基于单片机的红外遥控系统设计论文说明

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1、. . . . 本科生毕业设计（论文）基于单片机的红外遥控系统设计论 文 题 目：62 / 68毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作与取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得与其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。作 者 签 名：日 期：指导教师签名： 日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提

2、交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部容。作者签名： 日 期：摘 要本设计是基于单片机的红外遥控系统设计，设计容包括了红外接收，红外解码和步进电机控制三大块。如今红外遥控技术已经得到了广泛的应用；其利用红外线来传输数据，这种情况下不需要实体连线，体积小，成本低，功能强。我们日常生活中的电视机，洗衣机，空调，航天飞机，工业现场设备等都运用了红外遥控的技术。本设计中发射端采用专用的发射芯片来实现红外遥控码的发射，且遥控码格

3、式是NEC标准。接收端采用市面上流行的1838一体化红外接收头，接收到的红外信号经由1838接收头完成 光/电转化和解调的工作，然后把33位的完整码发送到解码芯片中去完成解码工作。本设计中的主芯片是STC89C52单片机，主芯片和解码芯片之间进行串行通讯。系统启动后，解码芯片将解码后得到的8位数据码串行发送到主芯片中，然后通过主芯片来控制步进电机的正转，反转，加速，减速。本设计中的被控对象是步进电机，步进电机最适合做数字控制。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。本设计过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从

4、而达到调速的目的。关键词： 红外遥控技术 步进电机控制 单片机控制AbstractThis design is based ontheinfrared remote controlMCUsystem design, design elements includetheinfrared receiver,infrareddecodingand steppermotor controlthree blocks.First, theinfrared remote control technologyhasbeena wide range of applications; useinfraredto

5、transferthedata, this casedoesnotrequirea physical connection, small size, low cost, function. Inour daily lives,televisions,washing machines,air conditioners,space shuttle, the industrial field devicesandsothe use ofthetechnologyofinfrared remote control.The senderofthisdesignusing a dedicatedtrans

6、mitter chipto achievetheemissionofinfraredremote controlcode, and theremote controlcode formatistheNEC standard.The receiving end ofthe popularity ofthe1838integration ofinfrared receiver, theinfraredsignalreceivedthrough1838to receivethe head, theoptical / electricalconversionand demodulation of th

7、e33completecodesent to thedecoder chipto completethedecoding.The design of the mainchipisSTC89C52. Serial communicationbetweenthemain chipanddecoder chip. System startup, thedecoder chipdecoding8-bit serialdata codesent to the mainchip, andthenthrough the mainchipto controlthestepper motorforward, r

8、everse, speed up, slow down.The design of the controlled objectisastepper motor,stepper motoristhe mostsuitable fordigitalcontrol. Thestepper motoris theelectrical pulsesintoangular displacementorlinear displacementof theopen-loopcontrolelement. This designby controllingthe number of pulsesto contro

9、ltheamount of angular displacement, so as to achieveaccurate positioning purposes; at the same timeby controlling thepulse frequencytocontrol the motor rotationspeed and acceleration, so as to achievethepurposeofspeed control.Key word： Stepper motor Infrared remote controlSingle-Chip Microcomputer C

10、ontrol目 录摘要IAbstractII1绪论11.1 课题研究背景与意义11.2本设计的主要工作12 硬件设计22.1 整体设计方案与框图22.2 系统功能模块设计32.2.1红外收发模块32.2.2红外解码电路模块62.2.3 显示模块72.2.4 步进驱动模块92.2.5 电源模块142.2.6 主机模块143 软件设计193.1 主程序设计193.2 解码程序设计244 调试与开发环境284.1 硬件调试与开发环境284.2软件调试与开发环境305 总结和改进335.1 设计总结 335.2设计改进33致34附录一35附录二56附录三57参考文献581 绪论1.1课题研究背景与意义

