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紅外發(fā)射和接收電路設計畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-10-29 21:54本頁面
  

【正文】 北京化工大學北方學院畢業(yè)設計(論文) 6 第 2 章 總體設計 紅外遙控系統(tǒng)是集中集光、電于一體的系統(tǒng)。 整個系統(tǒng)主要是由電源電路、紅外發(fā)射電路、紅外接收 電路、 LED 指示電路和LCD 液晶顯示電路等部分組成。整體設計思路為:根據(jù)掃描到不同的按鍵值對發(fā)射脈沖編碼賦值后 AT89S51 將按照數(shù)據(jù)處理要求從 輸出控制脈沖與 T0 產(chǎn)生的 8KHz 的載波(周期是 26us)進行調(diào)制,經(jīng) NPN 三極管對信號放大驅(qū)動紅外發(fā)光管將控制信號發(fā)送出去。然后根據(jù)所得的指令去操作相應的用電器件工作,如圖 所示。發(fā)送端采用單片機的定時中斷功能,由定時器 T0 產(chǎn)生周期為 26us 的矩形脈沖 ,即每隔 13us定時器 T0 產(chǎn)生中斷輸出一個相反的信號使單片機輸出端產(chǎn)生周期為 38KHz 的脈沖信號。系統(tǒng)通過直連單片機的按鍵獲取用戶遙控 信息,經(jīng)按鍵掃描確認,然后交由單片機對將要發(fā)射數(shù)據(jù)進行整理,將待發(fā)送的二進制信號編碼調(diào)制在 38kHz脈沖基波上,生成脈沖發(fā)射信號 ,最后通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。 發(fā)射系統(tǒng)一般要求芯片的功耗要很低,芯片大多都設計成可以處于休眠狀態(tài),當有按鍵按下時才工作,這樣可以降低功耗。 單片機紅外 遙控發(fā)射器主要有單片機、行列式鍵盤、低功耗空閑方式控制電路、紅外管發(fā)射電路以及單片機的一些電源、復位、震蕩子電路組成 [6]。當遙控器的某一按鍵被按下以后,外部中斷 1 產(chǎn)生中斷,喚醒單片機進入工作狀態(tài),查詢鍵盤按下的是哪一個按鍵,當確認按鍵后,控制軟件啟動定時器 T0、 T1, T1 作為發(fā)射時間控制器, T0 作為紅外線發(fā)射頻率控制器, T0 定時溢出時中斷程序使紅外管接口電平反轉(zhuǎn)一次,寫入定時器的初值不同,在輸出端口就得到不同的發(fā)射頻率。 圖 紅外遙控發(fā)射電路框圖 驅(qū)動 按鍵部分 單片機 89S51 編碼 紅外發(fā)射 電源 5V 北京化工大學北方學院畢業(yè)設計(論文) 8 圖 38KHz 載波信號 第 紅外遙控接收部分 紅外遙控接收電路框圖見圖 。它能同時對信號進行放大、檢波、整形 ,得到 TTL 電平的編碼信號。接收到的信號經(jīng)單片機解碼得到用戶遙控信息并轉(zhuǎn)至 IO 口執(zhí)行 ,同 時單片機還完成對處于工作狀態(tài)的設備進行計數(shù)并顯示。 單片機紅外遙控接收器主要有單片機、紅外遙控接收電路、狀態(tài)指示電路、控制電路以及單片機的一些外圍電路組成。當電路中紅外接收管接收到第一個紅外脈沖時,外部中斷 1被觸發(fā),啟動計數(shù)器 T0 和定時器 T1。還可對接收電路實行上鎖功能,對控制電路上鎖后,遙控器不能對控制電路實施遙控功能。根據(jù)發(fā)射端調(diào)制載波的不同應選用相應解調(diào)頻率的接收頭。有的廠家建議在供電腳和電源之間 接入 330歐電阻,進一步降低電源干擾。 北京化工大學北方學院畢業(yè)設計(論文) 9 圖 紅外遙控接收電路框圖 第 紅外編碼標準 本設計中采用不同的脈寬寬度來實現(xiàn)二進制信號的編碼 ,編碼由發(fā)送單片機來完成。 圖 二進制信號“ 1”和“ 0”的編碼 遙控編碼脈沖信號由引導碼、識別碼、識別反碼、控制碼、控制反碼信號組成。如圖 ??刂拼a也叫功能碼,它代表了相應的控制功能,接收機可根據(jù)功能碼的數(shù)值完成各種功能操作。脈沖位置表示的“ 0”和“ 1”組成的 32 位二進制碼前 16 位控制指令,控制不同的紅外遙控設備。 二進制信號的調(diào)制 二進制信號的調(diào)制仍由發(fā)送單片機來完成 ,如圖 所示 ,A 是二進制信號的編碼波形 ,B 是頻率為 38KHz (周期為 26μ s) 的連續(xù)脈沖 ,C 是經(jīng)調(diào)制后的間斷脈沖串 (相當于 C = A B) ,用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的波形。圖中脈沖個數(shù)僅為示意非真實情況??芍苯优c單片機串 行輸入口及外中斷相表 示 ‘ 1 ’表 示 ‘ 0 ’表 示 ‘ 1 ’ABCC = A * B北京化工大學北方學院畢業(yè)設計(論文) 11 聯(lián),以實現(xiàn)隨時接收遙控信號并產(chǎn)生中斷,然后由單片機對編碼還原。解碼在無線電技術和通訊等方面廣泛應用 [8]。如圖 ,把波形 E 解碼還原成原始二進制數(shù)據(jù)信息 101。它集 Flash 程序存儲器既可在線編程( ISP)也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8位微處理器于單片芯片中 [9]。同時 , AT89S51可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 GND:電源接地。