紅外解碼單片機(jī)控制聲卡采樣觸屏校驗(yàn)畢業(yè)論文

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！ )摘 要隨著家用電器種類的增加和無線遙控產(chǎn)品的普及，紅外遙控器的使用頻率越來越高，針對國內(nèi)紅外遙控學(xué)習(xí)技術(shù)成熟，但產(chǎn)品化程度低的特點(diǎn)，本文自主設(shè)計(jì)一種具有紅外學(xué)習(xí)和觸屏顯示功能的紅外遙控器，借此促進(jìn)紅外遙控學(xué)習(xí)技術(shù)在國內(nèi)市場的產(chǎn)品化推廣。在紅外解碼方面，傳統(tǒng)方法采用單片機(jī)中斷或者查詢方式采集紅外信號，環(huán)境不理想情況下可能需要多占空比和紅外二極管貫通電流影響，通過調(diào)試將 38KHz 載波紅外信號發(fā)射距離提高到 10 米；在紅外接收方面，進(jìn)行了紅外干擾測試；在觸屏校驗(yàn)方面，通過實(shí)驗(yàn)獲取觸屏數(shù)據(jù)，利用 matlab 參數(shù)估計(jì)lsqcurvefi

2、t函數(shù)求得校正參數(shù)，解決了觸屏漂移問題；在彩屏顯示方面，將遙控器所有按鍵簡化為方向鍵和確認(rèn)鍵，虛擬數(shù)碼管顯示按鍵位置，避免了單片機(jī)片上資源緊張的問題，此外，彩屏僅支持16 位R5G6B5格式數(shù)據(jù)，一張 176*220 圖片占用 72. 6KB空間，造成極大浪費(fèi)，本文借此討論了適合本系統(tǒng)的圖片壓縮技術(shù)，給出了一種具體的圖片壓縮格式。關(guān)鍵詞：紅外學(xué)習(xí)；紅外解碼；單片機(jī)控制；聲卡采樣；觸屏校驗(yàn)AbstractIn the electronic world, the infrared remote control technology is widely used in our lives. Vari

3、ous appliances on the market different types of equipment malfunction, people use different devices in different transport rules or identification number, which makes various types of remote control apply only to their remote objects and easy causes confusing results that the actual use of the remot

4、e control are many and complex. The design requirements is to achieve an intelligent learning IR remote control implementations.Keywords: Infrared remote controller；The 38KHZ carrier ；Self-study；Infrared remote receiver；Infrared remote transmitter目錄1. 緒論 ,11.1 選題的目的意義 ,21.2 紅外學(xué)習(xí)研究現(xiàn)狀 ,31.3 選題研究的內(nèi)容 ,3

5、2 智能紅外遙控學(xué)習(xí)方案設(shè)計(jì) ,42.1 總體方案介紹 ,42.2 方案論證 ,52.21 學(xué)習(xí)方式 ,52.22 按鍵模塊 ,52.23 顯示模塊 ,62.24 紅外接收模塊 ,62.25 微控制器選擇 ,63 硬件電路設(shè)計(jì) ,73.1 系統(tǒng)硬件基本組成 ,73.2 主要模塊電路設(shè)計(jì) ,73.2.1鍵盤和顯示電路設(shè)計(jì) ,83.2.2紅外發(fā)射電路及其編碼 ,83.2.3紅外接收電路 ,113.2.4存儲電路 ,123.2.5單片機(jī)控制電路 ,134 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ,164.1 系統(tǒng)編程語言和編程工具 ,164.1.1編譯軟件 Keil uVision2簡介 ,174.2 軟件設(shè)計(jì) ,184.2

6、.1學(xué)習(xí)功能 ,194.2.2數(shù)據(jù)壓縮編碼 ,255 智能紅外遙控器的實(shí)現(xiàn) ,315.1系統(tǒng)硬件調(diào)試 ,325.1.1元件的使用 ,325.1.2整板測試 ,345.1.3上電測試 ,345.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試 ,365.2.1按鍵與顯示模塊調(diào)試 ,365.2.2接收模塊調(diào)試 ,365.2.3發(fā)射模塊調(diào)試 ,405.3 調(diào)試小結(jié) ,455.4智能紅外遙控器性能測試 ,485.41測試所使用儀器 ,505.42測試結(jié)果 ,555.43結(jié)果分析 ,58總結(jié) ,60謝辭,62參考文獻(xiàn) ,63附錄 1：主程序部分代碼 ,651 緒論1.1選題的目的意義隨著電子工程在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用日益廣泛，對產(chǎn)品的人性

