1、青岛大学本科生毕业论文（设计本科毕业论文(设计)题 目：基于 STC51 单片机的红外遥控风扇系统设计The design of infrared remote control fans system based2on STC51 micro-controller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郑重承诺：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及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，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 及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
2、，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。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内容。作者签名： 日 期： 青岛大学本科生毕业论文（设计）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含
3、任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日4注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封
4、面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300 字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应
5、符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订青岛大学本科生毕业论文（设计）摘 要本文主要介绍了基于 STC51 系列单片机的红外遥控风扇系统设计，该设计制作的风扇可以进行远红外控制，即由遥控器来控制直流电机的启动、停止和调速，进而来控制扇叶。本设计主要由红外发射模块、红外接收模块、红外解码模块和电机驱动模块组成。在本设计中，通
6、过控制 PWM 的周期和占空比来对电极进行调速，但是由于 STC89C51 单片机没有专门的 PWM 产生模块，所以利用单片机的定时器来产生 PWM，进而控制直流电机。系统设计是以宏晶公司的 8 位 51 单片机为控制核心，进行红外信号的解码以及 PWM 的输出。关键词 STC51 系列单片机 红外通信 电机驱动AbstractThis paper describes that the design of infrared remote control fans system based on STC89C51 micro-controller.The fan of designing can
7、 be controlled far-infrared, which is controlled by a telecontroller to control DC motor start, stop and speed, and thus to control the fan.The devise consists of an infrared transmitter module, infrared receiver module, infrared decoding module and motor drive modules, respectively, by TC9012 chip,
8、 HS0038 chip, STC89C51 microcontroller and dual H-bridge motor driver chip L298N components.In this decise,control the motor speed by controlling the PWM of cycle and duty cycle,so the use of single-chip timer to generate PWM, then control the DC motor.System design is based on the companys eight ma
