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1、摘 要红外线是事实存在的非可见光。红外通讯技术已被全球范围内的众多软硬件厂商所支持和采用，目前主流的软件和硬件平台均提供对它的支持。红外技术已被广泛应用在移动计算和移动通讯的设备中，传感技术的发展使红外无线通讯技术有了庞大的用户群体。本设计的硬件系统主要由红外发射电路、红外接收电路、MCS-51系列单片机组成。软件系统主要是基于单片机遥控信号的发射与接收，其中包括发射信号的编码与接收端的解码。在汇编程序的支持下，以单片机为核心的系统基本实现了编码信息红外信号的发射与接收。全文包括MCS-51单片机结构与原理、光电传感器原理、编码原理和程序设计等。遥控发射电路的按键部分连接了8个按键。由于所使用
2、的uPD6121集成芯片可连接32个或更多按键，所以该系统可扩展为任意两位数的发射与接收显示。系统设计硬件演示稳定可靠，遥控接收器可以接收来自不同方向的红外发射信号，并且完全满足距离和功率的要求。关键词： MCS-51单片机； 编码信息； 红外发射与接收AbstractInfrared is invisible light around us. Infrared communication technology has been supported and adopted by many software and hardware corporation in the world, which
3、 is supported by the main current software and hardware platform. Infrared technology has been widely used in the device of mobile calculation and mobile communication. A great many users have shared infrared wireless communication because of the development of sense technology.The hardware of this
4、system is made up of the circuits of infrared emission and receiving, which is based on the MCS-51(single-chip microcomputer 51). The software of the system is mainly about the encoding and decoding of the signal that is on the base of the single-chip microcomputer, including the encoding of emissio
5、n signal and the decoding in the receiving ends. Under the support of compiling programmer, the emission and receiving of infrared signal are completed by the system on the base of the single-chip microcomputer in the form of code information. It is introduced that the structure and principle of MCS
6、-51, the theory of photo-electricity sensor, the theory of encoding and the design of compiling programmer.There are eight keys in the emission circuit. Because the IC uPD6121 could be connected 32 or more keys, the keys of the emission circuit can be extended as many as 32 keys.The hardware of the
7、system can be demonstrated steadily. Infrared signals could be received from all directions，and the whole systems can satisfy the requirement of length and power completely.Keywords: MCS-51(single-chip microcomputer); Code information; Emission and receiving of infrared目 录1 绪论11.1 选题的意义11.2 无线红外通信的概
