1、学生毕业设计（论文）报告系 别 ： 专 业 ： 班 号 ： 学 生 姓 名 ： 学 生 学 号 ： 设 计 （ 论 文 ） 题 目 ： 基 于 单 片 机 设 计 的 红 外 线 遥 控器 指 导 教 师 ： 设 计 地 点 ： 起 迄 日 期 ： 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文毕业设计（论文）任务书专业 电子信息工程 班级 电子 085 姓名 傅浩 一、课题名称： 基 于 单 片 机 设 计 的 红 外 线 遥 控 器 二、主要技术指标：1.遥控距离：010m 2.额定工作电压：直流 3V（普通 5 号干电池 2 节） ；红外光平均辐照度40W/cm2；指向性(辐照度为
2、 20W/cm2)30 度 3.欠压条件下（直流 2.4v）：红外光平均辐照度20W/cm2，指向性（辐照度为10W/cm2）30 度 三、工作内容和要求：1.以 AT89C2051 单片机作为核心，综合应用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识，应用红外光的优点 2.遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别不同的操作 3.遥控接收器通过对红外光接收频率的识别，判断出控制操作，来完成整个红外遥控发射、接收过程 四、主要参考文献：1 梅丽凤，王艳秋，张军等. 单片机原理及接口技术，北京：清华大学出版社，2004 年. 2 戴峻峰，付丽辉. 多功能红外线遥控器的设计，传感器世界.2002,8(1
3、2):1618 3 李光飞，楼然苗，胡佳文等. 单片机课程设计实例指导，北京：北京航空航天出版社， 2004 年 4 苏长赞. 红外线与超声波遥控，北京：人民邮电出版社.1995 年. 学 生（签名） 2010 年 5 月 7 日指 导 教师（签名） 2010 年 5 月 10 日教研室主任（签名） 2010 年 5 月 10 日系 主 任（签名） 2010 年 5 月 12 日常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目基 于 单 片 机 设 计 的 红 外 线 遥 控 器一、选题的背景和意义：随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提
4、高，各种方便于生活的遥控系统开始进入了人们的生活。传统的遥控器采用专用的遥控编码及解码集成电路，这种方法虽然制作简单、容易，但由于功能键数及功能受到特定的限制，只实用于某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。而采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样、操作码个数可随便设定等优点。二、课题研究的主要内容： 本设计主要应用了 AT89C2051 单片机作为核心，综合应用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识，应用红外光的优点。遥控操作的不同，遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别不同的操作。遥控接收器通过对红外光接收频率的识别，判断出控制操作，来完成整个红外遥控发射、接收过程。常州
5、信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文三、主要研究（设计）方法论述：我选择了基于单片机的红外线遥控器这个题目后，去图书馆查阅有关红外线、单片机的书籍，上网检索资料，去探究红外线遥控器的基本原理。遥控器分为发射器和接收器两部分，我先研究遥控发射器，遥控发射器发射电路采用红外发光二极管发出经过调制的红外光波；再研究遥控接收器，接收器将红外发射器发射的红外光波转换为相应的电信号，再送放大器处理还原成信号。最后对遥控器进行总结。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期） 工 作 内 容2010.5.42010.5.6 确定任务书的要求，准备
6、开题2010.5.82010.5.20 根据选题方向查资料，确定基本框架和设计方法2010.5.212010.6.7 完成初稿,完成中期检查表并上交2010.6.72010.6.25 在老师的指导下设计并完善论文2010.6.262010.8.10 在老师指导下反复修改，完成设计五、指导教师意见：指导教师签名： 2010 年 5 月 10 日六、系部意见：系主任签名： 2010 年 5 月 11 日常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文基于单片机的红外线遥控器目录摘要Abstract第 1 章 绪论 11.1 红外概述 11.2 外遥控的功能与特点 11.3 选择红外遥控的原因