9、cro crystal 51 microcontroller core, decodes and PWM output infrared signals.Keywords STC51MCU infrared communication motor drive6目 录前 言 1第一章 绪论 31.1 风扇智能化研究的可行性 31.2 风扇智能化研究的背景 31.3 风扇智能化研究的现状 41.4 风扇智能化研究的意义 51.5 智能风扇的功能描述 5第二章 主要器件介绍 62.1 单片机概述 62.1.1 对于单片机的基本认识 62.1.2 对于 STC 单片机的认识 62.2.3 51 单片机
10、的引脚图 .82.2.4 单片机最小系统 102.3 红外发射芯片 TC901.112.3.1 TC9012 的引脚 .112.3.2 TC9012 的编码 .122.3.3 TC9012 的工作模式 .132.3.3 TC9012 布图的注意事项 .132.4 红外接收头 HS0038.132.5 双 H 桥电动机驱动芯片 L298N.152.6 直流电动机 162.6.1 对于直流电动机的基本认识 162.6.2 直流电动机的基本工作原理 172.6.3 直流电动机的驱动 18第三章 本设计所应用的原理分析 193.1 红外通信技术介绍 193.2 单片机的定时器中断 193.2.1 中断
11、的基本概念 193.2.2 中断允许寄存器 IE.203.2.2 定时器/计数器工作方式寄存器 TMOD.213.2.3 定时器/计数器控制寄存器 TCON.223.3 脉冲宽度调制 23第四章 硬件设计 254.1 总体方案设计及框图 254.2 发射电路设计 264.3 接收电路设计 26第五章 软件设计 29第 6 章 系统测试 326.1 测试工具 .326.2 各功能模块的测试 .326.3 模块软件测试及系统测试 .326.4 完整程序功能测试说明 33结束语 34青岛大学本科生毕业论文（设计）谢 辞 35参考文献 37附 录 388青岛大学本科生毕业论文（设计）1前 言自“改革开
12、放”的政策实行以来，已历三十余载，煌煌华夏陡然之间发生了翻天覆地的变化。我国的经济水平得到很大提高，已经成为全球第二大经济体，“中国制造”也已经走向了世界。与此同时，和居民的生活水平也得到了明显的提高，在解决了温饱，这个最基本的问题之后，开始追求更高一级的生活水准。我国人民，正以前所未有的自信面貌，走在科学发展的康庄大道上。家电是居民生活的必需品，是不可或缺的生活用具，是消费品之中的“刚性需求”。居民对于冰箱、洗衣机、空调、电扇、电视机等家电的需求，虽然已经不像上个世纪那样呈现出一种“病态的需求”（即像当今的人们对于手机、电脑的需求一样），但是这类家电已不知不觉的融入人们的生活，成为人们生活不
13、可或缺的一部分。但是，在科技迅速发展的今天，人类将先进的科学技术应用于家电领域已经游刃有余。众多家电生产企业以居民的消费需求为市场化导向，进行新产品的研制与生产，而所带来的含有科技创新成分的诸多产品则又影响了更多居民消费的提高。这种产品与科技的良性互动，由消费者推动，由生产商操刀，收益的却是整个人类，由此带来的发展趋势，就是“智能家居”。“智能家居”，极有可能是人类未来生活的一种主要方式。是以住宅为中心，利用网络通信、红外技术等科技手段，将与家居有关的各种生活器具连接成统一的整体，还兼备系统管理等智能化的家居环境，能够提升家居生活的系统性、协调性和便利性，不但能提供传统的居住功能。“智能家居”
14、主要包括：智能门控系统，智能家电系统以及综合管理系统。总之，对未来的家居生活最合理的比喻就是“电脑”，将家居变成一台电脑，家居最核心的处理系统自然就是其 CPU，而家居里的各个延伸功能即是这台电脑中的各种器件所带来的功能，家居的设计者是“程序员”，家居的主人则是最终的受益者。就目前的科技水平来讲，完全实现上面所描述的“智能家居”还需要很长的路要走。即使是现在能够实现，也只是在比尔盖茨那样的科技型的富豪那里。即当前的实现不仅需要尖端的技术，而且需要雄厚的资金支持，难以大众化。科技类型产品的普及不仅带来的技术层面的更新，而且是低成本、市场化的运作，瓦特并不是发明了蒸汽机，只是将其改良，将其变得实用
