【文章內(nèi)容簡介】 0 伏左右的低電位。 Pin4（接單片機） Pin5（控制） 這個接腳準許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。 Pin6（重置鎖定） 使輸出呈低態(tài) Pin7（放電） 這個接腳和主要輸 出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為 ON時為 LOW,當輸出為 OFF 時為 HIGH。 Pin8（電源） 接電源 目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為 940nm左右，外形與普通 Φ 5 發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍、透明三種顏色。 發(fā)光二極管有交流電流、直流電流和脈沖電流等驅動方式。交流電流驅動方式主要用于紅外測量、檢測以及較簡單的紅外光通信中。 直流電流驅動方式，如圖 （發(fā)射方式示意圖）左圖所示，也被稱為平均發(fā)射方式，是指通過啟動直流電源驅動發(fā)光二極管發(fā)出恒定的紅外光。 一般用這種驅動方式的紅外光電二極管功率較?。ù蠖夹∮?100mV）、功耗較大、抗干擾能力也很差。 24 圖 發(fā)射方式示意圖 為了提高紅外遙控系統(tǒng)的工作距離，而又不使紅外發(fā)光管過載，一般不采用這種方式，而是采用如圖 右圖所示的脈沖式發(fā)射方式或調制載波脈沖發(fā)射方式，紅外遙控系統(tǒng)的工作有效作用距離取決于發(fā)光二極管輻射的峰值功率，而峰值功率是由驅動發(fā)光二極管的電路峰值所決定的。在相同的平均電流下，脈沖寬度越窄，峰值功率越大，傳輸?shù)乃俣染驮娇?，發(fā)光的效率也就越高，遙控的有效距離也就越遠。這種發(fā)射方式也大大提高了 系統(tǒng)的抗干擾能力。 對于紅外光通信，除了紅外遙控距離外，調制頻率、調制帶寬也是發(fā)光二極管的兩個重要參數(shù)。調制頻率關系到紅外發(fā)光二極管在光通信中的傳輸速度的高低，紅外發(fā)光二極管因受到注入 PN 結有源區(qū)內(nèi)少數(shù)載流子壽命的限制（一般只有幾十兆赫茲），從而限制了紅外發(fā)光二極管在高比特速率系統(tǒng)種的應用。通過合理的脈沖編碼和優(yōu)化驅動電路，可使發(fā)光二極管有可能用于高速光通信系統(tǒng)。調制帶寬定義為：在保證一定的調制頻率下，當發(fā)光二極管輸出的交流光功率比參考頻率下降 3db 時，所對應的頻率值。它是衡量發(fā)光二極管調制能力的重要參數(shù)。 （ 2）紅外遙控編碼 25 紅外遙控器 碼將需要實現(xiàn)的操作指令事先編碼，然后將所有編碼的脈沖信號調制在 38 kHz 方波 的載波上， 經(jīng)過三極管放大后，驅動紅外發(fā)光二極管 向外發(fā)送。 其中 38 kHz 載波 直接由單片機用軟件模擬， 由定時器 TO 產(chǎn)生。為保證 38kHz 方波的頻率穩(wěn)定性，在硬件設計時盡可能使用頻率高的晶振，提高 CPU運行速度 。 在應用系統(tǒng)中，要完成對遙控器信號的解碼并實現(xiàn)對系統(tǒng)功能的控制，必須了解遙控器信號碼 (即遙控器所發(fā)射脈沖流 )的格式，即信號的引導脈沖高低脈沖的寬度、 “0”， “1”的表示法，以及遙控器識別碼、各個 功能鍵的鍵碼。對信號碼的識別應該從分析脈沖流的各個高、低脈沖的時間入手，通過分析各個高、低脈沖的時間，分析得出信號碼的格式。 常見的 “0”， “1”的波形如圖 所示。采用脈寬調制的串行碼，以脈寬為、間隔 、周期為 的組合表示二進制的“ 0”；以脈寬為、間隔 、周期為 的組合表示二進制的“ 1”。 圖 遙控碼的“ 0”和“ 1” 控器所產(chǎn)生的脈沖編碼的格式一般為： 引導脈沖 (頭 )─ 識別碼 (用戶碼 )─ 鍵碼 ─ 鍵碼的反碼 26 其引導脈沖為寬度是 10 ms 左右的一個高脈沖和一個低脈沖的組合，用來標識指令碼的開始。識別碼、鍵碼、鍵碼的反碼均為數(shù)據(jù)編碼脈沖，用二進制數(shù)表 示。 “0”和 “1”均由 ms 量級的高低脈沖的組合代表。 識別碼 (即用戶碼 )是對每個遙控系統(tǒng)的標識。通過對識別碼的檢驗，每個遙控器只能控制一個設備動作，有效的防止了多個設備之間的串擾。當指令鍵按下時，指令信號產(chǎn)生電路便產(chǎn)生脈沖編碼。 鍵碼后面一般還要有鍵碼的反碼，用來檢驗鍵碼接收的正確性，防止誤動作，增強系統(tǒng)的可靠性。這些指令信號 由調制電路調制成 32～ 40 kHz 的信號，經(jīng)調制后輸出，最后由驅動電路驅動紅外發(fā)射器件 (LED)發(fā)出紅外遙控信號。 圖 為一類遙控連發(fā)信號波形圖。 圖 一類遙控連發(fā)信號波形 當一個鍵按下超過 36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組 108ms 的編碼脈沖 ,這 108ms 發(fā)射代碼由一個引導碼（ 9ms） ,一個結果碼（ ） ,低 8 位地址碼（ 9ms～ 18ms） ,高 8位地址碼（ 9ms～ 18ms） ,8 位數(shù)據(jù)碼（ 9ms～ 18ms）和這 8 位數(shù)據(jù)的反碼（ 9ms～ 18ms）組成。 