全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽F題紅外光通信系統(tǒng)

PAGEPAGE16紅外光通信系統(tǒng)（F題）【本科組】 組員：摘要該紅外光通信系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制核心，進(jìn)行信息的采集和處理，利用放大電路以及內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)語音信號的輸入，經(jīng)過紅外編碼將信號編碼調(diào)制到465K紅外載波上，然后經(jīng)紅外發(fā)射電路發(fā)射出去，在接收指令時(shí)通過紅外接收管接受紅外信號，經(jīng)選頻放大電路和濾波電路完成解調(diào)，通過解碼還原數(shù)據(jù)，同時(shí)利用D/A轉(zhuǎn)換和音頻放大線路完成語音信號的還原，液晶顯示器1602完成顯示任務(wù)．本設(shè)計(jì)利用兩塊STC12C5A60S2單片機(jī)分別控制的紅外信號的發(fā)射與接收，硬件部分包括紅外發(fā)射模塊與紅外接收模塊，其中紅外發(fā)射模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能是語音信號輸入、紅外信號編碼和紅外發(fā)射，語音輸入模塊與紅外發(fā)射電路組成，紅外接收模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能是紅外信號接為收、液晶顯示溫度，由紅外接收電路、液晶顯示電路和語音播報(bào)電路組成．軟件部分根據(jù)硬件設(shè)計(jì)，把系統(tǒng)劃分成發(fā)射部分與接收部分，其中發(fā)射部分主要包括語音A/D轉(zhuǎn)換程序和紅外發(fā)射程序，接收部分主要包括紅外接收子程序、液晶顯示子程序和語音D/A程序．通過控制編程與各芯片之間的協(xié)調(diào)合作，本系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)紅外光通信聯(lián)絡(luò)的功能．關(guān)鍵詞：紅外通信，調(diào)制解調(diào)，溫度傳感，語音傳輸，A/D、D/A轉(zhuǎn)換ABSTRACTThevoicecontactsystemwithinfraredcommunicationasthefoundation,thedesignwithSTC12C5A60S2modulatorasthecoretocontrol,informationcollectionandprocessing,useVoiceinputmatrixrealizeinstructions,throughinfraredcodingwillsignalcodingmodulationtoinfraredcarrier,thenbyinfraredemissioncircuitlaunchout,receivingordersthroughtheintegrationinreceivingheadcompletedemodulation,throughthedecodingreductiondata,andtouseD/AandLCD1602typeLCDdisplaychiptocompletethecorrespondingspeechbroadcastandLCDdisplaytask.ThisdesignusingtwopiecesofSTC12C5A60S2modelrespectivelyofthesinglechipmicrocomputercontroloftheinfraredsignaltheemittingandreceiving,hardwareincludinginfraredemissionmoduleandinfraredreceivingmodules,whichinfraredemissionmodulemainlyrealizesfunctionistheVoiceinput,theinfraredsignalencodingcommandsandinfraredemission,theVoiceinputmoduleandinfraredemissionofcircuit,infraredreceivingmodulemainlyfunctionoftherealizationoftheinfraredsignalisreceived,liquidcrystaldisplayandspeechbroadcast,byinfraredtoreceive.Keywords:Infraredcommunication,modulatoranddemodulator;temperature;Voicetransmission;A/D;D/A