8、念12 MCS-51单片机及光电传感器原理简介22.1 AT89S51单片机原理简介22.2 光电传感器原理简介113 系统硬件原理153.1 红外遥控系统153.2 红外发射硬件电路153.3 红外接收硬件电路184 编码原理204.1 遥控码的编码格式204.2 数据帧的译码处理215 汇编程序设计225.1 程序框图225.2 汇编程序设计246 结果显示与分析28结束语29参考文献30致 谢31附录A321 绪论红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。红外通信由来已久，但是进入90年代，这一通信技术又有新的发展，应用范围更加广泛
9、。1995年，一个由部件、计算机系统、外围设备和电信厂商组成的大型集团红外数据协会 (IrDA)就红外通信的一套标准达成一致1013。现在约有120 家以上的厂商支持红外通信标准。红外数据协会开发的这种新的无线通信标准还得到PC机产业的有力支持。主要的开发厂商，如微软、苹果、东芝和惠普公司，已推出了在计算机之间采用这种高速红外数据通信的PC机、笔记本计算机、打印机和手持式个人数字助理(PDA)设备。此外，红外通信的连通性已用在大多数新的笔记本计算机中，并成为一种最具成本效益和便于使用的无线通信技术而问鼎市场。1.1 选题的意义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，在
10、音响设备、空调机等家用电器中广泛使用，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安全可靠而且能有效地隔离电气干扰。1.2 无线红外通信的概念红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离通信。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射部分包括编码电路、振荡调制电路、红外发射电路，接收部分包括接收电路、解码电路、译码电路等。2 MCS-51单片机及光电传感器原理简介2.1 AT89S51单片机原理简介AT89S51 为 ATMEL 所生产的可电气烧录清洗的 8051 相容单芯片，其内部程序代码容量为4KB。与C51的最大区别在于S51支持在线编程15。2.1.1 AT89S51
11、单片机主要功能（1） 为一般控制应用的8位单芯片；（2） 芯片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）；（3） 内部程式存储器（ROM）为 4KB，内部数据存储器（RAM）为128B；（4） 外部程序存储器可扩充至64KB，外部数据存储器可扩充至64KB；（5） 32条双向输入输出线，且每条均可以单独做 I/O口的控制；（6） 5个中断向量源；（7） 2 组独立的16位定时器，1个全双工串行通信端口；（8） 8751及8752 单芯片具有数据保密的功能；（1） 芯片提供位逻辑运算指令15 。2.1.2 AT89S51单片机各引脚功能介绍AT89S51单片机引脚图如图2.1所示。图2
12、.1 AT89S51单片机引脚图VCC：AT89S51 电源正端输入，+5V。VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一支石英振荡晶体，系统就可以动作了。此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET：AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开
13、始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp：EA为英文External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存
14、器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为AT89S51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN：此为Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可
15、以合并在一起而共用64K的定址范围。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一个8位宽的开路极（Open Drain）双向输入/输出端口，共有8位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。P