7、化設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)領(lǐng)域一個(gè)新的革命。 遙控器主要由形成遙控信號的微處理器芯片、晶體振蕩器、放大晶體管、紅外發(fā)光二極管以及鍵盤矩陣組成。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新型大規(guī)模遙控集成電路的不斷出現(xiàn)，使遙控技術(shù)有了日新月異的發(fā)展。遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發(fā)展到現(xiàn)在的單片微型計(jì)算機(jī)，智能化程度大大提高。近年來，遙控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)以及人們的日常生活中使用越來越廣泛。在當(dāng)今社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與日俱增，人們是生活水平也是日益提高，為了減少人的工作量，所以是對各種家用電器、電子器件的非人工控制的要求也是越來越高，針對與這種情況，設(shè)計(jì)出一種集成度比較高的控制體系是必然

8、的。單片機(jī)的集成度很高，它具有體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、耗電少等突出特點(diǎn)，尤其耗電少，又可使供電電源體積小、質(zhì)量輕。所以特別適用與“電腦型產(chǎn)品”，它的應(yīng)用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科研、教育以及日常生活用品 ( 家電、玩具 ) 等各種領(lǐng)域。單片機(jī)特別適合于把它做到產(chǎn)品的內(nèi)部，取代部分勞師機(jī)械、電子零件或元器件?？墒巩a(chǎn)品縮小體積，增強(qiáng)功能，實(shí)現(xiàn)不同程度的智能化。紅外線是一種光線，具有普通光的性質(zhì)，可以以光速直線傳播，強(qiáng)度可調(diào)，可以通過光學(xué)透鏡聚焦，可以被不透明物體遮擋等等。特別制造的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，可以發(fā)出特定波長（通常是近紅外）的紅外線，通過控制二極管的電流可以很方便地改變紅外線的強(qiáng)度，達(dá)到

9、調(diào)制的目的，因此，在現(xiàn)代電子工程應(yīng)用中，紅外線常常被用做近距離視線范圍內(nèi)的通訊載波，最典型的應(yīng)用就是家電遙控器。使用紅外線做信號載波的優(yōu)點(diǎn)很多：成本低、傳播范圍和方向可以控制、不產(chǎn)生電磁輻射干擾，也不受干擾等等。因此被廣泛地應(yīng)用在各種技術(shù)領(lǐng)域中。帶紅外遙控器的家電給我們的生活帶來極大的方便，但遙控器多了很容易弄混，如果有一種可對家中各種紅外遙控器發(fā)射的控制信號進(jìn)行識別、存儲和再現(xiàn)的智能型紅外遙控器，用這樣一個(gè)遙控器控制家中所有電器該有多好。為此，我們試著設(shè)計(jì)一種以單片機(jī)為核心的智能型遙控器。通過此設(shè)計(jì)可以提高我們對專業(yè)知識的運(yùn)用能力，讓我們把在大學(xué)三年中所學(xué)到的專業(yè)知識真正的運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中。在

10、設(shè)計(jì)過程中使我們能夠把專業(yè)知識系統(tǒng)的，有條理的連接起來。1.2紅外學(xué)習(xí)研究現(xiàn)狀常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個(gè)部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實(shí)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 1因而在其兩端施加一定電壓時(shí)，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940mm左右，外形與普通 5 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、深藍(lán)、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。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，

11、而業(yè)余條件下只能用拉鋸法來粗略判判定。接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實(shí)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，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時(shí)是反向運(yùn)用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外發(fā)光二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?100mW 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。前些年常用 pc1373H、CX20106A 等紅外接收專用放大集成電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。均有三只引腳，即電源正（ V

12、DD ）、電源負(fù)（ GND ）和數(shù)據(jù)輸出（ VO 或 OUT ）。紅外接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，可參考廠家的使用說明。成品紅外接收頭的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來如同一只三極管，非常方便。但在使用時(shí)注意成品紅外接收頭的載波頻率。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(jìn)行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取 12，所以 455kHz÷ 1237.9kHz 38kHz 。也有一些遙控系統(tǒng)采用36 kHz 、40 kHz、 56 kHz 等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定。紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境的、不

13、干擾其他電器設(shè)備。由于其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控。由于各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了大量紅外遙控專用集成電路，需要時(shí)按圖索驥即可。因此，現(xiàn)在紅外遙控在加用電器、室內(nèi)近距離（小于 10 米）遙控中得到了廣泛的應(yīng)用。多路控制的紅外發(fā)射部分一般有許多按鍵，代表不同的控制功能。當(dāng)發(fā)射端按下某一按鍵時(shí)，相應(yīng)地接收端有不同地輸出狀態(tài)。接收端地輸出狀態(tài)大致可分為脈沖、電平、自饋、互鎖、數(shù)據(jù)五種形式。 “脈沖”輸出是當(dāng)按發(fā)射端按鍵時(shí)，接收端對應(yīng)輸出端輸出一個(gè)“有效脈沖” ，寬度一般在