15、，能市场化，而被称为“蒸汽机之父”，但是那个发明者却没有在历史长河中留下自己的痕迹，由此可见单纯将某类产品问世是第一步，更重要的是将其市场化，能市场化的关键因素就是成本和消费者需求。所以，“智能家居”接下来的发展方向是将科技含量注入到其成本的降低当中去，只有这样，才有可能实现其市场化。2本文所研究的就是“智能家居”的一部分，家电智能化的应用，即将电扇在现有科技水平的前提以及控制成本的条件下将其智能化。风扇是一种比较传统的驱热工具，虽然在很多家庭中已逐渐被空调所取代，但在广大的农村家庭还是有很大的市场，同时，将风扇智能化比将空调智能化所消耗的成本更小，更值得去尝试。风扇的主要工作原理是利用发电机
16、的旋转来带动扇叶旋转从而产生风力。而调节风力的大小主要通过对电动机进行变档调速，大部分是有极调速，有的已经是无极调速。但无论是哪种工作方式，都需要手动接触调节调速开关进行调速。而我进行的风扇的智能化尝试，是利用红外技术通过遥控器对风扇进行启动和调速控制，而不需要实际接触。我设想通过 STC51 单片机，对电动机的调速实行外延控制下有极调速，将其智能化。青岛大学本科生毕业论文（设计）3第 1 章 绪论1.1 风扇智能化研究的可行性科技水平高度发达的今天，人们对于生活的需求越来越向智能化发展，越来越依赖手机、电脑等智能产品，而单片机的应用范围也越来越广阔。随着科技的进一步发展，人们生活的逐渐提高，
17、人类对信息化、智能化的要求越来越高，而一种产品的开发与利用不仅有较高的科技含量的支撑，还应该能节省开支，降低成本，较容易的实现市场化。而单片机的应用为这些要求的满足提供了可能，单片机的研发方便、扩展应用方便以及成本低廉的特点为家电产品的智能化提供了可行的平台。单片机的应用不仅可以为人类带来家居的智能化，而且能为其外延产品智能化的应用提供了其市场化的可能。其在智能方面的应用，实用性强，构造简便，产品低廉，是人类更能也更容易的接受“智能家居”，体验未来的科技生活。它更将使人类懂得数字时代的发展意义及前景，及认为在未来的数字时代的价值和位置。因此，我们完全可以利用单片机作为核心处理器进行信号的接收、
18、处理和传送，利用红外装置发出信号，即人类的要求，利用单片机进行处理并发出命令，再通过其他器件来控制和驱动电机，来启停和调节电机的转速，从而达到将风扇智能化的目的。本设计将以 STC51 单片机为处理核心，以红外进行控制，最后通过调控电机进行控制的输出。1.2 风扇智能化研究的背景风扇智能化的研究是在当前“智能家居”的背景下进行的。随着我国经济的发展和科技水平的提高，温饱问题早已解决，而简单的文化需求也难以满足科技高速发展背景下人类对于文化的真正追求。人类需要在科技高速发展的今天寻找自己的位置，更需要将发展的科技真正融入自己的生活之中。将科技融入生活，是科技发展的真谛，是其发展的最终目的，也最终
19、促进科技的发展。生活的需求催动了科技的发展，而科技的发展也必将提高科技的追求。无论是科技还是生活，其在未来的道路上将结伴前行，殊途同归。而目前两者最科学的、最主要的也是最有可能的结合方式就是“智能家居”。“智能家居”是一个统一的、系统的整体，将人类的一切家居生活智能化、系统化、协调化。在人类的生活节奏越来越快的今天，“智能家居”的应用是4一个机遇，一个能将人来快的生活节奏慢下来的机遇。人类将家居智能化，能减少人类对于一般家居用品的操作时间，能够非常迅速的将家居里的器具启动或者使用亦或是关闭，在今天这个“惜时如金”的社会，如此以来必将能节约很多时间，提高生活的质量和效率，在现代社会，赢得时间即赢
20、得一切，这是将自己生命延长最有效也是最直接的方式。而“智能家居”的概念虽然提出比较早，也在当前得到一定范围的应用，但是在现代的应用十分受限，应用受限的原因不在于其里面所含的科技含量的问题，其中所含的科技含量不但不低，而且还有点过高。真正限制其大规模应用的是当前较高的科技含量所带来的高成本。难以使其大范围的应用，首先是技术所限，无法降低科技产品中对于成本的要求，其次就是市场需求。因为科学技术的应用不成熟，难以满足市场的需求。因此，“智能家居”下一步的研究方向是在保证智能化的基础上，将科学技术的研发加入成本控制的考虑。即以市场化为导向，将智能化的产品真正的推向市场。所以“智能家居”的应用受限于科技
