光电检测系统毕业课程设计报告

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光电系统设计与检测说明书

题目红外遥控设计

系(部) ******

专业(班级) ******

姓名****

学号**

指导教师******

起止日期13年6月3日6月15日

长沙学院课程设计鉴定表

10级光电检测课程设计任务书

系(部):电子与通信工程系专业：光电指导教师: 刘莉孙利平谭志光谢志宇

摘要：

很多电器都采用红外遥控,那么红外遥控的工作原理是什么呢?本文将介绍其原理和设计方法。红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的，在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz 等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。

关键词：80c51单片机、红外发光二极管、晶振

目录

1、绪论 (7)

2、红外遥控器 (8)

2.1、基本原理及应用 (8)

2.2、红外遥控发射部分 (9)

2.3、红外遥控接收部分 (11)

2.4、系统设计 (12)

3、设计思路 (13)

4、设计成果展示 (14)

5、总结 (15)

6、参考文献： (15)

附录1： (16)

1、绪论

人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm 之间的近红外线来传送控制信号的。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，它便发出的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5发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色，判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样：用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。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。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用μPC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的

封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。

2、红外遥控器

2.1、基本原理及应用

红外线的特点人的眼睛能看到的可见光，若按波长排列，依次(从长到短)为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，红光的波长范围为0.62μm～0.7μm，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控器就是利用波长0.76μm～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。红外线的特点是不干扰其他电器设备工作，也不会影响周边环境。电路调试简单，若对发射信号进行编码，可实现多路红外遥控功能。红外线发射和接收人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两部分。发射部分的发射元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光。

常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φ5mm 发光二极管相同，只是颜色不同。一般有透明、黑色和深蓝等三种。判断红外发光二极管的好坏与判断普通二极管一样的方法。单只红外发光二极管的发射功率约100mW。红外发光二极管的发光效率需用专用仪器测定，而业余条件下，只能凭经验用拉距法进行粗略判定。接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。然而现在不论是业余制作或正式的产品，大都采用成品的一体化接收头。红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出西安科技大学高新学院毕业论文- 2 - 等的模块，性能稳定、可靠。所以，有了一体化接收头，人们不再制作接收放大电路，这样红外接收电路不仅简单而且可靠性大大提高。

红外遥控器由于受遥控距离、角度等影响，使用效果不是很好，如采用调频或调幅发射接收编码，则可提高遥控距离，并且没有角度影响。红外遥控发射和接收模块可以用在

室内红外遥控中，它不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，所以不同房间的家用电器可使用通用遥控器而不会产生相互干扰;电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作;编解码容易，可进行多路遥控。现在红外遥控在家用电器、室内近距离遥控中得到了广泛的应用。另外模块还可以用在其他红外遥控系统中，应用前景十分广阔。

通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。

以下详细说明

2.2、红外遥控发射部分

红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，系统采用编解码专用集成电路和单片机芯片来进行控制操作。发射系统设计的电路由如下的几个基本模块组成：直流稳压电源，红外发射电路。

系统框图如图2所示：、

图2

主要芯片——单片机介绍

同一般微处理器的 89S52 的控制器也由指令寄存器 IR 。指令译码器 ID 。

定时及控制逻辑电路和程序计数器 PC 等组成。

程序计数器 PC 是一个 16 为的计数器（注： PC 不属于特殊功能寄存器 SFR 的范畴）。他总是存放着下一个要取得指令的 16 位存储单元地址。也就是说， CPU 总是把 PC 的内容作为地址，从内存中取出指令码或含在指令中的操作数。因此，每当取完一个字节后， PC 的内容自动加 1 ，为取下一个字节作好准备。只有在执行转移子程序调用指令和中断响应是例外，那时 PC 的内容不加 1 ，而是指令或中断响应过程自动给 PC 置入新的地址。单片机上电或复 PC 自动清 0 ，即装入地址 0000H ，这就保证了单片机上电或复位后，程序从 0000H 地址开始执行。

指令寄存器 1R 保存当前正在执行的一条指令。执行一条指令，先要把他从程序存储器取到指令存储器中。指令内容含操作码和地址码，操作码送往指令译码器ID，并形成相应指令的微操作信号。地址码送往操作数地址形成实际的操作数地址。

