無線紅外多路遙控發射接收系統設計與實現軟件設計畢業設計(已修改)

　

【正文】 無線紅外多路遙控發射 /接收系統設計與實現 — 軟件設計 1 畢業設計 無線紅外多路遙控發射接收系統設計與實現軟件設計 1 緒 論 本課題的主要任務 本課題的核心是設計出一個無線紅外多路遙控發射 /接收系統的軟件。本設計要求掌握無線紅外多路遙控發射 /接收系統的工作原理，本紅外多路遙控發射接收是以紅外線為傳遞信息媒體的短距離無線控制系統，可對 8 個受控對象的工作狀態進行遙控 ,適用于工業 ,醫療 ,家用電器等設備的開啟或關閉控制 ,也可以對一種設備八種工作狀態進行控制或 2 種設備的 4 種工作狀態進行控制 。具體要求如下： (1) 遙控距離 不小于 3m,即紅外遙控發射機與紅外接收 機之間的距離不小于 3m。 (2) 遙控路數 8路 ,即可對 8個受控設備進行開關控制 。 (3) 工作頻率 40kHz,即紅外發射和接收的載頻為 40kHz。 (4) 發射端可顯示控制路數 ,接收端可顯示受控狀態 。 無線紅外多路遙控發射 /接收系統設計與實現 — 軟件設計 2 2 紅外遙控系統簡介 紅外遙控是目前家用電器中用得較多的遙控方式， 在講紅外線遙控之前，首先講一講什么是紅外線。我們知道，人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中紅光的波長范圍為 ～ ；紫光的波長范圍為 ～ 。比紫光波長還短的光叫紫外線，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線遙控就是利用波長為 ～ 。 系統組成框圖 通用紅外遙控系統由發射和接收兩大部分組成，應用編 /解碼專用集成電路芯片來進行控制操作，如圖 1 所示。發射部分包括鍵盤矩陣、編碼調制、 LED 紅外發送器；接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路。 遙控發射器遙控接收器圖1 紅 外遙控系統框圖解碼解調光/電 放大LED編碼調制鍵盤 發射部分的主要元件為紅外發光二極管。它實際上是一只特殊的發光二極管，由于其內部材料不同于普通發光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發出的是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發光二極管發出的紅外線波長為 940nm左右，外形與普通發光二極管相同（見圖 2），只是顏色不同。紅外發光二極管一般有黑色、深藍、透明三種顏色。判斷紅外發光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣：用萬用表電阻擋量一下紅外發光二極管的 正、反向電阻即可。紅外發光二極管的發光效率要用專門的儀器才能精確測定，而業余條件下只能用拉距法來粗略判定。 接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。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，亦即紅外接收二極管在電路中應用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。 由于紅外發光二極管的發射功率一般都較小（ 100mW 左右），所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。前 些年常用 μPC1373H、 CX20206A等紅外接收專用放大電路。最近幾年不論是業余制作還是正式產品，大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。均有三只引腳，即電源正（ VDD）、電源負（ GND）和數據輸出（ VO 或 OUT）。圖 3 給出一無線紅外多路遙控發射 /接收系統設計與實現 — 軟件設計 3 些成品紅外接收頭的外形。