微型计算机与接口课程设计(红外线控制开关,电子科学与技术).doc

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1、工程大学本科课程设计说明书专业： 计算机科学与技术 题目： 红外控制开关 学生： 结兵 指导老师： 永宁 2012年6月8日 前言红外遥控具有性能稳定、结构简单、技术成熟、容易实现等优点,在工业控制、智能仪器仪表、家用电器等方面应用广泛。通常红外遥控使用专用配对编码、解码芯片,即某种解码芯片只能识别某种编码芯片的编码,对其他型号的编码芯片的编码则不能识别,因此不同的遥控器没有互换性,造成使用场合有多个遥控器,用户深感不便。提出了利用单片机作为主控芯片,结合红外遥控用户码的设置,自行设计编码和解码程序,实现一个遥控器控制多台设备的方法。它在技术上的主要优点是：1、无需专门申请特定频率的使用执照；

2、2、具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点；3、传输速率适合于家庭和办公室使用的网络；4、信号无干扰，传输准确度高；5、成本低廉。它的缺点是：由于它是一种视距传输技术，采用点到点的连接，具有方向性，两个设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物，而且通讯距离较短，此外红外线LED不是一种十分耐用的器件。目录第一章 方案论证 .6 1.1需求分析 .6 1.2红外线控制系统的基本功能 .6 1.3红外线控制系统 .6 1.4遥控发射器与其编码 .7 1.4.1 LC7461编码方式 .7接收端的流程图 .8第二章 硬件系统设计.12 2.1处理芯片的选择.12 2.2红外发送器.12 2.3

3、8051单片机硬件结构.14第三章 应用软件系统设计.15 3.1软件概述.15 3.2软件使用说明.15 3.3遥控解码汇编源程序.16第四章 小结.22参考文献：.23课程设计图纸.24课程设计任务书：工程大学本科课程设计任务书09届 机电 学院计算机科学与技术 专业 课程设计题目：红外遥控开关 课程设计任务容1. 课程设计的目的意义：通过课程设计培养同学们的系统设计能力，使同学们达到以下能力训练：、调查研究、分析问题的能力；、使用设计手册、技术规的能力；、查阅中外文献的能力；、制定设计方案的能力；、计算机应用的能力；、设计计算和绘图的能力；、技术经济指标的分析能力；、语言文字表达的能力。

4、2.本课题研究的主要容：设计一个多路红外遥控开关，利用市售彩电红外遥控器（以编码芯片LC7461为例），发送遥控器键盘数字信号，控制器接收解码，控制相应的输出。基本要求：、设计实验电路（要求利用实验仪的硬件资源）、分析实验原理、列出实验接线表、采用汇编语言编写实验程序、通过实验验证功能的实现、编写课程设计说明书3.提交的成果：一份符合毕业设计论文规的课程设计说明书课程设计统一使用学校印制的课程设计封面与课程设计袋。课程设计袋按要求认真填写，字体要工整，卷面要整洁，手写一律用碳素墨水书写。课程设计除课程设计袋的其它资料鼓励用计算机打印。课程设计按统一顺序装订：（1） 封面（2） 前言（3） 目录

5、（4） 课程设计任务书（须有指导教师签名与日期）（5） 正文（分章、层次等，每一章从新的一页开始）（6） 小结（7） 参考文献（8） 课程设计图纸装订好后放入填写好的资料袋由各教学单位存档。 指导老师（签名）：完成时间：接受任务书学生（签名）:第一章：方案论证1.1需求分析 (1)应用场合: 红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点,因而,继彩电、录像机之后,在录音机、音响设备、空调机以与玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中,在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下,采用红外线遥控不仅安全可靠而且能有效地隔离电气

6、干扰。 (2)设计目的:实现简单的数据传送和接收。(3)立题意义:体会红外遥控器编程上的一些独特的编法，以与硬件连接和各部件的使用。在这次课设中制作红外遥控器的目的是为了学习它的基本功能，以与这些功能怎样用AT89S51去编程实现我们需要的功能。1.2：红外线控制系统基本功能（1）基本的工作过程：键盘输入编码红外线放大器解调/码控制设备 1.3：红外线控制系统通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。工作原理：1)利用键盘输入指令，将其转化为电