11、本设计采用红外线来遥控步进电机。红外遥控是如今广泛使用的一种通信和遥控手段；红外线遥控利用红外线来传输数据，这种情况下不需要实体连线，体积小，成本低，功能强；因此红外遥控设备已经广泛的应用在如今的电气设备的数据交互和设备控制中2。比如航空航天与我们日常中的电视机，洗衣机，空调等。并且在工业设备中，在辐射，高压，粉尘，有毒气体，许多恶劣的环境中能够有效的隔离电气干扰。在工业控制系统中，通常需要控制机械部件的平移和转动4，这些机械部件的驱动大多采用交流电机，直流电机和步进电机，在这三种电机中，步进电机最适合做数字控制，因此在数控机床，家用电器，步进电机都得到了广泛的应用。由于红外遥控和步进电机的优

12、越性，本设计中采用了单片机来实现红外解码与产生步进电机脉冲信号。因为红外遥控和步进电机都得到了广泛的应用，所以此课题基于红外遥控步进电机是很有实际意义的。1.2本设计的主要工作本设计是红外遥控步进电机，设计的工作主要包括以下几个方面。（1）硬件电路设计，包括红外接收电路，红外解码电路，主电路，显示电路，步进驱动电路的设计，双机通讯等。（2）软件设计，在keil uVison3平台上编写步进控制主程序，显示程序，红外解码程序。（3）软硬件的调试，包括在protel99se平台下原理图的绘制，焊接电路板，keil平台下程序的编写与调试，STC_ISP下载等。（4）总结以与改进。2硬件设计2.1整体

13、设计方案与框图本设计采用的是NEC编码的遥控器，当遥控器的某个按键被按下以后，遥控器产生红外脉冲信号通过红外发射管发射出去2，接收端采用1838的红外接收头来接收红外脉冲信号，1838接收头的信号输出端OUT连接到STC12C2052的外部中断INT0,这样1838把接收到的红外脉冲信号送到STC12C2052去解码，解码处理完成后得到的8位有效数据通过串行口TXD发送到主机STC89C52去处理，主程序中的switch语句能够判断出什么键被按下了，同时根据不同键值产生不同的控制策略，比如步进电机的控制脉冲通过P2.0P2.3送出，经由ULN2003功率放大，驱动4相5线的步进电机转动，同时P

14、0口能送出段码使数码管上显示转速。本设计硬件包含了5个主要部分。(1) 红外接收部分，包括1838红外接收器与其外围电路。(2) 红外解码电路，包括STC12C2052做解码芯片。(3) 显示部分 ，包括有3个运行指示灯和4位8段数码管。(4) 主机 STC89C52 与其外围电路，复位电路，晶振电路等。(5) 步进驱动电路，ULN2003驱动芯片，驱动4相5线的步进电机。 系统整体的框图如图2-1所示。红外发射运行指示灯步进电机红外接收STC12C2052INT0TXD解码芯片P1.0p1.2P1.4p1.7P3.0/RXD P2.0p2.3 主机STC89C52数码管显示步进驱动图2-1

15、系统整体框图2.2系统功能模块设计2.2.1红外收发模块红外遥控系统由发射和接收两个部分组成。发送部分包括了遥控器键盘，编码调制芯片，LED红外发射器；接收部分包括了光/电转化放大器2，解码，解调。本设计采用现成遥控器，此遥控器使用了专用的集成发射芯片来实现遥控码的发射。信号发射，就是将某个按键所对应的控制指令和系统码，调制在38KHz的载波上，经由放大，驱动红外发射管将信号发射出去。而接收电路采用红外线接收和放大于一体的一体化红外接收器，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的的塑料封装的三极管大小一样，它适用于各种红外遥控和红外线数据传输

16、。如图2-2所示。图2-2 红外线遥控系统框图由于不同公司的遥控芯片，采用的遥控码格式不一样。现在市场上较为普遍的编码标准有两种，一种是NEC标准，一种是PHILIPS标准。本设计中的遥控器的遥控芯片是NEC标准，下文介绍一下什么是NEC标准。遥控发射的信号调制在频率38KHz的载波上；当用户按下按键时发送一个完整码。一个完整码7 = 一位引导码 + 8位用户码 + 8位用户码 + 8位数据码 + 8位数据反码 ，总共33位，其中引导码是9ms = 4.5 ms 的高电平 + 4.5 ms的低电平；其中用户码16位，它的作用是用来区分不同的遥控设备，不至于不同的遥控设备互相干扰。注意同一个遥控

