基于單片機的紅外通信設計資料

紅外線的波段常用950nm近紅外波段來，紅外線是紅外通信發(fā)出信號的載體，也就是我們常說的通信信道�，F(xiàn)在常用的調(diào)制方法有很多，紅外通信發(fā)送端的調(diào)制方法是脈時調(diào)制，脈時調(diào)制的主要功能是將二進制數(shù)字信號調(diào)制成脈沖序列，此脈沖序列的頻率不能確定，在脈沖序列被調(diào)制出來后，紅外發(fā)射管會接收到命令，脈沖序列被其轉(zhuǎn)換為光脈沖，不僅如此光脈沖還會從發(fā)射管發(fā)射出去，完成了紅外通信發(fā)送端的工作；接下來是接收端的工作，系統(tǒng)不可能識別光信號，所以接收端先要對接收到的光信號進行處理，這個時候光信號會轉(zhuǎn)變成為電信號，電信號這個時候還不能直接傳輸?shù)浇庹{(diào)器解調(diào)，還必須對其進行一系列處理如放大、濾波，最終電信號會被還原成接收端可以識別的二進制數(shù)字信號并發(fā)送出去。

總之，紅外通信的根本就是發(fā)送端和接收端對二進制數(shù)字信號的一系列調(diào)制與解調(diào)，這樣會使得紅外信道的傳輸變得更加方便。

二進制信號信號由指令鍵發(fā)出通過發(fā)射器調(diào)制成為脈沖序列再經(jīng)過發(fā)射器變?yōu)楣庑盘杺鬏數(shù)酵饷�，光信號由接收器接收到后，�?jīng)過一系列的處理并最終解調(diào)成為二進制信號，此信號就會回驅(qū)動系統(tǒng)執(zhí)行發(fā)送端發(fā)出的命令

2.4兩個重要模塊

一系列常見電路及器件如指令鍵、指令信號產(chǎn)生電路、調(diào)制電路、驅(qū)動電路及紅外發(fā)射器件等構(gòu)成了發(fā)射器。當我們操作并按下指令鍵，控制指令信號便會自動的從指令信號產(chǎn)生電路發(fā)出。這個時候會通過信號本身不同的特點來辨別控制指令信號。一般我們會利用不同的控制指令信號之間擁有不同的頻率和組碼的來對其進行辨別，也就是說一種頻率特性和一種碼組特性只會表示一種控制指令信號。當調(diào)制電路對這一系列不相同的指令信號開始調(diào)制，紅外發(fā)射器件就會被驅(qū)動電路驅(qū)動，調(diào)制成功的紅外遙控指令信號就會由此發(fā)出

同樣一系列常見的電器件和電路如紅外接收器件、前置放大電路、解調(diào)電路、指令信號檢出電路、記憶及驅(qū)動電路、執(zhí)行電路構(gòu)成了接收器。當發(fā)射器發(fā)出的帶有指令信息的光信號被紅外接收器件檢測并接收到時，光信號還不能直接被識別，還需要被轉(zhuǎn)換為電信號，由于此電信號太過微弱前置放大器會將其放大，然后還需要經(jīng)過最后一道處理也就是解調(diào)器的解調(diào)，這個時候由發(fā)射器發(fā)出的指令才能被指令信號檢出電路檢出，經(jīng)過這一系列運作后各種操作會由記憶及驅(qū)動電路驅(qū)動執(zhí)行電路完成。

AT89C51 是單片機的一種，它其實是一個帶有各種有效且功能實用的微處理器，其運作時所需電壓很低，卻可以發(fā)揮出很高的性能， 現(xiàn)如今非常實用的ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)在該器件上得到了很好的發(fā)揮，它顯著地特點是兼容性高，常用的MCS-51指令集和輸出管腳都能在單片機上使用。因為其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及多功能8位CPU和閃爍存儲器被集中在一個芯片中，這樣的集成使得單片機成為一種效率很高的微控制器，因此嵌入式控制系統(tǒng)對其進行了應用，產(chǎn)生了很多高靈活性且成本低廉的方案。

                        圖3.2各種單片機引腳圖

    C51單片機的主要特征有：當停掉時鐘時，單片機的工作頻率為0Hz-24Hz；三級程序存儲器鎖定；中斷源有五個；內(nèi)部RAM達128*8位；32可編程I/O線；16位定時器/計數(shù)器不止一個；串行通道可編程；閑置和掉電模式功耗低 。

C51單片機有跟多的管腳，最常見因為是大家熟知的VCC口和GND口，這兩個管腳的作用都是非常基本的，即輸入電壓入口和接地，接下來我們簡單的介紹其它的一些管腳的作用和特點。

