【正文】 秒之間的紅外光稱為近紅外，3—30微秒之間的紅外光稱為中紅外，30—100微秒之間的稱為遠(yuǎn)紅外。 當(dāng)今紅外技術(shù)的一個(gè)重要分支是紅外通信技術(shù)的應(yīng)用，這個(gè)應(yīng)用的發(fā)展非常迅速，尤其是紅外通信應(yīng)用于計(jì)算機(jī)設(shè)備中，近幾年的發(fā)展已經(jīng)表現(xiàn)出其非常成熟的特性。此方案具有制作簡(jiǎn)單、容易等特點(diǎn)，但由于功能鍵數(shù)及功能受到特定的限制，只適合用某一專用電器產(chǎn)品的應(yīng)用，應(yīng)用范圍受到限制。本單片機(jī)遙控應(yīng)用系統(tǒng)采用紅外線發(fā)射頻率的不同，來(lái)識(shí)別不同的遙控功能。 單片機(jī)紅外遙控發(fā)射器設(shè)計(jì)原理單片機(jī)紅外遙控發(fā)射器主要有單片機(jī)、行列式鍵盤、低功耗空閑方式控電路、紅外管發(fā)射電路以及單片機(jī)的一些電源、復(fù)位、震蕩子電路組成。當(dāng)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(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，查詢鍵盤按下的是哪一個(gè)按鍵，當(dāng)確認(rèn)按鍵后，控制軟件啟動(dòng)定時(shí)器T0、T1，T1作為發(fā)射時(shí)間控制器，T0作為紅外線發(fā)射頻率控制器，T0定時(shí)溢出時(shí)中斷程序使紅外管接口電平反轉(zhuǎn)一次，寫(xiě)入定時(shí)器的初值不同，在輸出端口就得到不同的發(fā)射頻率。其設(shè)計(jì)原理框圖如圖21。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。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(duì)象（遙控按鍵）對(duì)其進(jìn)行反轉(zhuǎn)操作，控制電路對(duì)所控制的負(fù)載進(jìn)行開(kāi)或關(guān)。其設(shè)計(jì)原理方框圖如圖22。片內(nèi)含有2KB可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器（EPROM）和128B的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)大。此外，AT89C2051的時(shí)鐘頻率可為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入工作狀態(tài)，省電模式中，片內(nèi)RAM將被凍結(jié)，時(shí)鐘停止震蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件系統(tǒng)復(fù)位方可繼續(xù)工作。發(fā)射采用脈寬調(diào)制的串行碼，、“0”；、“1”，其波形如圖22所示。然后再通過(guò)紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。芯片的用戶識(shí)別碼固定為十六進(jìn)制01H；后16位為8位操作碼（功能碼）及其反碼。 圖23 遙控信號(hào)編碼波形圖 遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進(jìn)制碼，周期約為108ms。 圖24 遙控信號(hào)的周期性波形當(dāng)一個(gè)鍵按下超過(guò)36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼（9ms）,一個(gè)結(jié)果碼（）,低8位地址碼（9ms~18ms）,高8位地址碼（9ms~18ms）,8位數(shù)據(jù)碼（9ms~18ms）和這8位數(shù)據(jù)的反碼（9ms~18ms）組成。根據(jù)紅外發(fā)射管本身的物理特性，必須要有載波信號(hào)與即將發(fā)射的信號(hào)相“與”，然后將相“與”后的信號(hào)送發(fā)射管，才能進(jìn)行紅外信號(hào)的發(fā)射傳送，而在頻率為38KHz的載波信號(hào)下，發(fā)射管的性能最好，發(fā)射距離最遠(yuǎn)，所以本設(shè)計(jì)采用38KHz的晶振產(chǎn)生載波信號(hào)，與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算后，通過(guò)三極管的功率驅(qū)動(dòng)到紅外發(fā)光二極管上。