2基于LabVIEW和51单片机的空调远程控制
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图附录 1 STC12C5A60S2 引脚图
各引脚功能简单介绍如下： VCC：供电电压; GND：接地; P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每个管脚可吸收 8TTL 门电 流。当 P1 口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据 存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FLASH 编程时，P0 口作为原 码输入口，当 FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部电位必须被拉高;
NEC 采用 38Khz 载波，通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号的编码，编码 的一帧（通常按一下遥控器按钮所发送的数据）由引导码、地址码及数据码组成。
图 3 NEC 协议
起始位（引导码）为 9ms 高+4.5ms 低组成，有效数据为地址+地址反码+命令 +命令反码。引导码以及地址码的作用是为了不引起接收端相互干扰。反码的作 用是用来校准前面的地址和命令。逻辑 1 周期为 2.25ms（560us 高+1685us 低电 平）。逻辑 0 周期为 1.12ms（560us 高+560 低电平）。
1． 红外控制原理
在本实例中，我们要远程控制空调，那么应该先做一个遥控器出来，这个遥 控器可以用 51 单片机来做。然后我们就可以通过 LabVIEW 去远程控制 51 单片机。
首先为大家讲解红外的编码以及解码。我们已经学习过的涉及红外的控制应 该是光电门吧。挡光与通光，就可以量化为 1 和 0,这可以用一位二进制（1bit） 表示。一比特控制两种状态，如果我们要控制四种状态，就需要两比特（状态为 00,01,10,11）……依此类推。我们使用的某品牌空调遥控中编码是 67 位。
仿照我们前面学习的远程控制一盏 LED 灯，我们就可以来远程控制空调。 主要涉及的内容就是 TCP 通信和 VISA 仪器控制。TCP 是控制电脑与电脑 之间的。VISA 是控制单片机的串口的。
指令如下（注意指令都是单字符） 指0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f 令 动 关 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 作闭度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度
编码信号（调制信号）
（被调制信号）
已调制信号
图 1 调制信号
对于接收端，我们选用 PC838 红外一体接收头就可以了，它可以对信号进 行解调并输出 TTL 编码信号。
图 2 解调
2． 红外编码协议
NEC 是红外编码协议中的较为基本一种，除此之外还有 RC5 等其他编码，遥 控厂家不同，编码或有不同。
3． 单片机系统的硬件
硬件上我们需要 51 单片机最小系统、MAX232 串口电路、红外发射电路（二 级放大）、红外接收电路和 1602 液晶显示电路。电路图如下：
图 5 51 最小系统
图 6 串口电路
图 7 液晶显示电
图 8 红外发射电路
图 9 红外接收电路
在这个实例中，我们需要 38Khz 载波,这可以用 555 时基电路产生，然后再 与编码信号一起输入逻辑与门电路中得到已调制信号；也可以用定时器来模拟， 本实例选用此法。再者，要编码解码 NEC 格式的红外信号中的脉冲长短，我们 可以用软件延时，也可以用定时器，本实例两种都用到。更有甚者，我们需要串 口接收数据，这需要一个波特率发生器。最后，当我们想给遥控加一个学习键的 功能，使得它能成为一个万用遥控时，还需要将解码的数据存储下来，这需要一 个足够容量的 EEPROM（电可擦可编程只读存储器，一种掉电后数据不丢失的 存储芯片）。综上，选用了 STC12C5A60S2 作为处理芯片。对此芯片介绍请见附 录 1：
到 P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到 P4.3); 16. PWM(2 路)/PCA(可编程计数器阵列,2 路)：也可用来当 2 路 D/A 使用，
也可用来再实现 2 个定时器，也可用来再实现 2 个外部中断(上升沿中断/下降沿 中断均可分别或同时支持);
17.A/D 转换, 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万 次)18.通用全双工异步串行口(UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用 定时器或 PCA 软件实现多串口;
P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输 入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收;
1.增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统 8051; 2. 工 作 电 压 ： STC12C5A60S2 系 列 工 作 电 压 ： 5.5V3.3V(5V 单 片 机)STC12LE5A60S2 系列工作电压：3.6V2.2V(3V 单片机); 3.工作频率范围：0 35MHz，相当于普通 8051 的 0～420MHz; 4.用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节; 5.片上集成 1280 字节 RAM; 6.通用 I/O 口(36/40/44 个)，复位后为：准双向口/弱上拉(普通 8051 传统 I/O 口)，可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开 漏，每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不要超过 55Ma; 7. ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真 器 可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片; 8.