电风扇的智能红外遥控器系统设计毕业设计(编辑修改稿)

电风扇的智能红外遥控器系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

C型单片机，原是 Cygnal公司的产品，该公司于 20xx 年并入 Silicon Laboratories 公司。 C8051F 系列具有与 MCS51 单片机兼容的内核，运用流水线式运算技术，不再把时钟周期以及机器周期进行细致区分，可以在执行指令的同一时刻，预处理接下来的指令，增加了指令执行速率。 其中 C8051F020 是该系列单片机中功能较全，最具有代表性的一款 C8051F020 提供以下标准功能： 64k bytes 字节 Flash 存储器， 4352（ 4096+256） B 的片内 RAM， 64 个数字 I/O 引脚 ， 5个通用的 16 位定时器，硬件实现的 SPI,SMBUs/I178。 C 和两个 UART 串行通接口，可寻址 64KB 地址空间的外部数据存贮器接口。 模拟外设以及数字外设都能由固件使能或禁止，配置。 同时， Flash 存储器也可以在线系统重新编程，可用于不易失类数据储存，并可以现场刷新 8051 固件，支持断点、观察点、单步运行和停机命令 [1]。 在使用 JTAG引脚都容许 5V的输入信号电压。 C8051F020 为 100 引脚 TQFP 封装，如图 2所示。 片内原理框图如图 3 所示。 C8051F020 单片机的引脚结构及功能说明 图 2 C8051F020 芯片示意图 电风扇的智能红外遥控器系统设计 4 C8051F020 单片机的最小系统设计 单片 机最小系统设计如图 3 所示 ： C 8 0 5 1 F 0 2 0电 源 电 路复 位 电 路仿 真 接 口 电 路图 3 C8051F020 最小系统原理框图 （ 1） C8051F 系列 MCU 振荡器 每个 C8051F 系列 MCU 都包含内部振荡器以及外部振荡器驱动电路，每个驱动电路都可以作系统时钟， MCU 在复位后从内部振荡器启动。 系统时钟能够在内部和外部振荡器间切换。 也可以在选择的时候，让其中一个振荡器保持在允许状态，这样可以避免切换时的延迟。 外部振荡器的可配置性是相当可观的，足以为用户带来多种选择 [2]。 时基信号可以来自外 CMOS 时钟源或者晶体 谐振器，陶瓷谐振器喝 RC 组合电路以及外部电容也可以。 振荡器的工作方式是受 SFR 控式，内外各一个，即 OSCICN 内部振荡器控制寄存器和 OSCXCN 外部振荡器控制寄存器。 （ 2） C8051F020 交叉开关配置 C8051F020 单片机内部的数字和模拟资源可以通过 P0~P3， 32 个 I/O 引脚使用。 每个端口引脚可以被定义为通用 I/O(GPIO),又可以分配给一个数字外设或功能（例如：UART0 或 /INT1），如图所示。 其中 P1口的引脚可以用作 ADC1 的模拟输入。 设计者完全控制数字功能的引脚分配，只受 （ 3）端口 I/O初始化步骤 1）用端口输入方式寄存器（ PnMDIN）选择所有的端口引脚输入方式（模拟或数字）。 电风扇的智能红外遥控器系统设计 5 2）用端口输出方式寄存器（ PnMDOUT）选择所有的端口引脚输出方式） 3）将引脚分配给要使用的外设 4）使能交叉开关（ XBARE=1） （ 4）程序流程图 上 电 、 复 位功 能 模 块 n功 能 模 块 2功 能 模 块 1初 始 化 程 序 图 4 最小系统框图 发射端电路 模块设计 发射端电路：单片机系统及显示电路、红外发射电路、按键电路和稳压电路等组成。 C 8 0 5 1 F 0 2 0矩 阵 按 键数 码 管 显 示红 外 发 射 管5 V 电 源 图 5 手持式遥控器方框图 电风扇的智能红外遥控器系统设计 6 1. C8051F020 的功能： （ 1）高速、流水线结构的 8051 兼容 的 CIP51 内核（可达 25MIPS） （ 2） 64KB 可重编程闪速存储器 （ 3） 真正 12 位、 100ksps 的 8 通道 ADC，带 PGA （ 4） 4352B 的片内 RAM （ 5） 可寻址 64KB 地址空间的外部数据存储器接口 （ 6） 硬件 178。 