基于AT89C51单片机红外遥控系统3毕业设计论文

常州机电职业技术学院

毕业设计（论文）说明书

作 者： 袁水荣 学 号：

系 部： 电气工程系

专 业： 应用电子（设计与制造）

题 目： 基于AT89C51单片机红外遥控系统

年 月

毕业设计（论文）中文摘要

毕业设计（论文）外文摘要

1 绪论 .................................................... 5

1.1 课题设计目的及意义 5

2 系统的硬件结构设计 ....................................... 6

2.1 AT89C51系列单片机功能特点 6

2.2 红外发射电路 9

2.3 红外检测接收电路 10

2.4 光电耦合控制电路 11

2.5 电源电路设计 13

2.6 显示部分的设计 13

2.7 键盘设计 15

3 系统软件的设计 ......................................... 17

3.1 定时计数器应用 17

3.2 红外接收 19

3.3 调速单元 20

结 论 .................................................... 22

致 谢 .................................................... 23

参考文献 ................................................. 24

附 录 ................................................. 25

附录1：发射程序 25

附录2：接收程序 28

附录3：红外发射电路图 32

附录4：红外接收电路图 33

1 绪论

1.1课题设计目的及意义

随着科技的发展，人们生活的节奏也越来越快，随之人们对方便，快捷的要求也随之不断增高。遥控器的出现，在一定程度上满足了人们这个要求。遥控器是由高产的发明家Robert Adler在五十年代发明的。而红外遥控是20世纪70年代才开始发展起来的一种远程控制技术，其原理是利用红外线来传递控制信号，实现对控制对象的远距离控制，具体来讲，就是有发射器发出红外线指令信号，有接收器接收下来并对信号进行处理，最后实现对控制对象的各种功能的远程控制。

红外遥控具有独立性、物理特性与可见光相似性、无穿透障碍物的能力及较强的隐蔽性等特点。随着红外遥控技术的开发和迅速发展，很多电器都应用了红外遥控，而电风扇也不例外。从单纯的在电风扇面板上通过按钮控制，到短距离(10M以内)的遥控，虽然改变不大，但其带来的便利无疑是巨大的。而红外遥控技术的成熟，也使得遥控电风扇变得设计简单，价格低廉。

作为一种老牌的电器，电风扇具有价格便宜、摆放方便、体积轻巧等特点。虽然现在空调在城市中已经相当普遍，并有替代电风扇的趋势，但由于大部分家庭消费水平的限制，电风扇作为一个成熟的家电行业的一员，尤其在中小城市，以及乡村将来一段时间内仍然会占有市场的大部分份额。

市场的需求促使了电风扇的发展。随着“智能化”的兴起，电风扇的功能也越来越多，越来越贴进人们生活。因此，对于电风扇的开发和设计依然有着较大的实用价值。在现有市场上多功能遥控电风扇的基础上，人们提出了一种新型的智能电风扇，相对于过的电风扇，智能电风扇添加了很多人性化的设计，如安全保护，倾倒保护，智能照明等功能，使电风扇更加人性化，相信其丰富的功能，人性化的设计将会大大提高电风扇的市场竞争力。

而本设计就是以电风扇为对象，通过红外遥控实现电风扇的几种常用功能如开关、调速、定时等的控制，相对于传统的机械控制，体现出了更加方便快捷的优点。

2 系统的硬件结构设计

2.1 AT89C51系列单片机功能特点

2.1.1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-24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程IO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

2.1.2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IO口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写“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FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。

—P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向IO口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，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IO口，P2口缓冲器可接收输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，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，它利用内部上拉的优势，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IO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。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3.0 RXD(串行输入口)

P3.1 TXD(串行输出口)

P3.2 (外部中断0)

P3.3 (外部中断1)

P3.4 T0(记时器0外部输入)

P3.5 T1(记时器1外部输入)

P3.6 (外部数据存储器写选通)

P3.7 (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。

—：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16。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指令时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。

—：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。

—：当保持低电平时，访问外部ROM；注意加密方式1时，

将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，访问内部ROM。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。内部结构框图如图2-1所示。

