【正文】 ......................................... 30 ......................................................... 32 結(jié)論 .............................................................................................................................. 34 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 35 致謝 .............................................................................................................................. 37 附錄 .............................................................................................................................. 38 基于單片 機(jī)的紅外 通訊軟件設(shè)計(jì) 1 I 摘要 著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因其高可靠性和高性價(jià)比，在智能化家用電器、儀器儀表等諸多領(lǐng)域內(nèi)得到了極為廣泛的應(yīng)用。紅外 通訊 是目前使用較多的一種 通訊方法 。在家庭生活中，錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)彩電都采用了紅外 通訊 系統(tǒng)。發(fā)射端主要包含按鍵輸入，來(lái)控制接收端的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和液晶顯示器的顯示； 并且對(duì) 可行性 進(jìn)行細(xì)致 研究， 綜合 功能用途，做出整體設(shè)計(jì)流程。 and a detailed study on the feasibility, prehensive functions, make whole design process. Keywords: Infrared munication transmitting teminal receiving terminal system 基于單片 機(jī)的紅外 通訊軟件設(shè)計(jì) 1 1 1 緒 論 紅外通訊 就是通過(guò)紅外線傳輸數(shù)據(jù) ，是目前比較常用的一種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸手段，它具有無(wú)污、信息傳輸穩(wěn)定、信息傳輸安全性高以及使用方便等優(yōu)點(diǎn) 。自紅外通訊技術(shù)發(fā)明以來(lái)，去 多早期用線纜傳輸?shù)脑O(shè)備和通訊工具都改為利用外紅線來(lái)進(jìn)行通訊，如家電產(chǎn)品、工業(yè)控制、娛樂(lè)設(shè)施等領(lǐng)域。 課題的研究意義 信息時(shí)代，通信技術(shù)的發(fā)展總是走在各種技術(shù)的最前沿。因?yàn)樗奖悖旖?，安全，穩(wěn)定，所以無(wú)線通信的方式更加容易被人們重視，從而 催促著 各種無(wú)線通信技術(shù)的研發(fā) 。紅外發(fā)射裝置電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，并且對(duì)空氣污染小。紅外無(wú)線通信在我國(guó)古代已有應(yīng)用，只是比較簡(jiǎn)單。第二次世界大戰(zhàn)中美國(guó)、日本、蘇聯(lián)也都是用過(guò)紅外無(wú)線通信。 近年來(lái)由于微電子技術(shù)發(fā)展，發(fā)射器件和接受器件已經(jīng)被半導(dǎo)體器件所代替，又由于它具有無(wú)需鋪設(shè)電路、保密性好、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，再加上近年來(lái)各種市場(chǎng)應(yīng)用設(shè)備、家用設(shè)備的自動(dòng)化提高，紅外通信又重新被人們重視，從而 基于單片 機(jī)的紅外 通訊軟件設(shè)計(jì) 1 2 得到發(fā)展。自 1800 年發(fā)現(xiàn)紅外線以來(lái)，人們從沒(méi)停過(guò)對(duì)它的研究，以至于后人能夠利用紅外開(kāi)發(fā)出眾多應(yīng)用產(chǎn)品，在安防監(jiān)控領(lǐng)域，汽車夜視系統(tǒng)，醫(yī)療器械行業(yè)，家庭電子行業(yè)，通訊領(lǐng)域等范圍都已經(jīng)被得到廣泛的應(yīng)用。 傳統(tǒng)的紅外通訊應(yīng)用主要在與家電和汽車防盜遙控器方面， 由于調(diào)制技術(shù)、相關(guān)收發(fā)器技術(shù)的快速發(fā)展，紅外傳輸應(yīng)用也發(fā)生了質(zhì)的飛躍。 