統(tǒng)復位。復位分為手動復位和上電復位。本設計系統(tǒng)采用的是手動復位, 當按下按鈕時, 即使人的動作很快, 也會使按鈕保持通達數十毫秒，所以, 手動復位能確保復位時間要求。3.3 紅外收發(fā)模塊3.3.1 紅外接收硬件設計紅外接收電路主要由單片機、紅外接收頭和顯示部分組成，發(fā)射端發(fā)射的紅外信號經過接受處理，傳給單片機。接收電路使用一體化的紅外接裝置，將發(fā)送的信號接收，放大、檢波、整形，并且經p1.0傳輸可以讓單片機識別的ttl信號，經單片機解碼由數碼管顯示

8、。hs0038一體化紅外接收頭，接收頻率為38khz1khz管腳依次為：如下圖3。連接時，在vcc與gnd之間并入一個0.1uf的電容有助于改進信號質量。其可以用于編碼接收，也可以用于低碼率的數據通訊。其中，它的圓形面為紅外接收面，它與se304紅外發(fā)射管的有效收發(fā)直射距離可達35m。不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與ttl電平信號兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數據傳輸，中心頻率38.0khz。 圖3：hs0038hs0038 信號電平:38khz 紅外發(fā)射接收到時：out低電平輸出38khz 紅外發(fā)射接收不到時：out高電平輸出

9、 3.3.2 紅外發(fā)射硬件設計根據系統(tǒng)設計要求，紅外發(fā)送、接收距離10m，即要提高紅外線作用距離，那么就應該提高發(fā)射管的瞬時發(fā)射功率，降低其平均功率。而采用一定的占空比的脈沖發(fā)射是解決發(fā)射功率與作用距離的有效途徑。同時，加裝聚光透鏡，以改善其發(fā)射指向性能，提高作用距離。紅外光束編碼收發(fā)系統(tǒng)的有效作用距離是由饋送進發(fā)射led的電流峰值所決定的，電流平均值越小，其功率越高。改變r2的值，可以改變發(fā)射的距離。 ， 公式（1） 為電路工作電壓，為管的工作電壓，為發(fā)射管的正向電流，為發(fā)射管的耗損功率。se304紅外發(fā)射管特性：耗損功率：=100mw； 正向電流：=50ma； 反向電壓：=5v;圖4：紅外

10、發(fā)射二極管電路簡圖3.4 輸出顯示顯示電路，可以才有數碼管，得出接收到的數據。數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個發(fā)光二極管單元；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數碼管； 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(com)的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極com接到+5v，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數碼管。共陰數碼管在應用時應將公共極c

11、om接到地線gnd上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。第4章 紅外收發(fā)器軟件設計流程及描述4.1 紅外發(fā)射電路主程序流程圖首先是初始化出入信號和紅外發(fā)射端口的參數值，然后讓單片機掃描檢測信號，如果有信號輸入就讓紅外發(fā)射管發(fā)射出去。開始輸入信號初始化，紅外發(fā)射端口信號掃描紅外數據發(fā)射圖5：發(fā)射主程序流程圖4.2 紅外接收電路主程序流程圖 首先初始化紅外接收端口，然后檢測是否接收紅外信號，如果接收到紅外信號就調用接收子程序，然后就通過數碼管顯示當前l(fā)ed燈熄滅的狀態(tài)如此循環(huán)。開始初始化紅外接收端口接收到紅外信號調用接收程序數碼管顯示

12、結束yn圖6：紅外接收主程序流程圖第5章 源程序代碼5.1 發(fā)射模塊程序 org 0000h ajmp start ;轉主程序 org 001b ajmp int1 ;轉定時器t1 org 0030hstart： lcall scan ; 按鍵掃描 jnb kesy，start ;判斷是否有鍵按下 clr kesy ;右鍵按下，則清零 mov b,a ;鍵值送給b lcall red_send ;調用紅外子程序 ajmp start ;等待循環(huán)red_send： mov tmod,#20h ;定時器t1工作方式2 mov th1,#0e8h mov tl1,#0e8h ;標準38k脈沖頻率 m