7、21.4 红外的简单发射接收原理 2第 2 章 设计方案论述 32.1 设计目的与原理 32.2 单片机红外遥控发射器设计原理 32.3 单片机红外遥控接收器设计原理 4第 3 章 遥控器硬件电路设计 53.1 单片机 AT89C2051 介绍 53.1.1 简介 53.1.2 引脚介绍 53.2 红外线遥控电路设计 53.2.1 信号发射电路 63.2.2 信号接收电路 83.3 CPU 时钟电路 93.4 独立式按键结构 103.5 掉电保护与低功耗设计 103.5.1 低功耗的实现方法 103.5.2 掉电保护与低功耗设计 113.6 系统完整电路设计图 133.6.1 红外发射电路图
8、133.6.2 红外接收电路图 14第 4 章 遥控器软件设计 154.1 遥控发射器程序设计 154.2 遥控接收器程序设计 20第 5 章 结束语 25答谢辞参考文献常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文摘 要本设计主要应用了 AT89C2051 单片机作为核心，综合应用了单片机中断系统、定时器、计数器等知识，应用红外光的优点。文章首先介绍了红外遥控的基本原理和应用范围，再对 AT89C2051 单片机的结构和性能给出简单的说明，接着给出了遥控器的编码格式，及遥控发射器，遥控接受器的电路设计。对于遥控操作的不同，遥控发射器通过对红外光发射频率的控制来区别不同的操作；遥控接收器
9、通过对红外光接收频率的识别，判断出控制操作，来完成整个红外遥控发射、接收过程。最后分别详细介绍遥控系统的发射部分和接收部分的电路原理图和程序流程图。关键词：单片机；红外线；发射；接收常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文AbstractThe design has used AT89C2051 microprocessor as core, intergrately apply the interruptive system, timer, counter, etc. mainly to design originally and also take the advantage
10、of the infrared light. Firstly，the fundamental principle and application ranges of infrared remote control are introducedSecondly，the structure and performance of AT89C2051 single chip are simply given outNext，the code form of remote controller is given hereThe remote control launcher distinguishes
11、different operation through the control on frequency of infrared emission of light. The remote control receiver judges control operation by adopting the discerned frequency of the received infrared light to finish the whole launching and receiving course. Its advantage is that the hardware circuit i
12、s simple, the software is with perfect function, have certain use and reference value. Lastly, both the transmitting and receiving parts are explained, including particular circuit and program flow chart respectivelyKeywords: Single-Chip Microcomputer；Infrared ray；launch；receive常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕
13、业设计论文0第 1 章 绪论红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。1.1 红外概述从光学的角度而言，红外光是频率低于红色光的不可见光，在无线光谱的整个频率中占有很小一个频率段，波长为 0.75100 微秒之间，其中 0.753 微秒之间的红外光称为近红外，330 微秒之间的红外光称为中红外，30100 微秒之间的称为远红外。