图2-1 AT89C51的内部结构框图

2.1.3 AT89C51的基本操作

如图2-2所示，在X1和X2之间接一只石英振荡晶体构成了单片机的时钟电路，它还有另一种接法，是把外部振荡器的信号直接连接到XTAL1端，XTAL2端悬空不用。

AT89C51复位引脚RSTVP通过片内一个施密特触发器(抑制噪声作用)与片内复位电路相连，施密特触发器的输出在每一个机器周期由复位电路采样一次。当振荡电路工作，并且在RST引脚上加一个至少保持2个机器周期的高电平时，就能使AT89C51完成一次复位。

复位不影响RAM的内容。复位后，PC指向0000H单元，使单片机从起始地址0000H单元开始重新执行程序。所以，当单片机运行出错或进入死循环时，可按复位键重新启动。

MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种复位方式。上电复位利用电容器充电来实现。按钮复位又分为按钮电平复位和按钮脉冲复位。前者将复位端通过电阻与Vcc相接；后者利用RC微分电路产生正脉冲来达到复位目的。复位电路参数的选择应能保证复位高电平持续时间大于2个机器周期。

图2-2 AT89C51基本操作电路

2.2红外发射电路

本遥控发射器采用码分制遥控方式，码分制红外遥控就是指令信号产生电路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令。

在确定选择AT89C51作为本设计发射电路核心芯片和点触式开关作为控制键后，加上一个简单红外发射电路和12M晶体震荡器便可实现红外发射。

发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它发出的便是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通Φ5发光二极管相同，只是颜色不同[6]。

遥控发射通过键盘，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在40KHz的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲，通过空间的传送到受控机的遥控接收器。P1口作为按键部分，P0.7口作为发射部分。电路图如图2-3所示

图 2-3 红外发射电路

2.3红外检测接收电路

在接收过程中，脉冲通过光学滤波器和红外二极管转换为40KHZ的电信号，此信号经过放大，检波，整形，解调，送到解码与接口电路，从而完成相应的遥控功能，接收电路如图2-4所示。

通常，红外遥控器将遥控信号(二进制脉冲码)调制在40KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，产生红外信号发射出去。将上述的遥控编码脉冲对频率为40KHz(周期为26μs)的载波信号进行脉幅调制(PAM )，再经缓冲放大后送到红外发光管，将遥控信号发射出去。

根据遥控信号编码和发射过程，遥控信号的识别——即解码过程是去除40KHz载波信号后识别出二进制脉冲码中的0和1。由MCS—51 系列单片机AT89C51、一体化红外接收头、还原调制与红外发光管驱动电路组成。

接收部分主要元件是红外接收管，它是一种光敏二极管（实际上是三极管，基极为感光部分）。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。

图2-4 红外接收电路

2.4光电耦合控制电路

在控制部分采用了隔离驱动电路，用光电器件作为隔离元件，利用光耦来隔离强电，以防止强电影响单片机的工作。

光电隔离的目的是割断两个电路的电气联系，使之相互独立，从而也就割断了噪声从一个电路进入另一个电路的通路。光电隔离是通过光电耦合器实现的。光耦又称光电隔离器或光电耦合器，它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器与受光器封装在管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接收后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“光—电—光”的转换。

光电耦合器是把一个发光二极管和一个光敏三极管封装在一个外壳里的器件。外壳有金属的或塑料的两种。发光二极管和光敏三极管之间用透明绝缘体填充，并使发光管与光敏管对准，以提高其灵敏度，光电耦合器的电路符号如图2-5所示。

对于数字量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“0”。

图2-5光电耦合器原理图

输入信号使用权发光二极管发光，其光线又使光敏三极管产生电信号输出，从而既完成了信号的传递又实现了电气上的隔离。光电耦合的响应时间一般不超过几个微秒。

光电耦合器的输入端与输出端在电气上是绝缘的，且输出端对输入端也无反馈，因而具有隔离和抗干扰两方面的独特性能。通常使用光电耦合器是为实现以下两个主要功能：

电平转换：TTL电路与电源电路之间不需另加匹配电路就可以传输信号，从而实现了电平转换。

隔离：这时由于信号电路与接收电路之间被隔离，因此即使两个电路的接地电位不同，也不会形成干扰。

光电耦合器中光敏三极管的基极有引出和不引出两种形式。基极引出通常是经一个电阻接地。

通过接地电阻可以控制耦合的响应速度和灵敏度。总的来说，电阻越小，响应速度越高。其控制电路如图2-6所示。

图2-6 光电耦合控制电路

2.5电源电路设计

2.5.1稳压电路

典型应用电路如图2-7所示。图中C5用于频率补偿，防止自激振荡和抑制高频干扰；C6采用电解电容，以减少电源引入的低频干扰对输出电压的影响；D4是保护二极管，当输入端短路时，给C4一个放电的通路，防止C4激穿。