2021 年全球已有 1． 7億臺(tái)配有國(guó)際紅外線協(xié)會(huì)模組的電子產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，尤其在電子游戲機(jī)市場(chǎng)有極大的潛力。但人們對(duì)她的研究仍然延續(xù)，時(shí)不時(shí)出現(xiàn)的新發(fā)明新應(yīng)用，帶給我們驚訝與感嘆，人類對(duì)這座寶藏的開(kāi)發(fā)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，紅外產(chǎn)業(yè)還有廣闊的擴(kuò)張空間 [27]。 紅外通訊 傳統(tǒng)的紅外通訊應(yīng)用主要在與家電和汽車防盜遙控器方面，由于調(diào)制技術(shù)、 基于單片 機(jī)的紅外 通訊軟件設(shè)計(jì) 1 3 相關(guān)收發(fā)器技術(shù)的快速發(fā)展，紅外傳輸應(yīng)用也發(fā)生了質(zhì)的飛躍 。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路分析 系統(tǒng)分為接收端和發(fā)射端兩部分，接收端 采用 4*4矩陣鍵盤(pán)用來(lái)接受用戶的輸入（ 09 的數(shù)字輸入 ,AF 的字母輸入），經(jīng)過(guò)放大器放大后再通過(guò)載波信號(hào)的調(diào)制，把編碼信號(hào)的有用信號(hào)傳播出去；接收端接收到信號(hào)后，經(jīng)過(guò)解碼得到發(fā)射端用戶輸入的信號(hào)，最后在數(shù)碼管或者 LCD 中顯示出來(lái)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需解決的難點(diǎn)要點(diǎn) 整 個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有幾個(gè)部分是難點(diǎn)也是系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵核心。 紅外發(fā)射電路 選擇基于通用 UART 紅外通信，是因?yàn)榭梢岳猛ㄓ?UART 成熟的硬件機(jī)制，實(shí)現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)通信。且有實(shí)踐證明，這種紅外通信模式是可行可靠的 [8]。 HS0038 是塑封一體化紅外線接收器，它是一種集紅外線接收、放大、整形于一體的集成電路，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到 基于單片 機(jī)的紅外 通訊軟件設(shè)計(jì) 1 4 輸出與 TTL 電平信號(hào)兼容的所有工作，沒(méi)有紅外遙控信號(hào)時(shí)為高電平，收到 紅外信號(hào)時(shí)為低電平，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 。故，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該分為兩部分電路，發(fā)射和接收。 －接收端（電機(jī)模擬的電風(fēng)扇）能夠在 LCD 液晶顯示器上顯示風(fēng)扇實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速檔次，定時(shí)的時(shí)間 。 發(fā)射電路鍵盤(pán)采用四乘四矩陣鍵盤(pán)電路，通過(guò)程序檢索用戶的輸入，返回相應(yīng)的按鍵值到程序中；程序使用得到的按鍵值，得知用戶的輸入后取得相應(yīng)程序中預(yù)先設(shè)定的操作 碼發(fā)送給紅外發(fā)射器 ；再通過(guò)紅外發(fā)射器發(fā)射出去 的信號(hào)經(jīng)過(guò)載波電路 38KHz 方波調(diào)制后， 由接收端的紅外接收器接受到操作碼后進(jìn)行解碼操作得操作碼從而得知發(fā)射端的按鍵輸入，從而改變接收端的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況和 LCD液晶顯示情況，達(dá)到紅外通訊控制的目的。 基本電路模塊 基本電路分為 AT89C51 正常運(yùn)行所需的晶振電路和復(fù)位電路，主要由硬件來(lái) 基于單片 機(jī)的紅外 通訊軟件設(shè)計(jì) 1 6 控制和實(shí)現(xiàn)沒(méi)有采用軟件的控制。 鍵盤(pán)接受模塊 鍵盤(pán)接受模塊采用四乘四的外接矩陣鍵盤(pán)，在程序中對(duì)矩陣鍵盤(pán)行和列的高低變換來(lái)得到用戶在鍵盤(pán)的輸入情況，需要用到單片機(jī)的 8 個(gè)管腳，系統(tǒng)中使用了發(fā)射端的 P2口的八個(gè)管腳 ，若使用的是 P0口的八個(gè)管腳則需要外接上拉電阻，阻值大約在 510K 之間 。 