17、器，按哪个键用户码都是一样的。最后发送的是16位的数据码，数据码是有8位的数据码和8位的数据反码组成12，数据反码用来校验接收的是否准确。在本设计中，真正需要的是8位的数据码，所以解码过程中最重要的工作就是判断出这8位的二进制数据码是什么？需要逐次判断出8位数据码中每一位是0还是1，这就是所谓的解码。然后发送给主机的就是解码后的8位数据码。由于0码和1码电平持续的时间是不同的，通过判断0 ，1电平持续的时间的不同来区分。由于NEC标准中：0的表示：0.56的高电平 + 0.565ms的低电平 = 1.125ms1的表示：0.56的高电平 1.69ms的低电平 = 2.25ms但是要非常注意的是

18、当LED发射管发射高电平的时候，1838红外接收管输出的是低电平。且当LED发射管发射的是低电平的时候，1838红外接收管输出的是高电平；所以1838接收头输出的波形是与发射波形反向的。红外信号是从1838的OUT端获得的，所以解码时候要按照如下来判断0，1：0的表示 ：0.56的低电平 + 0.565ms的高电平 = 1.125ms1的表示 ：0.56的低电平 1.69ms的高电平 = 2.25ms显而易见，由于低电平时间一致；那么解码程序编写的思路就是在解码程序通过一个while循环语句判断出每位高电平的时间是0.565ms还是1.69ms，如果一位码的高电平持续的时间0.565ms，那么

19、就是码0；如果高电平持续的时间是1.69ms，那么这位码就是1。遥控器发射的信号和1838输出的信号的区别如图2-3所示。图2-3 遥控器输出信号和1838输出信号对比本设计采用protel99se绘制红外接收电路，1838是自建的元件库画出来的，104是0.1UF瓷片电容做去耦电容用，与47UF电容配合做电源滤波用。22k是上拉电阻，100欧是限流电阻。1838红外接收头的OUT端是信号输出端，GND端接地，VCC端供电。信号输出端OUT端接到解码芯片的INT0口。图2-4 红外接收电路2.2.2红外解码电路模块（1）本设计中采用STC12C2052作为红外解码芯片。1838的OUT管脚接到

20、STC12C2052的INT0端，1838将红外信号送到解码芯片中去解码。然后解码芯片STC12C2052的TXD端接到主机STC89C52的RXD端2，STC12C2052将解码后的8位数据发送到主机中去。双机通讯，主机和从机的波特率均是设定为9600bps。（2）解码芯片STC12C2032STC12C2052,DIP-20,超小封装的8051.特点如下：-增强型1T流水线，精简指令集RISC型CPU核，速度比普通的8051快12倍-工作频率围：0-35MHz,当大于8051的0-420MHz-无法解密-低功耗，掉电模式0.1UA,空闲模式Lead_min & TimeLead_max)

21、/如果大于最小,并且/小于最大,那么是真正的引导码 while(Infrared_in) /等待引导码4.5MS的高电平过去 /*循环16次，略过16位无用的用户码*/ for(i=0;i16;i+) /16位用户代码，没用的，用来区别不同的遥控设备，每一位是先低电平到高电平组成的 while(Infrared_in=0) /低电平，过去while(Infrared_in=1) /高电平，过去 for(i=0;iShort_min & TimeLong_min & TimeLong_max) Decode_Data16i=1;/数据位为1 else Decode_Data16i=2;/接收不正

22、确 right=0;/校验位 for(i=0;i16;i+) if(Decode_Data16i=2) right=1;/说明解码错误了 break; if(right=0)Send_data=Transcode();/码转化,8位的用户码 SBUF=Send_data;/ 红外解码流程图如图3-4所示。图3-4 红外解码流程图4 系统调试和开发环境4.1硬件调试和开发环境4.1.1原理绘制本设计中采用protel99se来绘制原理图，绘制原理图中有些元件诸如1838红外接收头，ULN2003驱动芯片，4位8段数码管在元件库里面不存在的，所以只能在自己创建的元件库画出。本设计的中用到的元件与其

