光电检测系统课程设计报告

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光电系统设计与检测说明书
电子照片
（证件照）
题目红外遥控设计
系(部)******
专业(班级)******
姓名****
学号20100411**
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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
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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2013-6-8
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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。

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关键词：80c51单片机、红外发光二极管、晶振
目录
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1、绪论 (10)
2、红外遥控器 (11)
2.1、基本原理及应用 (11)
2.2、红外遥控发射部分 (13)
2.3、红外遥控接收部分 (17)
2.4、系统设计 (17)
3、设计思路 (19)
4、设计成果展示 (19)
5、总结 (21)
6、参考文献： (21)
附录1： (22)
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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
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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
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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。

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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 。

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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I/O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。

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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I/O 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（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），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I/O 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）。

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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I/O 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。

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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”
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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。

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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：
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设计实物图：
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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：
1)/view/1870404.htm
2)/view/8c430d878762caaedd33d4c8.html
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3)/view/37c9611c59eef8c75fbfb3ae.html
4)/view/4843487d31b765ce05081453.html 附录1：
#include <reg51.h>
#include <intrins.h>
#define uchar unsigned char
//此表为LED的字模// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
R U E L H
uchar code
number[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x 92,0x82,0xf8,0x80,0x98,0x88,0xc1,0x86,0 xc7,0x89};
//函数声名
void delay(uchar x); //x*0.14MS
void delay1(int ms);
void beep();
sbit IRIN = P3^2; //红外接收器数据线
sbit BEEP = P1^5; //蜂鸣器驱动线
uchar IRCOM[7];
页脚内容22
uchar quite=1; //控制声音开关
/*************************** ******************************** ********/
main()
{P0=number[0];
IRIN=1;
//I/O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;
}
页脚内容23
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”
页脚内容24
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:
页脚内容25
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:
页脚内容26
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:
页脚内容27
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);
BEEP=!BEEP;
//BEEP取反}
BEEP=1; //关闭蜂鸣器}
/*************************** *******************************/
void delay(unsigned char x)
//x*0.14MS
页脚内容28
{unsigned char i;
while(x--)
{for (i = 0; i<13; i++){}
}}
/***************************
*******************************/
void delay1(int ms)
{unsigned char y;
while(ms--)
{for(y = 0; y<250; y++)
{_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
}
}
页脚内容29。