1、单片机与接口技术课程设计 题目: 基于单片机红外线遥控控制 LED 灯显示系统设计与制作 班级： 电子科学与技术 1101 姓名： 李婷 学号： 110803025 2013 年 12 月 11 日 目 录 第一章 设计要求 .3 第二章 硬件系统设计 .3 2.1 基于单片机红外线遥控控制 LED 灯显示系统框架图 .3 2.2 单片机控制系统及其基本电路 .4 2. 2.1 单片机最小系统 4 2.2.2 时钟电路 .5 2.2.3 复位电路 .5 2.3 基于单片机红外遥控控制 LED 系统的设计原理 .6 2.3.1 单片机红外遥控控制 LED 显示系统原理 .6 2.3.2 单片机红
2、外遥控控制 LED 系统码分制原理 .7 2.4 红外遥控发射系统电路设计 .8 2.4.1 指令按键电路 .8 2.4.2 发射电路 .9 2.4.3 显示模块 .9 2.5 红外遥控接收系统电路设计 11 2.5.1 接收电路 11 2.5.2 LED 灯显示电路 11 2.6 硬件原理图 12 第三章 软件系统设计 12 3.1 红外线发射电路程序流程图设计 .12 3.2 红外线接收电路程序流程图设计 .13 第四章 系统测试与分析 14 4.1 利用 Proteus 和 keil 进行仿真调试 14 4.2 仿真图 .15 第五章 总 结 .17 附录 1.18 附录 2.22 参考
3、文献 25 赣南师范学院 2013 2014 学年第_1_学期课程论文 行政班级： 电子科学与技术 1101 学号： 110803025 姓名： 李婷 课程论文题目： 基于单片机红外线遥控控制 LED 灯显示系统设 计与制作 第一章 设计要求 主要功能是实现利用单片机 AT89C51 结合红外线收发模块 实现控制指定的 LED 灯亮灭。 第二章 硬件系统设计 2.1 基于单片机红外线遥控控制 LED 灯显示系统框架图 1. 系统晶振采用 11.0592MHZ 2. 系统框架图如下： 图2-1 系统的设计总框图 红外线发 射模块按 键 单片机扫 描按键 单片机调 制频率 对信号进 行放大 通过红
4、外线发射二极管 发射信号 红外线接收 器 信号输入单 片机 调光控制 电路 2.2 单片机控制系统及其基本电路 2.2.1 单片机最小系统 单片机晶振电路：对于 MSC-51 一般的晶振频率可以在 1.2MHz12MHz 之间选择，这是电容 C 可以对应的选择 10pF30pF。当使用 89C55 时晶振频 率可以提高到 24MHZ。对于本设计的电容 C 用 30pF，晶振选用 11.0592MHz。 晶振电路如下图 3-1 所示，一条引脚接在 XTAL1，另一条接在 XTAL2。 单 片机的复位电路：为了防止程序执行过程中失步或运行紊乱，此处采用了上电 复位及 手动复位电路，电路图如下图 2
5、-1 所示： 图2-2-1 单片机最小系统图 2.2.2 时钟电路 单片机必须要有时钟信号才能正常工作，因为它是一种时序电路3。单片 机芯片的 18 脚（X2）、19 脚（X1）分别为片内反向放大器的输出端和输入端， 只要在 18 脚（X2）和 19 脚（X1）之间接上一个晶振（本控制系统采用频率为 12MHz），同时两个脚分别串联上一个 30PF 的电容即可构成单片机所需的 时时钟电路。钟电路如 2-2 所示。30pFC6712MHzYGNDXTAL 图 2-2-2 时钟电路模块图 2.2.3 复位电路 单片机芯片的第 9 脚 RST（Reset）是复位信号输入端。单片机系统在开 机时或在工
6、作过程中因某种干扰而使程序失去控制，或工作中程序处于某种死 循环状态等情况下都需要进行复位。AT 系列单片机的复位一般靠外部电路来实 现，信号高电有效，由 RST 引脚输入，当引脚保持高电平 2 个周期机器 才正常 复位4。复位目的是使单片机以及其他所有功能都图 2-3 所示。在本设计中为 简化了的模型，直接将 RST 脚拉低，只实现开机复位。恢复到一个原始状态， 并从这个状态开始执行其他的任务。AT89C52 单片机复位电路如下图 2-3： 10uFC3KRS2W-PBGNDVT 图 2-2-3 复位电路模块图 2.3 基于单片机红外遥控控制 LED 系统的设计原理 2.3.1 单片机红外遥