紅外接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，可參考廠家的使用說明。成品紅外接收頭的優點是不需要復雜的調試和外殼屏蔽，使用起來如同一只三極管，非常方便。但在使用時注意成品紅外接收頭的載波頻率。紅外遙控常用的載波 頻率為 38kHz，這是由發射端所使用的 455kHz 晶振來決定的。在發射端對晶振進行整數分頻，分頻系數一般取 12，所以 455kHz247。 12≈ kHz≈ 38kHz。也有一些遙控系統采用 36kHz、40kHz、 56kHz 等，一般由發射端晶振的振蕩頻率來決定。此次遙控系統的設計要求載波頻率為 40KHz。 VSS74HCOO 多路控制的紅外遙控系統 多路控制的紅外發射部分一般有許多按鍵，代表不同的控 制功能。當發射端按下某一按鍵時，相應地在接收端有不同的輸出狀態。接收端的輸出狀態大致可分為脈沖、電平、自鎖、互鎖、數據五種形式。 “ 脈沖 ” 輸出是當按發射端按鍵時，接收端對應輸出端輸出一個 “ 有效脈沖 ” ，寬度一般在 100ms 左右。 “ 電平 ” 輸出是指發射端按下鍵時，接收端對應輸出端輸出 “ 有效電平 ” ，發射端松開鍵時，接收端 “ 有效電平 ” 消失。此處的 “ 有效脈沖 ” 和 “ 有效電平 ” ，可能是高、也可能是低，取決于相應輸出腳的靜態狀況，如靜態時為低，則 “ 高 ” 為有效；如靜態時為高，則 “ 低 ” 為有效。大多數情況下 “ 高 ” 為有效。 “ 自鎖 ” 輸出 是指發射端每按一次某一個鍵，接收端對應輸出端改變一次狀態，即原來為高電平變為低電平，原來為低電平變為高電平。此種輸出適合用作電源開關、靜音控制等。有時亦稱這種輸出形式為 “ 反相 ” 。 “ 互鎖 ” 輸出是指多個輸出互相清除，在同一時間內只有一個輸出有效。電視機的選臺就屬此種情況，其它如調光、調速、音響的輸入選擇等。 “ 數據 ” 輸出是指把一些發射鍵編上號碼，利用接收端的幾個輸出形成一個二進制數，來代表不同的按鍵輸入。一般情況下，接收端除了幾位數據輸出外，還應有一位 “ 數據有效 ” 輸出端，以便后級適時地來取數據。這種輸出形式一般用 于與單片機或微機接口。 除以上輸出形式外，還有 “ 鎖存 ” 和 “ 暫存 ” 兩種形式。所謂 “ 鎖存 ” 輸出是指對發射端每次發的信號，接收端對應輸出予以 “ 儲存 ” ，直至收到新的信號為止； “ 暫存 ” 輸出與上述介紹的 “ 電平 ” 輸出類似。 無線紅外多路遙控發射 /接收系統設計與實現 — 軟件設計 4 3 紅外遙控系統的總體設計 發射控制系統設計 此部分設計要求：用數碼管顯示所控制路數，即 按下 “ 1” 鍵 —— 顯示數字 “ 1” ，表示對設備 “ 1” 進行控制； ?? ； 按下 “ 8” 鍵 —— 顯示數字 “ 8” ，表示對設備 “ 8” 進行控制。 在所有被控制對象處于停止狀態時，數碼管熄滅。 電路設計 發射控制部分電路主要分為：按鍵及控制電路，顯示電路，編碼電路，脈碼調制振蕩電路，紅外發射電路這 5 部分。 （ 1）按鍵及控制電路 按鍵及控制電路由 AT89C51 與鍵盤組成，根據設計要求，此系統要求對八路信號進行遙控，因此電路采用最簡單的獨立式按鍵輸入方式。八個按鍵表示八個控制設備。按鍵的一端接 89C51 的 P1（ ~）口，另一端直接接地。這種方式的優點是編程簡單，當有按鍵按下時 P1 口由高電平變為低電平，說明有信號輸入， 89C51 測試到此低電平時，將其對應的 BCD 碼與鍵值送到相應的端口并 行輸出。按鍵接口電路見附圖 1。 （ 2）顯示電路 在顯示電路部分用到 八段 LED 顯示器。 八段 LED 顯示器由 8 個發光二極管組成。其中 7 個長形條的發光管排列成 ” 日 ” 字形，另一個賀點形的發光管在顯示器的右下角作為顯示小數點用，它能顯示各種數字及部分英文字母。 LED 顯示器有兩種不同的形式：一種是 8 個發光二極管的陽極都連在一起的，稱為共陽極 LED 顯示器；另一種是 8 個發光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED顯示器。