紅外發(fā)射模塊 紅外發(fā)射模塊采用 SE303 紅外發(fā)射裝置來(lái)發(fā)送信號(hào)，發(fā)射的操作碼為程序中預(yù)先設(shè)定。 液晶顯示模塊 液晶顯示模塊使用 LM016L 液晶顯示器 來(lái)顯示電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速檔次、電機(jī)定時(shí)時(shí)間。 電機(jī)電路模塊 電機(jī)電路模塊用一個(gè)電機(jī)模擬電風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)可以改變轉(zhuǎn)速檔次，定時(shí)運(yùn)行，并且在相關(guān)的線路上接有 LED指示燈，分為別為小檔指示燈，中檔指示燈，大檔指示燈，定時(shí)指示燈，停轉(zhuǎn)指示燈，用于 提示用戶電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技巧 在系統(tǒng)仿真過(guò)程中沒(méi)有現(xiàn)成的 SE303 的紅外發(fā)射器和 HS0038 紅外接收器，所以本系統(tǒng)仿真時(shí)采用引用接收端和發(fā)射端的各自一個(gè)管腳相連通，中間裝一個(gè)LED 指 示燈來(lái)指示信號(hào)的傳遞；在發(fā)射的根據(jù) uPD6121 的編碼發(fā)射原理，對(duì)發(fā)射端的管腳進(jìn)行 ,低電平脈寬為 高電平脈寬為 組成一個(gè)周期為 的位“ 0”，而低電平脈寬為 高電平脈寬為 組成一個(gè)周期為 的位“ 1”，發(fā)送接收端的管腳。 最小系統(tǒng) 按鍵電路 載波信號(hào)調(diào)制電路 最小系統(tǒng) 發(fā)射電路 接收電路 解碼電路 編碼電路 顯示電路 按鍵電路 直流電機(jī)單位 基于單片 機(jī)的紅外 通訊軟件設(shè)計(jì) 1 8 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的紅外通訊硬件方面的在本章介紹，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和功能要求介紹系統(tǒng)總體的構(gòu)成和各部分的硬件。 主要元器件的簡(jiǎn)單介紹和選擇 這樣的芯片因?yàn)?具有和計(jì)算機(jī)一樣的功能，所以稱之為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。自從 20 世紀(jì) 70年代中期美國(guó)仙童公司推出第一臺(tái) F8單片機(jī)以來(lái)，單片機(jī)已經(jīng)有 30 多年的發(fā)展歷史。 紅外通訊系統(tǒng)的單片機(jī)中，采用 AT89C51 單片機(jī)作為中央處理器。同時(shí)， AT89C51 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。 基于單片 機(jī)的紅外 通訊軟件設(shè)計(jì) 1 9 紅外通訊編碼解碼芯片選擇 紅外通訊電路若要將數(shù)據(jù)通過(guò)紅外發(fā)射頭和紅外接收頭發(fā)送出去，則需要在電路的發(fā)射端先進(jìn) 行編碼操作編碼成操作碼，然后通過(guò)載波電路將編碼后的芯片進(jìn)行 38KHz 的調(diào)制后，才能更遠(yuǎn)更安全穩(wěn)定地發(fā)送出去；紅外接受電路在接收到信號(hào)后，則需要進(jìn)行解碼操作，還原發(fā)射端的最原始數(shù)據(jù)，才能知道發(fā)射端是發(fā)送一個(gè)什么樣的請(qǐng)求?？梢匀〈?SAA3049 等芯片 ；而能夠與 BC7210解碼芯片互相支持的多個(gè)芯片中又屬 Upd6121編碼芯片最為合適 [13]。它是實(shí)現(xiàn)紅外通信的橋梁， 其重要性就好像燈泡在照明系統(tǒng)中的重要性一樣，是整個(gè)紅外通信系統(tǒng)的焦點(diǎn)。管壓降約 ，工作電流一般小于 20mA。 SE303 實(shí)物圖如圖32 所示 圖 32 紅外接收器是紅外發(fā)光二極管的受控裝置，其里面有相應(yīng)的紅外光電轉(zhuǎn)換電路。 接收方一般使用 HS0038 一體化紅外線接收器進(jìn)行接收解碼，當(dāng) HS0038 接收到 38kHz 紅外信號(hào)時(shí)，輸出端輸出低電平，否則為高電平。 HS0038實(shí)物圖如圖 33所示 。而所謂的最小系統(tǒng)，就是單片機(jī)的 XTAL1,XTAL2 兩個(gè) IO 口外接晶振電路 ,RST 口外接復(fù)位電路 ,EA、 VCC 接 5V 電源， VSS 接地，這樣組成的一個(gè)小系統(tǒng)成為最小系統(tǒng)。 按鍵輸入電路 用來(lái)接收用戶輸入的按鍵模塊，采用四乘四矩陣鍵盤(pán)與單片機(jī)的 P0 八個(gè)管腳相連，在程序中進(jìn)行行列檢測(cè)，從而得出用戶對(duì)哪個(gè)按鍵進(jìn)行的單擊操作（具體算法實(shí)現(xiàn)在第四章軟件設(shè)計(jì)中詳解）。 