7、控控制 LED 显示系统原理 红外遥控是指令信号产生电路以不同的脉冲编码代表不同的指令。如图4。 当不同的指令键被按下时，指令信号产生电路将产生不同脉冲编码的指令信号， 也就是进行编码，然后经调制电路调制，变为编码脉冲调制信号，再由驱动电 路驱动红外发射器件发射红外光信号。 指 令 按 键 前 置 放 大 红 外 接 收 红 外 发 射 驱 动 电 路 调 制 电 路 解 调 电 路 指 令 编 码 记 忆 驱 动 执 行 环 节 指 令 编 码 被 控 对 象 图2-3-1 码分制红外遥控系统图 接收器接收下来的信号经过前置放大后，送入解调电路，对调制信号进行 解调，再经指令信号检出电路检出
8、指令信号。这里的指令信号检出电路是与发 射器中编码电路相对应的译码电路，通过它将指令信号译出。 2.3.2 单片机红外遥控控制 LED 系统码分制原理 红外线遥控系统中的指令产生及检出电路，在频分制中由多频振荡电路及 频率选择电路构成；在码分制系统中则由编码电路及译码电路构成，这是频分 制与码分制红外线遥控系统的分别。在码分制中，因为码分制系统编码脉冲频 率极低，为超低频，如果不用调制与解调电路，外界突然的光线变化可能会对 接收电路造成干扰，产生误动作，系统的抗干扰能力及可靠性就难以保证。所 以本系统将用码分制遥控。遥控器采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不 同的码，最小为2个脉冲，最大为1
9、7个脉冲。为了使接收可靠，第一位码宽为 3ms,其余为1ms,遥控数据帧间隔大于10ms,如图5 所示。 在遥控码的发射中，当某个操作键按下时，单片机先读出该键值，然后根 据键值设定的遥控脉冲个数，再调制成38KHz 的方波由红外线发射管发射出去。 P3.7 端口的输出调制波如图2-3-2.1 所示。 灯具 1 的遥控输入码 灯具 2 的遥控输入码 灯具 5 的遥控输入码 3ms 1ms 图2-3-2.1 调光命令码 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。在数据接收时，先对第一位（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
10、误码处理；否则认为是起始码，累 加器A 加1。当间隔位的高电平大于3ms 时，结束接收，然后根据累加器A中的 脉冲个数，执行相应的输出操作。图2-3-2.2为红外线接收器输出的一帧遥控码 波形图。 10ms 1ms 10ms 停止位 第一位 3ms 1ms 图2-3-2.2 一帧遥控码波形图 2.4 红外遥控发射系统电路设计 2.4.1 指令按键电路 本设计中通过单片机的 P2 口外接按键，对外部按键进行扫描，通过按键产 生外部中断，并把按键的指令发送只单片机内，经单片机对各个按键进行编码 后经信号指令发送至红外发射管，单片机与按键连接电路如下： 图 2-4-1 指令按键电路图 2.4.2 发
11、射电路 本设计中利用一体化红外收发二极管作为作为红外线的收发接口；红外线发 射电路中，单片机将已编码完成的指令通过 P3.7 连接红外线发射机二极管发射 出去，单片机与红外二极管接线图如下： 图 2-4-2 发射电路连接图 2.4.3 显示模块 发射电路设计中增加了一个数码管对发送的按键键码进行显示，进一步加 强发射电路的功能。单片机将已接收到的按键键码值，通过 IO 口 P00-P03 发送 到七段译码器 CD4511，再通过七段译码器 CD4511 对按键码进行解码，并显示 到一位 7 段数码管。 CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七 段码译码器，具
