【正文】 ............................................................ 32 結論 ............................................................................................................................................... 34 參考文獻 ...................................................................................................................................... 35 致謝 ............................................................................................................................................... 37 附錄 ............................................................................................................................................... 38 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 I 摘要 著科學技術的發(fā)展，單片機因其高可靠性 和高性價比，在智能化家用電器、儀器儀表等諸多領域內(nèi)得到了極為廣泛的應用。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、音響設備、空調彩電都采用了紅外 通訊 系統(tǒng)。發(fā)射端主要包含按鍵輸入，來控制接收端的電機運轉和液晶顯示器的 顯示； 并且對 可行性 進行細致 研究， 綜合 功能用途，做出整體設計流程。 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 機的紅外 通訊軟件設計 1 1 1 緒 論 紅外通訊 就是通過紅外線傳輸數(shù)據(jù) ，是目前比較常用的一種無線數(shù)據(jù)傳輸手段，它具有無污、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 。自紅外通訊技術發(fā)明以來，去多早期用線纜傳輸?shù)脑O備和通訊工具都改為利用外紅線來進行通訊，如家電產(chǎn)品、工業(yè)控制、娛樂設施等領域。 課題的研究意義 信息時代，通信技術的發(fā)展總是走在各種技術的最前沿。因為它方便，快捷，安全，穩(wěn)定，所以無線通信的方式更加容易被人們重視，從而 催促著 各種無線通信技術的研發(fā) 。紅外發(fā)射裝置電路簡單，易于實現(xiàn)，并且對空氣污染小。紅外無線通信在我國古代已有應用，只是比較簡單。第二次世界大戰(zhàn)中美國、日本、蘇聯(lián)也都是用過紅外無線通信。 近年來由于微電子技術發(fā)展，發(fā)射器件和接受器件已經(jīng)被半導體器件所代替，又由于它具有無需鋪設電路、保密性好、抗干擾能力強、價格低廉、設備簡單等優(yōu)點，再加上近年來各種市場應用設備、家用設備的自動化提高，紅外通信又重新被人們重視，從而 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 2 得到發(fā)展。自 1800 年發(fā)現(xiàn)紅外線以來，人們從沒停過對 它的研究，以至于后人能夠利用紅外開發(fā)出眾多應用產(chǎn)品，在安防監(jiān)控領域，汽車夜視系統(tǒng)，醫(yī)療器械行業(yè)，家庭電子行業(yè)，通訊領域等范圍都已經(jīng)被得到廣泛的應用。 傳統(tǒng)的紅外通訊應用主要在與家電和汽車防盜遙控器方面，由于調制技術、相關收發(fā)器技術的快速發(fā)展，紅外傳輸應用也發(fā)生了質的飛躍。 2022年全球已有 1． 7億臺配有國際紅外線協(xié)會模組的電子產(chǎn)品進入市場，尤其在電子游戲機市場有極大的潛力。但人們對她的研究仍然延續(xù)，時不時出現(xiàn)的新發(fā)明新應用，帶給我們驚訝與感嘆，人 類對這座寶藏的開發(fā)還遠遠不夠，紅外產(chǎn)業(yè)還有廣闊的擴張空間 [27]。 紅外通訊 傳統(tǒng)的紅外通訊應用主要在與家電和汽車防盜遙控器方面，由于調制技術、 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 3 相關收發(fā)器技術的快速發(fā)展，紅外傳輸應用也發(fā)生了質的飛躍。 