C和两个 UART 串行接口 （ 7） 5 个通用 16 位定时器 （ 8） 两个 12 位 DAC （ 9） 低耗空载和掉电方式。 端口输入 /输出 S M B u sP R T 3 C F 寄存 器T 0 ， T 1 ， T 2比 较 器 输 出P C AU A R TS P I数 字 交叉 开 关优 先 级译 码 器X B R 0 ，X B R 1 ， X B R 2寄 存 器P R T 0 C F , P R T1 C F , P R T 2 C F寄 存 器P 0 I / O单 元P 2 I / O单 元P 1 I / O单 元P 3 I / O单 元P 0 . 0P 3 . 0 — P 3 . 7P 3 . 7P 3 . 0P 2 . 0P 1 . 7P 1 . 0P 0 . 7P 2 . 7P 3P 2P 1P 0 P 0 . 0 — P 0 . 7P 2 . 0 — P 2 . 7P 1 . 0 — P 1 . 7 图 6 端口 I/O 功能框图 电风扇的智能红外遥控器系统设计 7 MCU 中有大量的数字资源需要通过数字 I/O 端口 P0， P1， P2和 P3 才能使用。 端口0、 2 中的每个引脚既可以定义为对应的端口 I/O，又可以分配给一个内部非模拟资源，如图 7 所示 [3]。 设计者对功能分配有完全的控制，只受所选器件可用引脚多少的限制。 这种灵活性分配得益于优先权交叉开关译码器的强大功能，无论交叉开关怎么配置，端口 I/O 引脚状态都能够被送到对应锁存器。 引脚名称 引脚号 引脚类型 说明 VDD 18,20 数字电压源 DGND 17,21 数字地 AV+ 9,29 模拟电压源 AGND 8,30 模拟地 TCK 14 数字输入 带内部上拉的 JTAG测试时钟 TMS 13 数字输入 带内部上拉的 JTAG测试模式选择 TDI 15 数字输入 带内部上拉的 JTAG测试数据输入 TDO 16 数字输出 带内部上拉的 JTAG测试数据输出 XTAL1 10 模拟输入 晶体输入 XTAL2 11 模拟输出 晶体输出 /RST 12 数字 I/O 芯片复位 VREF 3 模拟 I/O 电压基准 CP0+ 2 模拟输入 比较器 0的同相输入端 CP0 1 模拟输入 比较器 0的反相输入端 CP1+ 模拟输入 比较器 1的同相输入端 CP1 模拟输入 比较器 1的反相输入端 DAC0 32 模拟输出 数模转换输出口 0 DAC1 31 模拟输出 数模转换输出口 1 AIN0AIN7 4—— 7 模拟输入 模拟 MIX通道输入 07 1 22—— 27 数字 I/O 端口 0位 07 数字 I/O 端口 1位 07 数字 I/O 端口 2位 07 数字 I/O 端口 3位 07 表 1 引脚定义 红外发射电路设计 本遥控发射器采用码分制遥控方式。 码分制红外遥控就是指令信号产生电信号以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。 在确定选择 C8051F020 作为本设计发射电路核心芯片和点触式开关作为控制键后，电风扇的智能红外遥控器系统设计 8 加上一个简单红外发射电路和 12M 晶体震荡器便可实现红外发射。 红外发光二极管为发射部分的主要元件。 由于红外发光二极管的内部材料与普通二极管不同，所以它是一个特殊的发光二极管，在它的两端加上一定的电压时，其发出来的是红外线不再是可 见光。 现在市面上常用的红外发光二极管的波长为 940nm，其与普通Φ 5的发光二极管外形相同，但是颜色不同 [4]。 遥控发射通过键盘，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在 40KHz 的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲，通过空间传送到受控机的遥控接收器。 P1 口作为按键部分， 口作为发射部分。 电路图如图 7所示： 本系统采用 PH303 红外发射二极管，波长为 940，正向电压在 以下。 R1红外发射管L E DN P NP 0 . 7V C CP 0 . 