14、红外光就其性质而言很简单，与普通光线的频率特性没有很大的区别，但是，由于任何有热量的物体均有能量产生，所以红外的利用非常广泛，而且不可取代，能否检测红外、能测到多少红外或者红外检测的技术是否可以应用于任何自然的或想象的场合是红外应用技术的关键。当今红外技术的一个重要分支是红外通信技术的应用，这个应用的发展非常迅速，尤其是红外通信应用于计算机设备中，近几年的发展已经表现出其非常成熟的特性。1.2 红外遥控的功能与特点红外遥控技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。它是把红外线作为载体的遥控方式。由于红外线的波长远小于无线电波的波长，因此在采用红外遥控方式时，
15、不会干扰其他电器的正常工作，也不会影响临近的无线电设备。 红外遥控是利用波长为 0.76m-1.5m 之间的近红外线来传递控制信号的。它具有以下特点： 1由于为不可见光，因此，对环境影响很小。红外线的波长远小于无线电波的波长，所以，红外遥控不会干扰其它家用电器，也不会影响近邻的无线电设备。 2红外线为不可见光，具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗，警戒等安全保卫装置中也得到了广泛的应用。 3红外线遥控的遥控距离一般为几米至几十米或更远一点。 4红外线遥控具有结构简单，制作方便，成本低廉，抗干扰能力强，工作可靠性高等一系列优点，特别是室内遥控的优先遥控方式。同时，由于采用红外线遥控器件时，工作电
16、压低，功耗小，外围电路简单，因此它在日常工作生活中的应用越来越广泛。 它在技术上的主要优点是： 1无需专门申请特定频率的使用执照； 2具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点； 3传输速率适合于家庭和办公室使用的网络； 4信号无干扰，传输准确度高； 它的缺点是：由于它是一种视距传输技术，采用点到点的连接具有方向性，两个设备之间常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文1如果传输数据，中间就不能有阻挡物;而且通讯距离较短，此外红外 LED 不是一种十分耐用的器件。1.3 选择红外遥控的原因无线遥控方式可分为无线电波式、声控式、超声波式和红外线式。由于无线电式容易对其它电视机和无线电
17、通讯设备造成干扰，而且，系统本身的抗干扰性能也很差，误动作多，所以未能大量使用。超声波式频带较窄，易受噪声干扰，系统抗干扰能力差以及声控式识别正确率低，难度大而未能大量采用。红外遥控方式是以红外线作为载体来传送控制信息的，同时随着电子技术的发展，单片机的出现，催生了数字编码方式的红外遥控系统的快速发展。另外，红外遥控具有很多的优点，例如红外线发射装置采用红外发光二极管，遥控发射器易于小型化且价格低廉；采用数字信号编码和二次调制方式，不仅可以实现多路信息的控制，增加遥控功能，提高信号传输的抗干扰性，减少误动作，而且功率消耗低；红外线不会向室外泄露，不会产生信号串扰；反应速度快、传输效率高、工作稳
18、定可靠等。所以现在很多无线遥控方式都采用红外遥控方式。 1.4 红外的简单发射接收原理红外的简单发射接收原理如图 1-1 所示。其中发射电路采用红外发光二极管发出经过调制的红外光波，如图 1-1（a）所示；接收电路由红外接收二极管三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光波转换为相应的电信号，再送放大器处理还原成信号，如图 1-1（b）所示。（a）红外发射 （b）红外接收图 1-1 红外的简单发射接收原理发射电路 接收电路常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文2第 2 章 设计方案论述2.1 设计目的与原理目前市场上一般采用的遥控编码及解码集成电路。此方案具有制作简单、容
19、易等特点，但由于功能键数及功能受到特定的限制，只适合用某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。而采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样、操作码个数可随意设定等优点。本单片机遥控应用系统采用红外线发射频率的不同，来识别不同的遥控功能。当我们按下某一个按键的时候，由单片机识别出该按键后，由 CPU 向接有红外发射管的端口发射一定频率的脉冲，该脉冲与 38KHz 左右的载波脉冲进行调制，然后将已调制的脉冲进行缓冲放大，激励红外发光二极管将电能转化为光能，使得红外发光二极管发射出一定频率的红外线，当接收控制系统接收到该红外光后，由单片机内定时/计数器得到该红外光的频率，然后将该频率送往
20、CPU，由 CPU 对该信号进行反编码，识别出控制信号，从而对控制电路实施控制功能,完成整个遥控功能。2.2 单片机红外遥控发射器设计原理单片机红外遥控发射器主要有单片机、行列式键盘、低功耗空闲方式控电路、红外管发射电路以及单片机的一些电源、复位、震荡子电路组成。单片机不工作时一直处于低功耗状态，采用了空闲节电工作方式。当遥控器的某一按键被按下以后，外部中断 1 产生中断，唤醒单片机进入工作状态，查询键盘按下的是哪一个按键，当确认按键后，控制软件启动定时器 T0、T1，T1 作为发射时间控制器，T0 作为红外线发射频率控制器，T0 定时溢出时中断程序使红外管接口电平反转一次，写入定时器的初值不