14、 100ms 左右?！半娖健陛敵鍪侵赴l(fā)射端按下鍵時(shí)，接收端對應(yīng)輸出端輸出“有效電平”消失。此處的“有效脈沖”和“有效電平” ，可能是高、也可能是低，取決于相應(yīng)輸出腳的靜態(tài)狀況，如靜態(tài)時(shí)為低，則“高”為有效；如靜態(tài)時(shí)為高，則“低”為有效。大多數(shù)情況下“高”為有效。 “自鎖”輸出是指發(fā)射端每按一次某一個(gè)鍵，接收端對應(yīng)輸出端改變一次狀態(tài)，即原來為高電平變?yōu)榈碗娖?，原來低電平變?yōu)楦唠娖?。此種輸出適合用作電源開關(guān)、靜音控制等。有時(shí)亦稱這種輸出形式為“反相” ?！盎ユi”輸出是指多個(gè)輸出互相清除，在同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)輸出有效。電視機(jī)的選臺就屬此種情況，其他如調(diào)光、調(diào)速、音響的輸入選擇等。 “數(shù)據(jù)”輸出是指把

15、一些發(fā)射鍵編上號碼，利用接收端的幾個(gè)輸出形成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，來代表不同的按鍵輸入。一般情況下，接收端除了幾位數(shù)據(jù)輸出外，還應(yīng)有一位“數(shù)據(jù)有效”輸出端，以便以后適時(shí)地來取數(shù)據(jù)。這種輸出形式一般用于與單片機(jī)或微機(jī)接口。除以上輸出形式外，還有“鎖存”和“暫存”兩種形式。所謂“鎖存”輸出是指對發(fā)射端每次發(fā)的信號，接收端對應(yīng)輸出予以“儲存” ，直至收到新的信號為止；“暫存”輸出與上述介紹的“電平”輸出類似。1.3選題研究的內(nèi)容該論題研究的內(nèi)容主要是以下幾個(gè)方面：(1) ，研究紅外遙控信號波形；(2) ，設(shè)計(jì)紅外遙控器信號接受系統(tǒng)；(3) ，信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)；(4) ，轉(zhuǎn)換發(fā)送電路設(shè)計(jì)；2 紅外遙控學(xué)習(xí)方案

16、設(shè)計(jì)2.1總體方案介紹紅外遙控器的核心元器件是編碼芯片，將需要實(shí)現(xiàn)的操作指令事先編碼，設(shè)備接收后解碼再控制有關(guān)部件執(zhí)行相應(yīng)的動作。編碼是通過載波輸出的，即所有的脈沖信號均調(diào)制在載波上，載波頻率通常為 38kHz。在發(fā)送端，載波利用電信號驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，將電信號變成光信號發(fā)射出去，發(fā)射的是紅外光，波長范圍在 840nm 到 960nm 之間。在接收端，通過光電二極管將紅外光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大、整形、解調(diào)等步驟，最后還原成原來的脈沖編碼信號，并根據(jù)遙控指令完成相應(yīng)的動作。學(xué)習(xí)型紅外遙控器通過記錄各種不同類型的遙控器的編碼波形，將其存儲下來并與某個(gè)按鍵關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)“學(xué)習(xí)”功能這樣作不必關(guān)

17、心編碼的細(xì)節(jié)，通用性大大提高。根據(jù)課題要求初步制定了實(shí)現(xiàn)上述功能的基本思路。此系統(tǒng)主要分為6大模塊：單片機(jī)控制模塊、鍵盤模塊、紅外接收模塊、紅外發(fā)送模塊、存儲模塊、顯示模塊。（其中的主要模塊是單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊，主要的功能實(shí)現(xiàn)都是由單片機(jī)程序控制，鍵盤的掃描，液晶的顯示，紅外遙控信號的接收、學(xué)習(xí)以及發(fā)射都是由單片機(jī)的程序來控制。）系統(tǒng)原理框圖如1.1 所示：圖 1.1 系統(tǒng)組成原理圖自學(xué)習(xí)型遙控器的功能主要分為學(xué)習(xí)和發(fā)送兩個(gè)部分。在學(xué)習(xí)的過程中，收電路接收到紅外遙控信號以后，經(jīng)過放大并解調(diào)出TTL 電平信號送至微處理器進(jìn)行處理。經(jīng)過微處理器處理以后存儲到外存儲器里 。當(dāng)要發(fā)射紅外信號時(shí)，根據(jù)掃