如果鍵按下超過 108ms 仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)碼）將僅由起始碼（ 9ms）和結束碼（ ）組成。 紅外接收電路 一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機識別的 TTL 信號，這樣大大簡化了接收電路的復雜程度 27 和電路的設計工作，方便使用。在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭 HS0038，外觀圖如圖 所示。 HS0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達 35m。它能與 TTL、 COMS 電路兼容。 HS0038 為直立側面收光型。它接收紅外信號頻率為 38 kHz,周期約 26 μ s，同時能對信號進行放大、檢波、整形，得到 TTL 電平的編碼信號。三個管腳分別是地、＋ 5 V 電源、解調信號輸出端。 圖 紅外一體化接收頭 hs0038外觀圖 當無遙控信號輸入時， HS0038輸出端保持高電平，有信號時輸出為高低電平脈沖，故接收時一個碼由一個低電平后跟一個高電平構成。本紅外遙控接收電路如圖 。將其輸出端接入單片機外部中斷 0的 INT0腳。 28 圖 紅外接收電路 存儲電路 遙控器所能存儲代碼的數(shù)量也是衡量一個智能學習型遙控器性能好壞的重要指標。遙控器在學習完某個遙控器的代碼后得把 該代碼存儲起來， 由于單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器 RAM 所能存儲的數(shù)據(jù)有限而且不能掉電保護。所以就需要合適大小的外存儲器來存儲所學習到的代碼。 這里 采用常用的存儲芯片AT24C02。 AT24C02 是由 ATMEL 公司提供的， I2C 總線串行 EEPROM，其容量為1KB，工作電壓在 ～ 之間，生產(chǎn)工藝是 CMOS 工藝，具有工作電壓寬(～ )、擦寫次數(shù)多 (大于 10000 次 )、寫入速度快 (小于 10ms)、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)不易丟失、 體積小等特點 。 其引腳 圖和時序圖分別 如圖 、 所示。 29 圖 AT24C02 引腳圖 圖 AT24C02 時序圖 引腳功能介紹如下： A0（引腳 1）：器件地址的 A0 位。 A1（引腳 2）：器件地址的 A1 位。 A2（引腳 3）：器件地址的 A2 位。 GND（引腳 4）：地線。 SDA（引腳 5）：數(shù)據(jù)總線引腳。 SCL（引腳 6）：時鐘總線引腳。 TEST（引腳 7）：測試引腳， Vcc（引腳 8）：電源線引腳。 AT24CXX 系列的器件地址是 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 R/W，其中最低位 R/W 除外，其余都是地址位，共有 7 位，其中低 3 位 A2 A1 A0 由引腳連接決定，高 4 位 A6 A5 A4 A3 已經(jīng)由廠家給出為 1010。 R/W 決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，?R/W＝ 1 時，是從 存儲器讀出數(shù)據(jù)，當 R/W＝ 0 時， 30 是向存儲器寫入數(shù)據(jù)。 AT24C02 內(nèi)有 256 字節(jié)存儲單元，片內(nèi)地址使用一字節(jié)（ 8 位）地址尋址就可以滿足要求。地址范圍是 00H～ FFH。 存儲電路原理圖如下： 圖 存儲電路 單片機控制電路 （ 1）所選單片機簡介 本設計中選用的宏晶科技的 STC89C52RC 型單片機是一種低功耗、高性能、采用 CMOS 工藝的 8位微處 理器，與工業(yè)標準型 80C51 單片機的指令系統(tǒng)和引 31 腳完全兼容。片內(nèi) 8K Flash 存儲器可在線重新編程，或使用通用的非易失性存儲器編程器。由于一般的距離測量中，距離的變化速度并不太快，而且單片機的機器周期可達μ s 級，則其計時精度為μ s 級，完全可以滿足系統(tǒng)測量的要求，并且成本較低，所以本設計中選用 STC89C52RC 型號的單片機。 STC89C52RC 單片機 ,基于 STC89C51 內(nèi)核 ,是新一代增強型單片機 ,指令代碼完全兼容傳統(tǒng) STC89C51,速度快 8～ 12倍 ,帶 ADC,4路 PWM,雙串口 ,有全球唯一 ID 號 ,加 密性好，抗干擾強。 （ 2）單片機引腳功能 STC89C52RC 采用 40Pin 封裝的雙列直 插 DIP 結構。 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4組 8位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復用。 