系統(tǒng)設計思路分析 系統(tǒng)分為接收端和發(fā)射端兩部分，接收端 采用 4*4矩陣鍵盤用來接受用戶的輸入（ 09 的數(shù)字輸入 ,AF 的字母輸入），經(jīng)過放大器放大后再通過載波信號的調制，把編碼信號的有用信號傳播出去；接收端接收到信號后，經(jīng)過解碼得到發(fā)射端用戶輸入的信號，最后在數(shù)碼管或者 LCD 中顯示出來。 系統(tǒng)設計需解決的難點要點 整個系統(tǒng)設計中有幾個部分是難點也是系統(tǒng)正常運行的關鍵核心。 紅外發(fā)射電路 選擇基于通用 UART紅外通信，是因為可以利用通用 UART成熟的硬件機制，實現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)通信。且有實踐證明，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 機的紅外 通訊軟件設計 1 4 輸出與 TTL電平信號兼容的所有工作，沒有紅外遙控信號時為高電平，收到紅外信號時為低電平，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)設計應該分為兩部分電路，發(fā)射和接收。 －接收端（電機模擬的電風扇）能夠在 LCD液晶顯示器上顯示風扇實時運轉的轉速檔次，定時的時間 。 發(fā)射電路鍵盤采用四乘四矩陣鍵盤電路，通過程序檢索用戶的輸入，返回相應的按鍵值到程序中；程序使用得到的按鍵值，得知用戶的輸入后取得相應程序中預先設定的操作碼發(fā)送給紅外發(fā)射器 ；再通過紅外發(fā)射器發(fā)射出去 的信號經(jīng)過載波電路 38KHz方波調制后， 由接收端的紅外接收 器接受到操作碼后進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運轉情況和 LCD液晶顯示情況，達到紅外通訊控制的目的。 基本電路模塊 基本電路分為 AT89C51正常運行所需的晶振電路和復位電路，主要由硬件來 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 6 控制和實現(xiàn)沒有采用軟件的控制。 鍵盤接受模塊 鍵盤接受模塊采用四乘四的外接矩陣鍵盤，在程序中對矩陣鍵盤行和列的高低變換來得到用戶在鍵盤的輸入情況，需要用到單片機的 8個管腳，系統(tǒng)中使用了發(fā)射端的 P2口的八個管腳 ，若使用的是 P0口的八個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)射裝置來發(fā)送信號，發(fā)射的操作碼為程序中預先設定。 液晶顯示模塊 液晶顯示模塊使用 LM016L 液晶顯示器 來顯示電機的運轉情況，如電機的運轉的轉速檔次、電機定時時間。 電機電路模塊 電機電路模塊用一個電機模擬電風扇的運轉，電機可以改變轉速檔次，定時運行，并且在相關的線路上接有 LED指示燈，分為別為小檔指示燈，中檔指示燈，大檔指示燈，定時指示燈，停轉指示燈，用于提示用戶電機的運轉狀態(tài)。 系統(tǒng)設計技巧 在系統(tǒng)仿真過程中沒有現(xiàn)成的 SE303 的紅外發(fā)射器和 HS0038 紅外接收器，所以本系統(tǒng)仿真時采用引用接收端和發(fā)射端的各自一個管腳相連通，中間裝一個LED指示燈來指示信號的傳遞；在發(fā)射的根據(jù) uPD6121的編碼發(fā)射原理，對發(fā)射端的管腳進行 ,低電平脈寬為 高電平脈寬為 組成一個周期為“ 0”，而低電平脈寬為 為 “ 1”，發(fā)送接收端的管腳。 最小系統(tǒng) 按 鍵 電路 載波信號調制電路 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 直流電機單位 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 8 3 系統(tǒng)硬件設計 基于單片機的紅外通訊硬件方面的在本章介紹，根據(jù)系統(tǒng)的設計方案和功能要求介紹系統(tǒng)總體的構成和各部分的硬件。 主要元器件的簡單介紹和選擇 這樣的芯片因為具有和計算機一樣的功能，所以稱之為單片微型計算機，簡稱單片機。自從 20世紀 70年代中期美國仙童公司推出第一臺 F8單片機以來，單片機已經(jīng)有 30多年的發(fā)展歷史。 紅外通訊系統(tǒng)的單片機中，采用 AT89C51 單片機作為中央處理器。