（畢業(yè)設(shè)計）單片機(jī)紅外通信系統(tǒng)設(shè)計（完整版）

1、摘摘 要要在許多基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要實現(xiàn)遙控功能，而紅外通信則是被采用較多的一種方法。本文闡述紅外通信的基本工作原理,設(shè)計適合單片機(jī)系統(tǒng)的紅外通信方案，以及具體的單片機(jī)串行口擴(kuò)展紅外接口電路，并說明其工作原理。給出應(yīng)用于紅外通信的程序流程圖，并指出在實施過程中應(yīng)注意的一些問題。一般市場上的遙控器協(xié)議簡單、保密性不強(qiáng)、抗干擾能力較弱。在這里我們介紹的是一種基于字節(jié)傳輸?shù)募t外串行口電路系統(tǒng)，此電路可以適合于各種復(fù)雜的應(yīng)用場合，能很廣泛的應(yīng)用于各種實際產(chǎn)品當(dāng)中。關(guān)鍵詞：單片機(jī)關(guān)鍵詞：單片機(jī) 紅外通信紅外通信 串行接口串行接口 abstractamong a lot of applicat

2、ion system based on single chip microprocessor, the system needs realize remote control function, infrared communication is frequdntly adopted as one method. this text explains the basic operation principle of infrared communication, designs infrared communication scheme which suits to single chip m

3、icroprocessor system, and designs expand infrared concrete of single chip microprocessor serial port circuit, prove its operation principle .it provides the procedure graphic apply to infrared communication, and points out some questions that should be paid attention to in the course of implementing

4、. shaking the accusing of device agreement on the general market is simple, privacy is not strong, anti-interference ability is relatively weak. what we introduced is a kind of infrared remote control circuit system based on byte transmission circuit here can suit various kinds of complicated applic

5、ation occasion, and can be very much extensive to apply to various kinds of actual productionskey words: single chip microprocessor，infrared communication, serial interface目目 錄錄第一章第一章 緒論緒論.1第二章第二章 方案設(shè)計方案設(shè)計.32.1 紅外通信的基本原理.32.2 設(shè)計要求及總體方案.3第三章第三章 紅外發(fā)射系統(tǒng)紅外發(fā)射系統(tǒng).53.1 紅外發(fā)射系統(tǒng)的基本工作原理.53.2 at89c51 單片機(jī)最小系統(tǒng) .53

6、.3 顯示器接口電路.93.4 鍵盤接口電路.103.5 電源電路.113.6 38kkhz振蕩器.123.7 調(diào)制及驅(qū)動電路.12第四章第四章 紅外接收系統(tǒng)紅外接收系統(tǒng).154.1 紅外接收系統(tǒng)的基本原理.154.2 紅外接收前置放大電路.154.3 頻率解調(diào)電路.16第五章第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計.205.1 鍵盤程序設(shè)計.205.2 顯示程序設(shè)計.215.3 串行口波特率發(fā)生器設(shè)置.235.4 系統(tǒng)總程序設(shè)計.26結(jié)結(jié) 論論.28參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).29致致 謝謝.30第一章第一章 緒論緒論科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使紅外通信深入到各行各業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。例如單相電度表抄表系統(tǒng)；紅外探

7、頭；紅外遙控系統(tǒng)；筆記本電腦，手機(jī)，pda，無線耳機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品。在很多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常利用非電信號（如光信號、超聲波信號等）傳送控制信息和數(shù)據(jù)信息，以實現(xiàn)遙控或遙測的功能。無線紅外數(shù)字通信是以紅外線作為載體來傳送數(shù)據(jù)信息.它作為無線通信的一種，與無線電通信相比，由于其性能價格比高，實現(xiàn)簡單，具有抗電磁干擾、便于高速應(yīng)用、空間接入靈活、經(jīng)濟(jì)的特點，可用于室內(nèi)外實現(xiàn)點對點、無線紅外 lan 通信及軍用紅外引信.正在應(yīng)用的有 isdn 的紅外無線接入、分布式視頻紅外無線接入、atm 網(wǎng)的紅外無線接入等.在無線紅外數(shù)字通信中已有了兩個標(biāo)準(zhǔn)：irda 及 ieee802.11，以便于規(guī)范化工作.