具體的發(fā)射波形如下圖所示。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為940nm左右，外形與普通發(fā)光二極管相同。 圖27 信號(hào)發(fā)射電路硬件連接圖 信號(hào)接收電路紅外遙控接收可采用較早的紅外接收二極管加專用的紅外處理電路的方法。較好的接收方法是用一體化紅外接收頭，一體化紅外線接收頭是一種集紅外線接收和放大于一體，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(hào)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。紅外接收頭的信號(hào)輸出接單片機(jī)的INTO或INTl腳。當(dāng)收到38KHz調(diào)制紅外線時(shí)，RPM6938輸出為“0”，平時(shí)輸出為“1”。圖28 紅外接收電路遙控信號(hào)的解碼算法及程序編制：平時(shí)，遙控器無(wú)鍵按下，紅外發(fā)射二極管不發(fā)出信號(hào)，遙控接收頭輸出信號(hào)1。由于與單片機(jī)的中斷腳相連，將會(huì)引起單片機(jī)中斷(單片機(jī)預(yù)先設(shè)定為下降沿產(chǎn)生中斷)。清零計(jì)時(shí)值后再開(kāi)始計(jì)時(shí)，通過(guò)判斷每次中斷與上一次中斷之間的時(shí)間間隔。如果計(jì)時(shí)值為9ms，接收到的是引導(dǎo)碼，接收到的是編碼0。在判斷時(shí)間時(shí)，應(yīng)考慮一定的誤差值。 解碼方法如下：(1)設(shè)外部中斷0(或者1)為下降沿中斷，定時(shí)器0(或者1)為16位計(jì)時(shí)器。(2)第一次進(jìn)入遙控中斷后，開(kāi)始計(jì)時(shí)。并將計(jì)時(shí)值保存后，再重新計(jì)時(shí)。準(zhǔn)備接收下面的一幀遙控?cái)?shù)據(jù)，如果計(jì)時(shí)值不等于前導(dǎo)碼的時(shí)間，但前面已接收到前導(dǎo)碼，則判斷是遙控?cái)?shù)據(jù)的0還是1。(5)當(dāng)接收到32位數(shù)據(jù)時(shí)，說(shuō)明一幀數(shù)據(jù)接收完畢。如果兩次地址碼相同且等于本系統(tǒng)的地址，數(shù)據(jù)碼與數(shù)據(jù)反碼之和等于0FFH，則接收的本幀數(shù)據(jù)碼有效。 (6)接收完畢，初始化本次接收的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備下一次遙控接收。時(shí)鐘信號(hào)可以有兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，見(jiàn)圖38，外接晶振時(shí)，CC2值通常選擇為30pF左右；外接陶瓷振蕩器時(shí)，CC2約為47pF。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝的與單片機(jī)芯片靠近。外部時(shí)鐘方式 外部時(shí)鐘方式是采用外部振蕩器，外部振蕩信號(hào)由XTAL2端接入后直接送至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。 一般情況下，單片機(jī)時(shí)鐘輸入均采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，外接一個(gè)震蕩電路，本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，晶振采用12MHz，其電路如圖29。獨(dú)立式按鍵配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)，I/O口線有確定的高電平，其電路原理圖如圖210。當(dāng)CPU執(zhí)行完IDL=1（=1）指令后，系統(tǒng)進(jìn)入空閑工作方式，這時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘不向CPU提供，而只供給中斷、串行口、定時(shí)器部分。當(dāng)有鍵按下時(shí)，由與門觸發(fā)外部中斷1發(fā)生中斷，單片機(jī)退出空閑工作方式，進(jìn)入鍵盤和紅外發(fā)射程序，結(jié)束后又進(jìn)入低功耗空閑方式待機(jī)。 掉電保護(hù)和低功耗的設(shè)計(jì)1．掉電保護(hù)在單片機(jī)工作時(shí)，供電電源如果發(fā)生停電或瞬間停電，將會(huì)使單片機(jī)停止工作。在這種情況下，需要進(jìn)行掉電保護(hù)處理。因單片機(jī)電源入口的濾波電容的儲(chǔ)能作用，可以有足夠的時(shí)間來(lái)完成中斷操作。它由兩個(gè)二極管組成，當(dāng)電源電壓高于VPD引腳的備用電源電壓時(shí)，VD1導(dǎo)通，VD2截止，單片機(jī)由電源供電；當(dāng)電源電壓降到比備用電源電壓低時(shí)，二極管VD1截止，VD2導(dǎo)通，單片機(jī)由備用電源供電。當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，備用電源還會(huì)繼續(xù)供電一段時(shí)間，大約10ms，以確保外部電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)用戶檢測(cè)到一個(gè)掉電保護(hù)電路時(shí)，立即通過(guò)外部中斷輸入線INT0來(lái)中斷單片機(jī)現(xiàn)行操作。它輸出的脈寬取決于R、C的數(shù)值及VCC是否以掉電。80C2051的掉電保護(hù)過(guò)程則不同。PCON寄存器的各位定義如表21。GFGF0：通用標(biāo)志，由軟件置位、復(fù)位。IDL：待機(jī)方式控制位，IDL=1，則進(jìn)入待機(jī)方式。這時(shí)，單片機(jī)的一切工作都停止，只有內(nèi)部RAM和專用寄存器的內(nèi)容被保存。當(dāng)電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)要維持10ms的恢復(fù)時(shí)間后才能退出掉電保護(hù)狀態(tài)，復(fù)位操作將重新定義專用寄存器，但內(nèi)部RAM的內(nèi)容不變，可將被保護(hù)的內(nèi)容恢復(fù)。圖211 掉電保護(hù)電路2. 低功耗設(shè)計(jì)在很多情況下，單片機(jī)要工作在供電困難的場(chǎng)合，如野外、井下和空中，對(duì)于便攜式儀器要求用電池供電，這時(shí)都希望單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能低供耗運(yùn)行?？臻e工作方式（通常也指待機(jī)工作方式）是指CPU在不需要執(zhí)行程序時(shí)停止工作，以取代不停的執(zhí)行空操作或原地踏步等待操作，達(dá)到減小功耗的目的。用軟件將IDL位置1，系統(tǒng)進(jìn)入空閑工作方式。在空閑工作方式下，80C51消耗的電流由正常的24mA將為3mA。第一種是中斷退出。第二種是硬件復(fù)位退出。MCS—51的掉電保護(hù)也是一種節(jié)電工作方式，它和空閑工作方式一起構(gòu)成了低功耗工作方式。在這種方式下，片內(nèi)震蕩器被封鎖，一切功能都停止，只有片內(nèi)RAM00H—7FH單元的內(nèi)容被保留。在本設(shè)計(jì)中，退出空閑工作方式采用中斷的方法。 系統(tǒng)完整電路設(shè)計(jì)圖 紅外發(fā)射電路圖： 如圖213，為紅外發(fā)射電路圖： 圖213 紅外發(fā)射電路圖 紅外接收電路圖： 如圖214，為紅外接收電路圖： 圖214 紅外接收電路圖第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 遙控發(fā)射器程序設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)是一個(gè)紅外遙控發(fā)射器，設(shè)計(jì)目的就是根據(jù)按鍵的不同，發(fā)射出不同的紅外信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)制作，采用編程的方法，由于編程具有靈活性，故應(yīng)用范圍較廣，操作碼可隨意設(shè)定。操作鍵設(shè)定為8個(gè)，K0至K7。發(fā)射時(shí)間確定為一個(gè)定值，由定時(shí)器1來(lái)定時(shí)，時(shí)間為100ms，當(dāng)100ms時(shí)間到定時(shí)器1發(fā)生中斷，停止計(jì)時(shí)，紅外光也停止發(fā)射。通過(guò)設(shè)定T0的定時(shí)時(shí)間來(lái)控制紅外信號(hào)的發(fā)射頻率。主程序主要由初