作為輸出口用時,每位能驅(qū)動 8個 TTL 邏輯門電路,對端口寫“ l”可作為高阻抗輸入端用。在 F1ash 編程時, P0 口接收指令字節(jié),北京化工大學北方學院畢業(yè)設計(論文) 15 而在程序校驗時,輸出指令字節(jié),校驗時,要求外接上拉電阻。對端口寫“ l”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作輸入口。 Flash 編程和程序校驗期間, Pl 接收低 8 位地址。對端口寫“ 1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作輸入口,作輸入口使用時,因為內(nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流( IIL)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行MOVXRi 指令)時, P2 口線上的內(nèi)容(也即特殊功能寄存器( SFR)區(qū)中 P2 寄存器的內(nèi)容),在整個訪問期間不改變。 P3 : P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/ 0 口。對 P3 口寫入“ l”時,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存 儲器編程和程序校驗的控制信號。當振蕩器工作時, RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 DISRT0 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。即使不訪問外部存儲器, ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/ 6 輸出固定的正脈沖信號,因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 對 F1ash 存儲器編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖 ( PROG) 。該位置位后,只有一條 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才會被激活。 PSEN :程序儲存允許( PSEN )輸出是外部程序存儲器的讀選通信號,當 AT89S51 由外部程序存儲器取指令(或數(shù)據(jù))時,每個機器周期兩次 PSEN 有效,即輸出兩個脈沖。 EA/VPP:外部訪問允許。需注意的是:如果加密位 LB1 被 編程,復位時內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。 F1ash 存儲器編程時,該引腳加上 +12V 的編程電壓 Vpp。 XTAL2: 振蕩器反相放大器的輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。對外接電容 Cl、 C2 雖然沒有十分嚴格的要求,但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。 10pF,而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。本設計中我們采用的是石英晶體,電容為30Pf。晶振 的振蕩器的頻率范圍通常是在 MHz12 MHz 之間,晶振的頻率越高,則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高,單片機的運行速度也就越快,晶振和電容應該盡可能安裝得與單片機芯片靠近,以減少寄生電容,更好地保證振蕩器穩(wěn)定,可靠地工作,為了提高溫度穩(wěn)定性,應該采用溫度穩(wěn)定性能好的電容。外部復位電路就是為 內(nèi)部復位電路提供兩個機器周期以上的高電平而設計的, AT89C2051 通常采用上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式 [11]。 按鍵手動復位又分為按鍵電平復位和按鍵脈沖復位,按鍵電平復位是將復位端通過電阻與 Vcc 相連,按鍵脈沖復位是利用 RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來達到復位的目的。復位是單片機初始化操作,其主要功能是把 PC初始化為 0000H,使單片機從 0000H 單元執(zhí)行程序。 復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。圖 所示的 RC 復位電路可以實現(xiàn)上述基本功能。 圖 復位電路 第 節(jié) 顯示模塊 在模擬電子和數(shù)字電子中, 經(jīng)常用到的顯示方法有 LED數(shù)碼管顯示和 LCD顯示。 LED是單片機應用系統(tǒng)中簡單而常用的輸出設備,通常用來指示機器的狀態(tài)或其他信息。單片機應用系統(tǒng)中,通常需要進行人機對話。顯示器和鍵北京化工大學北方學院畢業(yè)設計(論文) 19 盤電路就是用來完成人機對話活動的人機通道。根據(jù) LED的顯示控制方式有分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種,因此在選擇 LED顯示時,一定先要確定顯示的方式。