基于單片機的紅外通信設計資料

ID:276957 · 發表于 2018-1-17 13:29

1.4紅外通技術的用途

紅外通信技術的用途有很多，因為它成本低廉，并且傳輸效率高且穩定所以很多電子設備都對它進行了利用，21世紀電子發展趨勢更是如此。在許多工業生產中需要它來檢測產品的精準度和是否達標；醫療保健行業能夠用它來對病人進行行醫診斷，這大大提高了醫生對疾病判斷的準確率；我們日常用電腦玩游戲的鼠標也有紅外通信的身影，電腦本身也有利用到紅外通信；更常見的是打電話用的手機，還有其它通信設備如對講機和家用電話；各種日常用到的電子設備如隨身拍照的數碼相機、用于計算的計算器、小孩熱衷的游戲機，學生不可少的電子表；網絡在紅外通信調制解調信息上也有應用。

1.5主要功能主要功能是利用單片機AT89C51結合紅外線收發模塊，控制指定的LED燈亮滅。
第二章紅外通信的基本原理

我們所說的紅外通信其實就是信號由發送端調制后轉變成一道道脈沖信號，然后被調制后的信號會在紅外發射管傳輸到接收器。

RS232串行傳輸標準與紅外傳輸的串行傳輸標準是不一樣的。后者使用的是與前者有區別的專用的脈沖編碼，RS232編碼和IrDA編碼可以在適當的時候來回運用，以應對串行紅外通信。

發送器和接收器是紅外收發器兩部分。發送器（transmitter）將脈沖轉換為紅外脈沖發出，其脈沖是由I/O或ENDEC獲得的并且調制解調器解調后的。紅外光脈沖被接收器查收到，TTL或CMOS電脈沖會被其轉換出來。圖2.1表示的就是紅外通信系統的結構原理圖。

圖2.1 紅外通信系統結構原理圖

2.3 紅外遙控原理

紅外線的波段常用950nm近紅外波段來，紅外線是紅外通信發出信號的載體，也就是我們常說的通信信道。現在常用的調制方法有很多，紅外通信發送端的調制方法是脈時調制，脈時調制的主要功能是將二進制數字信號調制成脈沖序列，此脈沖序列的頻率不能確定，在脈沖序列被調制出來后，紅外發射管會接收到命令，脈沖序列被其轉換為光脈沖，不僅如此光脈沖還會從發射管發射出去，完成了紅外通信發送端的工作；接下來是接收端的工作，系統不可能識別光信號，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變成為電信號，電信號這個時候還不能直接傳輸到解調器解調，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字信號并發送出去。

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

圖2.2 紅外遙控系統一般原理框圖

二進制信號信號由指令鍵發出通過發射器調制成為脈沖序列再經過發射器變為光信號傳輸到外面，光信號由接收器接收到后，經過一系列的處理并最終解調成為二進制信號，此信號就會回驅動系統執行發送端發出的命令

圖2.3為信號調制

2.4兩個重要模塊

一系列常見電路及器件如指令鍵、指令信號產生電路、調制電路、驅動電路及紅外發射器件等構成了發射器。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生電路發出。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。當調制電路對這一系列不相同的指令信號開始調制，紅外發射器件就會被驅動電路驅動，調制成功的紅外遙控指令信號就會由此發出

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、解調電路、指令信號檢出電路、記憶及驅動電路、執行電路構成了接收器。當發射器發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，然后還需要經過最后一道處理也就是解調器的解調，這個時候由發射器發出的指令才能被指令信號檢出電路檢出，經過這一系列運作后各種操作會由記憶及驅動電路驅動執行電路完成。

3.1 AT89C51單片機

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，卻可以發揮出很高的性能，現如今非常實用的ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術在該器件上得到了很好的發揮，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。因為其特殊的內部結構及多功能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對其進行了應用，產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；內部RAM達128*8位；32可編程I/O線；16位定時器/計數器不止一個；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據存儲器來使用，以便于對P0口更加準確的表述，它能夠被理解是數據/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，內部會發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口變為低電平點，電流將會從P1口輸出，其主要原因是內部變為高電平所造成的。同樣在實際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，并最終實現操作。

