红外拨码信息传输系统课程设计论文

红外拨码信息传输系统课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 论文 课程设计(论文)说明书 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目: 红外拨码信息传输系统 发射部分 院 (系): 信息与通信学院 专 业: 学生姓名: 学 号: 指导教师: 职 称: 2013年 12 月 25 日 第 1 页 共15页 摘 要 本文设计了一种采用PPM调制方式的红外通信。设计中采用1片单片机(STC89C52) 读取拨码开关的8位编码，并将读取到的编码通过8个LED显示出来，然后利用单片机 按照PPM调制方式调制到38Khz的载波上，经调制后，波形主要由不同脉宽的38Khz 方波和低电平组成，其携带的不同信息是通过脉冲的宽度来区分，但总的脉冲个数是不 变的，最后通过红外发射电路所驱动的红外发光管将信息利用红外光发送到接收端。本 文详细分析了系统的组成及工作原理，并给出了系统中各硬件模块的设计电路及系统程 序设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，给出了程序流程图和程序清单。该红外通信系统工作可靠，通信距离较远。 关键词:红外光通信;脉冲位置调制;发射;单片机 Abstract This paper introduces a design of infrared communication based on PPM modulation. Using 1 chip MCU (STC89C52) read 8 bit code dial switch, and the read code by 8 LED display, and then use the MCU according to PPM modulated 38Khz carrier, the modulated waveform, mainly composed of different pulse width of 38Khz Fang Bo and the low level, the different information carrying is distinguished by the pulse width, the pulse number isconstant, the infrared through the infrared emission circuit driven by infrared luminous tube information will be sent to the receiver. In this paper, a detailed analysis of the composition and working principle of the system, and gives the design of circuit and program design method of each module in the system, gives the program flow chart and program list. The infrared communication system is reliable, communication distance. Keyword:infrared light communication; PPM; emit; MCU; 第 2 页 共14页 目 录 摘要........................................................1 引言........................................................3 1 设计任务.................................................3 1.1 设计题目...........................................................3 1.2 设计要求...........................................................3 2 单片机与红外通信.........................................3 2.1 单片机的简介.......................................................3 2.2 PPM调制简介........................................................3 2.3 红外通信简介.......................................................4 3 设计思路、具体设计及调试.................................4 3.1 设计思路...........................................................4 3.2 硬件设计...........................................................5 3.2.1 系统组成原理.....................................................5 3.2.2 整体硬件电路.....................................................5 3.2.3 电源接口及指示灯.................................................5 3.2.4 复位电路及启振电路...............................................6 3.2.5 拨码开关及LED编码显示路.........................................6 3.2.6 红外发射电路.....................................................7 3.3 程序设计...........................................................7 3.3.1 程序设计思路.....................................................7 3.3.2 