8、紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(irda)是 1993 年 6 月成立的一個獨立組織,它為短距離紅外無線數(shù)據(jù)通信制定了一系列開放的標(biāo)準(zhǔn)。irda 的目標(biāo)是制定能以合理且較小的代價實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議,以推進(jìn)紅外通信的發(fā)展。紅外線通信，通常又叫紅外光通信，是利用紅外線來傳送信息的一種通信方式。紅外線通信分為以光纜為傳輸介質(zhì)的有線通信和用無線電波來傳輸?shù)臒o線光通信。紅外線通信所傳輸?shù)膬?nèi)容是多樣的，可以是音頻信號，也可以是視頻信號；可以是模擬信號，也可以是數(shù)字信號。被傳送的低頻信號一般不能直接作遠(yuǎn)距離傳輸。需經(jīng)過放大后去對發(fā)射機(jī)中高頻振蕩進(jìn)行調(diào)制，使高頻振蕩的頻率隨低頻信號而改變1。然后將此攜帶有低頻信號的已調(diào)高頻振蕩經(jīng)

9、功率放大到實際需要的功率，通過一定的媒介向周圍空間輻射。在接收端，利用接收元件（如天線、紅外接收管等等）將接收到的微弱電磁波或紅外光變?yōu)橐颜{(diào)波電流，經(jīng)高頻放大器選擇出所需要接收的信號，并同時放大信號。放大后的高頻已調(diào)信號與本振頻率相混頻，變?yōu)轭l率較低且固定的中頻已調(diào)信號，經(jīng)中頻放大器放大后，由鑒頻器檢出原來的調(diào)制信號，再經(jīng)低頻放大級放大去推動終端設(shè)備。紅外線受人們青睞的原因是它的穿透能力強(qiáng)，容易繞過霧、塵埃等，還可以定向發(fā)射。正因為紅外線具有如此優(yōu)點，僅在軍事上紅外線就有很多用途，如：夜視機(jī)器、紅外照相、紅外雷達(dá)等。此外，紅外線被廣泛的應(yīng)用于自動控制、通信、家用電器等領(lǐng)域。如普遍應(yīng)用于彩電、錄

10、像機(jī)以及空調(diào)等的紅外遙控，用紅外遙控器在幾米到幾十米遠(yuǎn)距離的直視范圍內(nèi)任何位置，都可以任意地實現(xiàn)各種家用的遙控。本文將要介紹的是紅外線通信的一種應(yīng)用形式利用紅外線來傳送單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號，這是一種紅外線無線光通信電路。目前這種方式主要用于室內(nèi)，如構(gòu)成無繩電話及無繩耳機(jī)系統(tǒng)等。紅外線的傳輸距離雖然不遠(yuǎn)，但應(yīng)用于辦公室和家庭已綽綽有余。由于可免去布線的麻煩，故它具有有線光通信無法比擬的優(yōu)點。第二章第二章 方案方案設(shè)計設(shè)計2.1 紅外通信的基本原理紅外通信的基本原理紅外通信的基本原理是發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號調(diào)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。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈

11、寬調(diào)制（pwm）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制（ppm）兩種方法。本文是利用950nm 近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發(fā)送端采用脈時調(diào)制（ppm）方式也就是（fsk）頻移鍵控的方式，將二進(jìn)制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號后輸出。簡而言之，紅外通信的實質(zhì)就是對二進(jìn)制數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。2.2 設(shè)計要求及總體方案設(shè)計要求及總體方案一、設(shè)計要求1、

12、 傳輸距離：距離2 米2、 采用光源：紅外發(fā)光管 3、 信號頻率范圍：中心頻率 38khz二、系統(tǒng)總體設(shè)計方案系統(tǒng)總體框圖如圖 2.1 所示。紅外通信系統(tǒng)是由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)組成。發(fā)射電路由 38khz 振蕩器、頻率調(diào)制器、驅(qū)動電路及紅外線發(fā)射電路組成。接收電路由前置放大、選頻電路、頻率解調(diào)電路、紅外接收電路組成。發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)框圖如圖 2.2 和2.3 所示。本文設(shè)計的是單片機(jī)之間通過紅外收發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行通信，系統(tǒng)中通過單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生調(diào)制信號，然后驅(qū)動紅外發(fā)光管將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，接收端對接收到的信號進(jìn)行放大、選頻、識別之后提取數(shù)據(jù)信號。圖 2.1 系統(tǒng)總體框圖圖 2.2 發(fā)

