红外线接收发送装置设计六.docx
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红外线接收发送装置设计六
红外线接收发送装置设计
摘要
红外线发射管也称红外线发射二极管,属于二极管类。
它是可以将电能直接转换成近红外光(不可见光)并能辐射出去的发光器件,主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。
红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近,只是使用的半导体材料不同。
红外线接收头(又称红外线接收模组,IRM)是集成红外线接收PD二极管、放大、滤波和比较器输出等的IC模块。
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
本次课程是基于单片机的红外线接收发送装置的设计,并在设计说明书中对其原理和结构作了简要的说明。
关键词:
红外线发射管、红外线接收管、单片机、89C51
目录
1绪论1
2红外发送模块1
2.1红外线发射管简介1
2.2红外发射电路2
3红外接收模块2
3.1红外线接收管简介2
3.2红外线接收管分类2
3.3红外线接收管特征与原理3
489C51应用系统设计3
4.189C51简介3
4.1.189C51主要特性4
4.1.2管脚说明4
4.2时钟电路及RC复位电路6
4.3红外线发射与接收程序7
总结17
致谢18
参考文献19
1绪论
近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。
传统的遥控器大多数采用了无线电遥控技术,但是随着科技的进步,红外线遥控技术的成熟,红外也成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。
继彩电、录像机之后,在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。
工业设备中,在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下,采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。
由于红外线抗干扰能力强,且不会对周围的无线电设备产生干扰电波,同时红外发射接收范围窄,安全性较高。
红外遥控虽然被广泛应用,但各产商的遥控器不能相互兼容。
当今市场上的红外线遥控装置一般采用专用的遥控编码及解码集成电路,由于其灵活性较低,应用范围有限。
所以采用单片机进行遥控系统的应用设计,遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、功耗低、功能强、成本低、可靠性高等特点,因此采用单片机的红外遥控技术具有广阔的发展前景。
2红外发送模块
2.1红外线发射管简介
红外线发射管也称红外线发射二极管,属于二极管类。
它是可以将电能直接转换成近红外光(不可见光)并能辐射出去的发光器件,主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。
红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近,只是使用的半导体材料不同。
红外发光二极管通常使用砷化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAlAs)等材料,采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。
红外线发射管在肉眼下是看不见的,可以通过手机或电脑视频的摄像头对准已通电的发射管的发射端可以看见白色的亮点。
产品参数:
发射距离、发射角度(15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度)、发射的光强度、波长。
以上决定红外线发射管产品的主要性能及使用范围。
2.2红外发射电路组成
将指令脉冲编码信号调制在载波振荡器产生的载波上(也称脉码调制),然后用这脉码调制信号去驱动红外发光二极管,以发出经过调制的红外光波,其红外遥控系统电路如图1所示
图1红外遥控系统电路框图
3红外接收模块
3.1红外线接收管简介
红外线接收管是在LED行业中命名的,是专门用来接收和感应红外线发射管发出的红外线光线的。
一般情况下都是与红外线发射管成套运用在产品设备当中。
3.2红外线接收管分类
红外线接收管有两种,一种是光电二极管,另一种是光电三极管。
光电二极管就是将光信号转化为电信号,光电三极管在将光信号转化为电信号的同时,也把电流放大了。
因此,光电三极管也分为两种,分别别是NPN型和PNP型。
3.3红外线接收管特征与原理
红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件,它的核心部件是一个特殊材料的PN结,和普通二极管相比,在结构上采取了大的改变,红外线接收管为了更多更大面积的接受入射光线,PN结面积尽量做的比较大,电极面积尽量减小,而且PN结的结深很浅,一般小于1微米。
红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。
没有光照时,反向电流很小(一般小于0.1微安),称为暗电流。
当有红外线光照时,携带能量的红外线光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子---空穴对(简称:
光生载流子)。
它们在反向电压作用下参加漂移运动,使反向电流明显变大,光的强度越大,反向电流也越大。
这种特性称为“光电导”。
红外线接收二极管在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。
如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
489C51应用系统设计
4.189C51简介
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的89C51是一种高效微控制器,89C2051是它的一种精简版本。
