【正文】 選題背景及意義 單片機(jī)自 20 世紀(jì) 70 年代問(wèn)世以來(lái)，以其極高的性價(jià)比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)具有體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易等特點(diǎn)。目前單片機(jī) 應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域 ，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡等 。 這些都離不開單片機(jī) ， 更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了 ， 因此 ，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用極其重要 。 紅外線又稱紅外光波，在電磁波譜中，光波的波長(zhǎng)范圍為 ~1000um。根據(jù)波長(zhǎng)的不同可分為可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光，波長(zhǎng)為 ~ 的光波可為可見(jiàn)光，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色。光波為 ~的光波為紫外光 (線 )，波長(zhǎng) 為 ~1000um 的光波為紅外光 (線 )。紅外光按波長(zhǎng)范圍分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極紅外 4 類。紅外線遙控是利用近紅外光傳送遙控指令的，波長(zhǎng)為 ~。用近紅外作為遙控光源，是因?yàn)槟壳凹t外發(fā)射器件 (紅外發(fā)光管 )與紅外接收器件 (光敏二極管、三極管及光電池 )的發(fā)光與受光峰值波長(zhǎng)一般為 ~，在近紅外光波段內(nèi)，二者的光譜正好重合，能夠很好地匹配，可以獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。 紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、 功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)機(jī)以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾，且價(jià)格便宜，市場(chǎng)上非常容易買到。而且通過(guò)使用遙控器，操作時(shí)可以實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備的分離，從而更加方便使用。 紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來(lái)發(fā)出經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，再送后置放大器。 發(fā)射機(jī) 一般由指令鍵 (或操作桿 )、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)射 紅外遙控風(fēng)扇 2 電路等幾部分組成。當(dāng)按下指令鍵或推動(dòng)操作桿時(shí)，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號(hào)，指令編碼信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，再由驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定的指令編碼信號(hào)。 接收電路 一般由接收電路、放大電路、調(diào)制電路、指令譯碼電路、驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行電路 (機(jī)構(gòu) )等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調(diào)制的編碼指令信號(hào)接收下來(lái)，并進(jìn)行放大后送解調(diào)電路，解調(diào)電路將已調(diào)制的指令編碼信號(hào)解調(diào)出來(lái)，即還原為編碼信號(hào)。指令譯碼器將編碼指令信號(hào)進(jìn)行 譯碼，最后由驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路實(shí)現(xiàn)各種指令的操作控制（機(jī)構(gòu)）。 目前傳統(tǒng)風(fēng)扇市場(chǎng)受到空調(diào)的嚴(yán)重沖擊，空調(diào)的遙控便捷性是傳統(tǒng)風(fēng)扇無(wú)法企及的，但是同樣風(fēng)扇的價(jià)格優(yōu)勢(shì)也是空調(diào)無(wú)法比擬的。價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的風(fēng)扇更加容易進(jìn)入 人們 的家庭。為了使風(fēng)扇能夠像空調(diào)一樣遠(yuǎn)距離的控制，使人們的生活更加方便，我們可以采用基于單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行遙控，這樣風(fēng)扇也能像空調(diào)一樣進(jìn)行遙控。 紅外遙控的設(shè)計(jì)思路 本次設(shè)計(jì)在于研究紅外線遙控工作原理及實(shí)現(xiàn)方式，以及紅外發(fā)射管和接收器的工作原理和使用方法。