根據(jù)分析,我采用硬件譯碼 BCD數(shù)碼管與 8051單片機的接口電路,這種顯示器內(nèi)部集成了硬件段譯碼器,能自動將輸入的 BCD數(shù)轉(zhuǎn)換成 7段 LED譯碼,直接點亮顯示器的段。 LCD 液晶顯示器具有 顯示質(zhì)量高 、 沒有電磁輻射 、 可視面積大 、 應用范圍廣、畫面效果好、數(shù)字式接口、 “ 身材 ” 勻稱小巧、功率消耗小 等優(yōu)點,具有優(yōu)良的人機交互界面設計。 1602 是指顯示的內(nèi)容為 16*2,即可以顯示兩行,每行 16 個字符。 字符型 LCD1602 通常有 14條引腳線或 16 條引腳線的 LCD,多出來的 2 條線是背光電源線 VCC(15 腳 )和地線 GND(16 腳 ),其控制原理與 14 腳的 LCD 完全一樣, 1602采用標準的 16腳接口, 電路圖如 圖 , 其中: 第 1腳: VSS 為電源地 第 2腳: VDD 接 5V 電源正極 第 3腳: V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高(對比度過高時會 產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ,使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度)。 第 5腳: RW 為讀寫信號線,高電平 (1)時進行讀操作,低電平 (0)時進行寫操作。 第 7~ 14 腳: D0~ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)端。 15 腳背光正極, 16 腳背光負極。 DDRAM 就是顯示數(shù)據(jù) RAM,用來寄存待顯示的字符代碼,共 80 個字節(jié),其地址和屏幕的對應關系如下 表 所示: 表 地址和屏幕的對應關系 例如要在 LCD1602 屏幕的第一行第一列顯示一個 A字 ,就要向 DDRAM 的 00H地址寫入“ A”字的代碼就行了。在第一行 DDRAM 的要顯示數(shù)據(jù),則必須將 DDRAM 地址加上 80H,第二行的要加上 C0H 才是真正的地址。 圖 字符表 第 鍵盤模塊 在 鍵盤 中按鍵數(shù)量較多時,為了減少 I/O 口的占用,通常將按鍵排列成 矩陣 形式 。這樣,一個端口(如 P1 口)就可以構(gòu)成 4*4=16 個按鍵,比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍,而且線數(shù)越多,區(qū)別越明顯,比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20北京化工大學北方學院畢業(yè)設計(論文) 22 鍵的鍵盤,而直接用端口線則只能多出一鍵( 9 鍵)。 行掃描法又稱為逐行(或列)掃描查詢法,是一種最常用的按鍵識別方法,如圖 所示鍵盤,介紹過程如下。只要有一列的電平為低,則表示鍵盤中有鍵被按下,而且閉合的鍵位于低電平線與 4 根行線相交叉的 4個按鍵之中。 (2)判斷閉合鍵所在的位置 在確認有鍵按下后,即可進入確定具體閉合鍵的過程。在確定某根行線位置為低電平后,再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。 圖 鍵盤電路 北京化工大學北方學院畢業(yè)設計(論文) 23 第 紅外發(fā)射電 路 紅外發(fā)送器大多是使用 Ga、 As等材料制成的紅外發(fā)射二極管,其能夠通過的 LED電流越大,發(fā)射角度越小,產(chǎn)生的發(fā)射強度就越大;發(fā)射強度越大,紅外傳輸距離就越遠,傳輸距離正比于發(fā)射強度的平方根。 在紅外數(shù)據(jù)發(fā)射過程中,由于發(fā)送信號時的最大平均電流需幾十 mA(對應 mW 級發(fā)射功率),所以需要三極管放大后去驅(qū)動紅外光發(fā)射二極管(又稱電光二極管)。因此電路由紅外發(fā)射頭,一個 NPN9013 的三極管和兩個限流電阻組成。同時紅外發(fā)射頭的串接電阻在 100 歐姆數(shù)量級,這里采用 39歐姆。紅外數(shù)據(jù)射發(fā)射電路圖如 。將調(diào)制在 40kHz 上的紅外脈沖信號解調(diào)后再輸入到 AT89S51的 INT0( )引腳,由單片機進行高電平與低電平寬度的測量。數(shù)據(jù)流通過單片機處理后送驅(qū)動控制部分。 SM0038 是用于紅外遙控接收的小型一體化接收頭, 它的主要功能包括放大 ,選頻 ,解調(diào)幾大部分 ,要求輸入信號需是已經(jīng)被調(diào)制的信號。 其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, 從而使電路達到最簡化!靈敏度和抗干擾性都非常好 。接收器對外只有 3 個引腳:從左至右依次為 OUT、GND、 VCC。故紅外接收部分電路如圖 所示: 圖 紅外接收部分電路 北京化工大學北方學院畢業(yè)設計(論文) 25 第 家電控制模塊 LED 串聯(lián)電阻是為了限制電流,保護 LED, .串聯(lián) 電阻 的加入要使電流達到 LED 的額定值 之內(nèi)(通常 520mA) 。當接收機接收到控制指令后,會將相應的 IO 口置位,點亮或 熄滅相應的 LED,從而模擬了控制家電??刂齐娐啡鐖D 。利用二極管的單向?qū)щ娦?,采用橋式整流電?
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