目錄TOC\o"1-3"\h\u69511系統(tǒng)方案 1103601.1xxxxxxxxxxxxxxxxxx 1198321.2xxxxxxxxxxxxxxxxxx 129001.1xxxxxxxxxxxxxxxxxx 2205071.2xxxxxxxxxxxxxxxxxx 2143101.4xxxxxxxxxxxxxxxxxx 227072系統(tǒng)理論分析與計(jì)算 2120492.2xxxxxxxxxxxxxxxxxx 2317412.2.1xxxxxxxxxxxxxxxxxx 2302612.2.2xxxxxxxxxxxxxxxxxx 2297032.3xxxxxxxxxxxxxxxxxx 3181352.3.1xxxxxxxxxxxxxxxxxx 3298292.3.2xxxxxxxxxxxxxxxxxx 362243電路與程序設(shè)計(jì) 322683.1電路的設(shè)計(jì) 3153893.1.1系統(tǒng)總體框圖 324613.1.1xxxxxxxxxxxxxxxxxx電路原理圖 3188223.1.2xxxxxxxxxxxxxxxxxx電路原理圖 4138193.1.3xxxxxxxxxxxxxxxxxx電路原理圖 5152923.2程序的設(shè)計(jì) 566673.2.1程序設(shè)計(jì)思路 5321533.2.2程序流程圖 6122704測試結(jié)果 8145004.1測試結(jié)果(數(shù)據(jù)) 8233774.3.2測試分析與結(jié)論 910513參考文獻(xiàn) 96632附錄1：電路原理圖 101741附錄2：源程序 11系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與論證本系統(tǒng)主要由MCU模塊、信號輸入模塊、溫度傳感模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、紅外光發(fā)射和接收模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊組成、顯示模塊，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。1.1系統(tǒng)總體框架圖1-1系統(tǒng)總體框圖1.2方案論證與比較（1）控制模塊方案一：選用STC89C52單片機(jī)作為控制，是目前使用較為廣泛的8位單片機(jī)。具有8位CPU·8kbytes程序存儲器(ROM)，384bytes的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，32條I/O口線、11條指令，大部分為單字節(jié)指令，編寫程序較為簡單。但是它的計(jì)算速度不高，精度較低，程序儲存空間及數(shù)據(jù)儲存空間不夠大。方案二：選用STC12C5A60S2為控制核心，此單片機(jī)資源豐富，內(nèi)置AD模塊，相對于STC12C5A60S2單片機(jī)處理速度更快，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，功能強(qiáng)大，完全可實(shí)現(xiàn)對紅外光通信系統(tǒng)的控制。其次，瑞薩編程軟件自帶代碼生成工具，編程更為方便，且基本兼容51程序，移植較為簡單。綜合以上方案，選用方案二（2）溫度傳感模塊方案一：選用熱敏電阻電路，此方法精準(zhǔn)度較差，且需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。方案二：選用溫度傳感器DS18B20，此傳感器采用單線接口雙向通信，可測溫度范圍大，可在傳感器內(nèi)部將溫度模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，且誤差小。綜合以上方案，選用方案二。（3）信號輸入模塊語音信號輸入選用MP3，單音信號采用MCU產(chǎn)生的PWM波輸入。紅外光發(fā)射和接受模塊采用紅外發(fā)射管TSAL6200和紅外接收管HS0038。德國VISHAY公司的TSAL6200紅外發(fā)射器和TSOP1838紅外接收器具有功能強(qiáng)、電壓低、功耗小等特點(diǎn),應(yīng)用廣泛.A/D轉(zhuǎn)換模塊方案一：采用瑞薩RL78/G13十六位單片機(jī)內(nèi)置的兩路A/D轉(zhuǎn)換。電路簡答，可借由代碼生成工具生成AD代碼基本框架，編程簡單。方案二：使用外置A/D轉(zhuǎn)換芯片，較之方案一需另外搭建電路。綜合以上方案，選用方案一。D/A轉(zhuǎn)換模塊方案一：采用DAC0832芯片，DAC0832D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使種輸入方式，以便適于各種電路的需要。但是為并行輸入，轉(zhuǎn)換方便簡單，通過外圍運(yùn)放電路可產(chǎn)生模擬電壓。方案二：采用PCF8951芯片，PCF8951是串行輸入的八位D/A轉(zhuǎn)換芯片。電路簡單，占用IO口較少，單轉(zhuǎn)換需要IIC協(xié)議，較麻煩綜合以上方案，選用方案二。顯示模塊方案一：采用LED數(shù)碼管顯示器。LED數(shù)碼管亮度高，醒目，但是其電路復(fù)雜，占用資源較多，顯示信息量較小。方案二：采用1602液晶顯示器。LCD有明顯的優(yōu)點(diǎn)：微功耗、尺寸小，超薄輕巧、顯示信息量大、字跡清晰、美觀、視覺舒適，使整個(gè)控制系統(tǒng)更加人性化。綜合以上方案，選用方案二。系統(tǒng)理論分析與計(jì)算2.1紅外光通信的分析(1)紅外通信原理在紅外數(shù)據(jù)發(fā)射過程中，首先將得到的二進(jìn)制脈沖碼調(diào)制到465Khz載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號發(fā)射出去。