18、描鍵盤電路獲取的鍵盤值，從與鍵值相對應(yīng)的外存儲器存儲區(qū)中還原出相應(yīng)的紅外遙控編碼，并調(diào)制到 38KHz 的載波信號上。最后通過放大電路驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外信號。達(dá)到學(xué)習(xí)和發(fā)射的目的，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)遙控器控制多種紅外遙控設(shè)備的功能。2.2方案論證2.21 學(xué)習(xí)方式從目前市場上主要出現(xiàn)的萬能學(xué)習(xí)型遙控器看,主要分為兩大陣營：(1) 固定碼式學(xué)習(xí)型遙控器。這類學(xué)習(xí)型遙控器采用了“不完全歸納法”，也就是說對市場上所使用的遙控器信號大量的收集總結(jié)，對收集的信號分類，然后“分而治之”對每種類別都預(yù)制一種解碼程序和發(fā)射程序。這種方式的學(xué)習(xí)過程是：學(xué)習(xí)信號的采集；判別信號的類別 （屬于那一種解碼方案） ，

19、編碼，存儲到。優(yōu)點(diǎn)：這種學(xué)習(xí)型遙控器對硬件的要求相對簡單， 對主控制器 （主控 IC ）的工作頻率要求不太高，因?yàn)樾盘柕陌l(fā)送頻率，編碼方式等等都是已知的，只要對采集的信號進(jìn)行判別即可；另外對存儲器的容量也比較低，因?yàn)樗淮嬖趬嚎s的問題，按照最原始的最簡編碼進(jìn)行存儲。缺點(diǎn)：只能對已知的遙器（或者說已經(jīng)收集到的信號）有效，對于新開發(fā)，新型的編碼格式就無能為力了。(2) 波形拷貝式學(xué)習(xí)型遙控器。這類遙控器的設(shè)計(jì)思想是：把原遙控器所發(fā)出的信號進(jìn)行完全拷貝，而不管遙控器是什么格式，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s后，存儲在存儲器內(nèi)，當(dāng)需要發(fā)射時(shí)，再由儲存器內(nèi)讀出解壓后還原原始信號。此方式的工作過程分以下幾步完成：對原始發(fā)

20、射信號波形采集到主控MCU 的中、分析信號，壓縮信號，存儲信號。發(fā)射信號波形的測量，這一步主要是將原始信號緩存儲到中。分析信號，對采集到的信號進(jìn)行分析，比如對信號發(fā)送的的高低電平的時(shí)間，等參數(shù)進(jìn)行細(xì)致分析，便于下一步的壓縮。壓縮編碼，根據(jù)常用高低電平的時(shí)間，特殊高低電平的時(shí)間，發(fā)送周期，對原始信號進(jìn)行壓縮編碼。存儲信號 ,把壓縮編號后的數(shù)據(jù)存儲到EEPROM 中優(yōu)點(diǎn)：可以使用任何遙控器的學(xué)習(xí)，無須更新代碼程序即可使用目前所有乃至未來的所有紅外線遙控的學(xué)缺點(diǎn)：對主控制芯片和存儲器的選擇都比固定式要高。整體成本上較貴于固定碼式學(xué)習(xí)型遙控器由于遙控器發(fā)出的編碼信號變化多樣，市場上成百上千的編碼方式并

21、存，并沒有一個(gè)統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，只有各芯片廠商事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，使得模擬并替換各種原廠遙控器成為難點(diǎn)。而且客戶碼、命令碼也是由不同廠商自行規(guī)定的。導(dǎo)致采用第一種方案來設(shè)計(jì)有很大的局限性，因此第二種是較為可行的方案。即通過記錄各種不同類型的遙控器的編碼波形，將其存儲下來并與某個(gè)按鍵關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)“學(xué)習(xí)”功能這樣作不必關(guān)心編碼的細(xì)節(jié)，通用性大大提高。因此2.22 按鍵模塊方案 1：采用獨(dú)立式按鍵。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活， 。軟件結(jié)構(gòu)簡單，每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一根 IO 口線，每根 I 口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他 IO 口線的工作狀態(tài)。但是每個(gè)按鍵必須占用一個(gè) IO 口線，在按鍵較多時(shí)， IO 口

22、線浪費(fèi)較大。故在按鍵數(shù)量不多時(shí)，采用這種按鍵電路。獨(dú)立式按鍵與單片機(jī)接口圖如 2. 1 所示：VCCR1R2R3R4R5R6R7R8S1k1SW-PBS2k2SW-PBS3k3SW-PBS4k4SW-PBS5k5SW-PBS6k6SW-PBS7k7SW-PBS8k8VCCSW-PB圖 2. 1獨(dú)立式鍵盤方案 2：使用矩陣鍵盤管理專用芯片，比如HD7279。占用比較少的資源就能管理一個(gè)按鍵數(shù)比較多的鍵盤，集成了硬件消抖功能，提高了程序的執(zhí)行效率。但是增加硬件成本和儀器的功耗。方案 3：行列式鍵盤，用IO 口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)行，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。在按鍵較多時(shí)