STC89C52RC 的引腳圖如圖 所示，其引腳功能如下： 32 圖 STC89C52RC 引腳圖 1. Pin20:接地腳。 2. Pin40:正電源腳，工作時，接 +5V 電源。 3. Pin19:時鐘 XTAL1 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。 4. Pin18:時鐘 XTAL2 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸 出端。 5. STC89C52RC 的時鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，但需在 18和 19 腳外接石英晶體 (212MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 10p30p。另外一種是外部時鐘方式，即將 XTAL1 接地，外部時鐘信號從 XTAL2 腳輸入。 33 6. 輸入輸出 (I/O)引腳： Pin39Pin32 為 輸入輸出腳。 Pin1Pin8 為 輸入輸出腳。 Pin21Pin28 為 輸入輸出腳。 7. Pin9:RESET/Vpd 復位信號復用腳，當 STC89C52RC 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。STC89C52RC 的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位。此外， RESET/Vpd還是一復用腳， Vcc 掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部 RAM的數(shù)據(jù)不丟失。 8. Pin30:ALE 當訪問外部程序 存儲 器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于 識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。如果單片機是 EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。 9. Pin29:當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號， PC 的 16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0和 P2 口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。 10. Pin31:EA/Vpp 程序存儲器的內(nèi)外部選通線， STC89C52RC 和 8751 單片機，內(nèi)置有 4kB 的程序存儲器，當 EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如 EA 為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。 34 4 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)編程語言和編程工具 在單片機的開發(fā)應用系統(tǒng)中，匯編語言作為傳統(tǒng)的編程語言，己經(jīng)不能滿足實際需要，高級語言被逐漸引入， C 語言就是其中之一。 C 語言是一種通用的計算機程序設計語言，它既有高級語言的各種特征，又能直接操作系統(tǒng)硬件。對于大多數(shù)單片機，使用 C 語言與使用匯編語言相比具有如下優(yōu)點： （ 1）不需要了解處理器的指令集，也不必了解存儲器結構。 （ 2）寄存器分配和尋址方式由編譯器進行管理。 （ 3）指定操作的變量選擇組合 提高了程序的可讀性。 （ 4）可使用與人的思維更相近的關鍵字和操作函數(shù)。 （ 5）程序的開發(fā)和調試時間大大縮短。 （ 6） C 語言中的庫文件提供了許多標準的例程。 （ 7）可實現(xiàn)模塊化編程技術，從而可將己編制好的程序加入到新程序中。 （ 8） C 語言可移植性好且非常普及。 目前， 8051 上的 C 語言的代碼長度，已經(jīng)做到了匯編水平的 ~ 倍。4K 字節(jié)以上的程度， C 語言的優(yōu)勢更能得到發(fā)揮。至于運行速度的問題，只要有好的仿真器，找出關鍵的代碼，再進一步做一下人工優(yōu)化，就可很容易達到美滿。故在本系統(tǒng)中，單片機程序采用 C 語言編寫， 使用 Keil C51 編譯軟 35 件來編程 。 編譯軟件 Keil uVision2 簡介 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)， Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全 Windows 界面。 Keil uVision2 版本功能齊全，集編輯、編譯、仿真于一體 ,支持匯編和 C語言的