21、同，在输出端口就得到不同的发射频率。T1 定时溢出时中断程序关闭 T0 定时器，停止红外线发射。其设计原理框图如图 2-1。AT89C2051单片机+5V 电源行列式键盘低功耗空闲方式控制电路红外管发射电路常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文3图 2-1 单片机遥控发射器设计原理图2.3 单片机红外遥控接收器设计原理单片机红外遥控接收器主要有单片机、红外遥控接收电路、状态指示电路、控制电路以及单片机的一些外围电路组成。利用单片机中的 T0 作为红外脉冲计数器，T1 作为计数时间控制器。当电路中红外接收管接收到第一个红外脉冲时，外部中断 1 被触发，启动计数器 T0 和定时器 T
22、1。定时溢出，中断程序关闭计数器 T0，读入计数值并进行判断，确定操作对象（遥控按键）对其进行反转操作，控制电路对所控制的负载进行开或关。还可对接收电路实行上锁功能，对控制电路上锁后，遥控器不能对控制电路实施遥控功能。其设计原理方框图如图 2-2。图 2-2 红外接收遥控电路原理框图AT89C2051单片机红外接收电路状态指示电路控制电路+5V 电源常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文4第 3 章 硬件电路设计3.1 单片机 AT89C2051 介绍3.1.1 简介AT89C2051 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机。片内含有 2KB 可反复擦写的只读存储器（EPR
23、OM）和 128B 的随机存取存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储器，功能强大。AT89C2051 只有 20 个双向输入/输出（I/O）端口，其中 P1 是完整的 8 位双向 I/O 口，两个外中断，2 个 16 位可编程定时/计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。此外，AT89C2051 的时钟频率可为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有 RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入工作状态，省电模式中，片内 RAM 将被冻结，时
24、钟停止震荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件系统复位方可继续工作。3.1.2 引脚介绍Vcc：接+5V 电源正端GND：接+5V 电源地端P1.0P1.7：完整的双向串行通信接口，P1.0 与 P1.1 还有第二种功能 P3.0P3.7：除 P3.6 外，双向 I/O 口，除 P3.7 外，均有第二功能，第二功能与 MCS-51 系列单片机基本相同XTAL1：震荡器反向放大器内部工作时钟输入端XTAL2：震荡器反向放大器的输出端RST：复位引脚，震荡器工作时，该引脚上两个机器周期的高电平复位常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文5图 3.1 AT89C2051 引脚图主要功能特性
25、兼容 MCS51 指令系统15 个双向 I/O 口两个 16 位可编成定时/计数器时钟频率 024MHz两个外部中断源可直接驱动 LED低功耗睡眠功能可编程 URRL 通道2KB 可反复擦写 Flash ROM6 个中断源2.76.0V 宽工作电压范围128*8 位内部 RAM两个串行中断两级加密位内置一个模拟比较放大器软件设置睡眠和唤醒功能3.2 红外线遥控电路设计3.2.1 信号发射电路发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED 红外发送器。发射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
26、.685ms、周期为2.25ms 的组合表示二进制的“1”，其波形如图 3-2 所示。图 3-2 遥控码的“0”和“1”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效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。编码器产生的遥控编码是连续的 32 位二进制码组，其中前 16 位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。芯片的用户识别码固定为十六进制 01H；后 16 位为 8 位操作码（功能码）及其反码。遥控信号编码波形图如图 3-3 所示。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文6图 3-