21、和成本，需要一步一步的实现，家电的智能化的实现是其中的一个方面，也是实现“智能家居”的一个步骤。所以“智能家居”的实现可以先从智能家电开始。将风扇智能化即是家电智能化的一个重要方面。将风扇的的启停和调控实现红外控制，从而实现其简单的智能化。同时，通过简单易得的装置来控制其成本，交易向市场推广。1.3 风扇智能化研究的现状当前家电的智能化取得了一定的发展，但是还有很多不足。与此同时，风扇智能化的研究也有很大的进步，但是其中也存在很多不尽人意的地方。比如，有人设计的带有温控系统的智能风扇，加入温度传感器来感知外界温度并将外界的温度传入单片机进行处理，通过单片机再来调控电机的转速。即通过温度传感器感
22、知外界温度，发出信号调整转速，以此形成一个闭环调控系统。这样的电路设计虽然也叫简单易行，但是由于室内温度的变化比较缓慢，而且变化幅度比较小，因此若能完成整套设计地构想，需要比较灵敏的即精十分高的温度传感系统，这样的造价就十分高了，也不容易进行推广。对于整个系统设计的实现，还有一个值得注意的问题，就是风扇的运转实际会带来整个环境温度的升高，而不是降低。因为电流通过线圈时，由于线圈中有电阻，即不可避免的产生了热量，产生热量之后就会向周围环境散发，致使环境温度升高。而之所以人会感到凉爽，是因为电商带动的空气流动造成人体皮肤表层的汗液挥发，从而吸收热量。因此，通过感应外界的温度来控制风扇的快慢的想法是
23、不行的，本设计也没有采用这种设计。青岛大学本科生毕业论文（设计）51.4 风扇智能化研究的意义关于风扇智能化的研究有很重要的意义。首先，对风扇智能化的研究是在家电智能化的基础上，即在“智能家居”的基础上。因为无论是智能机电还是智能家居，都难以进行大规模推广的市场化。因此为了突破这一问题，需要一步一步逐渐推进，而智能风扇的研究则是其中一个比较容易进行的项目。本设计所设计进行的智能风扇，应用原理简便。就是应用红外信号进行控制，利用红外信号的发射装置发出红外信号，通过接收装置进行接收并加以处理，然后再输出进行电机调速。这些装置简便易得，价格低廉，有一定的市场前景。最关键的是，这是“智能家居”的以此有
24、效尝试，将“智能家居”由概念变为实际的应用，并且能够进行市场化的推广。1.5 智能风扇的功能描述本设计的功能实现是通过红外通信方式来控制风扇的转速。将遥控器上的K1 键的设计实现功能设为一级转速，按下该按键后则调节风扇的转速变为最低档也就是一级转速，设定遥控器上的 K2 键设计实现功能设为二级转速，以此类推，风扇总共设计了五级转速，级数越大风速越大。设定遥控器的 K6 按下则风扇停止转动。风扇开机则默认为一级转速，按下遥控器的 K6 键风扇停止后，按其他风速调整键则可再次启动风扇。在这里，每一次不同的按键按下，红外遥控器将发出一组不同的红外信号，红外接收端接收信号并解码判断哪一个键按下，由单片
25、机处理后进而由控制器执行相应的电动机的控制操作。因此，本产品的设计思路就是通过红外信号发射器发出红外信号，由接收器接收后交由单片机进行处理并分析，得出用户所发出的指令，进行解码，并将指令通过控制器来发应到电机那里，从而完成通过红外进行调速的一整套过程。6第 2 章 主要器件介绍2.1 单片机概述2.1.1 对于单片机的基本认识单片机是在设备上集成了 CPU 及各种 I/O 接口的芯片，这样一来，这块设备上就具有了计算机的属性，符合“计算机之父”冯诺依曼对于计算机的定义。通俗点讲，单片机就是一块集成芯片，但是这块集成芯片因为有了计算机的构造而就有了一些特殊的功能，而它的这些功能的实现要靠我们使用
26、者自己来编程完成。编程时我们可以选择 C 语言进行编程，都可以使用汇编语言进行编程，即单片机即支持 C 语言也支持汇编语言的编程。2.1.2 对于 STC 单片机的认识本实验所使用的单片机是 STC89C51 单片机，如下图：图 2.1 两者封装形式的 STC89C51 单片机其标识解释如下：STC前缀，表示芯片为 STC 公司生产的产品；8表示该芯片为 8051 内核芯片；9表示内含 FlashEPROM 存储器；青岛大学本科生毕业论文（设计）7C表示该器件为 CMOS 产品；5固定不变1表示该芯片内部的程序存储空间的大小，而此单片机所采用的 1 即表示内部存储空间为 4KB。在图 2.2