23、功能如表4-1所示。表4-1 元件清单原件名称参数 功能R1 1K限流R222K上拉R3100欧限流R41K复位R5470欧限流R6470欧限流R7470欧复位R8R15470欧限流R16R195.1K限流R20 A420J4700K上拉C1 104瓷片电容0.1UF去耦电容C2 极性电容47UF滤波C3，C4 ，C5,C6 瓷片电容30PF晶振电路C7 极性电容10UF复位D1,D2,D3,D4,D5 LED压降2V, 10MA运行指示灯D6 IN4007压降0.7V电源分压晶振11.0592M ULN2003步进驱动，功率放大Q1Q4 PNP S8550驱动，扩流4位8段数码管显示转速 S

24、TC12C2052解码芯片STC89C52主机1838红外接收管红外接收器MAX232串口通信28BYJ-48步进电机5V工作步进电机4.1.2电路板焊接焊接电路板是一个细活，有很多问题要注意，在焊板子的过程中，我遇到了一些小问题，我结合以前的焊板的经验简述一下：首先要弄清楚需要的硬件的特性，对器件要熟悉，注意二极管的正负极，电容的正负极，PNP三极管的B,C,E，如果极性搞错了，整个焊接失败了，焊接的时候千万不要虚焊，在焊接之前要想清楚器件在板子上如何布局，在设计中我用红色的软线连接供电，黑色接地，黄色是I/0连接。4.1.3硬件设计的心得硬件电路中红外接收管是1838，左起分别是信号输出，

25、接地和电源端，别弄混了，查阅手册后，我得知红外接收头部的放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在1838接收头的供电脚上我加上了滤波电容，且在信号输出端加上了上拉电阻。晶振电路中我选择11.0592MHz,这样算出来的波特率没有误差。单片机的外围电路中要选好限流电阻与上拉电阻，单片机的灌电流10ma,拉电流不到100Ua,直接驱动数码管，步进电机是带不起来的，必须要有三极管驱动或芯片驱动。在设计数码管显示电路的时候，我翻阅资料得到了经验值，选择470欧作为段选端的限流电阻 ，5.1k作为位选端的限流电阻，1838信号输出端用22K上拉，p2.0p2.3接4700欧电阻上拉。4.2软件调试和开发

26、环境（1）本设计中软件开发环境是keil uVison3 软件，单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发 MCS-51 系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。Keil 提供了包括 C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。使用 C 语言编程，那么 Keil几乎就是不二之选。 Keil软件的编译的步骤包括输入源程序，建立工程、对工

27、程进行详细的设置，以与如何将源程序变为目标代码。（2）下载软件是STC_ISP，将用户代码下载进单片机部，不用编程器，STC89 系列单片机大部分具有在系统可编程（ISP）特性，ISP 的好处是：省去购买通用编程器，单片机在用户系统上即可下载/ 烧录用户程序，而无须将单片机从已生产好的产品上拆下，再用通用编程器将程序代码烧录进单片机部。有些程序尚未定型的产品可以一边生产，一边完善，加快了产品进入市场的速度，减小了新产品由于软件缺陷带来的风险。由于可以将程序直接下载进单片机看运行结果故也可以不用仿真器。大部分STC89系列单片机在销售给用户之前已在单片机部固化有ISP系统引导程序，配合PC端的控

28、制程序即可将用户的程序代码下载进单片机部，故无须编程器(速度比通用编程器快)。不要用通用编程器编程，否则有可能将单片机部已固化的ISP系统引导程序擦除，造成无法使用STC提供的ISP。STC_ISP下载器接口如图4-1所示。图4-1 STC_ISP下载器接口电路STC_ISP下载步骤是第一步打开STC-ISP，在MUC Type栏目下选中STC89C52。第二步根据9针数据线连接情况选中COM端口，波特率一般保持默认，如果遇到下载问题，可以适当下调一些。第三步先确认硬件连接正确，按如图点击“打开文件”并在对话框找到您要下载的HEX文件。第四步按下图选中两个条件项，这样可以使您在每次编译KEIL时HEX代码能自动加载到STC-ISP，点击“Download/下载”。第五步手动按下电源开关便即可把可执行文件HEX写入到单片机，程序