13、ov ie,#88h ;允許t1中斷使能 setb tr1 ;啟動t1 setb p1.0 ;紅外發(fā)送管控制io口red_end1： mov a,b ;從b中取數據 mov r4,#8 ;發(fā)送8位 mov r5,#20 ;傳輸開始(同步幀)，發(fā)送20 個脈沖 lcall delay1 ;調用一次子程序delay1，產生一個周期26us的脈沖red_end2： rlc a ;先發(fā)送字節(jié)的高位 jc red_d ;判斷是發(fā)送0還是1 mov r5，#20 ;發(fā)送編碼0，先發(fā)送20個脈 沖寬度的低電平 lcall delay2 ;調用一次子程序delay2，產生寬度26us 的低電平 mov r5，

14、#10 ;再發(fā)送10個脈沖 lcall delay1 limp jieshu ;調轉判斷發(fā)送結束 red_d： mov r5，#10 ;發(fā)送編碼1,先發(fā)送10個脈沖寬度的低電平 lcall delay2 mov r5，#10 ;在發(fā)送10個脈沖的高電平 lcall delay1jieshu: djnz r4,red_send ; 發(fā)送8位未完，繼續(xù) mov r5,#10 ;8位傳輸結束，再發(fā)送10個脈沖寬度的低電平(結束幀) lcall delay2 retdelay1: nop ;0.5us mov r6,#11 ;0.5us djnz r6,$ ;11x1us=11us clr p1.0

15、;1us mov r6,#11 ;0.5us djnz r6,$ ;11us djnz r5,delay1 ;判斷20個脈沖是否結束，1us ret ;1usdelay2: clr p1.0 ;0.5us; mov r6,#24 ;0.5us djnz r6,$ ;24us ret ;1us5.2 輸入信號的掃描程序scan: mov p0,#0fh ;p0.0 p0.3作行輸入線 mov p2,#00h ;p2.0p2.3作列輸出線 mov a,p0 cjne a,#0fh,scan_key ;行線全為“1”，無輸入信號， steb c ret cscan_key: clr c ;行線為非全

16、“1”，有輸入信號，0cy返回 retkeyn: mov p0,#0fh mov a,p0 cjne a,#0fh,keyn1 ;有信號，轉移keyn1 setb c ;無信號，1cy返回 retkeny1: lcall delay ;調用延時10ms,消除抖動 cjne a,#0fh,keyn ;確認信號 anl a,#0fh mov b,a ;保存p0低位狀態(tài)mov p0,#00hmov p2,#0fh ;行線、列線翻轉mov a,p2 ;讀輸入列線的的狀態(tài)anl a,#0fhorl b,a ;信號送bmov dptr;#ktab ;dptr指向表首地址mov r3,#0 ;計數器r3清零

17、keyn2:mov a,r3movc a,a+dptr ;取輸入信號cjne a,b,next ;不符合繼續(xù)mov a,r3 ;信號aclr c ;0cy已得到信號retnext: inc r3 ;信號加1ajmp keyn2 ;循環(huán)ktab: db 0eeh,0edh,0ebh,0e7h,0deh,0ddh,0dbh,0d7h db 0beh,0bdh,0bbh,0b7h,07eh,07dh,07bh,077h5.3 紅外接收模塊程序 org 0000h ajmp start org 001bh ajmp int1 org 0030hrece: mov r5,#8 ; 接收8位 jb p1.