27、中展现的是两种封装类型，左面的是 DIP（Dual In-Line Package）,即双列直插型封装，而右面的则是 PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）,即带引线的塑料芯片封装。DIP 封装较常见，应用于绝大多数的中小规模的集成电路，本设计所使用的芯片即采用这种封装形式。采用 DIP 封装的CPU 芯片有两排引脚，其引脚一般不超过 100 个，需要插入具有 DIP 结构的芯片插座上。如图 2.3 所示。而 PLCC 型封装则作为表面贴型封装之一，具有外形尺寸小、可靠性高的优点。如图 2.4 所示。图 2.2 DIP 封装图 2.3 PLCC 封装82.2.3 5
28、1 单片机的引脚图无论是哪一种单片机，其外延的的功能都是通过引脚实现的，而不同的引脚发挥着不同的的功能，需认识不同引脚的的不同功能，再通过这些引脚连接其他的芯片。51 单片机的引脚如图 2.5 所示。图 2.4 51 单片机的引脚图下面，对图 2.4 的引脚进行简单的介绍：Vcc（40 脚）、GND（20 脚）单片机上的连接外接电源的引脚，外接电压的可以是+5V 或+3.3V，根据具体需求而定，一般选用+5V；青岛大学本科生毕业论文（设计）9XTAL1（19 脚）、XTAL2（18 脚)外接时钟引脚。XTAL1 引脚为单片机片内部所使用的振荡电路的一端输入端，而 XTAL2 引脚则为单片机片内
29、部所使用的振荡电路的一端输出端，8051 的振荡时钟工作的工作方式有两种比较常见的类型：片内时钟振荡和外部时钟，本设计实验采用的工作方式为前者；RST（9 脚）单片机上的作为复位功能使用的复位引脚，其复位功能就是将单片机内的程序初始化；（29 脚）该引脚的名称是单片机所应用的程序存储器的允许输PSEN出控制端，当单片机正在读外延程序存储器时， 引脚低电平有效；PSEN（30 脚）当该位连接的是高电平时，允许地址锁存信号，ROGAL/当访问外部存储器时，ALE 信号负跳变则将 P0 口上低 8 位地址信号送入锁存器，当 ALE 为低电平时动作基本与高电平时一致， 为编程脉冲的输入端，写PROG好
30、的程序只有通过编程输入端才能写入单片机内部存储器（即 ROM）中；（31 脚） 接高电平时，单片机读取内部程序存储器，当VpEA/EA为低电平时，单片机直接读取外部（ROM）;I/O 口引脚P0 口（32 脚-39 脚）、P1 口（1 脚-8 脚）、P2 口（21 脚-28 脚）和 P3 口（10 脚-17 脚），其中，P3 口除了作为输入/输出口之外，还可以作为第二功能使用，功能如下表 2.1 所示。表 2.1 P3 口引脚的第二功能定义标号 引脚 第二功能 说明P3.0 10 RXD串行输入口P3.1 11 T串行输出口P3.2 12 0IN外部中断 0P3.3 13 1外部中断 1P3.
31、4 14 T定时器/计数器 0 外部输入端P3.5 15 定时器/计数器 1 外部输入端P3.6 16 WR外部数据存储器写脉冲P3.7 17 D外部数据存储器读脉冲102.2.4 单片机最小系统单片机最小系统是指单片机工作所需要的不可或缺的基本元器件和连接电路，所以单片机最小系统是最基本的单片机电路连接，主要包括三个部分，分别为：1.电源电路单片机的外接电源的方法是将 40 脚接电源 VCC（也就是+5 伏），20 引脚接地（GND），如图 2.5 所示；2 晶振电路51 系列单片机已经在单片机的内部装了振荡电路，只要在 18 脚、19 脚连接上晶振电路即可，晶振频率可以选取 11.0592
32、MHz，这个频率可以准确的得到 9600 波特率和 19200 波特率，用于串口通信。另一个晶振频率为 12MHz，它可以产生比较精确的微秒级延时，方便定时操作，本设计就是采用的 12KHz 的晶振，如图 2.5 所示。3 复位电路51 系列单片机的复位引脚是 9 脚，当此引脚连接高电平超过两个机器周期时，即可产生复位动作。为了保证使单片机所正在进行的应用程序系统准确地功能进行复位，因此在设计本设计实验所使用的复位电路进行复位时，通常的做法是使 RST 引脚始终保持在的高电平的时间要 10ms 以上。复位电路有上电复位和手动复位两种，本例采用上电复位的形式。电路如图 2.5 所示。图 2.5