13、射系統(tǒng)框圖 38kz 圖 2.3 接收系統(tǒng)框圖 考慮到紅外光反射的原因，在全雙工方式下發(fā)送的信號也可能會被本身接收，因此紅外通信需采用異步半雙工方式，即通信的某一方發(fā)送和接收是交替進(jìn)行的。這里設(shè)置單片機(jī)的串行口采用方式1 通信；通信的數(shù)據(jù)格式為每幀 10 位，包括 1 位起始位、8 位數(shù)據(jù)位和 1 位停止位；片內(nèi)定時器 t1 作為波特率發(fā)生器，選擇傳送的波特率為 1200bps，則定時器 t1 的初值應(yīng)設(shè)置為 tl1=th1=e8h，另外應(yīng)禁止定時器 t1 中斷，以免因定時器 t1 溢出而產(chǎn)生不必要的中斷。系統(tǒng)在上電后處于接收狀態(tài)。第三章第三章 紅外發(fā)射系統(tǒng)紅外發(fā)射系統(tǒng)單片機(jī)本身并不具備紅外通

14、信接口，可以利用單片機(jī)的串行接口與外圍的紅外發(fā)射電路和接收電路，組成應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的紅外串行通信接口。3.1 紅外發(fā)射紅外發(fā)射系統(tǒng)的基本工作原理系統(tǒng)的基本工作原理紅外發(fā)射電路包括脈沖振蕩器、外接電源的濾波電容、紅外發(fā)射管 d3 和 d4、一個與門 74ls08 和一個非門 74ls04 等部分組成。其中脈沖振蕩器由 ne555 定時器、電阻和電容組成，用以產(chǎn)生38khz 的脈沖序列作為載波信號；發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。紅外發(fā)射電路的工作原理為：由單片機(jī)的串行口輸出端輸出的串行數(shù)據(jù)去調(diào)制脈沖振蕩器 ne555 發(fā)出的載波信號，然后用載波信號驅(qū)動紅外發(fā)射管 d3 和 d4 以光脈沖的

15、形式向外發(fā)送。其中，為保證紅外接收模塊能夠接收的準(zhǔn)確性，要求發(fā)送端載波信號的頻率應(yīng)盡可能接近 38khz，因此在設(shè)計脈沖振蕩器時，要選用精密元件并保證電源電壓穩(wěn)定。3.2 at89c51 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)是整個硬件系統(tǒng)的核心，它即協(xié)調(diào)整機(jī)工作，又是數(shù)據(jù)處理器，是軟硬件系統(tǒng)連接的橋梁。at89c51 是一種帶 4k 字節(jié)閃存（可編程、可擦除、只讀存儲器）的低電壓，高性能 cmos 8 位微處理器。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(biāo)準(zhǔn)的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel 的

16、 at89c51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。at89c51 主要特點如下：（1）面向控制的 8 位 cpu：它與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分。運算器用來進(jìn)行算術(shù)、邏輯運算和位操作。主要包括算數(shù)邏輯運算單元 alu,，累加器 a、寄存器b，程序狀態(tài)字寄存器 psw 以及 bcd 碼修正電路等。（2）128b 內(nèi)部 ram 數(shù)據(jù)存儲器：片內(nèi)為 128 字節(jié)，字節(jié)地址為 00h7fh，其中 00h1fh 的 32 個單元是 4 組通用工作寄存器區(qū)，每個區(qū)含 8 個 8 位寄存器，編號為 r7r0。地址為 20h2fh 的 16

17、個單元可進(jìn)行共 128 位的位尋址，這些單元構(gòu)成了 1 位處理機(jī)的存儲器空間。單元中的每一位都有自己的位地址，這 16 個單元也可以進(jìn)行字節(jié)尋址。地址為 30h3fh 的單元為用戶 ram 區(qū)，只能進(jìn)行字節(jié)尋址。片外最多可以達(dá)到 64kb，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器，128 個字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器以高速 ram 的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，以加快單片機(jī)運行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的 ram 還可以降低功耗。（3）32 位雙向輸入/輸出線。（4）1 個全雙工的異步串行口：具有四種工作方式?？梢杂脕磉M(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行 i/o 口甚至與多個