23、，可以節(jié)省IO口線。 2×4 加 3 個(gè)功能鍵的鍵盤與單片機(jī)接口圖如2. 2 所示。圖 2. 2 2× 4 加 3 個(gè)功能鍵的鍵盤設(shè)計(jì)中使用的單片機(jī) IO 口豐富，不用考慮 IO 口緊張，而且通常家用電器有 32 個(gè)鍵盤，選擇方案3。2.23 顯示模塊方案 1：采用數(shù)碼管（ LED ）顯示。數(shù)碼管價(jià)錢較便宜，對環(huán)境因素要求較低，顯示明亮，采用BCD 編碼顯示數(shù)字，程序編譯相對容易，資源占用少。但同時(shí)它的顯示內(nèi)容有限，只能顯示簡單的數(shù)字和字母。這種常用的液晶，耗能也高。方案 2：采用液晶（ LCD ）顯示。液晶顯示屏 (LCD) 具有輕薄短小，耗電量低，無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯

24、示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)和顯示形式靈活等優(yōu)點(diǎn)。只是編程工作量較大，控制其占用資源較多，但在本系統(tǒng)中對控制器的資源使用中完全可以使用。綜上所述，選擇方案2。2.24 紅外接收模塊方案一：采用紅外接收二極管加專用的紅外處理電路。接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時(shí)要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作而獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。此種電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，現(xiàn)在一般不采用。方案二：采用一體化紅外接收頭。紅外線一體化接收頭是

25、集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，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(shù)據(jù)傳輸。所以，有了一體化接收頭，人們不再制作接收放大電路，這樣紅外接收電路不僅簡單而且可靠性大大提高。綜上所述，選擇方案 2。本系統(tǒng)所使用的紅外接收頭的型號是常用的HS0038，即其載波的頻率是用 38KHZ(37.9KHZ)。2.25 微控制器選擇方案 1：用常用的單片機(jī)。 AT89C51 等類似的單片機(jī)我們之前用過，很熟悉，用它作為主控單元，但此類單片機(jī)往往由于工作頻率較低，它的內(nèi)部存儲器容量過小，難

26、以滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要。方案 2：使用基于 STC 單片機(jī)，比如選擇 STC89C52RC型單片機(jī)是一種低功耗、高性能、采用CMOS工藝的 8 位微處理器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型80C51單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。片內(nèi)8K Flash 存儲器可在線重新編程，或使用通用的非易失性存儲器編程器。由于一般的距離測量中，距離的變化速度并不太快，而且單片機(jī)的機(jī)器周期可達(dá) s 級，則其計(jì)時(shí)精度為 s 級，完全可以滿足系統(tǒng)測量的要求，并且成本較低。STC89C52RC單片機(jī) , 基于 STC89C51內(nèi)核 , 是新一代增強(qiáng)型單片機(jī), 指令代碼完全兼容傳統(tǒng)STC89C51,速度快 812倍 , 帶 ADC,4路

27、PWM,雙串口 , 有全球唯一 ID 號, 加密性好，抗干擾強(qiáng)。綜上所述，選擇方案 2。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件基本組成基于單片機(jī)的智能化遙控器的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要有以下六部分組成： 單片機(jī)系統(tǒng)電路、紅外接收電路、紅外發(fā)送電路、存儲電路、鍵盤電路、顯示電路。3.2主要模塊電路設(shè)計(jì)鍵盤和顯示電路設(shè)計(jì)(1)鍵盤電路設(shè)計(jì)2× 4 加 3 個(gè)功能鍵的鍵盤電路模塊見圖3.1 所示。鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是給所有的列線IO口線均置成低電平， 然后將行線電平狀態(tài)讀入到單片機(jī)中，如果有鍵按下，就會有一根行線電平被拉至低電平，根據(jù)次原理就可以檢測到是哪個(gè)鍵按下。圖 3.1鍵盤電路（2）顯示模塊電路顯示部分

28、采用了 1602 型 LCD 顯示模塊。 1602 型 LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。 1602 型 LCD 可以顯示 2 行 16 個(gè)字符，有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0D7 和 RS，RW ，EN 三個(gè)控制端口，工作電壓為5V ，并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能。1602 型 LCD 的接口信號說明和主要技術(shù)參數(shù)分別如表3.1 、3.2 所示 .表3.1 1602型 LCD的接口管腳信號編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data IO2VDD電源正極10D3Data IO3VL液晶顯示偏壓信號11D4Data IO4RS數(shù)據(jù)命令選擇端（ HL ）12D