33、单片机最小系统GNDP045678RST/VxpIWXALEOCMKFu青岛大学本科生毕业论文（设计）112.3 红外发射芯片 TC901红外发射芯片 TC9012 是一款专门用于日本东芝公司所生产的红外遥控系统的专用红外发射集成电路。该款芯片在使用中可外以对外进行连接 32 个按键，可以提供 8 种可供用户选择的用户编码，与此同时，其按键还可以具备双重按键的功能。红外发射芯片 TC9012 的所应用的各个引脚的功能设置和所应用的外围应用线路都进行比较高度的优化，其目的是为了配合 PCB 的电气布线和价格成本低廉的要求。2.3.1 TC9012 的引脚TC9012 的引脚图如图 2.6 所示，
34、其引脚功能定义见表 2.2。图 2.6 TC9012 的引脚图表 2.2 TC9012 引脚功能引脚号 名称 类型 描述1-4 KI0-KI3 IN 4 位输入引脚，用于键盘扫描输入（平时为低电平，内置下拉电阻）5 REM OUT 带载波的遥控信号输出6 VDD 电源正端（2-4.0V），3V（典型）7 NC 空引脚8 OSC0 OUT 晶振输出9 OSC1 IN 晶振输入1210 VSS 电源负端（接地）11 LMP OUT 指示灯输出12-19 KO0-KO7 OUT 8 位输出引脚，用于键盘扫描输出20 SEL IN 用户编码选择跳线（平时为高电平，内置下拉电阻）2.3.2 TC9012
35、 的编码在本设计实验所使用的 TC9012 芯片的一帧传输数据中，总共是含有了 32位码（两次 8 位用户码、8 位数据码及其反码），发射码的格式如图 2.7 所示。图 2.7 TC9012 的发射码格式TC9012 共有 8 位用户码，其中 S0、S1 和 S2 由 SEL 与 KO0-KO7 的连接来确定，S3 固定为“1”，S4、S5、S6 和 S7 固定为“0”。用户码一共有 8 种，利用 SEL 引脚与 KO0-KO7 中的任意引脚相连接来进行选择。TC9012 的用户码设置见表 2.3。表 2.3 TC9012 的用户码设置与 SEL 相连 用户码（S2 S1 S0） 与 SEL
36、相连 用户码（S2 S1 S0）KO0 000 KO4 100KO1 001 KO5 101KO2 010 KO6 110KO3 011 KO7 111红外发射芯片 TC9012 最主要的功能设置是设置了 4 个通过按键进行的功能输入端 KI0-KI3 和 8 个通过按键进行的功能输出端 KO0-KO7，从而形成了一个矩阵键盘，而这个矩阵键盘将共有 48=32 个功能按键，由于是在同一系统下，所以这 32 个功能按键均按照同一方式进行编码，以实现特定的功能。其使用方法是：若将 32 组按键中其中一个按键按下且保持按下的状态，那么所产生S0S1S2S3S4S5S6S7S0S1S2S3S4S5S6
37、S7D0D1D2D3D4D5D6D7 0 1 2 3 4D5 6 7 8引导码 用户码 用户码 数据码 数据码的反码青岛大学本科生毕业论文（设计）13的效果就是将一帧码发完之后然后会不断的发射固定的重复码，而如果此时松开该枚按键，那么所产生的效果就是系统在该帧码发完后会成功进入使用的低功耗模式。用户码以及键数据码的发送顺序所应用的规律均是低位在前，高位在后。2.3.3 TC9012 的工作模式红外发射芯片 TC9012 有两种比较常用的工作模式，这两种模式分别是正常工作模式和低功耗模式。在实际实验操作中，如果没有任何按键被按下，那么实验中的振荡器所处的状态是停振的，这样的效果是可以明显的降低功
38、耗。在本电路中设计了消抖功能，如果在扫描过程中检测到按键按下的的时间小于 32毫秒，则被认为是按键的抖动，而不是正常的按键，所以没有任何码发出，随之产生的效果是振荡器会停振。红外发射芯片 TC9012 所使用 455KHz 的晶振，与此同时，芯片采用的是可以进行脉宽调制的串行码，定义产生的脉宽幅度为0.565 毫秒、而两个脉宽之间的间隔为 0.56 毫秒、总共的脉宽周期为 1.125 毫秒的组合表示二进制的“0”；定义产生的脉宽幅度为 0.565 毫秒、而两个脉宽之间的间隔为 1.685 毫秒、总共的脉宽周期为 2.25 毫秒的组合表示二进制的“1”。2.4 红外接收头 HS0038一体化的红