程序流程图.......................................................8 3.3.3 程序设计.........................................................8 3.4 系统调试...........................................................9 4 结束语............................................................11 谢辞........................................................12 参考文献....................................................13 附录........................................................14 第 3 页 共14页 引言 红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。红外线通信是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，主要应用于近距离的无线数据传输，也有用于近距离无线网络接入。本设计就是红外通信系统的一个简单实现，通过STC89C52单片机对输入的数据采用PPM方式进行调制到38KHz的载波上，并通过红外发射电路驱动的红外发射管将信息发射出去。 1 设计任务 1.1 设计题目 利用红外发射接收电路，传输8为拨码开关提供的二进制代码信息，发射和接收能直观显示开关拨码状态，采用8个LED指示灯对应显示发射和接收状态信息。 1.2 设计要求 在发射部分通过设置8位拨码开关的通和断来表示所需发送的信息，并通过一组共8个LED将拨码开关的状态显示出来。同时将所需发送的信息经过单片机进行PPM调制后，通过红外发射电路驱动的红外发光二极管将调制后的信息发送出去。 2 单片机与红外通信 2.1 单片机的简介 单片机全称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，又称MCU(Micro Controller Unit),是将计算机的基本部分微型化，使之集成在一块芯片上的微机。片内含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等，它本身就是一个嵌入式系统，同时也是其他嵌入式系统的核心。 STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8KB在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能:8KB Flash，512B RAM，32个I/O 口，看门狗定时器、2个16位定时/计数器，1个6向量2级中断结果，1个全双工串行口。 2.2 PPM调制原理简介 PPM为Pulse Position Modulation的缩写，是一种脉冲位置根据被调信号的变化而变化的调制方法，即用不同时间位置的脉冲来表达0和1，也就是说在发射的一组脉 第 4 页 共14页 冲数据中，脉冲的个数是不变的，只是脉冲的宽度不同，宽脉冲代表“1”，窄脉冲代表“0”。在接收端，只要能够正确识别宽脉冲与窄脉冲，就可以实现解调从而得到所需的信息。位“0”和位“1”的波形分别见图1和图2 图1 位“0”的电平波形 图2 位“1”的电平波形 2.3 红外通信简介 红外通信技术利用红外线来传输数据，是无线通讯技术的一种，也是目前较为广泛使用的一种通信手段。由于红外通信具有体积小、功耗低、功能强、成本低以及电隔离等特点，因而在彩电、音响设备、空调机、玩具及工业控制等方面纷纷采用红外通信技术。 红外通信是利用红外对管来实现两点间的近距离通信和信息转发的技术。它一般由红外发射和接收系统两个部分组成。发射系统对一个红外发射管进行调制后发射红外信号，而接收系统用红外接收管进行接收然后进行解调，这就构成了一个简单的红外通信系统。 在红外通信中一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75~25um之间，所使用的载波频率通常为38KHz，也有一些系统使用32KHz，36KHz，40KHz，56KHz等载波频率，但是比较少见。通常可利用单片机产生38KHz的载波信号，并通过编制相应的程序控制单片机将拨码开关的编码信息调制到载波上从而得到调制信号。另一方面，在红外通信中，为了实现更远距离的传输，常有两种实现方法:其一是采用高灵敏度的红外接收电路，但此种方法所需的成本较高;其二是加大发射功率，这可通过改进放大电路来实现，本设计中采用了由SS8050三极管构成的共射极放大电路，通信距离可达到5米左右。 3 设计思路、具体设计及调试 3.1 设计思路 本设计为红外拨码信息传输系统的发射部分，采用STC89C52单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。而该系统另一部分的红外接收将完成对红外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出编码脉冲。由于接收端采用的是红外一体化接收头HS0038(接收载波频率为38KHz的红外信号)，故发射部分必须先将拨码开关的编码信息调制到频率为38Khz的载波上再通过红外发射电 第 5 页 共14页 路将编码脉冲发射出去。 根据红外收发协议，红外发射管发出的脉冲串由前导码和32bit的编码组成。其中前导码由脉宽为9ms高电平的起始码和4.5ms低电平的结果码组成。而其后的32bit的 编码由每组为8bit的编码共4组组成，分别是用户识别码、用户识别码(反码)、操作 码、操作码(反码)。在发射部分，用0.56ms的高电平和0.56ms的低电平表示位0，用 0.56ms的高电平和1.68ms的低电平表示位1。在经过调制后，在每一个码的高电平部分调制成38KHz的方波输出，低电平部分则直接低电平输出。 3.2 硬件设计 3.2.1系统组成原理 红外拨码信息传输系统由发射部分和接收部分组成，整个系统的框图如图3所示。其中发射部分主要有4个方面组成，分别是:拨码开关编码输入部分、LED编码显示电路部分、主控制器51单片机部分和红外光发射电路部分。 