27、3 遥控信号编码波形图遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种 32 位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在 4563ms 之间，图 3-4 为遥控信号的周期性波形图。图 3-4 遥控信号的周期性波形当一个键按下超过 36ms，振荡器使芯片激活，将发射一组 108ms 的编码脉冲,这108ms 发射代码由一个起始码（9ms）,一个结果码（4.5ms）,低 8 位地址码（9ms18ms）,高 8 位地址码（9ms18ms）,8 位数据码（9ms18ms）和这 8 位数据的反码（9ms18ms）组成。如果键按下超过 108ms 仍未
28、松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。根据红外发射管本身的物理特性，必须要有载波信号与即将发射的信号相“与” ，然后将相“与”后的信号送发射管，才能进行红外信号的发射传送，而在频率为 38KHz 的载波信号下，发射管的性能最好，发射距离最远，所以本设计采用 38KHz 的晶振产生载波信号，与发射信号进行逻辑“与”运算后，通过三极管的功率驱动到红外发光二极管上。红外发送电路由 4001MOS 或非门 38KHz 振荡器，单片机发送控制电路和红外发送管驱动输出电路组成，当单片机 P3.4 口输出为“0”时，发射管不发光，当单片机 P3.4 口输出为“1
29、”时，红外发送管发出 38KHz 调制红外线。具体的发射波形如下图所示。图 3-6 调制过程中的波形红外线通过红外发光二极管发射出去，红外发光二极管是特殊的发光二极管，其内部材料和普通发光二极管不同，因而在其两端施加一定电压时，它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，外形与普通发光二极管相同。如图 3-7，为信号发射电路硬件连接图。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文7图 3-7 信号发射电路硬件连接图3.2.2 信号接收电路红外遥控接收可采用较早的红外接收二极管加专用的红外处理电路的方法。如 CXA20106，此种方法电路
30、复杂，现在一般不采用。较好的接收方法是用一体化红外接收头，一体化红外线接收头是一种集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与 TTL 电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。它将红外接收二极管、放大、解调、整形等电路做在一起，只有三个引脚，分别是+5V 电源、地、信号输出。红外接收头的信号输出接单片机的 INTO 或 INTl 脚。如图 3-8，红外接收电路专门采用集成电路 RPM6938，RPM6938 有三个引脚，一个接电源一个接地，另外一个接信号端，它集光电转换，解调和放大于一体。当收到 38KHz
31、 调制红外线时，RPM6938 输出为“0” ，平时输出为“1” 。信号脚接到 P3.3 和 P3.4 脚上，当 RPM6938 收到第一个红外脉冲时，触发 INT1 产生中断，使单片机退出低功耗状态，进入工作状态，同时使记数器 0 和定时器 1 开始工作。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文8图 3-8 红外接收电路遥控信号的解码算法及程序编制：平时，遥控器无键按下，红外发射二极管不发出信号，遥控接收头输出信号1。有键按下时，0 和 1 编码的高电平经遥控头倒相后会输出信号 0。由于与单片机的中断脚相连，将会引起单片机中断(单片机预先设定为下降沿产生中断)。单片机在中断时使用
32、定时器 0 或定时器 1 开始计时到下一个脉冲到来时，即再次产生中断时，先将计时值取出。清零计时值后再开始计时，通过判断每次中断与上一次中断之间的时间间隔。便可知接收到的是引导码还是 0 和 1。如果计时值为 9ms，接收到的是引导码，如果计时值等于 1.12ms，接收到的是编码 0。如果计时值等于 2.25ms接收到的是编码 1。在判断时间时，应考虑一定的误差值。因为不同的遥控器由于晶振参数等原因，发射及接收到的时间也会有很小的误差。解码方法如下：(1)设外部中断 0(或者 1)为下降沿中断，定时器 0(或者 1)为 16 位计时器。初始值均为 O。(2)第一次进入遥控中断后，开始计时。(3
33、)从第二次进入遥控中断起，先停止计时。并将计时值保存后，再重新计时。如果计时值等于前导码的时间，设立前导码标志。准备接收下面的一帧遥控数据，如果计时值不等于前导码的时间，但前面已接收到前导码，则判断是遥控数据的 0 还是 1。(4)继续接收下面的地址码、数据码、数据反码。(5)当接收到 32 位数据时，说明一帧数据接收完毕。此时可停止定时器的计时，并判断本次接收是否有效。如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 0FFH，则接收的本帧数据码有效。否则丢弃本次接收到的数据。(6)接收完毕，初始化本次接收的数据，准备下一次遥控接收。3.3 CPU 时钟电路时钟电路用于产生单片