采用 TC9012 發(fā)射集成 電路， AT89C51 單片機(jī)， 455kHz晶體振蕩器，紅外發(fā)射管， HS0038 紅外接收頭，按鍵組成紅外線遙控系統(tǒng)對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行遙控，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的五級(jí)轉(zhuǎn)速遙控。 本次設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，硬件部分又分為系統(tǒng)發(fā)射電路原理、系統(tǒng)接收電路原理，系統(tǒng)發(fā)射電路由 TC9012 發(fā)射集成電路實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)接收電路由 AT89C51 實(shí)現(xiàn)。軟件部分又分為解碼程序和接收程序。 紅外遙控系統(tǒng)發(fā)射電路采用編 /解碼專業(yè)集成電路芯片來(lái)進(jìn)行控制操作，控制部分包括鍵盤矩陣，編碼調(diào)制， LED 紅外發(fā)送器。 接收電路包括解調(diào)，解碼電路。 紅外通信的基 本原理實(shí)質(zhì) 就是指利用紅外線來(lái)作為載體傳送信息， 把單片機(jī)等產(chǎn)生的編碼控制信號(hào)，經(jīng)由調(diào)制電路調(diào)制為 32～ 40 KHz的方波信號(hào)（提高發(fā)射效率、降低功耗）。在經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管（ IRLED）發(fā)出紅外遙控信號(hào)， 在接收端使用與發(fā)送端相配對(duì)的紅外光電二極 管，接收含有控制信號(hào)的紅外信號(hào)，在將該紅外信號(hào)解調(diào)為電信號(hào)后， 送入單片機(jī)進(jìn)行解碼，以得到相應(yīng)的控制信號(hào)，從而完成紅外信息的傳送。 本紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)采用碼分制遙控方式，碼分制紅外遙控就是指令信號(hào)產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼（不同的脈沖數(shù)目及組合）代表不同的控制指 令。當(dāng)不同的指令 紅外遙控風(fēng)扇 3 鍵被按下時(shí)，指令信號(hào)電路產(chǎn)生不同脈沖編碼的指令信號(hào)，也就是進(jìn)行編碼，然后經(jīng)TC9012 芯片進(jìn)行調(diào)制從而產(chǎn)生不同的編碼信號(hào)，再由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器發(fā)射紅外信號(hào)。 紅外接收電路是紅外遙控系統(tǒng)中的指令信號(hào)及檢出電路，通過(guò)一體化紅外接收頭HS0038（集成 紅外線的接收、放大、解調(diào) ， 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(hào)兼容的所有工作 ）然后將接收到的信號(hào)發(fā)送給 AT89C51, 然后 AT89C51 通過(guò)內(nèi)部程序?qū)λ邮招盘?hào)進(jìn)行判斷，然后就驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外部設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。此設(shè)計(jì) 的遙控開關(guān)是在通用遙控的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的，其實(shí)就是將紅外遙控器接收部分采用單片機(jī) AT89C51 來(lái)控制，即當(dāng)一體化紅外接收器接收到紅外遙控信號(hào)，經(jīng)放大、解碼 、 濾波后，將原編碼信號(hào)傳送 到 單片機(jī) AT89C51 中 ， 進(jìn)行信號(hào)識(shí)別編碼 ，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理，以 達(dá)到控制電路的目的。 通過(guò)按下不同的按鍵 ， 紅外發(fā)射器發(fā)射不同頻率的信號(hào)波，然后通過(guò)紅外一體化接收頭接收進(jìn)行相應(yīng)的放大解調(diào)從而進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作操作。 紅外遙控風(fēng)扇 4 第 2章 硬件設(shè)計(jì) 紅外通信，就是通過(guò)紅外線傳輸數(shù)據(jù)。在電腦技術(shù)發(fā)展早期，數(shù)據(jù)都是通過(guò)線纜傳輸?shù)?，線纜傳輸連線麻煩，需要特制接口，頗為不便。于是后來(lái)就有了紅外、藍(lán)牙、 等無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。 紅外通信技術(shù)適合于低成本、跨平臺(tái)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速數(shù)據(jù)連接，尤其是嵌入式系統(tǒng)。其主要應(yīng)用：設(shè)備互聯(lián)、信息網(wǎng)關(guān)。設(shè)備互聯(lián)后可完成不同設(shè)備內(nèi)文件與信息的交換。