按鍵輸入模塊電路如下圖所示 : 圖 35 圖 35 基于單片 機(jī)的紅外 通訊軟件設(shè)計(jì) 1 12 紅外編碼電路 及其紅外發(fā)射 紅外編碼電路的 編碼主要是由用戶碼和數(shù)據(jù)碼構(gòu)成 ,用戶碼和數(shù)據(jù)碼統(tǒng)稱為傳送碼 ,通常為 8 位或 16 位的“ 0”“ 1”碼 ,為了避免出現(xiàn)差錯(cuò) ,每次發(fā)射的傳送碼中一般都包含兩次編碼 :一次為原碼 ,一次為反碼 。 本系統(tǒng)采用 8位的傳送碼 ,并且再發(fā)送一次反補(bǔ)作為驗(yàn)證。本系統(tǒng)采用第一種方案。而 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì) 仿真 中并沒(méi)有 編碼 芯片，所以在仿真電路中單 獨(dú)繪制解碼發(fā)射模塊，用于學(xué)習(xí)不參與程序運(yùn)行。為使紅外信號(hào)能夠正確的傳送出去和傳送更長(zhǎng)的距離，我們也需要在編碼信號(hào)輸出的同端加上一個(gè)高頻載波信號(hào)。 本系統(tǒng)采用 89C51 單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生 38KHz信號(hào)的方波，與編碼后的傳 送碼結(jié)合，調(diào)制后傳送出去。 載波信號(hào)調(diào)制電路如下圖所示： 圖 37 解碼電路 及其紅外接 圖 38 通過(guò)解碼電路后，得到用戶最原始的輸出數(shù)據(jù)，從而控制 LCD 液晶顯示器顯示電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的相關(guān)信息，并且控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。液晶顯示器使用 LCD1602。 這里電機(jī)采用直流電機(jī)，而控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速主要是通過(guò)控制其電壓實(shí)現(xiàn)，所以電路中用 三個(gè) 2N3055 三極管 ，三個(gè)三極管的基極分別接單片機(jī)的 P11，P12， P13 三個(gè)管腳，集電極接不同大小的電阻再接電源，然后通過(guò)程序來(lái)控制使用不同的三極管，從而控制不同的直流電機(jī)電壓，達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的效果。 而 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，程序設(shè)計(jì)有兩種方法：一種是基于匯編語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)方法，另一種是基于 C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)方法。此外，由于 C 語(yǔ)言有很 好的層次結(jié)構(gòu)，使其編寫(xiě)的程序更容易閱讀和維護(hù)。 選用 C語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序 具有一些特點(diǎn) [14]： C 語(yǔ)言代碼簡(jiǎn)潔易讀，使用靈活方便 ， 裝性好，代碼重用性高。 并且 表達(dá)能力強(qiáng) ， 豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，用戶根據(jù)需要，采用多種數(shù)據(jù)類型來(lái)控制各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)； C語(yǔ)言還有多種運(yùn)算符，用戶可以靈活地進(jìn)行簡(jiǎn)單 或者復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算 ， 表達(dá)方式 也很 靈活。這一點(diǎn)很適合單片機(jī)的設(shè)計(jì)， C 語(yǔ)言以函數(shù)作為程序設(shè)計(jì)的基本單位， C 語(yǔ)言程序中的函數(shù)相當(dāng)于一般語(yǔ)言中的子程序。 C 語(yǔ)言具有直接訪問(wèn)機(jī)器物理地址的能力， Keil 的 C51 編譯器和 Franklin 的 C51 編譯器都可以直接對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部特殊功能寄存器和 I/O 端口進(jìn)行操作，可以直接訪問(wèn)片內(nèi)或片尾存儲(chǔ)器，還可以進(jìn)行各種位操作。它是美國(guó) Keil Software 公司出品的主要用于 51 系列單片機(jī)主要用于 C 語(yǔ)言軟件程序開(kāi)發(fā)工具。在 Keil uVersion3 上編寫(xiě)的 C 語(yǔ)言程序可以直接生成一個(gè) .HEX 文件在 Proteus 中直接將 HEX 文件 調(diào)入 到單片機(jī)中 便可直接運(yùn)行程序 ，方便程序在單片機(jī)