89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
4.1.189C51主要特性
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命:
1000写/擦循环
数据保留时间:
10年
全静态工作:
0Hz-24MHz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
4.1.2管脚说明
VCC:
供电电压
GND:
接地
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
4.2时钟电路及RC复位电路
在XTAL1、XTAL2(第19、18引脚)两端跨接一个石英晶体振荡器,和两个电容就构成了稳定自激谐振电路。
晶振频率为11.0592MHz。
C12,C13是两个瓷片电容,与晶振Y2构成了自激谐振电路。
其电容的作用主要是对频率进行微调,一般取30-45PF左右。
使用该电路可产生稳定的11.0592MHZ频率,受外界的环境的干扰影响非常小。
其接法如图2所示:
图2晶振电路
复位是单片机初始化操作,其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外,当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需要按复位键重新启动。
复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。
本设计采用了按键手动复位方式。
该复位电路如图3所示。
复位电路采用了按键与上电复位。
上电与按键均可以有效复位。
上电瞬间RST引脚获得高电平,单片机复位电路随着电容的C11的充电,RST引脚的高电平逐渐下降。
RST引脚的高电平只要能保持足够的时间(2个机器周期),单片机就可以进行复位操作。
按键复位是直接将高电平通过电阻R11、R10分压到达RESET引脚,实现复位操作。
图3复位电路图
4.3红外线发射与接收程序
程序如下:
发射程序
主程序和中断程序入口
ORG0000H
AJMPSTART
ORG0003H
RETI
ORG000BH
RETI
ORG0013H
RETI
ORG001BH;定时器T1中断入口地址
LJMPINTT1
初始化程序
CLEARMEMIO:
CLRA
DECA
MOVP0,A
MOVP1,A
MOVP2,A
MOVP3,A
CLRP1.7
MOVIE,#00H;关所有中断
MOVTMOD,#20H;方式2
MOVTH1,#0F5H;定时初值
MOVTL1,#0F5H
SETBEA
RET
主程序
START:
LCALLCLEARMEMIO
MAIN:
LCALLKEYWORK
LJMPMAIN
中断服务程序
INTT1:
CPLP1.7;38.5KHZ红外遥控信号
RETI
KEYWORK:
MOVP1,#0FFH;置P1口为输入状态
CLRP1.7
CLRP1.6
CLRP1.0;扫描第1行
MOVA,P1
ANLA,#38H
CJNEA,#38H,KEYCON
SETBP1.0;扫描第2行
CLRP1.1
MOVA,P1
ANLA,#38H
CJNEA,#38H,KEYCON
SETBP1.1;扫描第3行
CLRP1.2
MOVA,P1
ANLA,#38H
CJNEA,#38H,KEYCON
SETBP1.2;结束扫描
RET
KEYCON:
LCALLDELAY;延时去抖动
MOVA,P1;读入P1口值
ANLA,#38H
CJNEA,#38H,KEYCHE;确有键按下
KEYOUT:
RET
KEYCHE:
MOVA,P1
MOVB,A
LOOP:
MOVA,P1
ANLA,#38H;低3位为0
CJNEA,#38H,LOOP;列选全为1(键按着)
MOVR7,#00H;放键,查表次数为0
MOVDPTR,#KEYTAB
CHELOOP:
MOVA,R7
MOVCA,@A+DPTR
XRLA,B;查表值与P1口值比较
JZKEYOK
INCR7
CJNER7,#09H,CHELOOP
RET
KEYOK:
MOVA,R7
MOVB,A
RLA
ADDA,B
MOVDPTR,#KEYFUNTAB;散转功能程序首址
JMP@A+DPTR;散转至对应功能程序标号
KEYFUNTAB:
LJMPKEYFUN00;跳到键号对应功能程序标号
LJMPKEYFUN01
LJMPKEYFUN02
LJMPKEYFUN03
LJMPKEYFUN04
LJMPKEYFUN05
LJMPKEYFUN06
LJMPKEYFUN07
LJMPKEYFUN08
RET
KEYTAB:
DB36H,35H,33H,2EH,2DH,2BH,1EH,1DH,1BH,0FFH
KEYFUN00:
MOVA,#02H;发送2个脉冲
LCALLREMOTE;转发送程序
RET
KEYFUN01:
MOVA,#03H;发送3个脉冲
LCALLREMOTE;转发送程序
RET
KEYFUN02:
MOVA,#04H;发送4个脉冲
LCALLREMOTE;转发送程序
RET
KEYFUN03:
MOVA,#05H;发送5个脉冲
LCALLREMOTE;转发送程序
RET
KEYFUN04:
MOVA,#06H;发送6个脉冲
LCALLREMOTE;转发送程序
RET
KEYFUN05:
MOVA,#07H;发送7个脉冲
LCALLREMOTE;转发送程序
RET
KEYFUN06:
MOVA,#08H;发送8个脉冲
LCALLREMOTE;转发送程序
RET
KEYFUN07:
MOVA,#09H;发送9个脉冲
LCALLREMOTE;转发送程序
RET
KEYFUN08:
MOVA,#0AH;发送10个脉冲
LCALLREMOTE;转发送程序
RET
编码发射程序
REMOTE:
MOVR1,A;装入发射脉冲个数
LJMPOUT3
OUT:
MOVR0,#75H;1MS宽低电平发射数据
OUT1:
SETBET1;开T1中断
SETBTR1;开定时器T1
NOP
NOP
NOP
NOP
