基于51单片机的红外遥控开关的设计定搞

基于51单片机的红外遥控开关的设计定搞内容摘要：

9 图 33 定时器 /计数器方式 1 逻 辑结构图 3 方式 2： 方式 0 和方式 1 的最大特点是计数溢出后，计数器为全 计数用时就存在反复装入计数初值的问题。 这不仅影响定时精数，而且也给程序设计带来麻烦。 方式 2 就是针对此问题而设置的。 当 M M2 为 10 时，定时器 /计数器处于工作方式 2，这时定时器 /计数器得等效框图如图 34 所示。 这种工作方式可以省去用户软件中得重装初值的程序，简化定时初值的计算方法，可以相当精确的确定定时时间。 图 34 定时器 /计数器方式 2 逻辑结构图 红外遥控开关系统的硬件电路包括红外发射电路和接收电路两部分。 键盘接口 键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干咸宁学院学士学位论文 10 预单片机的主要手段。 键盘实质上是一组案件开关的集合。 通常，键盘开关利用了机械触点的断开、闭合作用。 键的闭合与否，反映在行线输出电压上就是呈现高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平表示键闭合，通过对行线电平高低状态的检测，便可以确认案件按下与否。 为了确保 CPU 对一次按键动作只确认一次案件有效，必须消除抖动期的影响。 常用的键盘接口分为独立式和行列式键盘接口 [7]。 独立式键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。 行列式（也称 矩阵式）键盘用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。 本次设计所采用的键盘接口就是这种。 行列键盘的结构如下图 35 所示。 图 35 行列式键盘结构 行列式键盘的工作原理：按键设置在行、列线分别连接到按键开关的两端。 行线通过上拉电阻接到 +5V 上。 无按键按下时行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由此行线相连的列线的电平决定。 列线的电平如果为低，则行线电平为低。 列线的电平如果为高，则行线亦为高。 这一点是识别行列式键盘是否按键的关键所在。 由于行列式键盘中行、列线为多键 共用，各按键均影响该键所在行和列的电平。 因此各按键彼此将互相发生影响，所以必须将行、列信号配合起来并做适当的处理，才能确定闭合键的位置。 LED 显示器 常用的 LED 显示器为 8 段或 7 段（ 8 段比 7 段多了以个小数点“ dp”段） 【 8】。 每一个段对应以个发光二极管。 这种显示器由共阳极和共阴极两种。 如图 36 所示。 共阴极 LED 显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常次共阴极接地。 当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被现实。 同样，共阳极 LED 显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压 ，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。 为了使 LED 显示器显示不同的符号和数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为 LED 显示器提供代码，因为这些代码可使 LED 相应的段发光，从而显示不同字型，因此该代码称之为段码（或称为字型代码）。 7 段发光二极管在加上一个小数点，共计 8 段。 因此提供给 LED 显示3 系统的设计 11 器的段码正好是 1B。 各段于字节中各位对应关系如下图 36： 图 36 8 段 LED 结构及外形 图 37 发射部分电路图 咸宁学院学士学位论文 12 发射部分 发射部分的电路原理图如图 37 所示 [9]。 图中 AT89C51 单片机为控制核心， P0 作为键扫描端口，具有 16 个操作键，可分别控制单片机发出 16 种不同脉冲，执行 16 种操作。 你 9 脚为单片机的复位脚，采用 RC 上电复位电路，第 14 脚作为红外遥控发射编码的输出脚，用于输出 38KHz 的载波编码信号。 脉冲经 T0 放大然后由红外发射管输出。 1 19 脚接 12M 晶振。 值得注意的是单片机的 － 口必须外接上拉电阻，否则发射部分将无法正常工作。 接收部分 接受部分的电路原理图如图 38 所示 [9]。 其中 AT89C51(2)单片机为控制核心：~ 口作为数码管的二进制数据输出，通过数码管显示发射终端的按键号，同时P0 口和 P2 口相应的二极管会显示亮灯； 、 口接收调解后的红外遥控信号，需要说明的是： 图 38 接收部分电路原理图 1) 处于在开关机时灯应全灭的考虑， P0 和 P2 口在系统上电初始化后将一直保持为高电平，知道接收到发射部分的控制信号，其状态才会发生改变； 2) 红外接收头采用一体化接收器 SM0038，其解调频率为 38KHz，当 SM0038 接收到 38KHz 的红外脉冲信号时输出为低电平，反之输出高电平。 它是将光探测器与前置放大器封 装在一起，以实现对脉冲编码信号调制的红外光信号的接收。 在系统工作时， SM0038 对接收到的脉冲编码信号进行解调，解调后的信号输入至3 系统的设计 13 单片机的 、 口。 