39、外射线接收头 HS0038 可以接收遥控信号、放大遥控信号、检波遥控信号和整形遥控信号，而且在与单片机相配合情况下可以输出能够让单片机识别的信号TTL 信号，这样做的效果就是明显简化了本设计实验中所使用接收电路的复杂程度以及整个实验电路的设计工作。红外一体化接收头HS0038 的外观如图 2.8 所示。图 2.8 红外一体化接收头 HS003814如上图所示，一体化红外接受头芯片 HS0038 是黑色外壳，使用环氧树脂材料进行封装，这种封装形式能够使芯片不受荧光、灯日光等光源的干扰。在本设计实验中，将会采用用小功率发射管进行信号的发射，由此所决定的接收距离大概为 35 米。HS0038 为直立
40、侧面收光型。一体化红外信号接收芯片 HS0038所能构接收的红外信号频率为 38kHz，由此得出其需要的周期为 26 微妙。如上图所示，一体化红外信号接收芯片 HS0038 共有三个引脚，分别是接地（GND）、+5V 电源（Vs）、解调信号输出端（OUT）。在进行本设计实验时，当在遥控器上没有任何按键按下时，对应的红外发射二极管将不会发出红外信号，此时，遥控信号接收头所输出的信号即为输出信号 1。而当在遥控器上有按键按下时，输出信号 0 和输出信号 1 编码中的高电平经遥控信号接收头导向后所输出的信号将会是输出信号 0。由于红外遥控信号接收头的输出端与所相连接单片机的中断引脚相关联，即相应的引
41、脚的电平为低电平时将会触发单片机产生中断。而单片机在产生中断时产生的效果是将会使用定时器 0 开始计时，并且同时通过特定的软件可以判断出当前的电平情况和周期和周期的情况，由此获得的结果是可以得知接收到的数据是引导码还是 0 或者 1。如果接收到的情况是接收到了在一个完整的传输周期内呈现高电平状态时间为 4.5 毫秒，与此同时，在一个完整周期里维持低电平状态的时间也为 4.5 毫秒，那么藉此所获得的结论就是认为接收到的就是导引码，而如果此时的所获得的计时值是等于 1.12 毫秒，那么所获得的结论就是认为接收到的是编码 0，而如果此时所获得的计时值等于 2.25 毫秒，那么所获得的结论就是认为接收
42、到的是编码 1。解码方法如下： 进行单片机初始化外部中断 0，首先就是把定时器 0 设定为 16 位计数器，而初始值则设定为 0。青岛大学本科生毕业论文（设计）15 程序第一次进入遥控中断后，中断开始计时。 通过软件判断在第一个周期内高电平以及低电平的时间幅度，如果所获得的计时值与事先预设的前导码的时间幅度相符，那么直接进入第（4）步，而如果获得的计时值与事先预设的不符，则就将会进入第（6）步。 继续接收前导码之后的地址码两次（16 位）数据码（8 位）、数据反码（8 位）。 而当接收完总共的 32 位数据码时，说明在此时接收完毕了一帧数据。此时可停止定时器的计时，并判断本次接收的是否有效。如
43、果两次地址码相同且等于本系统的地址，数据码与数据反码之和等于 0xFFH，则接收的本帧数码有效。否则丢弃本次接收到的数据。 接收完毕，初始化本次接收的数据，准备下一次遥控接收。2.5 双 H 桥电动机驱动芯片 L298NL298N 芯片是由 ST 宏盛公司生产的一种电动机驱动芯片，该芯片可以驱动高电压、大电流状态下的电动机，其实物如图 2.9。图 2.9 L298N 芯片实物图如图 2.9 所示，双 H 桥电机驱动芯片共有 15 个引脚，其特点主要是：工作电压高、输出电流大、额定功率高。在驱动芯片内总共设置了两个 H 桥的大电流高电压形式的全桥式驱动器，该芯片的功能是既可以用来驱动直流电动机也
44、可以用来驱动步进电机以及继电器线圈等感性负载。而在使用 L298N 芯片驱动电动机，该芯片可以驱动一台两相步进电动机或四相步进电动机，也可以驱动两台直流电动机。L298 采用 15 引脚的 MULTIWATT15（垂直型）封装，其引脚图如图 2.10 所示，各引脚定义见表 2.4。图 2.10 L298N 的引脚图16表 2.4 L298N 引脚说明引脚号 符号 引脚说明 引脚号 符号 引脚说明1 ISEN A 电流反馈 A 9 VSS 逻辑电源电压2 OUT 1 输出引脚 1 10 IN 3 输入引脚 33 OUT 2 输出引脚 2 11 EN B 使能引脚 B4 VS 电源电压 12 IN