7、信号，经过编码调制等处理过程，通过LED红外发射器发送。2)将接收到的红外遥控信号放大、接调和整形后输出响应的指令信号，送至单片机进行识别和处理，单片机根据识别结果输出控制信号，控制相应的继电器，从而控制对应的家用电器的开关状态。红外线系统框图1.4遥控发射器与其编码遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成脉冲宽度调制和脉冲相位调制两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的脉冲宽度调制来加以说明，现以LC7461组成发射电路为例说明编码原理。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56

8、ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”上述“0”和“1”组成的42位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，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，7461产生的遥控编码是连续的42位二进制码组，其中前26位为用户识别码，能区别不同的红外遥控设备，防止不同机种遥控码互相干扰。后16位为8位的操作码和8位的操作反码用于核对数据是否接收准确。当遥控器上任意一个按键按下超过36ms时，LC7461芯片的振荡器使芯片激活，将发射一个特定的同步码头，对于接收端而

9、言就是一个9ms的低电平,和一个4.5ms的高电平，这个同步码头可以使程序知道从这个同步码头以后可以开始接收数据。解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0

10、.84ms最为可靠，一般取0.84ms左右即可。根据红外编码的格式，程序应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。LC7461编码方式 LC7461 编码方式 ，该编码所发送的一帧数据中含有42 位码，包含一引导码、13 位用户码和8 位数据码以与它们的反码。这样很大程度上减少了误码率。发射码的格式如下图1所示：图1 LC7461 的发射码的格式 引导码有9ms 的载波和4.5ms 的载波关断波形所构成，以作为用户码、键数据码以与它们的反码的先导。当SEL 接DRV2 脚时，选中的13 位用户编码为（C12 C0：11（0117H），LC 7461的输出波形如图2，图3所示：图

11、2 LC7461 的第一次传送波形图3 LC7461 的第二次传送波形（重复码波形）“1”和“0”的区分取决与脉冲之间的时间，称之为脉冲位置调制方式（PPM），如图4所示。图4 “1”和“0”的波形发射端输出高电平时按图5的载波波形发送，频率：38KHz；占空比：1/3。图5 载波频率图6 红外线数据帧格式1.4.2 接收端的流程图 一体化红外接收头HS0038的解调可理解为:接收到红外脉冲串时,输出低电平,否则输出高电平,显然输出的信号极性与发送信号的相反,所以解码时要将接收到的信号经过反向才能和发送信号编码一致。当接收端接收到表示传输开始的同步帧后,接收单片机进入解码过程,解码采用软件抽样

12、判决。从上升沿开始,以15个脉冲为判决门限,在门限时刻读得低电平时,即可判定为编码“1”;在门限时刻读得高电平时,即可判定为编码“0”,解码1位后,需等到下一位的上升沿到来,再计数15个脉冲后,判断读得的电平是高还是低,进行解码。如图1所示。接完1帧后,接收单片机首先判断收到的用户码是否和自己的用户码一致,如果不一致,则放弃刚收到的数据并做好下一次接收准备;如果一致,则读取刚收到的控制码,并调用相应的控制程序,产生控制信号。图1 波形解码示意图红外遥控器接收部分由主程序、信号解码子程序和控制执行子程序3部分组成,主程序负责初始化,不停地查询有无红外信号。控制程序则随着各设备的不同而不同。主程序

13、和接收子程序流程图如图2和图3所示。 图（1）接收端主程序 图（2）接收端子程序红外解码子程序流程图第二章：硬件系统的设计 硬件系统的设计主要包括处理器芯片的选择、各个功能不见的选择和接口的设计2.1 处理器芯片的选择 考虑到芯片实用、简单、便宜可以选择51单片机即可，在这里选择 AT89S51，接收器选择HS0038接收控制器的个数随控制对象的多少而定。每个接收控制器都有一个AT89S51芯片作为控制中心,与接收电路和各自的控制电路共同构成。其中接收电路使用一体化红外接收头HS0038,HS0038工作频率为38kHz,能对收到遥控信号进行放大、检波、整形、解调,得到TTL电平的编码信号,再