34、机工作所需要的时钟信号。时钟信号可以有两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式。1、内部时钟方式AT89C2051 单片机有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，引脚 XTAL1和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端。在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接晶体或陶瓷振荡器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟发生常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文9器，见图 3-8，外接晶振时，C1、C2 值通常选择为 30pF 左右；外接陶瓷振荡器时，C1、C2 约为 47pF。C1、C2 对频率有微调作用，震荡频率范围是 1.212MHz。为了减少寄生电容，更好
35、的保证振荡器稳定可靠的工作，谐振器和电容应尽可能安装的与单片机芯片靠近。内部时钟发生器实质上是一个二分频的触发器，其输出信号是单片机工作所需的时钟信号。2、外部时钟方式外部时钟方式是采用外部振荡器，外部振荡信号由 XTAL2 端接入后直接送至内部时钟发生器。输入端 XTAL1 应接地，由于 XTAL2 端的逻辑电平不是 TTL 的，故建议外接一个上拉电阻。一般情况下，单片机时钟输入均采用内部时钟方式，外接一个震荡电路，本设计采用内部时钟方式，晶振采用 12MHz，其电路如图 3-9。图 3-9 AT89C2051 时钟电路3.4 独立式按键结构独立式按键是指直接用 I/O 线构成的单个按键电路
36、，每个独立式按键占有一根 I/O 口线，每根 I/O 口线上的按键的工作状态不会影响其他 I/O 口线的工作状态，其结构简单，但 I/O 口线浪费较大。独立式按键配置灵活，软件结构简单，上拉电阻保证了按键断开时，I/O 口线有确定的高电平，其电路原理图如图 3-10。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文10图 3-10 独立式按键电路3.5 掉电保护和低功耗的设计3.5.1 低功耗的实现方法AT89C2051 单片机的 CPU 有两种节电工作方式即空闲方式和掉电方式，遥控器采用了空闲节电方式。当 CPU 执行完 IDL=1（PCON.0=1）指令后，系统进入空闲工作方式，这时内
37、部时钟不向 CPU 提供，而只供给中断、串行口、定时器部分。遥控器退出低功耗空闲方式电路由与门来实现。当有键按下时，由与门触发外部中断 1 发生中断，单片机退出空闲工作方式，进入键盘和红外发射程序，结束后又进入低功耗空闲方式待机。使用过程中单片机基本上都处于空闲工作方式，功耗相当低，从而为使用电池电源提供保障。3.5.2 掉电保护和低功耗的设计1掉电保护在单片机工作时，供电电源如果发生停电或瞬间停电，将会使单片机停止工作。待电源恢复时，单片机重新进入复位状态，停电前 RAM 中的数据全部丢失，这种现象对于一些重要的单片机应用系统是不允许的。在这种情况下，需要进行掉电保护处理。掉电保护具体操作过
38、程如下：单片机应用系统的电压检测电路检测到电源电压下降时，触发外部中断INT0 或 INT1，在中断服务子程序中将外部 RAM 中的有用数据送入内部 RAM 保存。因单片机电源入口的滤波电容的储能作用，可以有足够的时间来完成中断操作。备用电源自切换电路属于单片机内部电路。它由两个二极管组成，当电源电压高于 VPD 引脚的备用电源电压时，VD1 导通，VD2 截止，单片机由电源供电；当电源电压降到比备用电源电压低时，二极管 VD1 截止，VD2 导通，单片机由备用电源供电。备用电源只为单片机内部 RAM 和专用寄存器提供维持电流，这时单片机外部的全部电路因停电而停止工作，时钟电路也停止工作，CP
39、U 因无时钟也不工作。当电源恢复时，备用电源还会继续供电一段时间，大约 10ms，以确保外部电路达到稳定状态。在结束掉电保护状态时，首要的工作是将被保护的数据从内部常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文11RAM 中恢复过来。当用户检测到一个掉电保护电路时，立即通过外部中断输入线 INT0 来中断单片机现行操作。外部中断 0 服务程序将有关数据信息送入片内 RAM 保存，然后向 P1.0 写入 0，P1.0 输出的这个低电平触发单稳态电路 MC755。它输出的脉宽取决于 R、C 的数值及 VCC 是否以掉电。如果当单稳态定时输出后，若 VCC 仍然存在，这是一个假掉电报警，并从复