信息網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)連接信息終端和互聯(lián)網(wǎng)。紅外通信技術(shù)是在世界范圍內(nèi)被廣泛使用的一種無(wú)線連接技術(shù)，被眾多的硬件和軟件平臺(tái)所支持其特點(diǎn)主要有： 。 2. 主要是用來(lái)取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線纜連接。 3. 新的通信 標(biāo)準(zhǔn)兼容早期的通信標(biāo)準(zhǔn)。 （ 30 度錐角以內(nèi)），短距離，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強(qiáng)。 5. 傳輸速率較高， 4M 速率的 FIR 技術(shù)已被廣泛使用， 16M 速率的 VFIR 技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。 ，可分隔性，限定物理使用性，方便集群使用：紅外線技術(shù)是限定使用空間的。在紅外不傳輸?shù)倪^(guò)程中，遇到不透光的材料，如墻面。它就會(huì)反射，這一特點(diǎn)，確定了每套設(shè)備之間，可以在不同的物理空間里使用。 ，安全特性高：紅外線利用光傳輸數(shù)據(jù)的這一特點(diǎn)確定了它不存在無(wú)線頻道資源的占用性，且安全 性特別高。在限定的空間內(nèi)使用進(jìn)行竊聽數(shù)據(jù)可不是一件容易的事。 ，通用性。因?yàn)椴捎昧斯鈧鬏?，且限定物理使用空間。紅外線發(fā)射和接收設(shè)備在同一頻率的條件下，可以相互使用。 ，綠色產(chǎn)品特性：科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，紅外線是一種對(duì)人體有益的光譜，所以紅外線產(chǎn)品是一種真正的綠色產(chǎn)品。 此外，紅外線通信還有抗干擾性強(qiáng)，系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，易于管理等優(yōu)點(diǎn)。 紅外數(shù)據(jù)通信技術(shù)的缺點(diǎn) ： ； 紅外遙控風(fēng)扇 5 ； ，無(wú)法靈活地組成網(wǎng)絡(luò)等。 但 是這些缺點(diǎn)并沒(méi)有給 IrDA 的應(yīng)用帶來(lái)致命的障礙，紅外技術(shù)已在手機(jī)和筆記本電腦等設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用 。 紅外通信，保密性強(qiáng)、信息容量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，既可以在室內(nèi)使用，也可以在野外使用，具有良好的方向性。由于 紅外射束易受塵埃、雨水等物質(zhì)的吸收，所以在野外使用時(shí)應(yīng)注意氣候環(huán)境的影響。 由于紅外線遙控不具有向無(wú)線電遙控那樣穿過(guò)障礙物去控制被控對(duì)象的能力，所以，在設(shè)計(jì)家用電器的紅外線遙控器時(shí)，不必要像無(wú)線電遙控器那樣， 每套（包括發(fā)射器和接收器）要有不同的遙控頻率或編碼（否則，就會(huì)隔墻控制而干擾鄰居的家用電器），所以同 類產(chǎn)品的紅外線遙控器，可以有相同的遙控頻率或編碼，而不會(huì)出現(xiàn)遙控信號(hào)“串門”的情況。這對(duì)于大批量生產(chǎn)以及在家用電器上普及紅外線遙控提供了極大的方便。由于紅外線為不可見(jiàn)光，因此對(duì)環(huán)境的影響很小。紅外光的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于無(wú)線電波的波長(zhǎng)，所以紅外線遙控不會(huì)影響其他家用電器，也不會(huì)影響臨近的無(wú)線電設(shè)備。 家用的家電紅外遙控器發(fā)出的一般是通過(guò) 38kHz 載波調(diào)制的紅外信號(hào)。紅外遙控是一種無(wú)線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實(shí)現(xiàn)等顯著優(yōu)點(diǎn)，被諸多電子設(shè)備特別是家用電器廣泛采用，并越來(lái)越多的應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。 AT89C51 芯片 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ) 器 （ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 (1)主要特性 與 MCS51 兼容 ； 紅外遙控風(fēng)扇 6 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 ； 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ； 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 ； 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz ； 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ； 1288 位內(nèi)部 RAM ； 32 可編程 I/O 線 ； 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ；