基于单片机的红外通信毕业论文.doc
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1、摘要 在现如今的通信行业,单片机的应用尤其重要,学会单片机基本原理,使用法,以及各种领域的应用是我们专业所必须要求的,这篇论文论述的就是基于单片机的红外通信系统的设计。 红外通信技术已经是先进科学技术的重要组成部分,它有很多优于其他通信段的优点如操作简单、成本低廉、抗干扰能力强、便于传输,因此红外通信越来越被应用于各种日常家用电器和常见的电子设备中。 本文描述的就是怎样使用单片机来设计一个简单的红外遥控器,不同于现在常见的红外遥控器的是:专用的编解码芯片并不是它用来实现发收端的编解码的工具,红外信号的发收是应用C51单片机通过单片机的编、解码程序来实现的,从而使红外遥控通信功能得以实现。 关键
2、词:单片机;红外通信;红外遥控Abstract In todays communication industry, MCU application is particularly important,Learn the basic principle of single chip microcomputer, and the application of various fields are necessary to our professional demands,what the paper discusses is the design of infrared communication
3、 system based on single chip microcomputer. Infrared communication technology is an important part of advanced science and technology,It has a lot better than other communication advantages such as simple operation, low cost, strong anti-interference ability, easy to transport,So the infrared commun
4、ication is more and more been used in all kinds of daily household appliances and common electronic devices. Described in this article is how to use a SCM to design a simple infrared remote control,Special decoding chip is not used to implement it accept the decoding tool,Hair to receive the infrare
5、d signal is based on C51 single chip microcomputer of encoding and decoding process,Hence leading to the implementation of infrared remote communication function. Key words:SCM; infrared communication; infrared remote control第一章 绪论1.1研究背景随着技术的进步和社会生产力的发展,单片机越来越广泛地应用于各个领域。特别是在遥控应用领域单片机获得了全面且深入的应用。在大多
6、数单片机应用系统中,控制信息和数据信息常常利用非电信号(如电磁信号、光信号、超声波信号)来传送,以实现遥测或遥控功能。红外线光信号在各种非电信号中是最常用的。目前国内外对红外线技术的应用有很深入且多样的研究,红外技术近几年在先进科学技术领域占据越来越重要的地位,各领域都对它进行了很深入的利用,特别是在VCD、电视和音响等各种电子遥控设备的使用上,更是已经炉火纯青。由于红外线为不可见光,这一特点使它不会被人用肉眼发现甚至被仪器轻易检测到,并且对信息的保护起到了很好的作用,从而红外线经常被应用在各种警备防护设备中。几米至几十米为红外遥控的一般距离,有时候会更远。与无线电遥控不同的是红外遥控不能穿过
7、遮挡物(非屏蔽)去控制被控对象。由于这一特点的存在,录像机、电视机、电风扇等家用电器的红外遥控在被工厂设计生产出来时,不是说像锁的特性一样,每套一定要有不同于其它套的结构(不然,钥匙就能打开多把锁,锁的用处也便失去了);同样也不需要和无线电遥控一样每套一定要有一种不同于其它的遥控频率或编码(不然就可能可以一样作用于隔壁邻居家的家用电器),相同的遥控频率或编码可以应用于所有产品的遥控器上,遥控信号“串门”的情况也不会出现。这使得红外遥控在在家电器上的普及和工厂的大批量的生产得到了很大的便利。1.4红外通技术的用途红外通信技术的用途有很多,因为它成本低廉,并且传输效率高且稳定所以很多电子设备都对它
8、进行了利用,21世纪电子发展趋势更是如此。在许多工业生产中需要它来检测产品的精准度和是否达标;医疗保健行业能够用它来对病人进行行医诊断,这大大提高了医生对疾病判断的准确率;我们日常用电脑玩游戏的鼠标也有红外通信的身影,电脑本身也有利用到红外通信;更常见的是打电话用的手机,还有其它通信设备如对讲机和家用电话;各种日常用到的电子设备如随身拍照的数码相机、用于计算的计算器、小孩热衷的游戏机,学生不可少的电子表;网络在红外通信调制解调信息上也有应用。1.5本文的主要内容设计一个小型的基于单片机的红外通信系统是本课题要实现的,不同于现在常见的红外遥控器的是:特定的编解码芯片并不是它用来完成发收端的编解码
9、的工具,信号的发收是C51单片机利用单片机的编码程序和解码程序完成的,使得红外遥控通信功能得以实现,当对此通信系统进行一定的扩展后,通用和各种专用红外遥控器的功能就能完全实现了。红外接口电路和接口驱动程序两部分的设计是完成基于单片机的红外通信系统的重点。第二章 红外通信的基本原理2.1 协定标准1993年,标准正式确定了下来,超过二十家企业如HP、COMPAQ、INTEL等建设起了红外数据协会Infrared Data Association不久后,Ir-DA1.0是其发布的第一个IrDA的红外数据通信标准。SIR Serial Infrared(SIR)是Ir-DA1.0的缩写,进行通信的手
10、段有很多不过HPSIR的异步、半双工是它采用的并且在后来被一直沿用下去的红外通讯方式。红外通信的器件还有很多,UART是系统的异步通信收发器,前面提到的红外通信的途径SIR就是必须得利用UART,少了它通信就不能正常进行。而另一方面SIR则会被UART通信速率阻碍,SIR的通讯信速率只能达到115.2Kbps,这已经是它的极限,这就是说电脑串行端口的通信速率只能达到115.2Kbps。1996年,红外数据协会进一步确定并提出了Ir-DA1.1标准,也就是Fast In-fraRed(FIR)。和SIR不同的是,UART的FIR不是其所必需的,因此它的最高通信速率产生了显著的提高,最高可以有4M
11、bps。目前最先进的4PPM调制解调Pulse Position Modulation被FIR利用,FIR传输数据信息的方式相比较SIR的通信的方式,FIR是完全不一样的,它是利用分析脉冲的相位来区分,而且更有利于FIR的是在低于115.2Kbps速率时SIR的编解码方式它仍然用得到,这一点就使得FIR还可以与同样能与SIR通信的速度较低的设备之间通信,还有一个提升的点就是当FIR也能够和这些低速设备进行通信后,通信速率明显的有了提高。2.2 系统结构本文所要论述的就是红外通信的一种应用,而我们所说的红外通信其实就是信号由发送端调制后转变成一道道脉冲信号,然后被调制后的信号会在红外发射管传输到
12、接收器。 RS232串行传输标准与红外传输的串行传输标准是不一样的。后者使用的是与前者有区别的专用的脉冲编码,RS232编码和IrDA编码可以在适当的时候来回运用,以应对串行红外通信。发送器和接收器是红外收发器两部分。发送器(transmitter)将脉冲转换为红外脉冲发出,其脉冲是由I/O或ENDEC获得的并且调制解调器解调后的。红外光脉冲被接收器查收到,TTL或CMOS电脉冲会被其转换出来。图2.1表示的就是红外通信系统的结构原理图。图2.1 红外通信系统结构原理图2.3 红外遥控原理红外线的波段常用950nm近红外波段来,红外线是红外通信发出信号的载体,也就是我们常说的通信信道。现在常用
13、的调制方法有很多,红外通信发送端的调制方法是脉时调制,脉时调制的主要功能是将二进制数字信号调制成脉冲序列,此脉冲序列的频率不能确定,在脉冲序列被调制出来后,红外发射管会接收到命令,脉冲序列被其转换为光脉冲,不仅如此光脉冲还会从发射管发射出去,完成了红外通信发送端的工作;接下来是接收端的工作,系统不可能识别光信号,所以接收端先要对接收到的光信号进行处理,这个时候光信号会转变成为电信号,电信号这个时候还不能直接传输到解调器解调,还必须对其进行一系列处理如放大、滤波,最终电信号会被还原成接收端可以识别的二进制数字信号并发送出去。总之,红外通信的根本就是发送端和接收端对二进制数字信号的一系列调制与解调
14、,这样会使得红外信道的传输变得更加方便。 图2.2就是红外遥控系统的大概原理框图。图2.2 红外遥控系统一般原理框图上图很好的描述了红外通信的主要过程:二进制信号信号由指令键发出通过发射器调制成为脉冲序列再经过发射器变为光信号传输到外面,光信号由接收器接收到后,经过一系列的处理并最终解调成为二进制信号,此信号就会回驱动系统执行发送端发出的命令接下来介绍完成红外通信的两个最主要模块一系列常见电路及器件如指令键、指令信号产生电路、调制电路、驱动电路及红外发射器件等构成了发射器。当我们操作并按下指令键,控制指令信号便会自动的从指令信号产生电路发出。这个时候会通过信号本身不同的特点来辨别控制指令信号。
15、一般我们会利用不同的控制指令信号之间拥有不同的频率和组码的来对其进行辨别,也就是说一种频率特性和一种码组特性只会表示一种控制指令信号。当调制电路对这一系列不相同的指令信号开始调制,红外发射器件就会被驱动电路驱动,调制成功的红外遥控指令信号就会由此发出同样一系列常见的电器件和电路如红外接收器件、前置放大电路、解调电路、指令信号检出电路、记忆及驱动电路、执行电路构成了接收器。当发射器发出的带有指令信息的光信号被红外接收器件检测并接收到时,光信号还不能直接被识别,还需要被转换为电信号,由于此电信号太过微弱前置放大器会将其放大,然后还需要经过最后一道处理也就是解调器的解调,这个时候由发射器发出的指令才
16、能被指令信号检出电路检出,经过这一系列运作后各种操作会由记忆及驱动电路驱动执行电路完成。第三章 红外通信电路方案设计发射和接收两大部分组成了一般通用的红外遥控系统,控制操作是依靠具有编/解码作用的专用集成电路芯片实现的。图3.1 红外遥控系统框图发射端由以下三个部分组成:键盘矩阵产生并发出二进制信号;编码解调对信号进行调制成为脉冲信号;LED灯的发射器将指令信号以光信号发送出去。接收端也由三个部分组成:光电转换放大器将发射端发出的信号接收并把光信号转变为脉冲信号;解调电路将脉冲信号解调为电信号;解码电路最后将电信号转变为发射端发出的指令并执行。3.1 元器件介绍电路设计的方案确定下来后,接下来
17、对于电路设计中会要使用到的一部分主要元器件的电气特性,我们将其详细的描述一下。3.1.1 AT89C51单片机AT89C51 是单片机的一种,它其实是一个带有各种有效且功能实用的微处理器,其运作时所需电压很低,却可以发挥出很高的性能, 现如今非常实用的ATMEL 高密度非易失存储器制造技术在该器件上得到了很好的发挥,它显著地特点是兼容性高,常用的MCS-51指令集和输出管脚都能在单片机上使用。因为其特殊的内部结构及多功能8位CPU和闪烁存储器被集中在一个芯片中,这样的集成使得单片机成为一种效率很高的微控制器,因此嵌入式控制系统对其进行了应用,产生了很多高灵活性且成本低廉的方案。 图3.2各种单
18、片机引脚图 C51单片机的主要特征有:当停掉时钟时,单片机的工作频率为0Hz-24Hz;三级程序存储器锁定;中断源有五个;内部RAM达 128*8位;32可编程I/O线;16位定时器/计数器不止一个;串行通道可编程;闲置和掉电模式功耗低 。C51单片机有跟多的管脚,最常见因为是大家熟知的VCC口和GND口,这两个管脚的作用都是非常基本的,即输入电压入口和接地,接下来我们简单的介绍其它的一些管脚的作用和特点。P0口:与其它口不同的是P0口是一个8位漏级开路双向I/O口,其特点是8TTL门电流能被每脚吸收。假如被定义为高阻输出,则1就会被P1口的管脚写入。P0可以作为外部程序数据存储器来使用,以便
19、于对P0口更加准确的表述,它能够被理解是数据/地址的第八位。在实际使用C51单片机时,如FLASH编程,原码会从P0 口输入,在FLASH被校验时,与其编程时正好相反,原码会从P0口输出,在这个时候一定要拉高P0外部。P1口:不同于其他接口P1口是内部提供上拉电阻的,P1口适用于许多电流,4TTL门电流就能能通过P1口缓冲器。1写入P1口管脚后,内部会发生一些改变使得其成为高电平点,成为输入,当外部做出改变将P1口变为低电平点,电流将会从P1口输出,其主要原因是内部变为高电平所造成的。同样在实际操作当中如当程序进行到编程和校验FLASH时,我们需要的第八位地址能够很成功的在P1口完成接收工作,
20、并最终实现操作。 P2口:P2口和P1口一样是内部提供上拉电压的,除此之外P1口与P2口还有很多共同点,是4个TTL门电流也能通过P2口缓冲器,当“1”写进P2口时,内部上拉电阻会做出一些反应,将P2口的内部电平变为高电平,充当输入。这样会对P2口的外部造成影响,使得外部电平变为低电平,内部高电平,外部低电平,电流就会从P2口内部往外流出。导致这一结果的原因是内部电压高于外部电压。在地址“1”写进时,内部高电平的优势会被它充分的发挥,实际操作中在程序进行到P2口编程和校验FLASH时,我们所需的高八位地址信号和控制信号就能很好地被P2口接收工作,并完成接下来一系列的操作。P3口:P3口同样是内
21、部提供上拉电压的,其特点是4个TTL门电流能被接收输出。就如“1”写入P3口,内部就会把它们上拉为高电平,而且会把它们作为输出使用。当其被看成输入时,在外部下拉为低电频的情况下,上拉会导致电流(ILL)将从P3口输出。P3口不同于其它的管脚的是,在必要的时候它能够被作为一些具有别的管脚不能所不具备的功能的管脚,这样的管脚有: P3.0管脚其名称是RXD,可以被用来充当串行输入口;P3.1管脚其名称是TXD,可以被用来充当串行输出口; P3.2管脚其名称是/INT0 ,可以被用来充当外部中断0; P3.3管脚其名称是/INT1,可以被用来充当外部中断1; P3.4管脚其名称是T0,可以被用来充当
22、记时器0外部输入; P3.5 管脚其名称是T1,可以被用来充当记时器1外部输入; P3.6 管脚其名称是 /WR ,可以被用来充当写选通;P3.7 管脚其名称是/RD,可以奔涌来充当读选通。 一些闪烁编程和编程校验的控制信号同时可被P3口接收。RST:输入复位。RST脚两个机器周期的高电平时间要保持,在振荡器复位器件时。XTAL1:不同于其他接口的是这个接口的输入是来自反向振荡放大器及内部时钟工作电路的,这使得它能够完成其它接口不能实现的作用。XTAL2:与XTAL1相似的是输出是来自反向振荡器的,这也赋予了它很多其它接口完成不了的使命。振荡器特性是反向放大器的输入和输出分别为XTAL1和XT
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