【正文】 ................................................................................... 33 第一章 緒論 科學技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使紅外通信深入到各 行各業(yè)，應用領(lǐng)域不斷擴大。 在很多單片機應用系統(tǒng)中，常常利用非電信號（如光信號、超聲波信號等）傳送控制信息和數(shù)據(jù)信息，以實現(xiàn)遙控或遙測的功能。IrDA 的目標是制定能以合理且較小的代價實現(xiàn)的標準和協(xié)議 ,以推進紅外通信的發(fā)展。紅外線通信分為以光纜為傳輸介質(zhì)的有線通信和用無線電波來傳輸?shù)臒o線光通信。 被傳送的低頻信號一般不能直接作遠距離傳輸。然后將此攜帶有低頻信號的已調(diào)高頻振蕩經(jīng)功率放大到實際需要的功率，通過一定的媒介向周圍空間輻射。放大后的高頻已調(diào)信號與本振頻率相混頻，變?yōu)轭l率較低且固定的中頻已調(diào)信號，經(jīng)中頻放大器放大后， 由鑒頻 器檢出原來的調(diào)制信號，再經(jīng)低頻放大級放大去推動終端設備。正因為紅外線具有如此優(yōu)點，僅在軍事上紅外線就有很多用途，如：夜視機器、紅外照相、紅外雷達等。如普遍應用于 彩電、錄像機以及空調(diào)等的紅外遙控，用紅外遙控器在幾米到幾十米遠距離的直視范圍內(nèi)任何位置，都可以任意地實現(xiàn)各種家用的遙控。目前這種方式主要用于室內(nèi)，如構(gòu)成無繩電話及無繩耳機系統(tǒng)等。由于可免去布線的麻煩，故它具有有線光通信無法比擬的優(yōu)點。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制（ PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制（ PPM）兩種方法。發(fā)送端采用脈時調(diào)制（ PPM）方式也就是（ FSK）頻移鍵控的方式，將二進制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進行解調(diào)，還原為二進制數(shù)字信號后輸出。 設計要求 及總體方案 一、設計要求 傳輸距離：距離 ≥ 2 米 采用光源 ：紅外發(fā)光管 信號頻率范圍： 中心頻率 38KHz 二、系統(tǒng) 總體 設計方案 系統(tǒng)總體框圖如圖 所示。發(fā)射電路由 38KHz 振蕩器、頻率調(diào)制器、驅(qū)動電路及紅外線發(fā)射電路組成。 發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)框圖如圖 和 所示。 圖 系統(tǒng)總體框圖 圖 發(fā)射系統(tǒng)框圖 38KZ 圖 接收系統(tǒng)框圖 考慮到紅外光反射的原因，在全雙工方式下發(fā)送的信號也可能會被本身接收，因此紅外通信需采用異步半雙工方式，即通信的某一方發(fā)送和接收是交替進行的。 系統(tǒng)在上電后處于接收狀態(tài)。 紅外發(fā)射 系統(tǒng) 的 基本工作原理 紅外發(fā)射電路包括脈沖振蕩器、外接電源的濾波電容、紅外發(fā)射管 D3 和 D一個與門 74LS08 和一個非門 74LS04 等部分 組成 。 紅外 發(fā)射電路的工作原理為：由 單片機 的串行口輸出端 輸出 的串行數(shù)據(jù) 去調(diào)制 脈沖振蕩器 NE555 發(fā)出的載波信號，然后用 載波信號 驅(qū)動 紅外發(fā)射管 D3 和 D4 以光脈沖的形式向外發(fā)送。 AT89C51 單片機最小系統(tǒng) 單片機系統(tǒng)是整個硬件系統(tǒng)的核心，它即協(xié)調(diào)整機工作，又是數(shù)據(jù)處理器，是軟硬件系統(tǒng)連接的橋梁。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集 和輸出管腳相兼容。 AT89C51 主要特點如下： （ 1）面向控制的 8 位 CPU：它與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分。主要包括算數(shù)邏輯運算單元 ALU,，累加器 A、寄存器 B，程序狀態(tài)字寄存 器 PSW 以及 BCD 碼修正電路等。地址為 20H~2FH的 16 個單元可進行共 128 位的位尋址，這些單元構(gòu)成了 1 位處理機的存儲器空間。地址為 30H~3FH 的單元為用戶 RAM 區(qū)，只能進行字節(jié)尋址。 （ 3） 32 位雙向輸入 /輸出線。可以用來進行串行通訊，擴展并行 I/O 口甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的應用更強而且更廣。具有四種工作方式在單片機的應用中，往往需要精確的定時，或?qū)ν獠渴录M行記數(shù)。 （ 6） 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級。 （ 8）尋址 64KB 的程序存貯器和 64KB 的外部數(shù)據(jù)存貯器。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的 RAM 區(qū)。 AT89C51 單片機有 4 個雙向 8 位輸入輸出口 P0P3 口，每一個都由口鎖存器，輸出緩沖器和輸入緩沖器組成。 P P P3 口內(nèi)部沒有拉高電路，稱三態(tài)雙向 I/O 口。 P0 口： P0 口的字節(jié)地址為 80H，位地址位 80H~87H。 P1 口： P1 口的地址為 80H，位地址為 90H~97H。將 “0”寫入口鎖存器，輸出場效應管導通，引腳內(nèi)輸出低電平，輸出 “0”。 CPU 讀 P1 引腳狀態(tài)時實際就是讀出外部電路的輸入信息。在實際應用中 P2 口往往作為為系統(tǒng)提供高位地址使用。作為第一功能使用時，口的結(jié)構(gòu)與操作與 P1 口相同。所以在 P3 口上增加了一個第二功能控制邏輯。 在本系統(tǒng)設計中， AT89C51 微控制器的引腳功能分配如下： ⑴ P00~P07 為數(shù)碼管的段碼驅(qū)動端； ⑵ P20~P25 為數(shù)碼管的位碼驅(qū)動端； ⑶ P10~P17 為鍵盤輸入端； ⑷ TXD、 RXD 為數(shù)據(jù)發(fā)送端和接收端； ⑸ WR、 RD 為數(shù)據(jù)發(fā)送和接收 狀態(tài)指示輸出端。顯示器的顯示方法有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。當位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需的 I/O 太多，一般采用動態(tài)顯示方法，所以在系統(tǒng)中我們采用動態(tài)顯示。 LED 顯示器采用 單片機的 I/O口直接驅(qū)動數(shù)碼管，其中 P00~P07 為段碼驅(qū)動端， P20~P25 為位碼驅(qū)動端， 缺省時顯示 0。 圖 顯示器接口電路 鍵盤接口電路 鍵盤采用獨立式鍵盤直接與 AT89C51 的 P10～ P17 口 相接。 S0~S5 用于修改數(shù)碼管 LED0~LED5 上 顯示的數(shù)據(jù) ； S6 用于啟動數(shù)據(jù)發(fā)送 ； S7 為功能設置鍵，當 S7 按下奇數(shù) 次時 ， S0~S5 用于修改數(shù)碼管 LED0~LED5 上顯示的數(shù)據(jù)減，當 S7按下偶數(shù)次時， S0~S5 用于修改數(shù)碼管 LED0~LED5 上顯示的數(shù)據(jù)加，系統(tǒng)上電復位之后，初始化為加。 圖 鍵盤接口電 路 電源電路 電源電路由變壓器和整流穩(wěn)壓電路組成。將直流電壓送入三端穩(wěn)壓器 MC7805 輸入端 Vin 后，在輸出端形成 +5V 直流穩(wěn)壓電壓，供單片機和測量電路使用。電源電路如圖 所示。 其中 SQUARE為 38KHz的方波輸出端。其中 SQUARE 為 38Khz 載波輸入端， TX 與單片機數(shù)據(jù)發(fā)送端相連接， DATA 為調(diào)制信號輸出端。 圖 為發(fā)射 驅(qū)動 電路， SE1 和 SE2 為紅外發(fā)射管，系統(tǒng)采 用兩個是為了增強發(fā)射強度，系統(tǒng)采用 Q1 放大驅(qū)動紅外發(fā)射管，DATA 為調(diào)頻信號輸入端。其中 信號放大電路 由 LM35電阻和電容組成，用以 將接收到的 38kHz 的脈沖序列 調(diào)制 信號 放大 ； 解調(diào)電路由LM56電阻和電容 組成。在實際應用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作， 來 接收 950nm 的紅外光束。 紅外 接收電路 的工作原理為：首先，通過紅外光敏元件將接收到的載波頻率為 38kHz 的脈沖調(diào)制紅外光信號轉(zhuǎn)化為電信號，再由前放大電路進行放大處理。 紅外接收 前置放大 電路 紅外接收電路如圖 所示 。接收到紅外信號通過 LM358兩級放大之后輸出給 LM567 的輸入端 ，其中 R1 和 R2 的作用是為放大器提供直流工作點