18、單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的應(yīng)用更強(qiáng)而且更廣。（5）2 個 16 位定時器/計數(shù)器：at89c51 單片機(jī)有兩個 16 位定時器 t1 和 t0，他們各由兩個獨立的 8 位寄存器組成，共有 4 個獨立的寄存器：th1、tl1、th0、tl0，可以分別對這 4 個寄存器進(jìn)行字節(jié)尋址，但不能把 t1 或當(dāng)作一個 16 位寄存器來尋址訪問。具有四種工作方式在單片機(jī)的應(yīng)用中，往往需要精確的定時，或?qū)ν獠渴录M(jìn)行記數(shù)。為提高單片機(jī)的實時控制能力，因而需要在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時器/計數(shù)器部件。（6）5 個中斷源，2 個優(yōu)先級。（7）時鐘發(fā)生器。（8）尋址 64kb 的程序存貯器和 64kb 的外部

19、數(shù)據(jù)存貯器。 （9）21 個特殊功能寄存器（sfr）：用于對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的 ram 區(qū)。mcs-51 外部存貯器和 i/o 是統(tǒng)一編址的，都是同一個 64kb 的外部 ram 空間，cpu 對它們具有相同的操作功能。at89c51 單片機(jī)有 4 個雙向 8 位輸入輸出口 p0-p3 口，每一個都由口鎖存器，輸出緩沖器和輸入緩沖器組成。它們的口鎖存器結(jié)構(gòu)相同，但輸入和輸出驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)不同。p1、p2、p3 口內(nèi)部沒有拉高電路，稱三態(tài)雙向 i/o 口。p1、p2、p3 可以驅(qū)動四個 lsttl電路，p0 口可以驅(qū)動 8

20、個 lsttl 電路。p0 口：p0 口的字節(jié)地址為 80h，位地址位 80h87h?？诘母魑豢诰€具有完全相同但又互相獨立的邏輯電路，對于內(nèi)部有程序存貯器的單片機(jī)，p0 口可以做為輸入或者輸出口使用，直接連外部的輸入，輸出設(shè)備，也可作為系統(tǒng)擴(kuò)展的地址/數(shù)據(jù)總線口，對于內(nèi)部設(shè)有程序存貯器的單片機(jī)，p0 口只能作為地址/數(shù)據(jù)總線使用。p1 口：p1 口的地址為 80h，位地址為 90h97h。輸出時，將“1”寫入 p1 口的某一位鎖存器，則端上的輸出場效應(yīng)管截止，該q位的輸出引腳內(nèi)部的拉高電阻拉成高電平，輸出“1”。將“0”寫入口鎖存器，輸出場效應(yīng)管導(dǎo)通，引腳內(nèi)輸出低電平，輸出“0”。p1 口某一

21、位作為輸入線時，該位的口鎖存器必保持“1”，使場效應(yīng)管截止，該位引腳由內(nèi)部拉高電路拉成高電平，也可有外部的電路拉成低電平。cpu 讀 p1 引腳狀態(tài)時實際就是讀出外部電路的輸入信息。p2 口：p2 口的字節(jié)地址為 a0h，位地址為 a0ha7h 供系統(tǒng)擴(kuò)展時作高 8 位地址線用，如果沒有系統(tǒng)擴(kuò)展，例如使用 8051 單片機(jī)不擴(kuò)展外部存貯器時，p2 口也可以作為用戶 i/o 口線使用。在實際應(yīng)用中 p2 口往往作為為系統(tǒng)提供高位地址使用。p3 口：p3 口的字節(jié)地址為 b0h，位地址為 b0hb7h 是雙功能口，該口的每一位均可獨立地定義為第一 i/o 功能或者第二 i/o 功能。作為第一功能使