14、送给单片机,经单片机解码并执行相关控制程序,对外只有3个引脚:VS、GND和1个脉冲信号输出引脚,使用方便,性能可靠控制电路随着被控设备的不同而不同,但原理是一致的。图1是其中的一个接收控制电路原理图,用来控制窗帘的打开与闭合。单片机的引脚P1. 1、P1. 2分别控制窗帘的打开与闭合,由电机的正反转来实现。中间触点和边缘触点分别检测闭合与打开是否到位。图1接收端硬件电路原理图2.2 红外发送器 采用基于LC7461的遥控发射器（原理见2.4）基于LC7461遥控发射器基于LC7461遥控发射器原理图2.3 8051单片机硬件结构 8051单片机在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器

15、/计数器和I/O接口等多种功能。其部包含的功能部件如下：一个8 位CPU；一个片振荡器与时钟电路；4K 字节ROM 程序存储器：128 字节RAM 数据存储器；两个16 位定时器/计数器；可寻址64K 外部数据存储器和64K 外部程序存储器空间的控制电路；32 条可编程的I/O 线（四个6 位并行I/O 端口）一个可编程全双工串行口；具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。第三章 ：应用软件系统设计3.1软件概述本红外遥控解码实验的的功能是：程序对遥控器发射的遥控码进行解码，解码成功时蜂鸣器发出嘀嘀的解码成功提示音，如果按压的是数字键09就将按键值在实验板上的5位数码管上显示出按键值，同时将按

16、键的十六进制值用P1口的8位发光二极管指示出来；如果按压的不是数字键09，就直接从P1口输出键值。实验时将先连接好硬件设备，将配套的一体化红外遥控接收头插入实验板上的红外遥控接口，在Keil单片机集成开发环境中新建工程，通过Keil将源程序编译得到HEX格式目标文件yk.hex，最后使用ISP编程器将目标文件写到AT89S51单片机中，插到S51增强型实验板上运行，拿出配套的红外遥控器进行解码测试。3.2 软件使用说明使用LC7461芯片的遥控器做出相应的控制，根据按键不同，发光二极管L1-L11显示不同的状态。该系统只处理遥控器的开关键和数字键，其余按键无效。使用前，系统处于初始状态，L1-

17、L11小灯全灭，此时可进行如下操作：一:按下遥控器的开关键（红色按钮），L11小灯点亮，表示系统进入运行状态。（注意按键不应距离过远）二: 按下遥控器的i数字键，二极管L（i+1）点亮。（数字从0-9，对应小灯1-10）三:在系统运行状态下按遥控器的开关键，表示关闭系统，L1L11均熄灭，系统处于关闭状态。四:在系统关闭状态下按数字键系统无任何反应。3.3遥控解码汇编源程序：ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP INTORG 0D50HSTART:MOV P0,#0FFHMOV P1,#0FFH ；L1-L11小灯均熄灭SETB 31H ；系统处于关闭状态SETB

18、EASETB IT0 ；外中断0设置为脉冲负边沿触发SETB EX0AJMP $ ；主程序处于等待状态INT:CLR EALCALL JMA ；调用解码子程序JNZ LOOP0 ；若A中得到的键值不为0，表示成功接收，程序转入键值处理程序SETB EARETI ；若A中得到的键值不为0，表示键值接收不成功，中断返回，不对按键进行处理LOOP0:JNB 31H,LOOP1 ；31H位单元的0/1分别表示系统处于开/关状态CJNE A,#01H,LOOP2；判断A中键值是否为开关键，关闭状态按数字键无效，转向LOOP2，中断返回CLR 31H ；系统切换到开状态CLR P1.2 ；指示系统开/关状

19、态的小灯L11点亮LOOP2: SETB EARETILOOP1:CJNE A,#01H,LOOP3；判断A中键值是否为开关键SETB 31H ；在系统运行状态下按开关键，系统切换到关闭状态MOV P0,#0FFHMOV P1,#0FFH ；小灯均熄灭SETB EARETILOOP3:MOV DPTR,#TB0 ；查找TB0表，找出与按键匹配的值MOV B,A ；A中键值存入B中保存MOV A,#00H ；从表头开始查找MOV R0,#0AH ；查找10次，对应表中10个数据LOOP5:MOV R1,A ；R1中存放当前查找到的个数MOVC A,A+DPTRCJNE A,B,LOOP4 ；判断