有 EEPROM 功能(STC12C5A62S2/AD/PWM 无内部 EEPROM); 9. 看门狗; 10.内部集成 MAX810 专用复位电路(外部晶体 12M 以下时，复位脚可直接 1K 电阻到地); 11.外部掉电检测电路:在 P4.6 口有一个低压门槛比较器，5V 单片机为 1.32V， 误差为+/5%,3.3V 单片机为 1.30V，误差为+/3%; 12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部 R/C 振荡器(温漂为+/5%到+/10% 以内) 1 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体/时 钟，常温下内部 R/C 振荡器频率为：5.0V 单片机为：11MHz～15.5MHz，3.3V 单片机为：8MHz～12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有 制造误差和温漂，以实际测试为准; 13.共 4 个 16 位定时器 两个与传统 8051 兼容的定时器/计数器,16 位定时器 T0 和 T1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器 做串行通讯的波特率发生器 再 加上 2 路 PCA 模块可再实现 2 个 16 位定时器; 14. 2 个时钟输出口，可由 T0 的溢出在 P3.4/T0 输出时钟，可由 T1 的溢出 在 P3.5/T1 输出时钟; 15.外部中断 I/O 口 7 路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上 升 沿 中 断 的 PCA 模 块 ， Power Down 模 式 可 由 外 部 中 断 唤 醒 ， INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置
4． 单片机系统的程序设计
对应于硬件电路的各个模块，程序也按照模块来进行设计，方便观察以及我
们以后调用。 我们设定从串口接收到 字符’0’时执行关闭指令； 字符’1’时发送 16 度（制冷、上下扫风、风速自动）； 字符’2’时发送 17 度（制冷、上下扫风、风速自动）； …… 字符’9’时发送 24 度（制冷、上下扫风、风速自动）； 字符’a’时发送 25 度（制冷、上下扫风、风速自动）； 字符’b’时发送 26 度（制冷、上下扫风、风速自动）； …… 字符’f’时发送 30 度（制冷、上下扫风、风速自动）； 发射波形如下：
接下来我们要将信号进行载波调制。就像移动通信中 GSM 采用 900M 频段一 样，红外通信选用 38Khz 的载波。克劳德·艾尔伍德·香农借鉴热力学提出信息 熵，认为信息是负熵，即信息是用来减少随机不定性的东西，提高频率是为了提 高抗干扰能力。
载波调制后已调制信号就携带了调制信号的信息。这样就可以发送了。
基于 LabVIEW 和 51 单片机的空调远程控制实例
CRH
二○一三年十一月
目录 1．红外控制原理 ...............................................................................3 2．红外编码协议 ...............................................................................3 3．单片机系统的硬件........................................................................ 4 4．单片机系统的程序设计 ................................................................ 5 5．远程操控——LabVIEW 上位机程序 .............................................7 附 录 1 .............................................................................................. 10 附 录 2（主函数程序）................................................................... 14
图 4 逻辑 1 与逻辑 0 的表示
对于该实例中某品牌的空调遥控，与 NEC 协议相近，为引导码（9ms 高+4.5ms
负）+35 位信息码（0 以 0.56ms 高+0.56ms 低表示，1 以 0.56mHale Waihona Puke Baidu 高+1.685ms 低表示）+0.56ms 高+20ms 低+32 位信息码+0.56ms 高。
19. STC12C5A60S2 系 列 有 双 串 口 ， 后 缀 有 S2 标 志 的 才 有 双 串 口 ， RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到 P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到 P4.3);
20.工作温度范围：40 +85℃(工业级) / 0 75℃(商业级) 21.封装：PDIP40,LQFP44,LQFP48 I/O 口不够时，可用 2 到 3 根普通 I/O 口线外接 74HC164/165/595(均可级联)来扩展 I/O 口, 还可用 A/D 做按键扫描来 节省 I/O 口，或用双 CPU,三线通信，还多了串口。
图 13 空调服务器与客户端前面板
只要你建立一个可以发送字符的客户端，以及一个能接受字符并将指令写 入 VISA 的服务器即可。
图 14 字符发送简易客户端和字符接受简易服务器
或者建立用户体验良好的程序和界面。
附 录1
STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期 (1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全 兼容传统 8051,但速度快 812 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。
图 10 发射红外波形图
设定接收到字符’x’时进入学习功能，即进行解码，把码值显示在液晶上并 存储在 EEPROM 中。
图 11 接收的红外波形
图 12 液晶显示解码
设定接收到字符’y’时发射学习到的码值。 如果感兴趣，可以参阅附录 2 中的程序（程序太多只附上主程序）。
