【文章內(nèi)容簡介】 是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實現(xiàn)等顯著優(yōu)點，被諸多電子設(shè)備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應(yīng)用到計算機系統(tǒng)中 [4]。因此，現(xiàn)在紅外遙控在家用電器，室內(nèi)近距離（小于 10米）遙控中得到了廣泛的應(yīng)用。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 三 . 智能紅外遙控器的硬件設(shè)計 硬件設(shè)計主要包括兩個部分：發(fā)射 電路 和接收 電路 ?？傮w來說本設(shè)計的硬件并不是很難，但是要注意細(xì)節(jié)，發(fā)射電路中和接收電路中都有顯示電路，在接收電路中還有存儲電路等。硬件設(shè)計的好壞是本設(shè)計能否成功的關(guān)鍵 。 主要 元器件 介紹 任何一個設(shè)計 都必須進行元器件的選擇，元器件選擇的正確與否直接影響整個設(shè)計是否能正常工作，下面就把本設(shè)計中所用到的芯片介紹如下： STC 系列單片機介紹 STC 系列單片機的優(yōu)點： 1. STC12 系列單片機為增強型 8051 芯片，單時鐘 / 機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機 ； 2. 工作頻率范圍： 0 35 MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 48MHz； 3. 用戶應(yīng)用程序空間 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K / 1K 字節(jié) ； 4. 片上 集成 512 字節(jié) RAM； 5. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 ； 6. E2PROM 功能 ； 7. 具有 看門狗 電路 ； MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路） 9. 時鐘源：外部高精度晶體 / 時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 ， 用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 / 時鐘 ， 常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： ～ 精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，應(yīng)認(rèn)為是 4MHz ～ 8MHz； 10. 外部中斷 2 路 ， 下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ， Power Down 模式可由外部中斷喚醒 ； 11. PWM(4 路） /PCA（可編程計數(shù)器陣列 ， 4 路） ； 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 也可用來當(dāng) 4 路 D/A 使用 也可用來再實現(xiàn) 4 個定時器 也可用來再實現(xiàn) 4 個外部中斷 (上升沿中斷 / 下降沿中斷均可分別或同時支持 ) 12. A/D 轉(zhuǎn)換 , 10 位精度 ADC，共 8 路 ； 13. 通用全雙工異步串行口 (UART)； 14. SPI 同步通信口，主模式 / 從模式 ； 15. 工作溫度范圍： 0 75℃ / 40 +85℃ ； 從上面容易看出， STC 單片機是一款增強型 51 單片機，完全兼容 MCS51，還增加了新的功能，比如新增兩級中斷優(yōu)先級，多一個外中斷，內(nèi)置 E2PROM，硬件看門狗，具有掉電模式， 512B 內(nèi)存等。還支持 ISP 下載，不用編程器，只要一個 MAX232 和一些廉價的元件就能寫程序，可擦寫 10 萬次 [5]。因此是一款很好 用的單片機。 其引腳圖如下圖 31 40VCC393837363534333231EA30ALE29PSEN2827262524232122123456789RST101112131415161718X119X220GNDSTC89C54 圖 31單片機引腳圖 紅外發(fā)光二極管 紅外發(fā)光二極管實際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。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，外形與普通發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。常用的紅外發(fā)光二極管（如 SE30 PH303），其外形和發(fā)光二極管 LED 相似，發(fā)出紅外光（近紅外線約 ）。管壓降約 ，工作電流一般小于 20mA。為了適青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 應(yīng)不同 的工作電壓，回路中常串有限流電阻。 紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管和接收管并列一起，平時接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外線才工作。 其參數(shù)如下表 31 所示 表 31 紅外發(fā)射管參數(shù) 5mmLED 紅外發(fā)射管，波長 940nm 封裝形式 峰值波長∧ p（ nm） 正向電壓 VF(V) 反向電流 Ir（ uA） 發(fā)射功率 P(mw) 視角 IF=20A IF=20mA VR=5V IF=20mA Typ Typ Max Max Typ Max 無色透明 939 10 12 15 45 紅外 接收頭 目前 ， 對于進行了調(diào)制的紅外遙控信號，通常是采用一體化紅外線接收頭進行調(diào)解 。一體化紅外線接收頭將 紅外發(fā)光二極管 ， 低噪音放大器 ， 限幅器 ， 帶通濾波器 ， 解調(diào)器 ，以及整形驅(qū)動電路等集成在一起 。 一 體化紅外線接收頭體積小 ， 靈敏度高 ， 外接元件少 ，抗干擾能力強 ， 使用十分方便 。 紅 外接收頭的主要功能為 IC 化的一種受光元件，其內(nèi)部是將光電二極管（俗稱接收管）和集成 IC 共同組合封裝而成，其 IC 設(shè)計主要以類比式控制，一班可以接收 850~1100nm波段的紅外光，其中主要以接收 940nm為主。 紅外接收頭的工作原理為：內(nèi)置接收管將紅外發(fā)射管發(fā)射出來的光信號轉(zhuǎn)換為微弱的電信號，此信號經(jīng)由 IC 內(nèi)部放大器進行放大，然后通過自動增益控制、帶通濾波、解調(diào) 、波形整形后還原為遙控器發(fā)射出的原始編碼，經(jīng)由接收頭的信號輸出腳輸入 到 控制芯片上，然后由控制芯片解出碼值。 接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。 成品紅外接收頭的優(yōu)點是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，實用起來如同一只三極管，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 非常方面。但在使用時注意成品紅外接收頭的載波頻率。紅外遙控常用的 載波頻率為38KHz，這是由發(fā)射端所使用的 455KHz 晶振來決定的。在發(fā)射端要對晶振進行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取 12，所以 455KHz247。12≈ KHz≈38KHz。也有一些遙控系統(tǒng)采用 36KHz、40KHz、 56KHz 等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定。 在本系統(tǒng)中采用紅外一體化接收頭 HS0038， 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(fù)雜程度和電路的設(shè)計工作，方便使用。 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(dá) 35m。它能與 TTL、 COMS 電 路兼容 [6]。 HS0038 為直立側(cè)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(diào)信號輸出端。外觀圖及引腳圖如圖 32 所示。一體化的紅外接收頭 HS0038，它將紅外光敏二極管、專用前置放大器以及解調(diào)電路等集成在同一基片上。主要特點就是它具有體積小、功耗低、靈敏度高、無需外部元件等。 紅外1接收VCC模塊GND 圖 32 紅外接收頭引 腳圖 E2PROMAT24C02 的應(yīng)用 I2C 總線簡介 I2C 總線是一種用于 IC 器件之間連接的二線制總線。它通過 SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時鐘線 )兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件：不管是單片機、存儲器、 LCD 驅(qū)動器還是鍵盤接口。 I2C 總線協(xié)議如下： （ 1） 只有在總線空閑時才能啟動數(shù)據(jù)的傳送 ； （ 2） 在數(shù)據(jù)傳送過程中，當(dāng)時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定，不允許有跳變。時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線上的任何變化，都將被看做是總線的起始或結(jié)束信號 。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 采用 I2C 總線標(biāo)準(zhǔn)的單片機或 IC 器件，其內(nèi)部不僅有 I2C 接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對獨立的模塊，通過軟件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。 