20、按键值与表中数值是否匹配MOV DPTR,#P0TB ；匹配上则查P0TB表对 应P0口的输出MOV A,R1MOVC A,A+DPTRMOV P0,A ；将P0口的对应输出输出到P0口MOV DPTR,#P1TB ； 查P1TB表对 应P1口的输出MOV A,R1MOVC A,A+DPTRMOV P1 ,A ；将P1口的对应输出输出到P0口SETB EARETILOOP4:MOV A,R1INC ADJNZ R0,LOOP5 ；没有匹配上则继续查表SETB EA ；表查完了还没匹配上RETI 则按键无效，返回TB0:DB 10H,11H,12H,13H,14H,15H,16H,17H,18H

21、,19HP0TB:DB01111111B,10111111B,11011111B,11101111B DB 11110111B,11111011B,11111101B,11111110B DB 11111111B,11111111BP1TB:DB 11111011B,11111011B,11111011B,11111011BDB11111011B,11111011B,11111011B,11111011BDB 11111010B,11111001BJMA:MOV R6,#10SB:LCALL YS1 ；调882微妙延时; P3.2,EXIT ；延时后判断P3.2脚是否出现了高电平，出现则退出D

22、JNZ R6,SB ；重复10次，完成9MS的低电平识别 JNB P3.2,$ ；等待接下来的高电平LCALL YS2 ；避开4.5MS的高电平MOV R7,#26 ；循环过滤掉26位的系统识别码JJJJA:JNB P3.2,$ ；等待系统识别码的第一位高电平LCALL YS1 ；高电平开始后用882微妙的时间尺去判断信号此时的高低MOV C,P3.2JNC UUUALCALL YS3 ；为1要延时等待高电平的结束UUUA:DJNZ R7,JJJJAMOV R1,#31H ；31H准备存放操作码MOV R2,#02H ；32H准备存放操作反码PP:MOV R3,#08H ；每组数据为8位JJJ

23、J:JNB P3.2,$ ；等待操作数的第一位高电平LCALL YS1MOV C,P3.2JNC UUULCALL YS3UUU:MOV A,R1 ；当前获得的操作数送如ARRC A；通过带进位的循环右移，把接受的一位移入A中MOV R1,A ；更新当前操作数DJNZ R3,JJJJINC R1DJNZ R2,PPMOV A,31HCPL A ；将操作码取反CJNE A,32H,EXIT ；与反操作码比较，不等则放弃此次按键MOV A,31H ；通过验证的键值存入A中RETEXIT:MOV A,00H ；解码不成功时，A中的值为00HRETYS1:MOV R4,#20 ；延时子程序1，精确延时

24、882微妙D1：MOV R5，#20DJNZ R5，$DJNZ R4，D1RETYS2:MOV R4,#10 ；延时子程序2，精确延时4740微妙D2:MOV R5,#235DJNZ R5,$DJNZ R4,D2RETYS3:MOV R4,#2 ；延时子程序3，精确延时1000微妙D3:MOV R5,#248DJNZ R5,$DJNZ R4,D3RETEND第四章：小结通过这次的单片微型计算机与接口的课程设计，我收获很多，下面就是我在这次课程设计的体会： 在设计之前，我到图书馆翻阅了大量的相关的参考资料，从网络上也进行了查找，根据寻找的资料和自己认真的思考以与和同学一起交流，最后进行自己的课题

25、的设计。在设计过程中，也遇到了预先没有想到的问题，出现了没有和实验前预料的结果，通过老师和同学的帮助下，一步一步接近自己的自己预料的结果时，感觉好有成就感。在设计中我运用自己平时所学到的一些知识，以与自己在课下锁查找的进行设计，刚开始遇到了很多困难，后来也请同学和老师的帮忙参考一下，最后找到了解决的办法，当自己成功的做完课程设计时，感觉好有成就感，两周很快要过去了，我感觉这两周是过的最充实的两周，其实看起来很容易的题目，但是做起来既不是那么容易的事情了，要经过反复的操作最终才能完成。我非常感学校了给我们安排这次课程设计，通过设计会增长我们的知识，特别是没有学到的，做过之后就知道了其功能。参考文献：1永宁 单片微型计算机与接口技术2012年 2康华光 电子技术基础（数字部分） 第五版 ：高等教育 2006年 3蔡美琴 MCS-51系列单片机系统与其应用高等教育 1999年 4马长林 单片机实践应用与技术 清华大学 2008年课程设计图纸：发送电路图接受电路图25 / 25