P0口：與其它口不同的是P0口是一個8位漏級開路雙向I/O口，其特點是8TTL門電流能被每腳吸收。假如被定義為高阻輸出，則1就會被P1口的管腳寫入。P0可以作為外部程序數(shù)據(jù)存儲器來使用，以便于對P0口更加準確的表述，它能夠被理解是數(shù)據(jù)/地址的第八位。在實際使用C51單片機時，如FLASH編程，原碼會從P0 口輸入，在FLASH被校驗時，與其編程時正好相反，原碼會從P0口輸出，在這個時候一定要拉高P0外部。

P1口：不同于其他接口P1口是內(nèi)部提供上拉電阻的，P1口適用于許多電流，4TTL門電流就能能通過P1口緩沖器。1寫入P1口管腳后，內(nèi)部會發(fā)生一些改變使得其成為高電平點，成為輸入，當外部做出改變將P1口變?yōu)榈碗娖近c，電流將會從P1口輸出，其主要原因是內(nèi)部變?yōu)楦唠娖剿斐傻摹Ｍ瑯釉趯嶋H操作當中如當程序進行到編程和校驗FLASH時，我們需要的第八位地址能夠很成功的在P1口完成接收工作，并最終實現(xiàn)操作。

P2口：P2口和P1口一樣是內(nèi)部提供上拉電壓的，除此之外P1口與P2口還有很多共同點，是4個TTL門電流也能通過P2口緩沖器，當“1”寫進P2口時，內(nèi)部上拉電阻會做出一些反應，將P2口的內(nèi)部電平變?yōu)楦唠娖�，充當輸入。這樣會對P2口的外部造成影響，使得外部電平變?yōu)榈碗娖�，�?nèi)部高電平，外部低電平，電流就會從P2口內(nèi)部往外流出。導致這一結(jié)果的原因是內(nèi)部電壓高于外部電壓。在地址“1”寫進時，內(nèi)部高電平的優(yōu)勢會被它充分的發(fā)揮，實際操作中在程序進行到P2口編程和校驗FLASH時，我們所需的高八位地址信號和控制信號就能很好地被P2口接收工作，并完成接下來一系列的操作。

P3口：P3口同樣是內(nèi)部提供上拉電壓的，其特點是4個TTL門電流能被接收輸出。就如“1”寫入P3口，內(nèi)部就會把它們上拉為高電平，而且會把它們作為輸出使用。當其被看成輸入時，在外部下拉為低電頻的情況下，上拉會導致電流（ILL）將從P3口輸出。

P3口不同于其它的管腳的是，在必要的時候它能夠被作為一些具有別的管腳不能所不具備的功能的管腳，這樣的管腳有： P3.0管腳其名稱是RXD，可以被用來充當串行輸入口；P3.1管腳其名稱是TXD，可以被用來充當串行輸出口； P3.2管腳其名稱是/INT0 ，可以被用來充當外部中斷0； P3.3管腳其名稱是/INT1，可以被用來充當外部中斷1； P3.4管腳其名稱是T0，可以被用來充當記時器0外部輸入； P3.5 管腳其名稱是T1，可以被用來充當記時器1外部輸入； P3.6  管腳其名稱是 /WR ，可以被用來充當寫選通；P3.7 管腳其名稱是/RD，可以奔涌來充當讀選通。 一些閃爍編程和編程校驗的控制信號同時可被P3口接收。

RST：輸入復位。RST腳兩個機器周期的高電平時間要保持，在振蕩器復位器件時。

XTAL1：不同于其他接口的是這個接口的輸入是來自反向振蕩放大器及內(nèi)部時鐘工作電路的，這使得它能夠完成其它接口不能實現(xiàn)的作用。

XTAL2：與XTAL1相似的是輸出是來自反向振蕩器的，這也賦予了它很多其它接口完成不了的使命。

振蕩器特性是反向放大器的輸入和輸出分別為XTAL1和XTAL2。其不同于其它器件的優(yōu)點是片內(nèi)振蕩器可以被該反向放大器配置。全部都可以運用石晶振蕩和陶瓷振蕩。剩下的輸入至內(nèi)部時鐘信號會經(jīng)過一系列處理，單一個二分頻觸發(fā)器是它一定要經(jīng)過的，因為這樣就可以大大降低對外部時鐘信號的脈寬的限制，不過脈沖的高低電平所需的寬度必須是能夠確定的并且自由調(diào)整的。

    可以利用正確的控制信號構(gòu)成全部PEROM陣列，此部分對于實現(xiàn)接下來的操作至關(guān)重要，至于三個鎖定位，我們可以用同樣的方法將其構(gòu)成出來。芯片擦除的要求不是很多，但是必須滿足的限制條件是ALE管腳在高電平的時候操作不能進行，只有在此管腳的電平足夠低，直到電壓拉低至10ms的時候才能實現(xiàn)芯片擦出。還有一個限制條件就是在執(zhí)行芯片擦出的時候，“1”會被全部寫入代碼陣列，這一項操作還必須得盡快進行，不然單片機會重復編程新的存儲字節(jié)，這樣就會導致芯片擦出的操作失敗，不能再繼續(xù)進行接下來的一系列操作。