系统软件设计 本设计的软件分为发射部分和接收部分。 发射部分的工作原理 系统上电初始化，然后调用键扫描处理子程序。 当无按键按下时，系统处于等待状态；当有按键按下时，系统通过按键检查子程序，检查按键号并转入相应的发射子程序。 在发射子程序中，将待发射信号调制成 38KHz 的载波信号，由单片机的 14 脚输出，经三极管 9013 放大后驱动红外发射管，发射调制 脉冲信号。 发射信号采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的编码，最小为 6 个脉冲，最大为 21 个脉冲，遥控码数据帧间隔为 8ms。 为达到控制准确的目的，将发射脉冲分为连接段、控制段和结束段。 连接段为发射信号的前 3 个脉冲，脉冲宽度分别为 4ms、 2ms、 4ms，脉冲间隔为 1ms。 结束段为发射信号的最后 2 个脉冲，脉冲宽度分别为 2ms、 4ms，脉冲间隔为 1ms。 中间为控制段，脉冲宽度和卖出那个间隔均为 1ms。 发射 8 个编码时的输出信号波形如图 39 所示。 其中前 3 个脉冲为连接段。 中间 3 个脉冲为控制段，最后 2个脉冲为结束段。 图 39 发射 8个编码时的输出信号波形图 接收部分工作原理 系统上电初始化后，对单片机的 口进行检测，当其为高电平时，系统处于等待状态。 当其为低电平时，将启动中断服务程序，实现接收数据帧。 需要说明的是：数据帧采用中断方式进行接收，单片机在外中断 1 方式下工作。 在数据帧接收时，将对所接收数据的前 3 位码的码宽进行验证。 前 3 位码的码宽分别为 4ms、 2ms、 4ms，若任意一位的码宽不满足要求，都将作为错误码处理，当系统接收到的高电平脉宽大于 5ms 时，结束脉冲接收。 然后系统会对所接收脉冲的最后两位脉宽进行验 证，其值应分别是 2ms 和 4ms，否则将会作为错误码处理，最后系统根据累加器 A 中的脉冲个数，在单片机 P0 或 P2 口的某一对应引脚输出控制信号，同时在 P1 口输出相应的二进制数据。 此时即完成一次数据的接收处理。 SM0038 接收 8 个编码时的输出信号波形如图 310 所示。 咸宁学院学士学位论文 14 图 310 SM0038 接收 8个编码时的输出信号波形图 遥控系统的编码及解码 1) 遥控发射编码格式 采用脉宽调制的串行码，以脉宽为 、间隔 、周期为 的组合表示二进制的“ 0” ；以脉宽为 、间隔 、周期为 的组合二进制的“ 1” ，其波形如图 311 所示。 图 311 遥控码的“ 0”和“ 1”（注：所有波形为接收端的与发射相反） 上述“ 0”和“ 1”组成的 32 位二进制码经 38khz 的载频进行二次调制以提高发射频率，达到降低电源功耗的目的。 然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图 312 所示。 图 312 遥控信号编码波形图 遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种 32 位二进制码，周期约为 108ms。 一组码本身的持续时间随它包含的二进制“ 0”和“ 1”的个数不同而不同，大约在 45ms～63ms 之间，图 313 为发射波形图。 3 系统的设计 15 图 313 遥控连发信号波形 当一个键按下超过 36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组 108ms 的编码脉冲，这108ms 发射代码由一个引导码（ 9ms），一个结果码（ ），低 8 位地址码（ 9ms～ 18ms），高 8 位地址码（ 9ms～ 18ms）， 8 位数据码（ 9ms～ 18ms）和这 8 位数据的反码（ 9ms～18ms）组成。 如果键按下超过 108ms 仍未松开，接下来发射的代码（连发码）将仅 由起始码（ 9ms）和结束码（ ）组成。 2) 数据帧的接收处理 当红外线接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平将启动中断程序，实时接收数据帧。 在数据接收时，先对第一位（起始位）码的码宽进行验证。 若第一位低电平码的脉宽小于 2ms，将作为错误码处理；否则认为是起始码，累加器 A 加 位的高电平大于 3ms 时，结束接收，然后根据累加器 A 中的脉冲个数，执行相应的输出操作。 图 314 为红外线接收器输出的一帧遥控码波形图。 图 314 一帧遥控码波形图 遥控发射及接收控制程序流程图 1) 遥控发射控制 流程图 咸宁学院学士学位论文 16 图 315 遥控发射程序控制流程图 上左图是遥控发射的主程序，首先初始化程序，然后调用键扫描处理子程序。 上右图为扫键过程，首先判断控制键是否按下，若有控制键按下则进行逐行扫描，按照 P口值查找键号转至相应的发射程序。 图 316遥控发射控制流程图 红外信号发射过程：首先装入发射脉冲个数（发射时为 3ms 脉冲，停发时为 1ms脉冲），此时若发射脉冲个数为 1 则返回主程序，若不为 1 则发 1ms 脉冲，然后停发3 系统的设计 17 1ms 脉冲，这样便结束整个发射过程。 在实践中，采用红外线遥控方式时，由于受遥控距离，角度等影响，实 用效果不是很好，如采用调频或调幅发射接收码，可提高遥控距离，并且没有角度影响。 2) 遥控接收控制流程图 图 317 遥控接收控制主流程。