22、用時，口的結(jié)構(gòu)與操作與 p1 口相同。但因為p3 口經(jīng)常作為系統(tǒng)的第二功能使用。所以在 p3 口上增加了一個第二功能控制邏輯。圖 3.1 at89c51 最小系統(tǒng)at89c51 最小系統(tǒng)如圖 3.1 所示，其中 k1、 k2、k3 和 k4 為上拉電阻，st 為 12mhz 的晶振；r2、r3 和 c3 構(gòu)成復(fù)位電路。在本系統(tǒng)設(shè)計中，at89c51 微控制器的引腳功能分配如下：p00p07 為數(shù)碼管的段碼驅(qū)動端；p20p25 為數(shù)碼管的位碼驅(qū)動端；p10p17 為鍵盤輸入端；txd、rxd 為數(shù)據(jù)發(fā)送端和接收端；wr、rd 為數(shù)據(jù)發(fā)送和接收狀態(tài)指示輸出端。3.3 顯示器接口電路顯示器接口電路顯

23、示電路采用 led 顯示。顯示器的顯示方法有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。顯示器位數(shù)較少時，采用靜態(tài)顯示的方法是合適的。當(dāng)位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需的 i/o 太多，一般采用動態(tài)顯示方法，所以在系統(tǒng)中我們采用動態(tài)顯示。顯示器接口電路如圖 3.2 所示。led 顯示器采用單片機(jī)的 i/o口直接驅(qū)動數(shù)碼管，其中 p00p07 為段碼驅(qū)動端，p20p25 為位碼驅(qū)動端，缺省時顯示 0。d1 和 d2 為狀態(tài)指示，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時，d1 發(fā)光；當(dāng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收時，d2 發(fā)光。圖 3.2 顯示器接口電路3.4 鍵盤接口電路鍵盤接口電路鍵盤采用獨立式鍵盤直接與 at89c51 的 p10p17 口相接。接

24、口電路如圖 3.3 所示。s0s5 用于修改數(shù)碼管 led0led5 上顯示的數(shù)據(jù)；s6 用于啟動數(shù)據(jù)發(fā)送；s7 為功能設(shè)置鍵，當(dāng) s7 按下奇數(shù)次時，s0s5 用于修改數(shù)碼管 led0led5 上顯示的數(shù)據(jù)減，當(dāng) s7按下偶數(shù)次時，s0s5 用于修改數(shù)碼管 led0led5 上顯示的數(shù)據(jù)加，系統(tǒng)上電復(fù)位之后，初始化為加。k4 為上拉電阻排。 圖 3.7 鍵盤接口電路3.5 電源電路電源電路電源電路由變壓器和整流穩(wěn)壓電路組成。變壓器用于將 220v交流電壓轉(zhuǎn)換為 9v 的低壓交流電；整流電路用于將低壓交流電整流為脈動電壓，該脈動電壓與濾波電容 e1、e2 相連，形成較平滑的直流電壓。將直流電壓

25、送入三端穩(wěn)壓器 mc7805 輸入端 vin 后，在輸出端形成+5v 直流穩(wěn)壓電壓，供單片機(jī)和測量電路使用。電容e3、e4 起到濾波的作用。電源電路如圖 3.4 所示。圖 3.4 電源電路3.6 38kkhz 振蕩器振蕩器系統(tǒng)中采用 ne555 構(gòu)成多諧振蕩器，發(fā)出 38khz 的方波，作為紅外的載波信號，實現(xiàn)電路如圖 3.5 所示。其中 square 為38khz 的方波輸出端。圖 3.5 ne555 構(gòu)成的 38khz 的振蕩器3.7 調(diào)制調(diào)制及驅(qū)動電路及驅(qū)動電路調(diào)制電路主要是運用單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號對載波信號進(jìn)行調(diào)制，形成調(diào)制信號，然后運用調(diào)制信號驅(qū)動紅外發(fā)光管將載有數(shù)字信號的載波信號發(fā)

26、送出去，其顯示電路如圖 3.6 所示，各點波形如圖 3.7 所示。其中 square 為 38khz 載波輸入端，tx 與單片機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送端相連接，data 為調(diào)制信號輸出端。由于 lm567 鎖定時，輸出端輸出低電平，所以將輸入的數(shù)字信號倒相之后再去調(diào)制載波信號。圖 3.8 為發(fā)射驅(qū)動電路，se1 和 se2 為紅外發(fā)射管，系統(tǒng)采用兩個是為了增強(qiáng)發(fā)射強(qiáng)度，系統(tǒng)采用 q1 放大驅(qū)動紅外發(fā)射管，data 為調(diào)頻信號輸入端。圖 3.6 調(diào)制電路圖 3.7 各點信號波形 圖 3.8 發(fā)射驅(qū)動電路 第四章第四章 紅外接收系統(tǒng)紅外接收系統(tǒng)4.1 紅外紅外接收系統(tǒng)的基本原理接收系統(tǒng)的基本原理紅外接收電路包括