DIP雙列直插8腳封裝和SOP-8小型（SMD）封裝是NE555時基電路封裝的兩種形式。另外不同的公司生產(chǎn)的有HA17555、LM555、CA555等不同的產(chǎn)品，具有相同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。CMOS工藝屬于NE555的制造工藝，接下來我們將對其進行詳述。

下面三幅圖分別表示的是NE555的外形圖、內(nèi)部功能原理框圖、內(nèi)部等效電路。一系列部件如三極管Q15和Q17加正反饋組成的RS觸發(fā)器是構(gòu)成NE555的內(nèi)部中心電路。我們可以在輸入控制端無障礙的復位Reset端，接下來在比較器A1通過后，控制端的TH會被復位與此同時控制的T被比較器A2置位。F在輸出端，除此之外我們可以了解到集電極開路的放電管DIS。R、T、TH是它們控制的優(yōu)先權(quán)。

圖3.3  封裝形式圖

  NE555的作用很強大，大量的的應用電路可以利用它組成，其數(shù)量據(jù)說已經(jīng)達數(shù)百種，許多教材和市面上常見的電子類讀物都有對它進行描述，打比方說一系列日常電子設備及常用電器件如日常家用電器控制裝置、門鈴、報警器、信號發(fā)生器、元器件測量儀及其它各種各樣的應用電路都有它的身影，這是因為模擬電路和數(shù)字電路被NE555巧妙地結(jié)合在一起的緣故。下面圖3.6展示的就是一些555的應用電路。

紅外通信系統(tǒng)中元件有很多各自都有不同的作用，而在發(fā)射信號時必不可少的就是紅外發(fā)射二極管，它看起來比較小并且不容易引起人們的注意，但是如果少了它，紅外通信就根本不能實現(xiàn)。它是完成紅外通信必不可少的一個環(huán)節(jié)，其重要性就好像輪胎在賽車上的重要性一樣，對于整個紅外通信系統(tǒng)來說，它是一個焦點。

發(fā)光二極管LED的外形與其外形差不多，當為其通上電時紅外光攜帶著發(fā)射段的指令信號從中發(fā)出。這個時候管壓降會有所拉高大概為1.4V，而工作電流不會太高通常情況不超過20mA。工作電壓時常會發(fā)生改變，這樣會導致發(fā)射器不能正常工作，這個時候限流電阻就發(fā)揮了它的作用，使得回路中的電流能夠一直保持在可以正常工作的數(shù)值。

紅外發(fā)光二極管的受控裝置是紅外接收器，相應的紅外光電轉(zhuǎn)換電路包含在里面。一種紅外專用接收集成電路HS0038是我們這里采用的接收器，紅外信號的光電轉(zhuǎn)換及接收用它來完成。HS0038其實是一個塑封一體化紅外線接收器，這種接收器是一種集成電路集，它集紅外線接收、放大、整形于一體，無論什么外接元件都不需要被添加，從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的一切操作就都能實現(xiàn)，一般在沒有紅外遙控信號時保持高電平，低電平會在收到紅外信號時出現(xiàn)，普通的塑封三極管體積和它大小一樣，無論什么紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸都能對它進行有效且合適應用。圖3.7就是它實際的封裝和引腳圖。      

3.2紅外發(fā)射器部分電路的設計

基于I/O口的紅外通信發(fā)射電路是本設計中發(fā)射器采用的電路，我們選擇設計基于I/O口的紅外通信的原因是因為這樣能設計出靈活性較大的紅外通信模式，與此同時，能最大限度地提高系統(tǒng)的安全性在借助于軟件設計和編碼的情況下。圖 3.9表示的是基于 I/O 口的不可兼容設計，圖中，T-Pulse 為高頻 PWM 輸出，IO-T為IO發(fā)送口。

                        圖3.2  紅外發(fā)射電路

3.3接收器

德國德律風根公司生產(chǎn)的紅外專用接收集成電路HS0038是我們紅外接收器部分所采用的， 紅外信號的光電轉(zhuǎn)換及接收就由它來完成。HS0038 是一種集紅外線接收、放大、整形于一體的紅外線接收器，它是塑封一體化的集成電路，無論什么外接元件都不用額外添加進去，紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作就都能實現(xiàn)，在沒有紅外遙控信號時其保持為高電平，在收到紅外信號時其變?yōu)榈碗娖�，塑封三極管的體積和它一樣大，它最大的特點是許多紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸都能應用到它。

                 圖3.12 HS0038 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

數(shù)據(jù)格式

數(shù)據(jù)格式包括了引導碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)碼反碼，編碼總占32位。數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼反相后的編碼，編碼時可用于對數(shù)據(jù)的糾錯。注意：第二段的用戶碼也可以在遙控應用電路中被設置成第一段用戶碼的反碼。

圖3.13 解碼原理

4  kell仿真

3.4紅外遙控接收程序（見附件）


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2018-1-17 13:28 上傳

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