29、5Data IO5RW讀寫選擇端（ HL ）13D6Data IO6E使能信號14D7Data IO7D0Data IO15BLA背光源正極8D1Data IO16BLK背光源負(fù)極表 3.2 1602 型 LCD的主要技術(shù)參數(shù)顯示容量16X2 個(gè)字符芯片工作電壓4.55.5V工作電流2.0mA（5.0V ）模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸圖 3.2 中的顯示電路中的 10 針接口與單片機(jī)的 P1 口相連，6 針的接口與單片機(jī)的 P2口的高位相連。圖 3.2顯示電路紅外發(fā)射電路及其編碼（ 1）紅外發(fā)射電路紅外光是電磁波的一種，其頻率高于微波而低于可見光，是一種人的肉眼看不到的光線。通常將其中間0

30、.76 1000m的波譜段稱為紅外光譜區(qū)。一般把紅外光波譜細(xì)分為四個(gè)區(qū)域，即近紅外（0.76 3.0 m）、中紅外（ 3.0 6.0 m）、中遠(yuǎn)紅外（ 6.0 20m）、和遠(yuǎn)紅外（ 201000m）區(qū)。這里說的近遠(yuǎn)是指紅外光在電磁波譜中與可見光的距離而言。我們實(shí)際的紅外遙控系統(tǒng)中所使用的主要集中在0.76 1.6 m的近紅外區(qū)。紅外線的波長較短，更適合用于短距離控制系統(tǒng)中。近紅外光可以通過紅外發(fā)光二極管(LED)獲得紅外發(fā)光二極管是一種由 PN結(jié)構(gòu)成的注入電流型發(fā)光器件，在加上合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定波長的近紅外光。發(fā)射電路如圖 3.3 所示。圖 3.3 紅外發(fā)射電路本人發(fā)射電路設(shè)

31、計(jì)采用的是 NE555(8 腳時(shí)基集成電路 )，因?yàn)槠涮攸c(diǎn)比較符合紅外遙控器的設(shè)計(jì)方案。NE555 主要特點(diǎn)：1，只需要簡單的電阻器，電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。2，它的操作電源范圍極大，可與TTL,CNOS 等邏輯電路配合。3，其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負(fù)載。4，它的計(jì)時(shí)精度高，溫度穩(wěn)定，價(jià)格便宜。Pin1 （接地） - 地線，通常被連接到電路共同接地。Pin2 （觸發(fā)點(diǎn)） - 這個(gè)腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時(shí)間周期。Pin3 （輸出） - 當(dāng)時(shí)間周期開始時(shí)，輸出腳位移至比電源電壓少1.7 伏的高電位。周期結(jié)束后，輸出電位回到0 伏左右的低電位。Pin4 （

32、接單片機(jī)）Pin5 （控制） - 這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。Pin6 （重置鎖定） - 使輸出呈低態(tài)Pin7（放電） - 這個(gè)接腳和主要輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為 ON時(shí)為 LOW,當(dāng)輸出為 OFF時(shí)為 HIGH。Pin8 （電源） - 接電源目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為 940nm 左右，外形與普通 5 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、深藍(lán)、透明三種顏色。發(fā)光二極管有交流電流、直流電流和脈沖電流等驅(qū)動方式。交流電流驅(qū)動方式主要用于紅外測量、檢測以及較簡單的紅外光通信中。直流電流驅(qū)動方式，如圖 3.4（發(fā)射方式示意圖）左圖所

33、示，也被稱為平均發(fā)射方式，是指通過啟動直流電源驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)出恒定的紅外光。一般用這種驅(qū)動方式的紅外光電二極管功率較小 （大都小于 100mV）、功耗較大、抗干擾能力也很差。圖 3.4 發(fā)射方式示意圖為了提高紅外遙控系統(tǒng)的工作距離，而又不使紅外發(fā)光管過載，一般不采用這種方式，而是采用如圖3.4 右圖所示的脈沖式發(fā)射方式或調(diào)制載波脈沖發(fā)射方式，紅外遙控系統(tǒng)的工作有效作用距離取決于發(fā)光二極管輻射的峰值功率，而峰值功率是由驅(qū)動發(fā)光二極管的電路峰值所決定的。在相同的平均電流下，脈沖寬度越窄，峰值功率越大，傳輸?shù)乃俣染驮娇?，發(fā)光的效率也就越高，遙控的有效距離也就越遠(yuǎn)。這種發(fā)射方式也大大提高了系統(tǒng)的抗干