27、紅外接收管 d1 和 d2、信號放大電路、解調(diào)電路等部分。其中信號放大電路由 lm358、電阻和電容組成，用以將接收到的 38khz 的脈沖序列調(diào)制信號放大；解調(diào)電路由 lm567、電阻和電容組成。接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，來接收 950nm 的紅外光束。即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收電路的工作原理為：首先，通過紅外光敏元件將接收到的載波頻率為 38khz 的脈沖調(diào)制紅外光信號轉(zhuǎn)化為電信號，再由前放大電路進(jìn)行放大處理。然后通過解調(diào)電路 lm567 將其解調(diào)成數(shù)字基帶信號，并通過

28、rxd 端口接收的數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)。4.2 紅外接收前置放大電路紅外接收前置放大電路紅外接收電路如圖 4.1 所示。圖中 re1、re2 為紅外發(fā)光管，采用兩個是為了增強(qiáng)接收靈敏度。接收到紅外信號通過 lm358兩級放大之后輸出給 lm567 的輸入端，其中 r1 和 r2 的作用是為放大器提供直流工作點。 圖 4.1 紅外接收電路4.3 頻率解調(diào)頻率解調(diào)電路電路一、頻率解調(diào)器的作用是將調(diào)頻信號還原出數(shù)據(jù)信號。在紅外線通信系統(tǒng)中，頻率解調(diào)器大多采用鎖相環(huán)構(gòu)成。由鎖相環(huán)路構(gòu)成的頻率解調(diào)器的原理可由圖 4.2 來說明。圖 4.2 鎖相環(huán)頻率解調(diào)器原理圖已調(diào)頻的信號作用于環(huán)路的輸入端時，為了維持環(huán)路

29、的鎖定，必須使壓控振蕩器的頻率要精確地跟蹤輸入信號的頻率。系統(tǒng)中采用 lm567 音頻鎖相環(huán)電路，對接收到的紅外信號進(jìn)行解調(diào)。 二、音頻鎖相環(huán) lm567 的原理圖 4.3 是 lm567 的內(nèi)部框圖，它由相位比較器、壓控振蕩器、正交相位檢波器、邏輯輸出放大器等幾部分構(gòu)成。圖 4.3 lm567 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 4.4 是作選頻時的電路，lm567 的第 5 腳和 6 腳外接定時電阻和電容決定鎖相環(huán)內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率。第 2 腳對地接電容 c2為相位比較器輸出的低通濾波器。第2 腳所接電容 c2對鎖相環(huán)的捕捉帶寬 bw 有影響。c2及壓控振蕩器中心頻率越大，捕捉帶寬 bw 越窄。因此，在輸入

30、信號幅度及壓控振蕩器頻率已確定的情況下，可通過改變低通濾波電容c2來擴(kuò)展或收縮捕捉帶寬。 圖 4.4 選頻電路第一腳對地接一電容 c1為正交相位檢波器的輸出濾波，其外部功能作如下描述： 第 3 腳為信號輸入端，要求輸入信號的幅度大于 25mv，最佳值為 200mv 左右。lm567 的輸入信號的頻率落在其內(nèi)部壓控振蕩器中心頻率f0附近時，邏輯輸出端 8 腳將由原高電平變?yōu)榈碗娖?，輸出一個負(fù)脈沖?？梢?，利用 lm567 的 8 腳輸出，不僅可以實現(xiàn)選頻，而且還有脈沖形成功能，用 8 腳輸出的負(fù)脈沖去觸發(fā)記憶電路，最終便可實現(xiàn)某種功能的控制。lm567 作為選頻電路，具有電路簡單、功能多、體積小等