16、ORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS的 TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8
17、A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR，外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号1。2.1.3 AT89
18、S51单片机的中断系统一、中断的有关概述（1） 中断中断是指计算机在执行某一程序的过程中, 由于计算机系统内、 外的某种原因, 而必须中止原程序的执行, 转去执行相应的处理程序, 待处理结束之后, 再回来继续执行被中止的原程序的过程。 采用了中断技术后的计算机, 可以解决CPU与外设之间速度匹配的问题, 使计算机可以及时处理系统中许多随机的参数和信息, 同时, 它也提高了计算机处理故障与应变的能力。（2） 中断源中断源是指在计算机系统中可以向CPU发出中断请求的来源。 通常有I/O设备、实时控制系统中的随机参数和信息故障源等。 （3） 中断优先级中断优先级越高, 则响应优先权就越高。当CPU正
19、在执行中断服务程序时, 又有中断优先级更高的中断申请产生, 这时CPU就会暂停当前的中断服务转而处理高级中断申请, 待高级中断处理程序完毕再返回原中断程序断点处继续执行, 这一过程称为“中断嵌套”。 （4） 中断响应的一般过程. 在每条指令结束后, 系统都自动检测中断请求信号, 如果有中断请求，且CPU处于开中断状态下, 则响应中断。 . 保护现场, 在保护现场前, 一般要关中断, 以防止现场被破坏。保护现场一般是用堆栈指令将原程序中用到的寄存器推入堆栈。. 中断服务, 即为相应的中断源服务。. 恢复现场, 用堆栈指令将保护在堆栈中的数据弹出来, 在恢复现场前要关中断, 以防止现场被破坏。在恢
20、复现场后应及时开中断。 . 返回, 此时 CPU将推入到堆栈的断点地址弹回到程序计数器, 从而使CPU继续执行刚才被中断的程序。 （5） 中断源 AT89S51单片机的中断源有外部中断0、外部中断1、定时器0中断、定时器1中断和串行口中断等，如表2.1所示。表2.1 AT89S51单片机的中断源中断源说明P3.2引脚输入，低电平/负跳变有效，在每个机器周期的S5P2采样并建立IE0标志。定时器0当定时器T0产生溢出时，置位内部中断请求标志TF0，发中断申请。P3.3引脚输入，低电平/负跳变有效，在每个机器周期的S5P2采样并建立IE1标志。定时器1 当定时器T1产生溢出时，置位内部中断请求标志
21、TF1，发中断申请。串行口当一个串行帧接收/发送完时，使中断请求标志RI/TI置位，发中断请求。（6） 中断标志（Flag）：IE0：外部中断0中断标志TF0：定时器/计数器0中断标志IE1：外部中断1中断标志TF1：定时器/计数器1中断标志TI ：串行口发送中断标志RI ：串行口接收中断标志二、中断控制的有关寄存器（1） 中断允许控制寄存器MCS-51单片机有5个（8052有6个）中断源, 为了使每个中断源都能独立地被允许或禁止, 以便用户能灵活使用，CPU内部在每个中断信号的通道中设置了一个中断允许触发器, 它控制CPU能否响应中断。只有对应的中断允许触发器被使能（置“1”），相应的中断才
22、能得到响应。中断允许控制寄存器如表2.2所示。表2.2 中断允许控制寄存器IE （0A8H）EAESET1EX1ET0EX0EX0：外部中断0允许位ET0：定时器/计数器0中断允许位EX1：外部中断1允许位ET1：定时器/计数器1中断允许位ES ：串行口中断允许位EA ：中断允许位（2） 中断请求标志及外部中断方式选择寄存器TCON某中断源有中断请求，该中断标志置1，无中断请求，该中断标志置0，外部中断0和外部中断1中断触发方式若下降沿触发则IT相应位置1；若选低电平触发，IT相应位置0。中断请求标志及外部中断方式选择寄存器如表2.3所示。表2.3 中断请求标志及外部中断方式选择寄存器TCON
23、(88H) TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0IT0：外部中断0触发方式选择位 0：低电平触发 1：负跳变触发IE0：外部中断0中断请求标志IT1、IE1 类似 IT0、IE0TR0：定时/计数器0运行控制位 0：停止 1：运行TF1：定时/计数器0中断请求标志位TR1、TF1 类似 TR0、TF0（3） 中断优先级管理寄存器IP五个中断源的优先级别由IP寄存器管理，相应位置1，则该中断源优先级别高，置0的优先级别低，如表2.4所示。表2.4 中断优先级管理寄存器IP（B8H）PSPT1PX1PT0PX0无用位串行口高/低T1高/低高/低T0高/低高/低PX0：外部中断0允许位P