定时与操作是微处理器的核心部件，他的任务是控制取指令 ` 执行指令 ` 存取操作数或运算结果等操作，向其他部件发出各种微操作控制信号，协调各部件的工作。 80C51单片机内设有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容就可产生内部时钟信号。

2AT89S52的引脚

VCC : 电源

GND: 接地

P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向IO口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向IO 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器计数器2的外部计数输入（P1.0T2）和时器计数器2的触发输入（P1.1T2EX），具体如下表所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

引脚号第二功能：

P1.0 T2（定时器计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1 T2EX（定时器计数器T2的捕捉重载触发信号和方向控制）

P1.5 MOSI（在系统编程用）

P1.6 MISO（在系统编程用）

P1.7 SCK（在系统编程用）

P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向IO 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向IO 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个

TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

红外发射电路图

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 40KH z 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， P3.5 口作为发射部分，然后用三极管的放大驱动红外发射。电路如下图所示。

2.3、红外遥控接收部分

1、接收部分系统框图：

其中显示部分采用七段数码管显示。

2.4、系统设计

1、摇控码的编码格式

采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合二进制的“1”，其波形如图4所示。

图4 遥控码的“1”和“0”

红外遥控发射芯片采用 PPM 编码方式,当发射器按键按下后 , 将周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms 的编码脉冲。遥控编码脉冲由前导码、16 位地址码（8 位地址码、 8 位地址码的反码）和16 位操作码（8 位操作码、 8 位操作码的反码）组成。通过对用户码的检验，每个遥控器只能控制一个设备动作，这样可以有效地防止多个设备之间的干扰。编码后面还要有编码的反码，用来检验编码接收的正确性，防止误操作，增

强系统的可靠性。前导码是一个遥控码的起始部分，由一个 9ms 的高电平 ( 起始码 ) 和一个 4. 5ms 的低电平 ( 结果码 ) 组成，作为接受数据的准备脉冲。

图5 发送一组完整的编码脉冲

上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38khz的载频进行二次调制以提高发射频率，然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。

2、遥控码的发射

当某个操作按键按下时，单片机先读出键值，然后根据键值设定遥控码的脉冲个数，再调制成 40kHz 方波由红外线发光管发射出去。 P3.5 端口的输出调制波如图 4 － 1 所示。

3、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，将对第一位码的码宽进行验证。若第一位低电平码的的脉宽小于

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，执行相应输出口操作。图4 － 2 就是红外线接收器输出的一帧遥控码波形图。

3、设计思路

本次课程设计的设计思路，采用单片机为载体，实现红外遥控器对显示数字的控制，通过键盘扫描读取遥控器上的按键并且进行判断。遥控器上的数字与数码管显示数字完全一样，另外增设了“加”“减”键、消音键、遥控开关键。键盘上其他按键显示为键上字母，通过单片机对该系统实施控制，源程序见附录。

本次设计的实验程序原本程序为单片机配套的红外遥控程序，在12864的显示屏上显示，经过一番改动变成数码管显示。

4、设计成果展示

红外遥控器：

设计实物图：

5、总结

一个星期的课程设计终于完了，此次的课程设计让我感触很多，不仅仅是知识上的学习和掌握，同时也让我明白了很多做人的道理。在开始阶段，老师让我们了解一些基本知识，当自己照着学习指导上的内容完成了一个课题时那种心情很棒，我觉得自己尽自己的最大努力去设计课程项目，便能感到一种幸福。由于是三人一组，这次课程设计中，我也有打酱油的时候，当然更重要的还是团队合作的，如果时间可以重来，我可能会认真的去学习和研究，也可能会自己独立的完成一个项目，我相信无论是谁看到自己做出的成果时心里一定会很兴奋。此次实验让我明白了一个很深刻的道理：团队精神固然很重要，但人往往还是要靠自己的努力，自己亲身去经历，这样自己的心里才会踏实，学到的东西才会更多。本次课程设计虽然不是自己亲手一字一句的设计出来的，但还是基本看懂了了它的设计思路和程序。通过这些我复习了单片机相关的知识、软件。