31、優(yōu)點。lm567 作為選頻電路時的結(jié)構(gòu)如圖 4-8 所示。改變 rp 可非常方便地改變選頻頻率。由于 8 腳為集電極開路輸出，故實際應(yīng)用時，其 8 腳應(yīng)接一上拉電阻 r1至電源正極 vdd。lm567 的主要參數(shù)如下：（1）電源電壓 4.759v（2）靜態(tài)工作電流 8ma（3）最高工作頻率 500khz（4）8 腳最大吸收電流 100ma。 三、實現(xiàn)電路接收系統(tǒng)采用的頻率解調(diào)電路如圖 4.5 所示。將 lm567的中心頻率鎖定在 38khz 上。接收到的紅外載波信號從receive 端輸入，當(dāng)輸入為 38khz 的載波信號時，lm567的 8 腳輸出低電平；當(dāng)沒有 38khz 的載波信號輸入時

32、，lm567 的 8 腳輸出高電平，通過 lm567 的解調(diào)，將載波中的數(shù)字信號還原出來。 圖 4.5 頻率解調(diào)電路 第五章第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 鍵盤程序設(shè)計鍵盤程序設(shè)計設(shè)計鍵盤程序流程圖如圖 5.1 所示：圖 5.1 鍵盤程序流程圖 鍵盤掃描程序如下：/鍵盤掃描int scan(void) int scancode; scancode=p1; scancode= scancode; if (scancode!=0) return 1; else return 0;5.2 顯示程序設(shè)計顯示程序設(shè)計點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。顯示器位數(shù)較少時，采用靜態(tài)顯示的方法是合適的。當(dāng)

33、位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需的i/o 太多，一般采用動態(tài)顯示方法。本系統(tǒng)采用動態(tài)顯示。顯示流程圖如圖 5.2 所示： 圖 5.2 顯示程序流程圖數(shù)碼管顯示程序如下：/*延時子程序*/void delay(int xc) int i; for(i=0;ixc;i+) ;/*led 顯示*/void led(void) int j,k; for(j=0;j6;j+) k=bufferj; p0=table0k; p2=table1j; delay(150); 5.3 串行口波特率發(fā)生器設(shè)置串行口波特率發(fā)生器設(shè)置at89c51 單片機(jī)內(nèi)部有 1 個功能很強(qiáng)的全雙工串行口，可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。它有 4

34、 種工作方式，可供不同場合使用。波特率由軟件設(shè)置，通過片內(nèi)定時/計數(shù)器產(chǎn)生。接收、發(fā)送均可工作在查詢方式或中斷方式，使用十分靈活。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 rs-232 接口。at89c51 單片機(jī)有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器sbuf，可同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，接受緩沖器只能讀出不能寫入。兩個緩沖器只用一個字節(jié)地址99h。它的控制寄存器共有兩個。下面就分別詳細(xì)介紹各寄存器的功能。1串行口數(shù)據(jù)緩沖器 sbufsbuf 是 at89c51 串行口的接收、發(fā)送緩沖器，該緩沖器的控制操作可通過指令對 sbuf 的讀寫來區(qū)別是對接收

35、緩沖器的操作還是對發(fā)送緩沖器的操作。讀 sbuf，就是讀接收緩沖器。串行口對外也有兩條獨立的收發(fā)信號線 rxd 和 txd，因此可以同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全雙工傳送。2串行口控制寄存器 sconscon 寄存器用來控制串行口的工作方式和狀態(tài)，它可以是位尋址。在復(fù) 位時所有位被清 0，字節(jié)地址為 98h。（1） sm0、sm1：串行口工作方式控制位；（2） sm2：多機(jī)通信控制位； 多機(jī)通信是工作于方式 2 和方式 3，sm2 位主要用于方式 2和方式 3。接收狀態(tài)：當(dāng)串行口工作于方式 2 或 3，以及 sm2=1 時，只有當(dāng)接收到第9 位數(shù)據(jù)為 1 時，才把接收到的前 8 位數(shù)據(jù)送入 sbu