在电路启动后，首先读取的是8位拨码开关的状态，从而获取所输入的编码信息;接着一方面是通过单片机控制的8个LED将所输入的编码信息显示出来，而另一方面利用单片机对编码信息进行PPM调制，并通过P34口将已调载波输出到由SS8050三极管所组成的红外光发射电路的输入端，经过放大电路放大后驱动红外发光管发送调制信息。 拨码开关51单红外光发51单LED显示经解调HS0038一 输入编码 片机 射电路 体化接收头 片机 得到的编码信息 8个LED显示所发射的编码 图3 整个拨码信息传输系统框图 3.2.2 整体硬件电路 硬件电路包括:单片机及其复位启振电路、红外发射管驱动电路、拨码信息输入及LED显示电路、电源接口及相应的工作指示灯电路。原理图和PCB图分别见附录图1和图2 3.2.3 电源接口及指示灯 电源接口采用USB-B型接口及单排针，并采用一个LED作为电源指示灯，采用自锁开关作为电源开关。其中自锁开关为图中ZSkey，这是一个有6个管脚的器件，相当于 一个单刀双掷开关，当它被按下时，电源接通，电路开始工作，并且电源指示灯点亮。 第 6 页 共14页 电源接口及指示灯电路如图4 图4 电源接口及指示灯 3.2.4 复位电路及启振电路 该复位电路具有上电自动复位及手动复位两个功能，在刚上电时，电容CREST导通，输出一个高电平脉冲到单片机的REST脚从而使单片机复位;而在按键按下时，同样会向REST脚输出一个高电平，从而使单片机复位。如图5 启振电路有两个30Pf的电容和一个12Mhz的无源晶振构成，当电源接通后，启振电路将向单片机输出稳定的12Mhz的时钟信号。如图6 图5 复位电路 图6 启振电路 图7 8位拨码开关 3.2.5拨码开关及LED编码显示电路 本设计采用8位拨码开关作为编码信息的输入器件，通过设置8位拨码开关相应位的通和断来表示8位编码信息对应位的0和1，从而实现的编码信息的输入。与此同时，LED编码显示电路通过8个LED实时的显示出通过拨码开关所输入的编码信息。8位拨码开关见图7，LED编码显示电路见图8 由于LED与单片机的P0口相连，而单片机的P0口内部无上拉电阻，故其输出能力弱，因此图8中所示的1000欧排阻JRES1是作为P0口的上拉电阻，而JRES2也为1000欧排阻，但起到的是限制LED电流的作用，以防止LED因电流过大而烧毁。 3.2.6 红外发射电路 红外发射电路由一个NPN型三极管SS8050所构成的共射极放大电路实现，用于驱动红外管发射红外信号。如图9 第 7 页 共14页 当单片机的P34口输出高电平时，SS8050导通，集电极为低电平，故红外发光管点 亮并发射红外光;而当P34口输出低电平时，SS8050截止，集电极为高电平，红外发光管没有导通。图9中的电阻R3起到限流的作用，防止红外发光管因电流过大而烧毁， 而此共射极放大电路通过电阻R4将P34口与SS8050的基极耦合，并且R4也起到限流的作用，防止流入基极的电流过大而烧毁三极管。 图8 LED编码显示电路 图9 红外发射电路 3.3 程序设计 3.3.1 程序设计思路 由于从拨码开关输入的8位编码信息由0和1组成，根据红外通信协议，bit0由0.56ms高电平和0.56ms的低电平表示，bit1由0.56ms高电平和1.68ms的低电平组成，故在程序中采用延时的方式来对高低电平的宽度进行计时，从而实现将8位编码信息转换成相应的电平波形;接着同样通过延时的方式来输出38KHz的方波或者低电平，当编码波形为高电平时，单片机的P34口将输出38KHz的方波，而当编码波形为低电平时，单片机的P34口将输出低电平，这就实现了对输入编码信息的调制。 根据一体化接收头HS0038的红外通信协议的要求，单片机首先调制发送出总脉宽为9ms的38Khz方波作为起始码，此后接着输出脉宽为4.5ms的低电平作为结果码，紧接着就输出总共32bit的数据编码，这32bit的数据可划分为4组，每一组8bit，分别是:用户识别码、用户识别码(反码)、操作码、操作码(反码)。在发送完这32bit的数据后，又接着发送起始码，从新开始新一轮的调制发送。 第 8 页 共14页 3.3.2 程序流程图 程序开始运行后，首先进行的是初始化，主要是完成端口P2的初始化;接着实时检测读取拨码开关的输入编码并将信息通过LED显示出来，并且每读取一次输入编码就对其进行调制发射。程序流程图见图10 3.3.3 程序设计 程序运行后首先进行的初始化为将单片机P2口全部置1，目的是防止由于单片机IO口电平状态不确定而导致的读取拨码开关的编码信息出现误码，初始化的语句为P2=0xff;在完成初始化后，接着就通过语句date=P2读取拨码开关的信息，同时采用对P0口赋值的方式将所读取到的编码信息通过与P0口相连接的8个LED显示出来;接着通过自定义的 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 gecode()发送起始码和结果码，之后调用自定义函数code8()发送数据，每次8bit。详细程序见附录 开始 否 i 变量通过函数init()完成 为偶数 程序初始化 是 通过函数keyscan()经函数code8()调制 读取拨码开关编码发送编码的正码 信息并显示到8个 LED上 变量变量ii自增自增11 通过函数gecode()发 否 变量i 送起始码和结果码 为奇数 是 是 变量i 经函数code8()调制 小于4 发送编码的反码 否 变量i自增1 变量i清零 结束 图10 程序流程图 第 9 页 共14页 3.4 系统调试 经过原理图、PCB图和程序的设计后，就可以将电路板制作出来并给单片机烧写程 序。实物图见图11 在调试的过程中，首先要用万用表检测硬件电路是否连接完好，以及有无线路接错和混搭等问题;其次，接通+5V电源，用万用表测出硬件电路各部分电压电流，如单片机工作电压、IO口电平、LED电压电路、三极管SS8050静态工作点以及红外发光管的电流等;在完成各点电压电流的测试后，开始进行功能调试，看能否符合设计功能要求， 并且通过示波器来检测出图11中测试点T1的波形，从中观察PPM调制波形是否符合设计要求。 经过实际测试，在整个电路工作时，电源电压为4.98V，工作电流为16.4mA，消耗的功率P=81.672mW;LED在发光时，其工作电压为1.865V，工作电流为2.68mA，功耗P=4.99mW;在红外发光管工作时，工作电流为1.74mA，工作电压为0.67V，功耗P=1.12mW。 经调制后发射的9ms起始码和4.5ms结果码的波形见图12;输入编码为00000000时所发送的编码的正码见图13，其中每一个码元的波形由总脉宽为0.56ms的方波和0.56ms的低电平组成，一组共有8个码元;相应的反码见图14，即11111111，其中每一个码元的波形由总脉宽为0.56ms的方波和1.68ms的低电平组成，也就是说bit0和bit1的区别在于其低电平的脉宽。 