34、擾能力。對于紅外光通信，除了紅外遙控距離外，調(diào)制頻率、調(diào)制帶寬也是發(fā)光二極管的兩個(gè)重要參數(shù)。調(diào)制頻率關(guān)系到紅外發(fā)光二極管在光通信中的傳輸速度的高低，紅外發(fā)光二極管因受到注入 PN結(jié)有源區(qū)內(nèi)少數(shù)載流子壽命的限制（一般只有幾十兆赫茲） ，從而限制了紅外發(fā)光二極管在高比特速率系統(tǒng)種的應(yīng)用。通過合理的脈沖編碼和優(yōu)化驅(qū)動電路，可使發(fā)光二極管有可能用于高速光通信系統(tǒng)。調(diào)制帶寬定義為：在保證一定的調(diào)制頻率下，當(dāng)發(fā)光二極管輸出的交流光功率比參考頻率下降 3db 時(shí)，所對應(yīng)的頻率值。它是衡量發(fā)光二極管調(diào)制能力的重要參數(shù)。（ 2）紅外遙控編碼紅外遙控器碼將需要實(shí)現(xiàn)的操作指令事先編碼，然后將所有編碼的脈沖信號調(diào)制在

35、 38 kHz 方波的載波上，經(jīng)過三極管放大后，驅(qū)動紅外發(fā)光二極管向外發(fā)送。其中38 kHz 載波直接由單片機(jī)用軟件模擬，由定時(shí)器TO 產(chǎn)生。為保證 38kHz 方波的頻率穩(wěn)定性，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)盡可能使用頻率高的晶振，提高 CPU 運(yùn)行速度。在應(yīng)用系統(tǒng)中，要完成對遙控器信號的解碼并實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)功能的控制，必須了解遙控器信號碼 (即遙控器所發(fā)射脈沖流 )的格式，即信號的引導(dǎo)脈沖高低脈沖的寬度、 “0”， “1”的表示法，以及遙控器識別碼、各個(gè)功能鍵的鍵碼。對信號碼的識別應(yīng)該從分析脈沖流的各個(gè)高、低脈沖的時(shí)間入手，通過分析各個(gè)高、低脈沖的時(shí)間，分析得出信號碼的格式。常見的 “0”， “1的”波形如圖

36、3.5 所示。采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為 0.565ms、間隔 0.56ms、周期為 1.125ms 的組合表示二進(jìn)制的“ 0”；以脈寬為 0.565ms、間隔 1.685ms、周期為 2.25ms 的組合表示二進(jìn)制的“ 1”。圖 3.5遙控碼的“ 0”和“ 1”控器所產(chǎn)生的脈沖編碼的格式一般為：引導(dǎo)脈沖 (頭)識別碼 (用戶碼 )鍵碼鍵碼的反碼其引導(dǎo)脈沖為寬度是10 ms 左右的一個(gè)高脈沖和一個(gè)低脈沖的組合，用來標(biāo)識指令碼的開始。識別碼、鍵碼、鍵碼的反碼均為數(shù)據(jù)編碼脈沖，用二進(jìn)制數(shù)表 示。 “0”和 “1”由均 ms 量級的高低脈沖的組合代表。識別碼 (即用戶碼 )是對每個(gè)遙控系統(tǒng)的標(biāo)識

37、。 通過對識別碼的檢驗(yàn)， 每個(gè)遙控器只能控制一個(gè)設(shè)備動作，有效的防止了多個(gè)設(shè)備之間的串?dāng)_。當(dāng)指令鍵按下時(shí)，指令信號產(chǎn)生電路便產(chǎn)生脈沖編碼。鍵碼后面一般還要有鍵碼的反碼，用來檢驗(yàn)鍵碼接收的正確性，防止誤動作，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。這些指令信號由調(diào)制電路調(diào)制成3240 kHz 的信號，經(jīng)調(diào)制后輸出， 最后由驅(qū)動電路驅(qū)動紅外發(fā)射器件(LED) 發(fā)出紅外遙控信號。圖 3.6 為一類遙控連發(fā)信號波形圖。圖 3.6一類遙控連發(fā)信號波形當(dāng)一個(gè)鍵按下超過 36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組 108ms的編碼脈沖 , 這 108ms發(fā)射代碼由一個(gè)引導(dǎo)碼（ 9ms）, 一個(gè)結(jié)果碼（ 4.5ms） , 低 8 位地

38、址碼（ 9ms 18ms）, 高 8 位地址碼（ 9ms 18ms）,8 位數(shù)據(jù)碼（ 9ms 18ms）和這 8 位數(shù)據(jù)的反碼（ 9ms 18ms）組成。如果鍵按下超過 108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)碼）將僅由起始碼（ 9ms）和結(jié)束碼（ 2.25ms）組成。紅外接收電路一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機(jī)識別的TTL 信號，這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計(jì)工作，方便使用。在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭HS0038，外觀圖如圖 3.7所示。 HS0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低