这次课程设计是一个理论与实践结合的过程，让我明白理论知识往往是不够的，只有把所学的理论与实际行动相结合，才会提高自己的综合实际能力和独立思考能力。在设计

的过程中我们都会遇到很多的问题，但往往是一个小问题都会导致实验的失败，这就要我

们花大量的时间去思索和改正，这是一个很艰辛的过程，但同时也是你收获最大的过程。实验往往是一个苦中有乐的过程，我希望在以后的实验学习中自己能独立思考，同时也要认真去完成，这样既能学到知识，也能让自己的实践操作得到锻炼。我要感谢我们这个团队的人员，他们帮我学到了很多，同时也付出了很多，也感谢老师的细心指导，让我们顺利的完成了课程设计。

6、参考文献：

附录1：

#include

{P0=number[0];

IRIN=1; IO口初始化

BEEP=1;

IE = 0x81; 允许总中断中断,使能 INT0 外部中断

TCON = 0x01; 触发方式为脉冲负边沿触发

while(1);

}

************************************* *******************************

void IR_IN() interrupt 0 using 0

{uchar j,k,N=0;

uchar p;

EX0 = 0; 关掉外部中断防止中断的再次发生进入检测引导码阶段（9ms的低电平4.5ms的高电平）

delay(15);

if (IRIN==1)

{

EX0 =1; 9ms的检测检测结束从新打开外部中断

return;

}

while (!IRIN) 确认IR信号出现

{delay(1);} 等IR变为高电平，跳过9ms的前导低电平信号。

for (j=0;j<4;j++) 收集四组数据

{

for (k=0;k<8;k++) 每组数据有8位

{

while (IRIN) 等IR 变为低电平，跳过4.5ms的引导高电平信号。

{delay(1);}

while (!IRIN) 等IR 变为高电平

{delay(1);}

while (IRIN) 计算IR高电平时长（0和1的低电平的时长一样的，只要判断高电平时长超过0.56ms 并小于1.12ms为1否则为0）

{

delay(1);

0.14ms计数过长自动离开。

N++;

if (N>=30)

{

EX0=1;

return;

}

高电平计数完毕

}

IRCOM[j]=IRCOM[j] >> 1; 数据最高位补“0”

if (N>=8) {IRCOM[j] =

IRCOM[j] | 0x80;} 高电平持续时间大于

1.12ms则数据最高位补“1”

N=0;

}

}

*

;===========================

;***** 红外遥控器键值表 ****

; 45 46 47

; 44 40 43

; 07 15 09

; 16 19 0d

; 0c 18 5e

; 08 1c 5a

; 42 52 4a

;===========================

*

if (IRCOM[2]!=~IRCOM[3])

判断有没有误码（有责放弃没有判断键码）{

EX0=1;

return;

}

switch(IRCOM[2])

{

case 0x45:

显示遥控上的字符按键

P0=number[0];

p=0;

break;

case 0x46:

P0=number[0];

p=0;

break;

case 0x47:

quite=!quite;

开关声音

break;

case 0x44:

P0=number[0];

p=0;

break;

case 0x40:

{if(p==0||p==-1)p=1; p--;P0=number[p];if(p<=0) p=10;} 数字减

break;

case 0x43:

{if(p==9||p==10) p=8; p++;P0=number[p];if(p>=9) p=-1;} 数字加

break;

case 0x07:

P0=number[12];

p=0;

break;

case 0x15:

P0=number[13];

p=0;

break;

case 0x09:

P0=number[14];

p=0;

break;

case 0x19:

P0=number[10];

p=0;

break;

case 0x0d:

P0=number[11];

p=0;

break;

case 0x16:

P0=number[0];

p=-1;

break;

case 0x0c:

P0=number[1];

p=1;

break;

case 0x18:

P0=number[2];

p=2;

break;

case 0x5e:

P0=number[3];

p=3;

break;

case 0x08:

P0=number[4];

p=4;

break;

case 0x1c:

P0=number[5];

p=5;

break;

case 0x5a:

P0=number[6];

p=6;

break;

case 0x42:

P0=number[7];

p=7;

break;

case 0x52:

P0=number[8];

p=8;

break;

case 0x4a:

P0=number[9];

p=9;

break;}

if(quite==1) 控制声音开关

beep();

EX0 = 1;

}

************************************* *********************

void beep() 控制蜂鸣器响

{unsigned char i;

for (i=0;i<100;i++)

{delay(4);