12、有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉电流；可直接驱动 LED 显示器。 CD4511 驱动数码管显示原理： CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中 a b c d 为 BCD 码输入，a 为最低位。 LT 为灯测试端，加高电平 时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8” ，各笔段都被点 亮，以检查显示器是否有故障。BI 为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐， 正常显示时， B1 端应加高电平。另外 CD4511 有拒绝伪码的特点，当输入数 据越过十进制数 9(1001)时，显示
13、字形也自行消隐。LE 是锁存控制端，高电平 时锁存，低电平时传输数据。ag 是 7 段输出，可驱动共阴 LED 数码管。另 外，CD4511 显示数“6”时，a 段消隐；显示数“9”时，d 段消隐，所以显示 6、9 这两个数时，字形不太美观 图 3 是 CD4511 和 CD4518 配合而成一位计 数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起 的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压 5V 时可使 用 300 的限流电阻。 图 2-4-3 CD4511 2.5
14、 红外遥控接收系统电路设计 2.5.1 接收电路 本设计中通过单片机的 P3.2 口外接一体化红外线收发二极管的红外线接收二极 管，并把红外线接收二极管接收到的指令信号送入单片机内进行解码等处理。 红外接收二极管与单片机接线图如下： 2.5.2 LED 灯显示电路 LED 灯通过与单片机 P1 口进行连接，单片机根据接收到不同的按键码，通 过控制 P1 口的电平，把相应的 LED 灯点亮或者熄灭，连接图如下： 图 2-5-2 LED 灯显示电路 2.6 硬件原理图 硬件原理图如图所示： 图 2-6 硬件原理图 第三章 软件系统设计 3.1 红外线发射电路程序流程图设计 说明： 当单片机上电的时
15、候程序开始执行，首先进行初始化工作，然后开启中断， 接着单片机对接有按键的引脚电平进行扫描，当发现有按键被按下的时候，将 该按键的按键码发送到单片机内部，按键码经单片机进行处理，并进行编码， 编码完成后将该编码经由单片机的 P3.7 发送到红外线发送二极管进行信号发射： 图 3-1 红外线发射电路流程图 3.2 红外线接收电路程序流程图设计 说明： 当单片机上电的时候程序开始执行，首先进行初始化工作，然后开启中断； 此时单片机对连接红外线接收二极管的 P3.2 端口进行扫描；当红外接收二 极管接收到信号的时候，经该信号进行解码还原，并点亮指令的 LED 灯： 图 3-2 红外线接收电路流程图
16、第四章 系统测试与分析 4.1 利用 Proteus 和 keil 进行仿真调试 应用系统设计完成之后，要进行硬件调试和软件调试。软件调试可以利用 开发及仿真系统进行。 1先排除硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。一般原则是先静 态后动态。 （1）利用万用表或逻辑测试仪器，检查电路中的各元件以及引脚是否连接 正确，是否有短路故障。 （2）先要将单片机 AT89C51 芯片取下，对电路板进行通电检查，通过观察 看是否有异常，然后用万用表测试各电源电压，若这些都没问题，则直接上仿 真机进行联机调试观察各接口线路是否异常。 2软件调试 软件调试是利用仿真工具 Proteus 和 keil 进行
17、在线仿真调试，不但可以发 现和解决程序错误外，而且可以发现硬件中存在的问题. 单片机 AT89C51 是系统的核心，利用万用表检测单片机电源 VCC 是否为 （40 脚）+5V、晶振是否正常工作（可用示波器测试，也可以用万用表检测， 两引脚电压一般为 1.82.3V 之间） 、复位引脚 RST（复位时为高电平，单片机 工作时为低电平） 、EA 是否为高电平，这样一来单片机就能工作了，再结合电 路图，检测故障就很容易了。 4.2 仿真图 4.2.1 按下第一个键 4.2.2 按下第二个键 4.2.3.按下第三个键 4.2.4 再次按下第二个键 第五章 总 结 通过这次课程设计，提升了我的自学能力