P2口：P2口和P1口一樣是內部提供上拉電壓的，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，內部上拉電阻會做出一些反應，將P2口的內部電平變為高電平，充當輸入。這樣會對P2口的外部造成影響，使得外部電平變為低電平，內部高電平，外部低電平，電流就會從P2口內部往外流出。導致這一結果的原因是內部電壓高于外部電壓。在地址“1”寫進時，內部高電平的優勢會被它充分的發揮，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部時鐘工作電路的，這使得它能夠完成其它接口不能實現的作用。

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點是片內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。剩下的輸入至內部時鐘信號會經過一系列處理，單一個二分頻觸發器是它一定要經過的，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整的。

可以利用正確的控制信號構成全部PEROM陣列，此部分對于實現接下來的操作至關重要，至于三個鎖定位，我們可以用同樣的方法將其構成出來。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的時候才能實現芯片擦出。還有一個限制條件就是在執行芯片擦出的時候，“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，這樣就會導致芯片擦出的操作失敗，不能再繼續進行接下來的一系列操作。

3.1.2 NE555時基電路芯片

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的有HA17555、LM555、CA555等不同的產品，具有相同的內部結構和工作原理。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、內部功能原理框圖、內部等效電路。一系列部件如三極管Q15和Q17加正反饋組成的RS觸發器是構成NE555的內部中心電路。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是它們控制的優先權。

圖3.3 封裝形式圖

圖3.4 內部功能框圖

圖3.5 內部方框圖

NE555的作用很強大，大量的的應用電路可以利用它組成，其數量據說已經達數百種，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字電路被NE555巧妙地結合在一起的緣故。下面圖3.6展示的就是一些555的應用電路。

無穩態工作方式脈寬調制電路

圖3.6 一些常用的555應用電路

下表列出的是NE555的極限參數表，這些參數不盡相同在不同的封裝形式及不同的生產廠商的器件的情況下，在不損壞器件的情況下，廠商保證的界限即為極限參數，并不是能夠工作的條件，假設你在使用它時在突破了規定的環境數值，那么就會出現一系列的安全問題，所以我們在使用元器件的時候一定要將它的極限參數考慮進去，以免發生危險事故。

3.1.3 紅外發射二極管

紅外通信系統中元件有很多各自都有不同的作用，而在發射信號時必不可少的就是紅外發射二極管，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。它是完成紅外通信必不可少的一個環節，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來說，它是一個焦點。

發光二極管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射段的指令信號從中發出。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。工作電壓時常會發生改變，這樣會導致發射器不能正常工作，這個時候限流電阻就發揮了它的作用，使得回路中的電流能夠一直保持在可以正常工作的數值。

3.1.4 紅外接收器

紅外發光二極管的受控裝置是紅外接收器，相應的紅外光電轉換電路包含在里面。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，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，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據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。

圖3.7 一體化的紅外接收頭HS0038

3.1發射模塊電路設計整個紅外線發射器的工作方塊圖如圖3.8所示，當某一按鍵被按下后，一組句柄就會被遙控器上的遙控芯片(如 C8051)編碼出來，與此同時它會被結合載波電路的載波(38KHz)變為合成信號，不僅如此它還會經過放大器提升功率，以至于紅外發射二極管被推動，并且紅外線信號會被發射出去，信號傳送的距離只有在所要發射的句柄上加上載波才能加長，7m為一般遙控器的有效距離。

圖3.8 紅外發射器的工作方塊圖

圖3.9 發射電路連接圖

3.2紅外發射器部分電路的設計

基于I/O口的紅外通信發射電路是本設計中發射器采用的電路，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發送口。

圖3.2 紅外發射電路

3.3接收器

德國德律風根公司生產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，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為低電平，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據傳輸都能應用到它。