36、f，且置位ri 發(fā)出中斷申請，否則會將接收到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng) sm2=0 時，就不管第 9 位數(shù)據(jù)是 0 還是 1，都將前 8 位數(shù)據(jù)送入 sbuf，并發(fā)出中斷申請。工作于方式 0 時，sm2 必須為 0。（3） ren：允許接收位；ren 用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止，ren=1 時，允許接收，ren=0 時，禁止接收。（4） tb8：發(fā)送接收數(shù)據(jù)位 8在方式 2 和方式 3 中，tb8 是要發(fā)送的即第 9 位數(shù)據(jù)位。在多機(jī)通信中同樣亦傳輸這一位，并且它代表傳輸?shù)氖堑刂愤€是數(shù)據(jù)，tb8=0 為數(shù)據(jù)，tb8=1 為地址。（5） rb8：接收數(shù)據(jù)位 8；在方式 2 和方式 3 中，rb8 存放接收

37、到的第 9 位數(shù)據(jù)，用以識別接收到的數(shù)據(jù)特征。（6） ti：發(fā)送中斷標(biāo)志； 可尋址標(biāo)志位，在方式 0 時，發(fā)送完第 8 位數(shù)據(jù)后，由硬件置位，其它方式下，在發(fā)送或停止位之前由硬件置位，因此，ti=1 表示發(fā)送結(jié)束，ti 可由軟件清“0” 。（7） ri：接收中斷標(biāo)志位；可位尋址標(biāo)志位，接收完第 8 位數(shù)據(jù)后，該位由硬件置位，在其它工作方式下，該位有硬件置位，ri=1 表示接收完成。 3特殊功能寄存器 pconpcon 主要是為 chmos 型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址為 87h，不能位尋址。在 chmos 型單片機(jī)中，除 smod 位外，其它位均為虛設(shè)的，smod 是串行口波

38、特率倍增位，當(dāng) smod=1 時，方式1、2、3 的波特率加倍。系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)為 smod=0。4中斷允許寄存器 ie es 為串行中斷允許控制位，es=1 允許串行中斷，es=0 禁止串行中斷。串行口采用模式 1 為 8 位異步通信方式，波特率為1200bps。由串行口控制寄存器 scon 的操作模式選擇位 sm0置0、sm1置 1 設(shè)置為模式 1，當(dāng)定時器/計數(shù)器 t1 模式控制器tmod 中 c/t=0 和 m1m0=10 時，定時器/計數(shù)器 t1 設(shè)置成模式2 方式作為波特率發(fā)生器，其波特率表示為：smod81smod8smod18smod1n 32smod 1n 16smod 0t12

39、/32t1/12)/(21): t12/32=/12)/(21)2/32/t1tl1=th1=2(2)/(12 32ftftf波特率=（t1的溢出率)/ n當(dāng)sm o d =0時，= ; 當(dāng)= 時，=, (本設(shè)計中= )則波特率=（的溢出率）的溢出率=(初值得波特率=(的溢出率)(初值所以定時器計數(shù)器初值為：波6)25611.0592 10/12 32 1200256 24 232 0e8h特率（）（）=-= 串口初始化程序如下：void serialini(void) scon = 0 x50; tmod = 0 x20; th1 = 0 xe8; et1= 0; tr1= 1; ea =

40、1; es= 1; 5.4 系統(tǒng)總程序設(shè)計系統(tǒng)總程序設(shè)計系統(tǒng)初始化之后，在主程序之中，反復(fù)的調(diào)用鍵盤程序和顯示程序，同時等待串口發(fā)送中斷或接收中斷，其主程序流程圖如圖 5.3 所示。串口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收采用中斷方式設(shè)計。發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過按鍵啟動發(fā)送數(shù)據(jù)中斷，同時通過鍵盤可以修改顯示緩沖區(qū)之中的數(shù)據(jù)；當(dāng)發(fā)生接收中斷時，在中斷服務(wù)程序中將數(shù)據(jù)取出，然后將數(shù)據(jù)分解，送顯。系統(tǒng)在初始化之后，系統(tǒng)處于接收狀態(tài)，當(dāng)啟動發(fā)送中斷時，系統(tǒng)將自動關(guān)閉接收中斷，待發(fā)送中斷結(jié)束之后，系統(tǒng)延遲一段時間之后，系統(tǒng)重開接收中斷。 圖 5.3 程序流程圖 結(jié)結(jié) 論論本系統(tǒng)采用頻率調(diào)制紅外線通信，在這種調(diào)制方式下，數(shù)字信號首先對 38khz 的載波進(jìn)行頻率調(diào)制，再用這個被調(diào)制頻率的信號對光