40、位开始重新操作；若 VCC 已掉电，则断电期间由单稳态电路给 RESET/VPD 供电，维持片内 RAM 处于“饿电流”供电状态保存信息，一直维持到 VCC 恢复为止。80C2051 的掉电保护过程则不同。当电压检测电路检测到电源电压降低时，也触发外部中断，在中断服务子程序中，除了要将外部 RAM 中的有用数据保存以外，还要将特殊功能寄存器的有用内容保护起来，然后对电源控制寄存器 PCON进行设置。PCON 寄存器的各位定义如表 3-1。表 3-1 PCON 寄存器的各位定义D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SMOD GF1 GF0 PD IDL其中，SMOD 是波特率倍增位，在串
41、行通信中使用。GF1、GF0：通用标志，由软件置位、复位。PD：掉电方式控制位，PD=1，则进入掉电方式。IDL：待机方式控制位，IDL=1，则进入待机方式。由软件将 PD 置 1，就可以使单片机进入掉电保护状态。这时，单片机的一切工作都停止，只有内部 RAM 和专用寄存器的内容被保存。掉电保护时的备用电源是通过 VCC 引脚接入的。当电源恢复正常后，系统要维持 10ms 的恢复时间后才能退出掉电保护状态，复位操作将重新定义专用寄存器，但内部 RAM 的内容不变，可将被保护的内容恢复。如图 3-11，为掉电保护电路。图 3-11 掉电保护电路2. 低功耗设计在很多情况下，单片机要工作在供电困难
42、的场合，如野外、井下和空中，对于便携式仪器要求用电池供电，这时都希望单片机应用系统能低供耗运行。以CMOS 工艺制造的 80C31/80C51/87C51 型单片机提供了空闲工作方式。空闲工作方式（通常也指待机工作方式）是指 CPU 在不需要执行程序时停止工作，以取代不停的执行空操作或原地踏步等待操作，达到减小功耗的目的。空闲工作方式是通过设置电源控制寄存器 PCON 中的 IDL 位来实现的。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文12用软件将 IDL 位置 1，系统进入空闲工作方式。这时，送往 CPU 的时钟被封锁，CPU 停止工作，但中断控制电路、定时/计数器和串行接口继续工
43、作，CPU 内部状态如堆栈指针 SP、程序计数器 PC、程序状态寄存器 PSW、累加器 ACC 及其他寄存器的状态被完全保留下来。在空闲工作方式下，80C51 消耗的电流由正常的 24mA 将为 3mA。单片机退出空闲状态有如下两种方法。第一种是中断退出。由于空闲方式下，中断系统还在工作，所以任何中断的响应都可以使 IDL 位由硬件清零，而退出空闲方式下，单片机就进入中断服务程序。第二种是硬件复位退出。复位时，各个专用寄存器都恢复默认状态，电源控制寄存器 PCON 也不例外，复位使 IDL 清零，退出空闲工作方式。MCS51 的掉电保护也是一种节电工作方式，它和空闲工作方式一起构成了低功耗工作
44、方式。一旦用户检测到掉电发生，在 VCC 下降之前写一个字节到PCON，使 PD=1，单片机进入掉电方式。在这种方式下，片内震荡器被封锁，一切功能都停止，只有片内 RAM00H7FH 单元的内容被保留。在掉电方式下，VCC 可降至 2V，使片内 RAM 处于 50 微安左右的“饿电流”供电状态，以最小的耗电保存信息，VCC 恢复正常之前，不可进行复位；当VCC 正常后，硬件复位 10ms 即能使单片机退出掉电方式。在本设计中，退出空闲工作方式采用中断的方法。当遥控键盘上的人任一个按键按下以后，与门输出即为低电平，触发 INT1 引脚，外部中断 1 响应，使IDL 位清零，退出空闲工作方式，恢复
45、正常状态。其硬件电路如图 3-12。图 3-12 低功耗控制电路3.6 系统完整电路设计图常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文133.6.1 红外发射电路图：如图 3-13，为红外发射电路图：图 3-13 红外发射电路图3.6.2 红外接收电路图：如图 3-14，为红外接收电路图：图 3-14 红外接收电路图常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文14第 4 章 系统软件设计4.1 遥控发射器程序设计此设计是一个红外遥控发射器，设计目的就是根据按键的不同，发射出不同的红外信号。传统的遥控器都是采用遥控发射专用集成芯片，由于这些芯片的功能键数及功能受到特定的限制，只适
46、合于某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。本设计采用单片机制作，采用编程的方法，由于编程具有灵活性，故应用范围较广，操作码可随意设定。本设计采用的是按红外发射频率的不同，来识别不同的按键。操作键设定为8 个，K0 至 K7，分别接至单片机的 P1.0 至 P1.7 口。对应的红外发射频率分别为300Hz、600 Hz、900 Hz、 1200 Hz、1500 Hz、1800 Hz、2100 Hz、2400 Hz。发射时间确定为一个定值，由定时器 1 来定时，时间为 100ms，当 100ms 时间到定时器 1 发生中断，停止计时，红外光也停止发射。由定时/计数器 0 来控制发射频率，T0 作为定时器，当 T0