24、T0：定时器/计数器0中断允许位PX1：外部中断1允许位PT1：定时器/计数器1中断允许位PS ：串行口中断允许位中断响应遵循两条规则：. 低优先级中断可以被高优先级中断所中断，反之不能；. 一种中断（不论哪个优先级）一旦得到响应，与它同级的中断不能再中断它。当同时收到处于同一优先级的多个中断请求时，哪一个中断能得到响应，取决于“内部查询次序”，相当于在每个优先级中，还有一个“内部优先级”，如表2.5所示。 表2.5 中断优先级中 断 源中 断 标 志 位中断优先级外部中断0定时器0溢出中断外部中断1定时器1溢出中断串行口中断定时器2中断IE0TF0IE1TF1RI或TITF2或EXF2最高最
25、低2.1.4 AT89S51单片机的定时计数器、串行接口在工业检测、控制中，很多场合都要用到计数或者定时功能。例如对外部脉冲进行计数、产生精确的定时时间、作串行口的波特率发声器等。MCS51单片机内部有两个可编程的定时器/计数器，以满足这方面的需要。它们具有两种工作模数（计数器模式、定时器模式）和四种工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3），其控制字均在相应的特殊功能寄存器（SFR）中，通过对它的SFR的编程，可以方便的选择工作模数和工作方式2。一、定时器/计数器（ Timer/Counter）本质上都是加法计数器，当对固定周期的脉冲信号计数时是定时器，对脉冲长度不确定的信号计数时是计数器。
26、每接收到一个计数脉冲，加法计数器的值就加1，当计满时发生溢出，并从0开始继续计数。加法计数器的计满溢出信号就是定时/计数器的输出，该信号使TCON的某位（TF0或TF1位）置1，作为定时器/计数器的溢出中断标志。定时器/计数器结构图如图2.2所示。图2.2 定时器/计数器结构框图(1) 定时器方式寄存器TMODTMOD寄存器为八位寄存器，其高4位用于选择T1的工作方式，低4位用于选择T0的工作方式。定时器方式寄存器如表2.6所示。表2.6 定时器方式寄存器TMOD（89H）GATEM1M0GATEM1M0门控开/关计数/定时方式选择门控开/关计数/定时方式选择对TMOD的各个位的说明：GATE
27、位：门控位。GATE1时，T0、T1是否计数要受到外部引脚输入电平的控制，INT0引脚控制T0，INT1引脚控制T1。可用于测量在INT0和INT1引脚出现的正脉冲的宽度。若GATE0，即不使能门控功能，定时计数器的运行不受外部输入引脚INT0、INT1的控制。C/T位：计数器模式和定时器模式的选择位。C/T0，为定时器模式，内部计数器对晶振脉冲12分频后的脉冲计数，该脉冲周期等于机器周期，所以可以理解为对机器周期进行计数。从计数值可以求得计数的时间，所以称为定时器模式。C/T1，为计数器模式，计数器对外部输入引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）的外部脉冲（负跳变）计数，允许的最高计数频率为
28、晶振频率的1/24。M0、M1为工作方式选择位，选择方式如表2.7所示。表2.7 M1、M0的四种工作方式的选择位 M1 M0 方式说 明0 0 013 位定时器(TH的 8 位和TL的低 5 位） 0 1 116 位定时器/计数器 1 0 2自动重装入初值的 8 位计数器 1 1 3 T0 分成两个独立的 8 位计数器, T1 在方式 3 时停止工作 (2) 定时器控制寄存器定时器控制寄存器如表2.8所示。表2.8 定时器控制寄存器TCON（88H）TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0T1溢出有/无T1工作启/停T0溢出有/无T0工作启/停请求有/无方式下沿/低电平请求有/无方式
29、下沿/低电平TF0、TF1分别是定时器/计数器T0、T1 的溢出标志位，加法计数器计满溢出时置 1, 申请中断，在中断响应后自动复0。TF产生的中断申请是否被接受, 还需要由中断是否开放来决定。TR1、TR0 分别是定时器/计数器T1、T0 的运行控制位, 通过软件置1后, 定时器/计数器才开始工作, 在系统复位时被清0。 二、串行接口51系列单片机的串行口是一个可编程的全双工串行通信接口，通过软件编程，它可以做通用异步接收和发送器UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）用，也可做同步移位寄存器用9。串行口的控制寄存器：(1) 串行口控
30、制寄存器SCON（98H）串行口控制寄存器如表2.9所示。表2.9 串行口控制寄存器SCON（98H）SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI方式选择多机控制串行接收允许/禁止欲发的第九位收到的第九位发送中断有/无接收终端有/无SM0和SM1：串行口工作方式选择位0 0方式0，0 1方式11 0方式2，1 1方式3SM2：多机通信使能位REN: 串行接收允许位TB8：在方式2、3中，TB8是发送机要发送的第9位数据RB8：在方式2、3中，TB8是接收机接受到的第9位数据，该数据来自发送机的TB8TI ：串行口发送中断请求标志RI : 串行口接收中断请求标志(2) 电源控制寄存器电源控制寄存