图2-7稳压电路

2.5.2直流稳压电源的设计

直流稳压电源的主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。框图如图2-8所示。

图2-8 直流稳压电源

2.6 显示部分的设计

由LED组成的7段发光管显示器是不太复杂的单片机应用系统常用外部设备之一。

7段发光管显示器由7段发光线段组成，并按“日”字形排列，每一段都是一个发光二极管，如图2-9所示。图中将7个LED的阴极连在一起，称之为共阴极接法。反之为共阳极接法。

如果将公共阴极接地，而在a～g各段的阳极加上不同的电压，就会使各段的发光情况不同，形成不同的发光字符。加在7段阳极上的电压可以用数字量表示，如果某一段的阳极为数字量1，则这个段就发光；如为0，则不发光。

在本设计中使用了四个7段LED显示器，而多位显示器连用有两种方法。

其一，每一位都用各自的8位输出口控制，在显示某字符时，相应的段恒定发光或不发光。这种显示方法属于静态显示。显然，静态显示需占用较多的IO口线。

其二，是动态显示。即将多个7段LED的段选端复接在一起，只用一个8位输出口控制段选，段选码同时加到各个7段LED显示器上，通过控制各个显示器公共阳极轮流接高电平的办法，逐一轮流地启动各个LED。在这种方法中，只要恰当地选择点亮时间和间隔时间，就会给人以这样一种假相：似乎各位LED是“同时”显示的。动态显示法是目前各种单片机采用的流行方法。其优点是硬件简单，“动态”由软件实现。因而我选用动态显示的方法。其显示格式如表2.2，其驱动电路如图2-9所示。

表3-1 七段LED字形码

表2-2 数码管显示格式

图2-9 AT89C51基本操作电路

2.7键盘设计

单片机系统所用的键盘有编码键盘和非编码键盘两种。

①编码键盘本身除了按键之外，还包括产生键码的硬件电路。只要按下编码键盘的某一个键，它就能产生这个键的代码，并称为键码，与此同时还产生一个脉冲信号，以通知CPU接收键码，编码键盘的优点是使用比较方便，亦不需要编写太复杂的程序。其缺点是使用的硬件较复杂。

②非编码键盘的按键是排列成行、列矩阵形式的。按键的作用只是简单地实现接点的接通或断开，因此必须有一套相应的程序与之配合，才能产生相应的键码，非编码键盘几乎不需要附加什么硬件电路。因此为了简洁电路，我使用非编码键盘。但使用非编码键盘需要通过软件来解决按键的识别、防抖动以及如何产生键码的问题。

基于键数少的原因我采用独立式键盘接口与单片机相连接，因为它占用的IO口不多。图中每个按键占用一个口，彼此独立，互不影响。上拉电阻保证按键没被按下时，IO口输入高电平。

独立式键盘可工作在查询方式下，通过IO口读入键状态，当有键被按下时IO口变为低电平，而未被按下的键对应为高电平，这样通过读电平状态可判断是否有键按下和哪个键被按下。

a)

b)

图2-11 按键原理图

a)矩阵键盘b)独立按键

发射端采用矩阵按键，其中0，1，2按键用于风扇的定时，模式，调速切换。其他按键用于扩展控制其他家用电器，如电脑等，也可以用于设置密码锁等功能，其具体事情由用户自己设定。而接收端采用独立按键，根据不同的电器，其具体功能各不相同。本设计中，P1.0用于定时切换，P1.1用于模式切换，P1.2用于调速切换。

3 系统软件的设计

该系统的控制软件主要可以分为测温和红外两个大的部分，其中具体有单片机初始化程序、定时服务程序、红外发射编码和红外接收解码程序等模块。

3.1定时计数器应用

3.1.1定时计数器功能简介

AT89C51单片机内部设有两个16位可编程的定时计数器，简称定时器0和定时器1，分别用T0和T1表示。其功能同一般定时计数器，主要作用是：第一，作为一段特定时间长短的定时；第二，可以计算由T1或T0引脚输入的脉冲数，前者在应用上可以产生正确的时间延迟及定时去执行中断服务程序，而后者则是计数器或者计频器的设计。在本设计中这两种作用都用到了。