5． 远程操控——LabVIEW 上位机程序
各引脚功能简单介绍如下： VCC：供电电压; GND：接地; P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每个管脚可吸收 8TTL 门电 流。当 P1 口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据 存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FLASH 编程时，P0 口作为原 码输入口，当 FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部电位必须被拉高;
NEC 采用 38Khz 载波，通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号的编码，编码 的一帧（通常按一下遥控器按钮所发送的数据）由引导码、地址码及数据码组成。
图 3 NEC 协议
起始位（引导码）为 9ms 高+4.5ms 低组成，有效数据为地址+地址反码+命令 +命令反码。引导码以及地址码的作用是为了不引起接收端相互干扰。反码的作 用是用来校准前面的地址和命令。逻辑 1 周期为 2.25ms（560us 高+1685us 低电 平）。逻辑 0 周期为 1.12ms（560us 高+560 低电平）。
1． 红外控制原理
在本实例中，我们要远程控制空调，那么应该先做一个遥控器出来，这个遥 控器可以用 51 单片机来做。然后我们就可以通过 LabVIEW 去远程控制 51 单片机。
首先为大家讲解红外的编码以及解码。我们已经学习过的涉及红外的控制应 该是光电门吧。挡光与通光，就可以量化为 1 和 0,这可以用一位二进制（1bit） 表示。一比特控制两种状态，如果我们要控制四种状态，就需要两比特（状态为 00,01,10,11）……依此类推。我们使用的某品牌空调遥控中编码是 67 位。
仿照我们前面学习的远程控制一盏 LED 灯，我们就可以来远程控制空调。 主要涉及的内容就是 TCP 通信和 VISA 仪器控制。TCP 是控制电脑与电脑 之间的。VISA 是控制单片机的串口的。
指令如下（注意指令都是单字符） 指0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f 令 动 关 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 作闭度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度 度
编码信号（调制信号）
（被调制信号）
已调制信号
图 1 调制信号
对于接收端，我们选用 PC838 红外一体接收头就可以了，它可以对信号进 行解调并输出 TTL 编码信号。
图 2 解调
2． 红外编码协议
NEC 是红外编码协议中的较为基本一种，除此之外还有 RC5 等其他编码，遥 控厂家不同，编码或有不同。
3． 单片机系统的硬件
硬件上我们需要 51 单片机最小系统、MAX232 串口电路、红外发射电路（二 级放大）、红外接收电路和 1602 液晶显示电路。电路图如下：
图 5 51 最小系统
图 6 串口电路
图 7 液晶显示电
图 8 红外发射电路
图 9 红外接收电路
在这个实例中，我们需要 38Khz 载波,这可以用 555 时基电路产生，然后再 与编码信号一起输入逻辑与门电路中得到已调制信号；也可以用定时器来模拟， 本实例选用此法。再者，要编码解码 NEC 格式的红外信号中的脉冲长短，我们 可以用软件延时，也可以用定时器，本实例两种都用到。更有甚者，我们需要串 口接收数据，这需要一个波特率发生器。最后，当我们想给遥控加一个学习键的 功能，使得它能成为一个万用遥控时，还需要将解码的数据存储下来，这需要一 个足够容量的 EEPROM（电可擦可编程只读存储器，一种掉电后数据不丢失的 存储芯片）。综上，选用了 STC12C5A60S2 作为处理芯片。对此芯片介绍请见附 录 1：
到 P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到 P4.3); 16. PWM(2 路)/PCA(可编程计数器阵列,2 路)：也可用来当 2 路 D/A 使用，
也可用来再实现 2 个定时器，也可用来再实现 2 个外部中断(上升沿中断/下降沿 中断均可分别或同时支持);
17.A/D 转换, 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万 次)18.通用全双工异步串行口(UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用 定时器或 PCA 软件实现多串口;
P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输 入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收;
1.增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统 8051; 2. 工 作 电 压 ： STC12C5A60S2 系 列 工 作 电 压 ： 5.5V3.3V(5V 单 片 机)STC12LE5A60S2 系列工作电压：3.6V2.2V(3V 单片机); 3.工作频率范围：0 35MHz，相当于普通 8051 的 0～420MHz; 4.用户应用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节; 5.片上集成 1280 字节 RAM; 6.通用 I/O 口(36/40/44 个)，复位后为：准双向口/弱上拉(普通 8051 传统 I/O 口)，可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开 漏，每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不要超过 55Ma; 7. ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真 器 可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片; 8.有 EEPROM 功能(STC12C5A62S2/AD/PWM 无内部 EEPROM); 9. 看门狗; 10.