经调试和分析表明，该电路工作正常，并且通信距离可达5米左右。 图11 硬件实物图 第 10 页 共14页 图12 起始码和结果码波形 图13 发送编码的正码的波形 图14 发送编码的反码波形 第 11 页 共14页 4 结束语 从开始设计到最终完成，我查找了很多资料，并运用Altium Designer Winter09 进行原理图设计和PCB图的布局布线，用Keil uVision2 编写单片机程序，我尽了自己最大的努力，也从中学到了很多知识，对红外通信及相应的调制解调方式有了更深的了解，获益匪浅。 第 12 页 共14页 谢 词 第 13 页 共14页 参考文献 [1] 谭浩强.C程序设计(第三版).北京:清华出版社，2005:113,129. [2] 阎石.数字电子技术基础(第五版).北京:高等教育出版社，2005:386,440. [3] 王卫东.模拟电子技术基础(第二版).北京:电子工业出版社. 2010.5:29,70. [4] 徐惠民.单片微型计算机与接口技术(第3版).北京:北京邮电大学出版社，2007:207,231. [5] 樊昌信.通信原理(第六版).北京:国防工业出版社，2011.8 [6] 51单片机典型应用范例开发大全.北京.中国铁道出版社，2011.10 第 14 页 共14页 附 录 图15 硬件原理图 图16 硬件PCB图 单片机程序 //发送端单片机采用12Mhz晶振 //采用延时的方式产生38KHz方波 //此处用户识别码及操作码均由date的数据编码而成 #include #include sbit ir=P3^4;//ir=1时红外管发射红外线,ir=0时红外管不发射 sbit P0_0=P0^0; sbit P0_1=P0^1; sbit P0_2=P0^2; sbit P0_3=P0^3; sbit P0_4=P0^4; sbit P0_5=P0^5; sbit P0_6=P0^6; sbit P0_7=P0^7; #define uchar unsigned char uchar date;//用于存储拨码开关的编码 bit flag2;//正反码标志位,为1时将编制正码,为0时编制相应的反码 /*对IO口进行初始化*/ void init() { P2=0xff;//对P2口做初始化 } /*读取拨码开关的信息*/ void keyscan() { date=P2;//读取拨码开关的信息并存入到date中 P0_0=date&0x80; P0_1=date&0x40; P0_2=date&0x20; P0_3=date&0x10; P0_4=date&0x08; P0_5=date&0x04; P0_6=date&0x02; P0_7=date&0x01; } /*编制起始码与结果码*/ void gecode() { int tt; //产生9ms引导码 for(tt=0;tt<342;tt++) { ir=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); ir=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } //产生4.5ms结果码 for(tt=0;tt<171;tt++) { ir=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); ir=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } } void code8() { uchar i; uchar temp;//用于暂存需编码的数据 int tt; if(flag2==1)temp=date;//编制正码 else if(flag2==0)temp=~date;//编制反码 /*对一个字节的8个bit依次编码*/ for(i=0;i<8;i++)//一个码由8bit组成 { /*产生0.56ms的高电平*/ /*经过38Khz载波调制后由一系列的方波组成,总长为0.56ms*/ /*每1bit的高电平均为0.56ms,是bit0还是bit1区别在于低电平*/ for(tt=0;tt<21;tt++) { ir=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); ir=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } /*------------------*/ /*产生每1bit相应的低电平*/ if((temp&0x01)==0)//若该位为0 { /*产生0.56ms的低电平*/ for(tt=0;tt<21;tt++) { ir=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); ir=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } } else if((temp&0x01)==1)//若该位为1 { /*产生1.68ms的低电平*/ for(tt=0;tt<63;tt++) { ir=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); ir=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } } /*------------------------*/ temp=temp>>1;//将数据右移一位 } } /*编码函数用于将date中的数据转换成相应的码元*/ /*即经此函数发送一组完整的编码脉冲*/ void makecode() { uchar i; gecode();//发送起始码和结果码 for(i=0;i<4;i++) { if(i==0)flag2=1;//发送正码 else if(i==1)flag2=0;//发送反码 else if(i==2)flag2=1;//发送正码 else if(i==3)flag2=0;//发送反码 code8();//分别发送四组码(分别为用户识别码、用户识别码反码、操作码、操作码反码) } } void main() { init();//先初始化 while(1) { keyscan();//读取拨码开关的信息到date中 makecode();//对date中的数据进行编码调制发送 } }