这两个定时器本身有四种工作模式可供使用，如表3.1所示。

表3.1 四种工作模式

3.1.2定时器相关的控制寄存器

· TMOD为模式控制寄存器，主要用来设置定时计数器的操作模式；TCON为控制寄存器，主要用来控制定时器的启动与停止。两个16位的定时计数器T0和T1均可以分成2个独立的8位计数器即TH0、TL0、TH1、TL1，它们用于存定时或计数的初值。

模式控制寄存器--TMOD

TMOD是一个专用寄存器，用于控制T1和T0的操作模式及工作方式。

· GATE：门控位。当GATE＝0，定时器只由软件控制位TR0或TR1来控制启停。位为1，定时器启动开始工作；为0时，定时器停止工作。当GATE＝1时，定时

器的启动要由外部中断引脚和位共同控制。只有当外部中断引脚或为高时，置1才能启动定时器工作。

· C：功能选择位。当C＝O时设置为定时器工作方式；计数脉冲由内部提供，计数周期等于机器周期。当C＝1时设置为计数器工作方式，计数脉冲为外部引脚T0或T1的引入的外部脉冲信号。

· M1、M0：操作模式控制位，2位可形成4种编码，对应于4种操作模式。

TMOD模式控制寄存器不能进行位寻址，只能用字节传送指令设置定时器的工作方式及操作模式，低4位用于定义定时器0，高4位用于定义定时器1。系统复位时TMOD所有位均为0。

模式控制字的设置举例：

若设置定时器1为定时器工作方式，由软件启动，选择操作模式2；定时器0为计数方式，由软件启动，选择操作模式1。则TMOD各位设置为：

0 0 l 0 0 1 O l 25H

用MOV TMOD，＃25H指令写入TMOD中。

控制寄存器--TCON

TCON的作用是用于控制定时器的启动、停止及定时器的溢出标志和外部中断触发方式等。

各位定义如下：

表3.2 TCON寄存器

· TF1和TF0；分别为定时器1和定时器0溢出标志。当定时器计满产生溢出时，由硬件自动置“1”，并可申请中断。进人中断服务程序后，由硬件自动清0。这两位也可作为程序查询的标志位，在查询方式下应由软件来清0。

· TR1和TR0：为定时器1和定时器0的启动控制位。当由软件使TRi清0而停止定时器的工作。定时器启动时该位应置“1”。

定时器的启动与门控位和外部中断引脚有关。当GATE设置为0，定时器的启动由TRi＝1控制；而当GATE设置为1时，定时器启动除了TRi＝1外，还要求外部中断引脚＝1时定时器方可启动工作。

· IE1和IE0：为外部中断1和外部0的中断请求标志位。当外部中断源有请求时其对应的中断标志位置“1”。其复位由触发方式来设置。

· IT1和IT0：为外部中断1和外部中断0的触发方式选择位。ITi设置为“0”时为电平触发方式；设置为“1”时为边沿触发方式。

TCON中低4位是与外部中断有关的位，高4位为定时器控制位。它是一个可以进行位寻址的寄存器。当系统复位时所有位均为0。若要启动定时器可以使用位

操作指令SETB TRi来启动。

3.2红外接收

遥控接收部分的主程序及初始化及延时过程如下:首先初始化,然后判断是否有键按下,若有则数码管显示数据，并发送相应信号,;若无键按下，则返回。

3.2.1数码帧的接收处理

当红外线接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平将启动中断程序，实时接收数据帧。在数据帧接收时，将对第一位（起始位）码的码宽进行验证。若第一位低电平码的脉宽小于2ms，将作为错误码处理。当间隔位的高电平脉宽大

于3ms时，结束接收，然后根据累加器A中的脉冲个数，执行相应输出口的操作。

图3-1 红外线接收器输出的一帧遥控码波形图

3.3调速单元

本设计目的在于利用51单片机来实现对风扇的红外遥控，来达到对风扇的风速控制，以实现自然风、睡眠风和正常风的风速控制。

3.3.1调速原理

脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM控制技术的理论基础为：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需

要的波形。

3.3.2调速方法

图3-2为PWM降压斩波器的原理电路及输出电压波形。在图a中，假定晶体