對于465Khz載波的實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用自激震蕩電路產(chǎn)生465KHz正弦波，再將正弦波經(jīng)過一個(gè)與非門，產(chǎn)生一個(gè)465Khz的脈沖信號。紅外編碼的形式有多種，其中最為常用的是PWM碼(脈沖寬度調(diào)制碼)和PPM碼(脈沖位置調(diào)制碼）。前者以寬脈沖表示1，窄脈沖表示0。后者脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表1，碼位窄的代表0。脈寬為0.56ms、間隔0.565ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.56ms、間隔1.69ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”。如圖2-1所示．本設(shè)計(jì)是以PPM碼對紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。圖2-1指令脈沖圖紅外激光編碼脈沖信號由引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼、系統(tǒng)反碼、功能碼、功能反碼等信號組成。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為9ms的高電平和寬度為4.5ms的低電平組成，用來標(biāo)志紅外激光編碼脈沖信號的開始。如圖2-2所示．圖2-2信號引導(dǎo)碼圖系統(tǒng)碼也叫識別碼，它用來指示紅外通信系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其它通訊系統(tǒng)，防止各紅外通訊系統(tǒng)的誤動(dòng)作。功能碼也叫指令碼，它代表了相應(yīng)的控制功能，接收機(jī)中的可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。系統(tǒng)反碼與功能反碼分別是系統(tǒng)碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對傳輸過程中數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生差錯(cuò)。脈沖位置表示的“0”和“1”組成的32位二進(jìn)制碼，前16位是控制指令，控制不同的紅外通訊設(shè)備。而不同的紅外紅外通訊體系又有不同的脈沖調(diào)控方式，后16位分別是8位的功能碼和8位的功能反碼。串行數(shù)據(jù)碼時(shí)序圖如2-3所示。圖2-3串行數(shù)據(jù)碼時(shí)序圖將要發(fā)送的指令脈沖編碼信號調(diào)制在465KHZ的載波上，可以增加信號的抗干擾能力，提高信號傳輸效率．信號調(diào)制時(shí)序如2-4所示。圖2-4信號調(diào)制圖A/D、D/A轉(zhuǎn)化分析輸入的語音信號通過運(yùn)算放大器放大語音信號之后接到瑞薩RL78/G13單片機(jī)，利用單片機(jī)內(nèi)置兩路A/D，把語音信號模擬量轉(zhuǎn)化為八位數(shù)字量，把數(shù)字量調(diào)制到465Khz載波上，便于紅外光傳輸。紅外接收管接收到信號經(jīng)過選頻放大和濾波之后，并經(jīng)過單片機(jī)譯碼，得到一串?dāng)?shù)字量，將數(shù)字量經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬量，恢復(fù)為語音信號，語音信號經(jīng)過功率放大器播放出來。3電路與程序設(shè)計(jì)3.1電路的設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)總體框圖根據(jù)前面的分析，設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)總體框圖（2）紅外發(fā)射電路的設(shè)計(jì)在紅外數(shù)據(jù)發(fā)射的過程中，由于發(fā)送信號時(shí)的最大平均電流需幾十mA（對應(yīng)mW級發(fā)射功率），所以需要三極管放大后去驅(qū)動(dòng)紅外光發(fā)射二極管（又稱電光二極管）。紅外發(fā)射電路以及載波發(fā)生電路原理圖如3-2所示。圖3-2紅外發(fā)射與載波發(fā)生電路紅外接收電路的設(shè)計(jì)在紅外接收電路中，由于接受到紅外光后產(chǎn)生的信號較小，故需要用三極管進(jìn)行偏置放大，，再通過465Khz的選放大電路，濾去雜波。紅外接受電路以及選頻放大原理圖如3-3所示。圖3-3紅外接受電路以及選頻放大電路音頻輸出電路的設(shè)計(jì)在紅外接收管接受后的數(shù)字信號經(jīng)過單片機(jī)解碼，通過D/A芯片還原為模擬音頻信號，但由于音頻信號功率太小，無法驅(qū)動(dòng)喇叭，故將音頻信號經(jīng)過一個(gè)3860音頻功率放大器再驅(qū)動(dòng)喇叭。音頻輸出電路的原理圖如圖3-4所示。圖3-4音頻輸出電路3.2程序的設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)思路程序設(shè)計(jì)思路主要由發(fā)射電路主程序，紅外發(fā)射子程序，接收電路主