1发射部分按键部分 图 7 红外发射电路 键盘电路设计 单片机系统的键盘主要有两种：一种是有编 码键盘，另一种是非编码键盘。 编码键盘：包括按键和产生键码的硬件电路。 当使用时，按下键盘上的按键，硬件电路就会产生这个键的代码（简称键码），在此时还会产生一个脉冲信号，脉冲信号传电风扇的智能红外遥控器系统设计 9 递给 CPU 以接收键码。 编码键盘的优点是编写程序简单而且使用方便；缺点所使用的硬件复杂。 非编码键盘：排列成行或列矩阵形式是其按键的特点。 按键只能简单地实现接点的接通或断开，所以要有与之相应的程序相配合，从而实现相应的键码，而且非编码键盘的一个优点是不需要附加硬件电路 [5]。 为了简洁电路，使用非编码键盘。 如图 8所示： U1 U6 U8 U 1 0U5 U7 U9 U 1 1U 1 2 U 1 4 U 1 6 U 1 1 8U 1 3 U 1 5 U 1 7 U 1 9P 1 0P 1 1P 1 2P 1 36785P 1 3P 1 2P 1 1P 1 0 图 8 矩阵键 盘原理图 显示电路设计 显示器是一类比较多见的设备，其种类繁多，但在单片机实例中常用发光二极管显示器 (LED)以及液晶显示器（ LCD） 两种，由于这两种显示其结构简单，价格便宜，接口容易实现，因而得到广泛应用。 下面介绍 LED 的结构、工作原理以及它的接口电路。 LED 显示器又称为数码管，它主要由 8 段发光二极管组成，如图 9 所示。 图 9 中，a~g 为数字或字符显示段， h段为小数点显示，通过 a~g 为 7个发光段的不同组合，可以显示 0 到 9和 A到 F 共 16 个字母和数字。 例如，当 a、 b、 g、 e、 d、段亮时，则显示字幕“ F”。 LED 可以分为共阴极和共阳极两种结构，如图 和 所示。 其中图 为共电风扇的智能红外遥控器系统设计 10 阴极结构。 即把 8个发光二极管阴极连在一起。 这时如果需要点亮 a~g 中的任何一盏灯，只需要在相应端输入高电平即可；输入低电平则截止 [6]。 图 为共阳极结构。 其显示端输入低电平有效，高电平截止。 表 2 列出了共阳极与共阴极 LED 显示其显示数字、字母与显示代码之间的对应关系。 LED 的显示方式可以分为两种，一是静态显示，二是动态显示，本设计选用动态显示。 其特点是似乎各位 LED 是“同时”显示的。 动态显示法是目前各种单片机采用 的流行方法。 其优点是硬件简单，“动态”由软件实现。 本设计选用动态显示的方法，其显示格式如表 1。 表 2 数码管显示格式 数码管 1 数码管 2 风速 D 相应数字 模式 E 相应数字 定时 A 相应数字 数码管的操作电路如图 9所示： Q2 Q2dpdpg gf fc cd db ba aeeR 1 9 R 1 9P00P00P N P P N P21 图 9 数码管基本操作电路 电风扇的智能红外遥控器系统设计 11 接收端电路模块设计 接收端电路：单片机系统及显示电路、红外发射电路、按键电路、电源电路和控制单元等组成。 其设计原理图如下： C 8 0 5 1 F 0 2 0数 码 管 显 示+ 5 V 电 压 源 交 流 电 源控 制 单 元红 外 接 线 头手 动 按 键整 流 变 压 图 10 红外接收端方框图 红外接收 电路设计 在接收过程中，脉冲通过光学滤波器和红外二极管转换为 40KHZ 的电信号，此信号经过放大，检波，整形，解调，送到解码与接口电路，从而完成相应的遥控功能。 接收电路图见图 11。 C40 .0 1 u FR 1 8C52 .2 u F321P 3 0G N DV C C P 3 0红外接收管 图 11 红外接收电路 通常，红外遥控器将遥控信号 (二进制脉冲码 )调制在 40KHz 的载波上，经过缓冲过程，放大过程之后被送至红外发光二极管，产生红外信号 [7]。 把前面的遥控编码脉冲对照 40KHz 载波信号进行脉幅调制，再一次经过缓冲过程，放大过程之后发射出去。 红外接收管是接收部分的主要元件，红外接收管是一种光敏二极管。 在实际应用时，电风扇的智能红外遥控器系统设计 12 为了使它能正常工作，需要给红外接收二极管加上反向的偏压，即在电路中反向应用，这样就可以拥有较高的灵敏度，本设计采用 SM0038 红外接收头 ,。