同時， 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 機的紅外 通訊軟件設計 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)射端先進行編碼操作編碼成操作碼，然后通過載波電路將編碼后的芯片進行 38KHz的調制后，才能更遠更安全穩(wěn)定地發(fā)送 出去；紅外接受電路在接收到信號后，則需要進行解碼操作，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)送一個什么樣的請求?？梢匀〈?SAA3049等芯片 ；而能夠與 BC7210解碼芯片互相支持的多個芯片中又屬 Upd6121編碼芯片最為合適 [13]。它是實現(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，是整個紅外通信系統(tǒng)的焦點。管壓降約 ，工作電流一般小于 20mA。 SE303 實物圖如圖32所示 圖 32 紅外接收器是紅外發(fā)光二極管的受控裝置，其里面有相應的紅外光電轉換電路。 接收方一般使用 HS0038 一體化紅外線接收器進行接收解碼，當 HS0038 接收到 38kHz 紅外信號時，輸出端輸出低電平，否則為高電平。 HS0038實物圖如圖 33所示 。而所謂 的最小系統(tǒng)，就是單片機的 XTAL1,XTAL2 兩個 IO 口外接晶振電路 ,RST 口外接復位電路 ,EA、 VCC接 5V電源， VSS接地，這樣組成的一個小系統(tǒng)成為最小系統(tǒng)。 按鍵輸入電路 用來接收用戶輸入的按鍵模塊，采用四乘四矩陣鍵盤與單片機的 P0 八個管腳 相連，在程序中進行行列檢測，從而得出用戶對哪個按鍵進行的單擊操作（具體算法實現(xiàn)在第四章軟件設計中詳解）。 按鍵輸入模塊電路如下圖所示 : 圖 35 圖 35 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 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 ,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)送一次反補作為驗證。本系統(tǒng)采用第一種方案。而 本次系統(tǒng)設計 仿真 中并沒有 編碼 芯片，所以在仿真電路中單獨繪制解碼發(fā)射模塊，用于學習不參與程序運行。為使紅外信號能夠正確的傳送出去和傳送更長的距離，我們也需要在編碼信號輸出的同端加上一個高頻載波信號。 本系統(tǒng)采用 89C51 單片機內(nèi)部定時器產(chǎn)生 38KHz信號的方波，與編碼后的傳送碼結合，調制后傳送出去。 載 波信號調制電路如下圖所示： 圖 37 解碼電路 及其紅外接 圖 38 通過解碼電路后，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運轉的相關信息，并且控制電機運轉。液晶顯示器使用 LCD1602。 這里電機采用直流電機，而控制直流電機的轉速主要是通過控制其電壓實現(xiàn)，所以電路中用 三個 2N3055三極管 ，三個三極管的基極分別接單片機的 P11，P12， P13 三個管腳，集電極接不同大小的電阻再接電源，然后通過程序來控制使用不同的三極管，從而控制不同的直流電機電壓，達到改變轉速的效果。 而 在單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程中，程序設計有兩種方法：一種是基于匯編語言的程序設計方法，另一種是基于 C 語言的程序設計方法。此外，由于 C 語言有很好的層次結構，使其編寫的程序更容易閱讀和維護。 選用 C語言設計程序 具有一些特點 [14]： C 語言代碼簡潔易讀，使用靈活方便 ， 裝性好，代碼重用性高。 并且 表達能力強 ， 豐富的數(shù)據(jù)結構類型，用戶根據(jù)需要，采用多種數(shù)據(jù)類型來控制各種復雜的數(shù)據(jù)； C語言還有多種運算符，用戶可以靈活地進行簡單或者復雜的算術運算 ， 表達方式 也很 靈活。這一點很適合單片機的設計， C 語言以函數(shù)作為程序設計的基本單位， C 語言程序中的函數(shù)相當于一般語言中的子程序。 C 語言具有直接訪問機器物理地址的能力， Keil 的 C51 編譯器和 Franklin 的 C51 編譯器都可以直接對單片機的內(nèi)部特殊功能寄存器和 I/O 端口進行操作，可以直接訪問片內(nèi)或片尾存儲器，還可以進行各種位操作。它是美國 Keil Software 公司出品的主要用于 51 系列 單片機主要用于 C 語言軟件程序開發(fā)工具。在 Keil uVersion3 上編寫的 C 語言程序可以直接生成一個 .HEX 文件在 Proteus 中直接將 HEX 文件 調入 到單片機中 便可直接運行程序 ，方便程序在單片機環(huán)境下的運行和調試。所以，如