18、0,$ ; 等待同步幀，同步幀為低電平 mov r7,#15 ; 同步幀(低電平)到來后，延時等待15個脈沖的時間 lcall delay0 ; 調用一次子程序delay0。產生一個26 的延時 jb p1.0,rece ; 延時15個脈沖后，若p1.0=1，轉rece重新檢測 jnb p1.0,$ ; 延時15個脈沖后，若p1.0還是0，傳輸開始，再等編碼中的高電平rece_1: mov r7, #15 ; 編碼中的高電平到來后，延時15個脈沖的時間 lcall delay0 jnb p1.0,re1 ; 延時15個脈沖后，p1.0=0轉re1，p1.0=1順序執(zhí)行 clr c ; p1.0

19、=1時應解碼為0,使標志c清0 rlc a ; 把標志c=0移入寄存器a中，經8次移位到a的高位,跳過后續(xù)高電平 jb p1.0, $ ; 再跳過后續(xù)低電平 jnb p1.0,$ ; 轉接收下一位re1: setb c ; p1.0=0時應解碼為1，使標志c置1 rlc a ; 把標志c=0移入寄存器a中 jnb p1.0,$next: djnz r5,rece_1 ; 8位未接收完，繼續(xù) retdelay0: nop ;0.5us mov r6,#24 ;0.5us djnz r6,$ ;24us djnz r7,delay0 ;每次1us retstart: jb p1.0，$ ;等待接收

20、數據lcall rece ;調用發(fā)送程序 mov a,r2 ;接收到的數據存到a中ajmp $ ;循環(huán)等待5.4 輸出顯示程序display: mov dptr,#tab ;dptr指向顯示值表首地址 mov a,r2 ;要顯示的低位值送a movc a,a+dptr ;從表中取顯示值 mov p0,a ;a值送數碼管各位 clr p2.6 ;低位位控制位清0 setb p2.6 ;低位位控制位值1 mov a,r1 ;要顯示的高位值送a movc a,a+dptr ;從表中取顯示值 mov p0,a ;a值送數碼管各位 clr p2.7 ;高位位控制位清0 setb p2.7 ;高位位控制位

21、置1 rettab: db c0h,f9h,a4h,b0h ;0,1,2,3 db 99h,92h,82h,f8h ;4,5,6,7 db 80h,90h,88h,83h ;8,9,a,b db c6h,a1h,86h,8eh ;c,d,e,f第6章 紅外收發(fā)器的設計原理圖6.1 紅外接收模塊電路圖 圖7：紅外接收模塊電路圖6.2 紅外發(fā)射模塊電路圖圖8：紅外發(fā)射模塊電路圖第7章 課程設計體會這次課程設計是對我們學習微機原理及單片機課程的檢驗及實際應用能力的一次提高。我們所設計的是紅外收發(fā)器。所能實現(xiàn)的是紅外的發(fā)射和接收，發(fā)射部分通過鍵盤輸入數字通過at89c51編碼并用紅外二極管發(fā)射出去。接

22、收部分通過另外一塊at89c51通過中斷方式接收紅外信號并解碼，最后從數碼管顯示所按下的鍵號。原理圖的設計時我們使用了altium6.0這個強大的繪圖工具，由于一些實際的器件在器件庫中無法找到，我們只有自己制作，在這個過程中我們學到了很多的知識和方法。在制作pcb印刷電路板的時候，很多器件的封裝與實際尺寸存在很大的差別，為了獲得準確的封裝，我們實際測量了所給器件的大小與規(guī)格，自己制作與之匹配的封裝庫，這讓我們明白實踐是出真知的唯一途徑，只有親自動手，實際才能測試才能獲得最可靠的設計數據。當然我們也出現(xiàn)了嚴重的失誤，由于對電源與地的距離估計不足，導致兩者過近，出現(xiàn)了短接的危險。因此我們不得不重新處理這個問題，這個教訓也告誡了我們，對于任何小的細節(jié)都不能掉以輕心，小的疏忽也會造成大的損失。對于電路圖和電路板都應當采取科學謹慎的態(tài)度，這是保證是的基本實驗結果產生的前提，在正式焊接前，對電路板的核查測試應當細心備至，反復檢測才不會導致最終的失敗。程序的編寫過程也給了我們很大的收獲。在編寫程序之前，我們查閱了大量的相關資料，力求做到規(guī)范清晰。在把握了整體的思路后，我們先從程序流程圖著手，將整個程序分成若干模塊，分開編寫，一邊發(fā)現(xiàn)問題一邊解決