18、，通过不断的查阅资料，通过 与同学的交流，来解决其中遇到的困难，比如如何解决无线通信问题，如何解 决控制问题等。我在设计中改变了比较传统的固定式开关元件，利用单片机无 线遥控控制室内灯光取得了良好的效果，为人们提供了很大的方便，在社会生 活越来越现代化的同时，我认为灯具电器等家具实现智能化控制是一个很大的 趋势，同时也应总结经验，逐步完善室内灯光智能控制，例如可以增加室内灯 具的自动巡检与电脑联网功能，灯具故障即可自动发出报修信号，灯具的各种 使我们第一时间得知灯具的工作状况，还可以对灯具加入很多的场景模式等。 在设计中也体会到我的知识面还是很狭窄，作为电子系学生，在学好本专业的 基础前提下，
19、还要不断的学习其他领域的科学技术知识，拓宽自己的知识面， 才能胜任新设备、新技术的工作，更好发挥本专业的作用。 附录一 发射器程序 #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int # define _BV(bit) (10;a-) for(b=120;b0;b-); /*延时 0.9ms 子程序*/ void Delay0_9ms(void) uchar j,k; for(j=18;j0;j-) for(k=20;k0;k-) ; /*延时 1ms 子程序*/ void Delay1ms(void)
20、 uchar i,j; for(i=2;i0;i-) for(j=230;j0;j-) ; /*延时 4.5ms 子程序*/ void Delay4_5ms(void) uchar i,j; for(i=10;i0;i-) for(j=225;j0;j-) ; /* 延时子程序 */ /*中断 0 解码服务子程序*/ void int0(void) interrupt 0 using 2 EX0=0; P3_0=!P3_0; num=0; for(k=0;k4;k+) Delay0_9ms(); if (IRsignal=1) /如果 0.9ms 后 IRsignal=1，说明不是引导码 k=
21、4; break; /P0=0XFF; else if(k=2) /如果持续了 30.9ms=9ms 的低电平，说明是引导码 /P0=0; time=0; num=0; while(IRsignal=0); /if(IRsignal=0) / num+=1; / P1=num; / while(IRsignal=0); while(time100) time+; Delay0_9ms(); /跳过持续 1ms 的高电平 Delay0_9ms(); /跳过持续 1ms 的高电平 if(IRsignal=0) P0=num; num+=1; /P1=num; while(IRsignal=0);
22、if(num=1) led1=!led1; if(num=2) led2=!led2; if(num=3) led3=!led3; if(num=4) led4=!led4; if(num=5) led5=!led5; if(num=6) led6=!led6; if(num=7) led7=!led7; if(num=8) led8=!led8; break; / delay(2); EX0=1; void init()/ 定时器初始化 TMOD=0x11; EA=1; IT0=1; /INT0 为负边沿触发, (1 ：负边沿触发，0：低电平触发) EX0=1; /外部中断 INT0 开,
23、(1：开， 0：关 ) CodeTemp=0; /初始化红外编码字节缓存变量 main() init(); while(1) 参考文献 1 彭志刚. 利用单片机改进交通灯控制系统 2003 年 2 郭循钊. 基于单片机的多功能交通灯控制系统设计与仿真实现 2010 年 3 徐金.基于 AT89S52 单片机的 SD 卡读写器设计 2008 年 4 刘昆山. 用单片机控制一个 LED 2010 年 5 罗明坡. 大学生论文联合比对库 2012 年 6 杨美荣. 浅析 51 单片机最小系统的设计与制作 2011 年 7 浦明乐. 基于 AT89S52 单片机的水温控制器设计 2008 年 教师评语： 教师签字： 年 月 日
