【正文】 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 表 P3 口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） 0INT （外部中斷 0） 1INT（外部中斷 1） T0（ 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0外部輸入） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復(fù)位輸入。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和其它控制信號。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVXDPTR指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù) 。 P2 ： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙 向 I／ O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi) 部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流（ IIL）。 P1 ： Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I／ O 口， Pl 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 P0 ： P0 口是一組 8位漏極開路型雙向 I／ 0 口，也即地址／數(shù) 據(jù)總線復(fù)用口。 AT89S51 其他 主要功能列舉如下： (1)為一般控制應(yīng)用的 8 位單芯片 (2)晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） (3)內(nèi)部程式存儲器（ ROM）為 4KB (4)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 128B (5)外部程序存儲器可擴(kuò)充至 64KB (6)外部數(shù)據(jù)存儲器可擴(kuò)充至 64KB (7)32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做 I/O 的控制 (8)5 個(gè)中斷向量源 (9)2 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器 (10)1 個(gè)全多工串行通信端口 (11)8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 (12)單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令 AT89S51 方框圖如圖 所示： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 AT89S51 內(nèi)部功能框圖 引腳功能說明 Vcc：電源電壓（ 5V）。空閑方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 主要特性 8031 CPU 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ) － 全靜態(tài)工作： 0Hz33MHz 三級程序存儲器保密鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 條可編程 I/O線 圖 AT89S51 兩個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源 全雙工串行 UART 通道 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 低功耗空閑和掉電模式 靈活的在系統(tǒng)編程 功能概述 AT89S51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個(gè) I／ O 口線，看門狗（ WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 原 碼 ‘ 1 ’ 原 碼 ‘ 0 ’ 原 碼 ‘ 1 ’DE北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 第 主控芯片 AT89S51 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器 ,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051 指令系統(tǒng)及引腳。 進(jìn)而 二進(jìn)制信號的解碼由接收單片機(jī)來完成 ,它把紅外接收頭送來的二進(jìn)制 編碼波形通過解碼 ,還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。 圖 紅外接收頭接收及輸出波形 二進(jìn)制信號的解碼 解碼是指 用特定方法把數(shù)碼還原成它所代表的內(nèi)容或?qū)㈦娒}沖 信號 、光信號、無線電波等轉(zhuǎn)換成它所代表的信息、數(shù)據(jù)等的過程。 圖 二進(jìn)制信號的調(diào)制 二進(jìn)制信號的解調(diào) 二進(jìn)制信號的解調(diào)由一體化紅外接收頭 SM0038 來完成 ,它把接收到的紅外信號(圖 中波形 D ,也是圖 9 中波形 C) 經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復(fù)原 ,在輸出腳輸出圖 中波形 E (正好是對圖 中波形 A 的取反 ) ,SM0038 的解調(diào)可理解為 :在輸入有脈沖串時(shí) ,輸出端輸出低電平 ,否則輸出高電平。