DJNZR0,OUT1
MOVR0,#32H;1MS宽高电平间隙控制数据
OUT2:
CLRTR1;关定时器T1
CLRET1;关中断
CLRP1.7;关脉冲输出
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
DJNZR0,OUT2;时间不到,转OUT2再循环
DJNZR1,OUT;脉冲未发完,转OUT再循环发射
LCALLDL500MS
RET
OUT3:
MOVR0,#0FFH;装发射3MS宽控制数据
LJMPOUT1
DELAY:
MOVR2,#0FFH
DELAY1:
DJNZR2,DELAY1
RET
10MS延时
DL10MS:
MOVR3,#14H
DL10MS1:
LCALLDELAY
DJNZR3,DL10MS1
RET
500MS延时程序
DL500MS:
MOVR4,#32H
DL500MS1:
LCALLDL10MS
DJNZR4,DL500MS1
RET
END
接收程序
;主程序和中断程序入口
ORG0000H
AJMPSTART
ORG0003H;外部中断0中断入口
LJMPINTEX0
ORG000BH
RETI
ORG0013H
RETI
ORG001BH
RETI
ORG0023H
RETI
ORG002BH
RETI
;初始化程序
CLEAR:
CLRA
DECA
MOVP0,A
MOVP1,A
MOVP2,A
MOVP3,A
CLEARMEM:
MOVIE,#00H;关所有中断
SETBEX0;开外中断
SETBEA;总中断允许
RET
START:
LCALLCLEAR
SJMP$
;遥控接收程序(采用中断接收)
INTEX0:
CLREX0;关外中断
JNBP3.2,READ1
READOUT:
SETBEX0;允许外部中断0中断
RETI
READ1:
CLRA
MOVDPH,A;DPTR清零
MOVDPL,A
HARD1:
JBP3.2,HARD11;P3.2变高电平转HARD11
INCDPTR;低电平记数
NOP;1US延时
NOP
AJMPHARD1
HARD11:
MOVA,DPH;DPTR高8位放入A
JZREADOUT;为0则脉宽小于(255*8US)2MS退出
CLRA;否则第一个为宽脉冲(计数器先清0)
CLRP3.6
READ11:
INCA
READ12:
JNBP3.2,READ12;低电平时等待
MOVR1,#06H
READ13:
JNBP3.2,READ11
LCALLDELAY;延时512US
DJNZR1,READ13;6次延时
DECA;超过3MS判为结束,减1
DECA
JZFUN0;为0执行FUN0(2个脉冲)
DECA
JZFUN1;为0执行FUN1(3个脉冲)
DECA
JZFUN2;为0执行FUN2(4个脉冲)
DECA
JZFUN3;为0执行FUN3(5个脉冲)
DECA
JZFUN4;为0执行FUN4(6个脉冲)
DECA
JZFUN5;为0执行FUN5(7个脉冲)
DECA
JZFUN6;为0执行FUN6(8个脉冲)
DECA
JZFUN7;为0执行FUN7(9个脉冲)
DECA
JZFUN8;为0执行FUN8(10个脉冲)
NOP
NOP
LJMPREADOUT;出错退出
FUN0:
MOVR0,#00H
LJMPDISPLAY
FUN1:
MOVR0,#01H
LJMPDISPLAY
FUN2:
MOVR0,#02H
LJMPDISPLAY
FUN3:
MOVR0,#03H
LJMPDISPLAY
FUN4:
MOVR0,#04H
LJMPDISPLAY
FUN5:
MOVR0,#05H
LJMPDISPLAY
FUN6:
MOVR0,#06H
LJMPDISPLAY
FUN7:
MOVR0,#07H
LJMPDISPLAY
FUN8:
MOVR0,#08H
LJMPDISPLAY
DISPLAY:
MOVDPTR,#TABLE
MOVP0,#0C0H;关闭所有共阳7段LED
MOVP2,#02H;片选高位
MOVA,R0
MOVCA,@A+DPTR;查表得显示内容
MOVP0,A
LJMPREADOUT
延时程序(512US)
DELAY:
MOVR0,#0FFH
DELAY1:
DJNZR0,DELAY1
RET
TABLE:
DB0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH
END
总结
这次课程设计是对我们学习单片机课程的检验及实际应用能力的一次提高。
我们所设计的是红外接收发送装置,所能实现的是红外的发射和接收,发射部分通过键盘输入数字通过AT89C51编码并用红外二极管发射出去。
接收部分通过另外一块AT89C51通过中断方式接收红外信号并解码,最后从数码管显示所按下的键号。
原理图的设计时我们使用了PROTEL99SE这个强大的绘图工具,由于一些实际的器件在器件库中无法找到,我们只有自己制作,在这个过程中我们学到了很多的知识和方法。
致谢
经过近两周的努力,终于完成单片机的课程设计。
在整个完成课程设计的过程中吕老师给予了我很多的帮助,教会我如何去分析课题,如何去查找资料和检索文献,如何充分利用手中的资源。
此外,吕老师严谨的治学作风深深影响了我,对我们严格要求,让我们不敢有半丝的马虎,即使是一个标点符号的错误都让我们立刻改正,对于我不懂得知识和原理吕老师都耐心认真给我讲解。
通过此次的课程设计,在王老师的认真指导下,我不仅对我的各门专业基础课有了一此大致的复习,更加深了我对我们电子专业的认识,我会在今后的学习中努力去学习单片机方面的知识。
衷心地感谢吕老师的耐心指导!
参考文献
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天津大学出版社,2001.3.
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北京航空航天大学出版社,2002.8.
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北京航空航天大学出版社,2001.
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