CPU不僅能通過指令將某個功能單元電路掛靠或脫 離總線，還可對該單元的工作狀況進行檢測，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的擴展與控制。 （ 1） 雙向傳輸?shù)慕涌谔匦? 傳統(tǒng)的單片機串行接口的發(fā)送和接收一般都各用一條線，如 MCS51 系列的 TXD 和RXD，而 I2C 總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。當(dāng)某個器件向總線上發(fā)送信息時，它就是發(fā)送器 (也叫主器件 )，而當(dāng)其從總線上接收信息時，又成為接收器 (也叫從器件 )。主器件用于啟動總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。 I2C 總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。在總線上，既沒有中心機，也沒有優(yōu)先機。 總線上主和從 (即發(fā)送和接收 )的關(guān)系不是一成不變的，而是取決于此時數(shù)據(jù)傳送的方向。 SDA 和 SCL 均為雙向 I/O 線，通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時，兩根線都是高電平。連接總線的器件的輸出級必須是集電極或漏極開路，以具有線“與”功能。 I2C 總線的數(shù) 據(jù)傳送速率在標(biāo)準(zhǔn)工作方式下為 100kbit/s，在快速方式下，最高傳送速率可達(dá)400kbit/s。 （ 2） I2C 總線上的時鐘信號 在 I2C總線上傳送信息時的時鐘同步信號是由掛接在 SCL時鐘線上的所有器件的邏輯“與”完成的。 SCL 線上由高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個器件的時鐘信號下跳為低電平，將使 SCL 線一直保持低電平，使 SCL 線上的所有器件開始低電平期。此時，低電平周期短的器件的時鐘由低至高的跳變并不能影響 SCL 線的狀態(tài)，于是這些器件將進入高電平等待的狀態(tài) [7]。 當(dāng)所有器件的時鐘信號都上跳為高電平時，低電平期結(jié)束， SCL 線被釋放返回高電平，即所有的器件都同時開始它們的高電平期。其后，第一個結(jié)束高電平期的器件又將 SCL 線拉成低電平。這樣就在 SCL 線上產(chǎn)生一個同步時鐘?？梢姡瑫r鐘低電平時間由時鐘低電平期最長的器件確定，而時鐘高電平時間由時鐘高電平期最短的器件確定。 （ 3） 總線競爭的仲裁 總線上可能掛接有多個器件，有時會發(fā)生兩個或多個主器件同時想占用總線的情況。例如，多單片機系統(tǒng)中，可能在某一時刻有兩個單片機 要同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，這種情況叫做總線競爭。 I2C 總線具有多主控能力，可以對發(fā)生在 SDA 線上的總線競爭進行仲裁，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 其仲裁原則是這樣的：當(dāng)多個主器件同時想占用總線時，如果某個主器件發(fā)送高電平，而另一個主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時 SDA 總線電平不符的那個器件將自動關(guān)閉其輸出級?？偩€競爭的仲裁是在兩個層次上進行的。首先是地址位的比較，如果主器件尋址同一個從器件，則進入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競爭仲裁的可靠性 [8]。由于是 利用 I2C總線上的信息進行仲裁，因此不會造成信息的丟失。 E2PROM:24C02 芯片 AT24C02 是美國 ATMEL公司的低功耗 CMOS 串行 E2PROM，特點及其引腳介紹如下。 （ 1） AT 24C02 的特性 ① 與 400KHz I2C 總線兼容 ② 到 伏工作電壓范圍 ③ 低功耗 CMOS 技術(shù) ④ 頁寫保護功能 ⑤ 頁寫緩沖器 ⑥ 自定時擦寫周期 ⑦ 1,000,000 編程擦除周期 ⑧ 可保存數(shù)據(jù) 100 年 AT24C02 是帶有 I2C 總線接口的 E2PROM 存儲器，具有掉電記憶的功能，并且可以象普通 RAM 一樣用 程序改寫。它的容量是 256 個字節(jié)（ 00h～ 0ffh），有 A A A0 三位地址，可見 I2C 總線上可以連接 8 片 AT24C02，它的尋址字節(jié)是 1010 A2A1A0 R/W[9]。板上面 24C02 的電路連接如圖 36 所示： AT24C02 的引腳及引腳功能介紹 引腳電路圖接法如圖 33 圖 33AT24C02 的引腳連接圖 引腳簡介 VCC， GND：電源、地引腳 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 A2A1A0：地址引腳 SCLK、 SDA：通信引腳 WP：寫保護引腳 從上