圖 中 ,待發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為 101。而不同的紅外家用電器又有不同的脈沖調(diào)控方式，后 16 位分別是 8 位的控制碼和 8 位的控制反碼。識別 反碼與控制反碼分別是識別碼與控制碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對傳輸過程中數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生差錯(cuò)。 圖 信號引導(dǎo)碼圖 5V 紅外接收 單片機(jī) 89S51 解碼 設(shè)備數(shù)顯示 受控設(shè)備 電源 5V 光電隔離 3ms 低電平 5ms 高電平 Bit“ 1” s Bit“ 0” 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 識別碼也叫系統(tǒng)碼，它用來指示遙控系統(tǒng)的種類，以區(qū)別其它遙控系統(tǒng)，防止各遙控系統(tǒng)的誤動作。引導(dǎo)碼也叫起始碼，由寬度為 5ms的高電平和寬度為 3ms 的低電平組成，用來標(biāo)志遙控編碼脈沖信號的開始。以間隔 、脈寬為 、周期為 “ 1”；以間隔 、脈寬為 、周期為 的組合表示二進(jìn)制的“ 0”，其波形如圖 。 接收電路可以使用一種集紅外線接收和放大于一體的一體化紅外線接收器 ，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與 TTL 電平信號兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。 紅外線接收頭內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在 22uf 以上。 紅外線接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個(gè)引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。定時(shí)溢出，中斷程序關(guān)閉計(jì)數(shù)器 T0，讀入計(jì)數(shù)值并進(jìn)行判斷，確定操作對象（遙控按鍵）對其進(jìn) 行反轉(zhuǎn)操作，控制電路對所控制的負(fù)載進(jìn)行開或關(guān)。 利用單片機(jī)中的 T0 作為紅外脈沖計(jì)數(shù)器， T1 作為計(jì)數(shù)時(shí)間控制器。 紅外接收電路的作用是接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的調(diào)制紅外光，并通過運(yùn)算放大器放大后輸入到音頻鎖相環(huán)譯碼器集成電路進(jìn)行選頻。紅外接收頭收到信號后單片機(jī)立即產(chǎn)生中斷，開始接收紅外信號。紅外接收端普遍采用價(jià)格便宜 ,性能可靠的一體化紅外接收頭 (SM0038 , 它接收紅外信號頻率為 38KHz ,周期約 26μ s)。 T1定時(shí)溢出時(shí)中斷程序關(guān)閉 關(guān)閉 T0 定時(shí)器，停止紅外線發(fā)射 [7]。 單片機(jī)不工作時(shí)一直處于低功耗狀態(tài)，采用了空閑節(jié)電工作方式。紅外線通過紅外發(fā)光二極管（ LED）發(fā)射出去，紅外發(fā)光二極管內(nèi)部材料和普通發(fā)光二極管不同，在其兩端施加一定電壓時(shí)，它發(fā)出的是紅外線而不是可見光 [5]。 紅外發(fā)射電路的作用是當(dāng)接收到外界信號時(shí)，驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)出調(diào)制紅外光 [4]。脈沖圖如圖 4所示。 圖 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 遙控按鍵 編碼 單片機(jī) 紅外 發(fā)射管 紅外傳輸 紅外 一體化 接收頭 解碼 單片機(jī) 執(zhí)行部分 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 紅外遙控發(fā)射部分 紅外遙控發(fā)射部分系統(tǒng)框圖見圖 。紅外數(shù)據(jù)接收則是采用 SM0038 一體化紅外接收頭，內(nèi)部集成紅外接收、數(shù)據(jù)采集、解碼的功能，只要在接收端 INT0 檢 測頭信號低電平的到來，就可完成對整個(gè)串行的信號進(jìn)行分析得出當(dāng)前控制指令的功能。 系統(tǒng)硬件由以下幾部分組成：紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路，鍵盤采用普通按鍵鍵盤，按鍵統(tǒng)一接在單片機(jī) P1 口。其工作原理是用戶按鍵信號經(jīng)單片機(jī)編碼處理后轉(zhuǎn)化為脈沖信號，經(jīng)由紅外發(fā)射頭發(fā)送出去；接收端 由紅外一體化接收頭實(shí)現(xiàn)對接收信號的放大解調(diào)并還原為數(shù)據(jù)流，經(jīng)由單片機(jī)解碼后對相關(guān) IO 口進(jìn)行操作，從而完成整個(gè)遙控操作。 （ 1）合理設(shè)計(jì)硬件電路，使各模塊功能協(xié)調(diào)； （ 2）紅外發(fā)射信號的脈沖波形； （ 3）紅外發(fā)射信號的編解碼； （ 4）單片機(jī)對 IO 口的操作； 第 主要技術(shù)指標(biāo) （ 1）遙控距離 4 到 6m； （ 2）遙控路數(shù)為 8路，即可對 8 個(gè)受控設(shè)備同時(shí)進(jìn)行開關(guān)控制； （ 3）工作頻率為 38KHz，即紅外發(fā)射和接收的載頻為 38KHz； （ 4）接收端可顯示受控狀態(tài)。 按鍵 編碼 和調(diào)制 紅外發(fā)射 紅外接收 解碼并響應(yīng) 紅外遙控 紅外接收 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 研發(fā)方向和技術(shù)關(guān)鍵 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積重量輕的方向發(fā)展。再由單片機(jī)將鍵盤信息及系統(tǒng)識別碼等數(shù)據(jù)調(diào)制在紅外載波上經(jīng)紅外發(fā)射頭發(fā)射出去。 紅外傳輸利用載波對信號進(jìn)行調(diào)制從而減少信號傳輸過程中的光波干擾 ,提高數(shù)據(jù)傳輸效率。 圖 紅外線遙控系統(tǒng)框圖 第 設(shè)計(jì)方案思路 本設(shè)計(jì)主控芯片采用目前比較通用的 MCS51 系列單片機(jī)。 本設(shè)計(jì)主要研究并設(shè)計(jì)一個(gè)基于單 片機(jī)的紅外發(fā)射及接收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對 八 路開關(guān)的隔離控制并對工作狀態(tài)設(shè)備計(jì)數(shù)。同類產(chǎn)品的紅外線遙控器，也可以有相同的遙控頻率或編碼，而不會出現(xiàn)遙控信號“串門”的情況。最典型的應(yīng)用就是家電遙控器。因此被廣泛地應(yīng)用在各種技術(shù)領(lǐng)域中。特別制造的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，可以發(fā)出特定波長（通常是近紅外）的紅外線，通過控制二極管的電流可以很方便的改變紅外線的強(qiáng)度，以達(dá)到調(diào)制的目的，因此，在現(xiàn)代電子工程應(yīng)用中，紅外線常常被用做近距離視線范圍內(nèi)的通訊載波?？墒巩a(chǎn)品縮小體積，增強(qiáng)功能，實(shí)現(xiàn)不同程度的智能化 [1]。所以特別適用于“電腦型產(chǎn)品”，它的應(yīng)用已深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科研、教育以及日常生活用品（家電、玩具）等各種領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。而 現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存?，F(xiàn)代科技的飛速發(fā)展在許多危險(xiǎn)、不可近場合也對遠(yuǎn)程控制提出了越來越高的要求。因此被廣泛地應(yīng)用在各種技術(shù)領(lǐng)域中。特別制造的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，可以發(fā)出特定波長（通常是近紅外）的紅外線，通過控制二極管的電流可以很方便地改變紅外線的強(qiáng)度，達(dá)到調(diào)制的目的，因此，在現(xiàn)代電子工程應(yīng)用中，紅外線常常被用做近距離視線范圍內(nèi)的通訊載波，最典型的應(yīng)用就是家電遙控器。而本文采用單片機(jī)進(jìn)行遙控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，遙控裝置將同時(shí)具有編程靈活、控制范圍廣、體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，因此采用單片機(jī)的紅外遙控技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。紅外遙控雖然被廣泛應(yīng)用，但各產(chǎn)商的遙控器不能相互兼容。 紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制載波的不同應(yīng)選用相應(yīng)解調(diào)頻率的接收頭。由于發(fā)射系統(tǒng)一 般用電池供電，這就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都設(shè)計(jì)成可以處于休眠狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)才工作，這樣可以降低功耗芯片所用的晶振應(yīng)該有足夠的耐物理撞擊能力。紅外遙控是以調(diào)制的方式發(fā)射數(shù)據(jù)，就是把數(shù)據(jù)和一定頻率的載波進(jìn)行“與”操作，這樣既可以提高發(fā)射效率又可以降低電源功耗。紅外遙控是利用紅外線進(jìn)行傳遞信息的一種控制方式，紅外遙控具有抗干擾，電路簡單，容易編碼和解碼，功耗小，成本低的優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)設(shè)備中，在高 壓、輻射、有毒氣體、粉塵等有害環(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。傳統(tǒng)的遙控器大多采用無線電遙控技術(shù)，隨著科技的進(jìn)步，紅外線遙控技術(shù)的進(jìn)一步成熟，紅外遙控也逐步成為了一種被廣泛應(yīng)用的通信和遙控手段。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以