内部集成 MAX810 专用复位电路(外部晶体 12M 以下时，复位脚可直接 1K 电阻到地); 11.外部掉电检测电路:在 P4.6 口有一个低压门槛比较器，5V 单片机为 1.32V， 误差为+/5%,3.3V 单片机为 1.30V，误差为+/3%; 12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部 R/C 振荡器(温漂为+/5%到+/10% 以内) 1 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体/时 钟，常温下内部 R/C 振荡器频率为：5.0V 单片机为：11MHz～15.5MHz，3.3V 单片机为：8MHz～12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有 制造误差和温漂，以实际测试为准; 13.共 4 个 16 位定时器 两个与传统 8051 兼容的定时器/计数器,16 位定时器 T0 和 T1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器 做串行通讯的波特率发生器 再 加上 2 路 PCA 模块可再实现 2 个 16 位定时器; 14. 2 个时钟输出口，可由 T0 的溢出在 P3.4/T0 输出时钟，可由 T1 的溢出 在 P3.5/T1 输出时钟; 15.外部中断 I/O 口 7 路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上 升 沿 中 断 的 PCA 模 块 ， Power Down 模 式 可 由 外 部 中 断 唤 醒 ， INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置
4． 单片机系统的程序设计
对应于硬件电路的各个模块，程序也按照模块来进行设计，方便观察以及我
们以后调用。 我们设定从串口接收到 字符’0’时执行关闭指令； 字符’1’时发送 16 度（制冷、上下扫风、风速自动）； 字符’2’时发送 17 度（制冷、上下扫风、风速自动）； …… 字符’9’时发送 24 度（制冷、上下扫风、风速自动）； 字符’a’时发送 25 度（制冷、上下扫风、风速自动）； 字符’b’时发送 26 度（制冷、上下扫风、风速自动）； …… 字符’f’时发送 30 度（制冷、上下扫风、风速自动）； 发射波形如下：
接下来我们要将信号进行载波调制。就像移动通信中 GSM 采用 900M 频段一 样，红外通信选用 38Khz 的载波。克劳德·艾尔伍德·香农借鉴热力学提出信息 熵，认为信息是负熵，即信息是用来减少随机不定性的东西，提高频率是为了提 高抗干扰能力。
载波调制后已调制信号就携带了调制信号的信息。这样就可以发送了。
基于 LabVIEW 和 51 单片机的空调远程控制实例
CRH
二○一三年十一月
目录 1．红外控制原理 ...............................................................................3 2．红外编码协议 ...............................................................................3 3．单片机系统的硬件........................................................................ 4 4．单片机系统的程序设计 ................................................................ 5 5．远程操控——LabVIEW 上位机程序 .............................................7 附 录 1 .............................................................................................. 10 附 录 2（主函数程序）................................................................... 14
图 4 逻辑 1 与逻辑 0 的表示
对于该实例中某品牌的空调遥控，与 NEC 协议相近，为引导码（9ms 高+4.5ms
负）+35 位信息码（0 以 0.56ms 高+0.56ms 低表示，1 以 0.56mHale Waihona Puke Baidu 高+1.685ms 低表示）+0.56ms 高+20ms 低+32 位信息码+0.56ms 高。
19. STC12C5A60S2 系 列 有 双 串 口 ， 后 缀 有 S2 标 志 的 才 有 双 串 口 ， RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到 P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到 P4.3);
20.工作温度范围：40 +85℃(工业级) / 0 75℃(商业级) 21.封装：PDIP40,LQFP44,LQFP48 I/O 口不够时，可用 2 到 3 根普通 I/O 口线外接 74HC164/165/595(均可级联)来扩展 I/O 口, 还可用 A/D 做按键扫描来 节省 I/O 口，或用双 CPU,三线通信，还多了串口。
图 13 空调服务器与客户端前面板
只要你建立一个可以发送字符的客户端，以及一个能接受字符并将指令写 入 VISA 的服务器即可。
图 14 字符发送简易客户端和字符接受简易服务器
或者建立用户体验良好的程序和界面。
附 录1
STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期 (1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全 兼容传统 8051,但速度快 812 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。
图 10 发射红外波形图
设定接收到字符’x’时进入学习功能，即进行解码，把码值显示在液晶上并 存储在 EEPROM 中。
图 11 接收的红外波形
图 12 液晶显示解码
设定接收到字符’y’时发射学习到的码值。 如果感兴趣，可以参阅附录 2 中的程序（程序太多只附上主程序）。
5． 远程操控——LabVIEW 上位机程序