39、，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達(dá)35m。它能與 TTL、 COMS電路兼容。 HS0038 為直立側(cè)面收光型。它接收紅外信號頻率為 38 kHz, 周期約 26 s，同時(shí)能對信號進(jìn)行放大、檢波、整形，得到 TTL 電平的編碼信號。三個(gè)管腳分別是地、 5V 電源、解調(diào)信號輸出端。圖 3.7 紅外一體化接收頭 hs0038 外觀圖當(dāng)無遙控信號輸入時(shí)， HS0038輸出端保持高電平，有信號時(shí)輸出為高低電平脈沖，故接收時(shí)一個(gè)碼由一個(gè)低電平后跟一個(gè)高電平構(gòu)成。本紅外遙控接收電路如圖 3.8 所示。將其輸出端接入單片機(jī)外部中斷0的INT0 腳。圖3.8紅外接收電路存儲電路遙控器所

40、能存儲代碼的數(shù)量也是衡量一個(gè)智能學(xué)習(xí)型遙控器性能好壞的重要指標(biāo)。遙控器在學(xué)習(xí)完某個(gè)遙控器的代碼后得把該代碼存儲起來， 由于單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器 RAM所能存儲的數(shù)據(jù)有限而且不能掉電保護(hù)。所以就需要合適大小的外存儲器來存儲所學(xué)習(xí)到的代碼。這里采用常用的存儲芯片 AT24C02。AT24C02是由 ATMEL公司提供的， I2C 總線串行 EEPROM，其容量為 1KB，工作電壓在 1.8V 5.5V 之間，生產(chǎn)工藝是 CMOS工藝，具有工作電壓寬 (2.5 5.5V) 、擦寫次數(shù)多 ( 大于 10000 次) 、寫入速度快 ( 小于 10ms)、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、 體積小等特點(diǎn)。其引

41、腳圖和時(shí)序圖分別如圖 3.9 、3.10 所示。圖 3.9 AT24C02 引腳圖圖 3.10 AT24C02 時(shí)序圖引腳功能介紹如下：A0（引腳 1）：器件地址的A0 位。A1（引腳 2）：器件地址的A1 位。A2（引腳 3）：器件地址的A2 位。GND （引腳 4）：地線。SDA（引腳 5）：數(shù)據(jù)總線引腳。SCL（引腳 6）：時(shí)鐘總線引腳。TEST （引腳 7）：測試引腳，Vcc（引腳 8）：電源線引腳。AT24CXX 系列的器件地址是 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 RW ，其中最低位 RW 除外，其余都是地址位， 共有 7 位，其中低 3 位 A2 A1 A0 由引腳連接決定

42、，高 4 位 A6 A5 A4 A3 已經(jīng)由廠家給出為 1010。 RW 決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颍?dāng) RW 1 時(shí)，是從 存儲器讀出數(shù)據(jù)，當(dāng) RW 0 時(shí)，是向存儲器寫入數(shù)據(jù)。 AT24C02 內(nèi)有 256 字節(jié)存儲單元，片內(nèi)地址使用一字節(jié)（ 8 位）地址尋址就可以滿足要求。地址范圍是00H FFH 。存儲電路原理圖如下：圖 3.11存儲電路單片機(jī)控制電路（1）所選單片機(jī)簡介本設(shè)計(jì)中選用的宏晶科技的STC89C52RC型單片機(jī)是一種低功耗、 高性能、采用 CMOS工藝的 8 位微處理器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型80C51單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。片內(nèi)8K Flash 存儲器可在線重新編程，或使用通用的非

43、易失性存儲器編程器。由于一般的距離測量中，距離的變化速度并不太快，而且單片機(jī)的機(jī)器周期可達(dá) s 級，則其計(jì)時(shí)精度為 s 級，完全可以滿足系統(tǒng)測量的要求，并且成本較低，所以本設(shè)計(jì)中選用STC89C52RC型號的單片機(jī)。STC89C52RC單片機(jī) , 基于 STC89C51內(nèi)核 , 是新一代增強(qiáng)型單片機(jī), 指令代碼完全兼容傳統(tǒng)STC89C51,速度快 812 倍, 帶 ADC,4路 PWM,雙串口 , 有全球唯一 ID 號, 加密性好，抗干擾強(qiáng)。（2）單片機(jī)引腳功能STC89C52RC采用 40Pin 封裝的雙列直插DIP 結(jié)構(gòu)。 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4 組8 位共32 個(gè)IO口，中斷口線與P3 口線復(fù)用。STC89C52RC的引腳圖如圖3.12 所示，其引腳功能如下：圖 3.12 STC89C52RC引腳圖1. Pin20: 接地腳。2. Pin40: 正電源腳，工作時(shí)，接 +5V電源。3. Pin19: 時(shí)鐘 XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。4. Pin18: 時(shí)鐘 XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。5. STC89C52RC的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