45、 4 输入引脚 45 IN 1 输入引脚 1 13 OUT 3 输出引脚 36 EN A 使能引脚 A 14 OUT 4 输出引脚 47 IN 2 输入引脚 2 15 ISEN B 电流反馈 B8 GND 接地引脚VSS 所提供的电压最小为 4.5 伏，最大可达 36 伏；VS 最大电压值也是 36伏。但是经过一系列的实验比较，VS 电压应该比 VSS 电压高，否则有时会出现失控现象。SENSE A、SENSE B 为电流反馈引脚，用于电动机的保护，串联0.5/2W 采样电阻接地。当 L298N 控制电动机停止时，电动机由于惯性的作用并不能马上停下来，还会继续转动。这是电动机就相当于“发电机”
46、，产生较高的反向电压，若没有渠道将它释放出来，它就自己找渠道反向放给驱动器芯片，于是 L298N 就会瞬间烧坏。这样就需要增加续流二极管，接在 L298N 的输出端与电源（地）之间，用来释放反向电压。本实验的二极管选用快速反应二极管 1N5822。2.6 直流电动机2.6.1 对于直流电动机的基本认识电动机简称电机，是使机械能与电能相互转换的机械，直流电动机把直流电能变成机械能，其实物图见图 2.11.青岛大学本科生毕业论文（设计）17图 2.11 直流电动机直流电机的主要功能是作为执行机电功能的动力元器件，其内部会存在一个闭合的主磁路。线圈产生的主磁通将会在主磁路中流动，同时会与电动机内部的
47、两个主要电路相交联，其中的一个电路是通过电磁定律来产生磁通的，称为励磁绕组，而另一个电路是对外提供动力的，称为电枢回路。电动机必然会包括定子和转子，在直流电机中，励磁回路作为定子，电枢回路作为转子。2.6.2 直流电动机的基本工作原理下图 2.16 是直流动机的工作原理图。在电刷 A 和电刷 B 外接直流电源的情况下，两个电刷及其与之相连的线圈内会产生电流。如果电刷 A 是连接的外接电源的正极，而电刷 B 则连接的外接电源的负电位时，那么由此所形成的效果将会是此时与 N 极磁铁相近的导体内的电流方向是由 a 指向 b，而在在 S 极范围内导体内的电流流向是由 c 指向 d。这样产生的效果是通电
48、线圈会在磁场中受到电磁力的作用，由于上下两个导体所在磁场范围不同，所以两者所受的会相反。又由于 N 极和 S 极所产生的磁场相同的，上下两个导体又流经的相同的电流，所以 a 这两条边所受电磁力的将会是大小相等，方向相反。那么整个线圈就会受力转动。当线圈继续转动直到转到磁极的中性面上时，从图中可以看出，换向器将会与电刷脱离，那么线圈将不再与外接电源相连，所以此时线圈中并未有电流流过，电流为零的情况下即不会在产生电磁力。电磁力为零，也即磁场中的线圈不再受力的作用，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈继续转动直到恰好转过半周的位置上时，这个时候线圈一边 ab 边和线圈一边cd 边的位置发生了调换，
49、也即线圈的一条边 ab 转到了磁极 S 范围内，而线圈的另一条边 cd 边转到了磁极 N 的范围内,与此同时，此前与电刷相连接的换向器也发生了调换，所产生的后果就是线圈内流经电流的方向也发生了变化，cd边中的电流是 d 流向 c，而 ab 边中的电流则是从 b 流向 a。所以，整个线圈所18受的电磁力的方向依然不变，仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在 N极和 S 极的范围内的导体中的电流总是不变的，因此在其范围内的线圈的受力方向也不发生变化，这样线圈就可以按照受力方向不停的旋转，通过齿轮获皮带等机构的转动，便可以带动其他机械的工作。图 2.16 直流电动机的原理图从以上的分析可以看出，要使线圈按照一定方向的旋转，关键问题是导体从一个磁极转到另外一个磁极时，导体中的电流方向也要同时改变煤，而上图所显示的换向器和电刷就是完成这一任务的装置。在直流电机中，换向器和电刷把输入的直流电变成线圈中的交流电，从而带动外部装置一个方向的转动。这就是直流电动机的基本原理。2.6.3 直流电动机的驱动在本设计实验中，用单片机进行控制驱动直流电动机时，不能直接相连，需要增加驱动电路来进行电机的驱动，这样将会给直流