如下圖 4 所示。 gfedcba共陽極7段 數碼管a b c d e f g h+5VGND共陰極7段 數碼管hgfedcba 圖 4 數碼管電路圖 共陰和共陽結構的 LED 顯示器各筆劃段名和安排位置時相同的。當二極管導通時，相應的筆劃段發亮，由發亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。 8 個筆劃段 hgfedcba 對應于一個字節（ 8 位）的 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0，于是用 8 位二進制就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對于共陰 LED 顯示器，當公共陰極接地（為零電平），而陰極 hgfedcba 各段為 01110011 時，顯示器顯示 “ P” 字符，即對于共陰 LED 顯示器， “ P” 字符的字形碼無線紅外多路遙控發射 /接收系統設計與實現 — 軟件設計 5 是 73H。如果是共陽 LED 顯示器，公共陽極接高電平，顯示 “ P” 字符的字形代碼應為10001100（ 8CH）。 設計要求用數字顯示所控制的路數，即將發送的鍵值轉換成與數碼管顯示相對應的字符碼。選 89C51 的 P2 口作為字符碼輸出端口。因為 51 單片機 I/O 口輸出低電平時輸出的電流很小，數碼管不會太亮，所以用鎖存器 74HC373 來驅動數碼管發光，顯示接口電路見附圖 1。數碼管顯示 1~8 數字時， P2 口應送出的字符值分別為： F9H、 A4H、 B0H、 99H、92H、 83H、 F8H、 80H。并用 89C51 的 、 口分別控制 74HC373 允許輸入 G 與輸出控制 /OE。 （ 3）編碼電路 編碼電路有集成電路 VD5026 組成，它將進行的 4 位 BCD 碼變換成串行的編碼信號。其功能是將并行的 4 位 BCD 碼轉換成串行輸出信號，經調制以后發射。將 89C51 單片機P3 口的 ~ 直接接到 VD5026 的數據輸入 D3~D0 端，另外用 接發射指令，VD5026 的工作原理與性能見器件介紹。具體電路見附圖 1。 （ 4） 脈沖調制振蕩電路 為了提高傳輸信號的抗干擾能力，還需要將編碼信號調制在較高頻率的載波上發射。本課題要 求載波頻率為 40KHz，故可采用 CMOS 門電路構成的脈沖調制電路。當編碼信號A 為高電平時，振蕩器工作，輸出為載頻信號；當編碼信號為低電平時，振蕩器不工作，輸出為低電平。輸出的編碼調制信號波形如下圖 5 中的 B 所示。 A B 圖 5 編碼調制波形圖 脈碼調制振蕩電路見下圖 6 所示。 amp。000amp。000G 1A G 2BC 16 8 0 P FR 11 6 . 7 KR S1 6 0 KC C 4 0 1 1 圖 6 脈碼調制振蕩電路圖 （ 5）紅外發射電路 紅外發射電路有 放大電路和紅外發射管組成。 G G4 為隔離級，其作用是減少發射時的大電流對振蕩級的影響；三極管對發射信號進行電流放大。當 G4 輸出為高電平是，三極管導通，紅外管工作，當 G4 輸出為低電平時，三極管截止，紅外管不工作。 無線紅外多路遙控發射 /接收系統設計與實現 — 軟件設計 6 amp。000amp。000G 3G 4R b1 5 0TDR c+ V c cC C 4 0 1 13 5 圖 7 紅外發射電路圖 軟件設計 軟件設計有兩種方法：一種是自上而下，逐步細化；一種是自下而上，先設計出每一個具體的模塊（子程序），然后再慢慢擴大，最后組成一個系 統。在本設計中我用自下而上的設計方法。首先設計出一個延時子程序，再設計顯示子程序，最后組成一個按鍵查詢程序。當然在編程之前要先畫程序流程圖。 畫程序流程圖是程序設計的一個重要組成部分，而且決定成敗的關鍵部分。畫程序流程圖的過程就是進行程序的邏輯設計過程，這中間的任何錯誤或忽視均將導致程序出錯或可靠性下降。因此，真正的程序設計過程是流程圖設計，而上機編程是將設計好的程