31、器如表2.10所示。表2.10 电源控制寄存器PCON（87H）SMOD*SMOD：波特率加倍位。在计算串行方式1、2、3的波特率时：0不加倍；1加倍5。2.2 光电传感器原理简介利用光电元件特别是光敏二极管，设计红外发射与接收电路，努力满足距离和灵敏度的要求。在设计过程中充分考虑某些集成元件，尽量减少电路干扰。在此基础上，利用S51单片机的强大功能，用软件实现信号的发射及接收和显示。光电传感器是采用光电元件作为检测元件，首先把被测量的变化转变为信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件3部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优
32、点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小8。2.2.1 光电传感器原理(1) 光电导效应 光电效应按其原理可分为外光电效应和内光电效应，内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。基于外光电效应制成的光电元件有光电管和光电倍增管；基于内光电效应的光电元件主要由半导体材料制成的半导体光电元件。某些半导体材料受到光的照射时，其价带中的电子受到能量大于禁带宽度的光子的激发，由价带越过禁带而跃迁到导带，增加了载流子数目，从而提高了导电性能使电阻值降低。另外，当入射辐射的波长很长时，光激发还会改变导带中载流的迁移率，从而改变了材料的电导率。这种由于光线照射，引起材料内部的载流子密度和迁
33、移率改变，从而导致材料电导率改变的现象称为光电导效应。(2) 光生伏特效应 半导体在光的照射下能产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。根据产生电动势的机理可分为侧向光生伏特效应、PN结光生伏特效应、光磁电效应和贝克勒耳效应。侧向光生伏特效应就是半导体光电元件的光灵敏面受光照不均匀时，由载流子浓度梯度而产生的光点效应。PN结光生伏特效应是光照射到距表面很近的半导体PN结时，PN结及附近半导体吸收光能。若光子能量大于禁带宽度，则价带电子跃迁到导带成为自由电子，而价带则相应成为自由空穴。这些电子空穴对在PN结内部电场的作用，电子移向N区外侧，空穴移向P区外侧，结果P区带正电，N区带负电，形成光
34、电动势4。2.2.2 光电传感器种类光电传感器主要有光电二极管、光电晶体管、光敏电阻CdS、集成光电传感器、光电池和图像传感器等。实际使用时，要选择适宜的传感器才能达到预期的效果。大致的选用原则是：高速的光检测电路、宽范围照度的照度计、超高速的激光传感器宜选用光电二极管，几千赫兹简单脉冲光电传感器、简单电路中的低速脉冲光电开关宜选用光电晶体管、响应速度虽慢，但性能优良的电阻桥式传感器，具有电阻性质的光电传感器、路灯自动亮灭电路中的光电传感器、随光的强弱成比例变化的可变电阻等宜选用CdS和PbS光敏元件；旋转编码器、速度传感器、超高速的激光传感器宜选用集成光电传感器7。2.2.3 光电传感元件上
35、文已经叙述了传感器的原理，下面具体介绍几种光电传感元件。(1) 红外光敏二极管光敏二极管是一种将光能量变换为电能量的器件，它基于半导体的光生伏特效应的原理，即在光照射时，半导体材料吸收光子能量使电子激发。若能量大于禁带宽度的光子照射在PN结空间电荷区附近，在结两边产生电子-空穴对。这些光生载流子在PN结内建场作用下，各自向相反方向运动，即P区的电子穿过PN结进入N区，N区的空穴穿过PN结进入P区，形成自N区向P区的光生电流。这样的载流子运动，由于中和掉部分空间电荷，使内建场势垒降低，从而使正向电流增大。当光生电流和正向电流相等时，PN结两端建立起稳定的电势差（P区相对于N区是正的），这就是光生
36、电压。当入射光的强度发生变化，光生载流子的多少也相应发生变化，因而通过光敏二极管的电流也随之变化，于是在光敏二极管的两端的电压也发生变化，光敏二极管就这样将光信号变为电信号。光敏二极管的种类很多，主要由PN光敏二极管、PIN光敏二极管和雪崩型光敏二极管等。PN光敏二极管对紫外线到红外线的宽范围波长的光具有较高的灵敏度，光电流与入射光强度的线性好，对微弱光也有较高灵敏度，但相应速度比PIN光敏二极管慢。PN光敏二极管主要用于光度计、照度计、摄像机的露点计和频闪光计等。PIN光敏二极管的响应速度快，但温度特性比PN光敏二极管差。主要用于光通信，激光元件和远距离光控装置等。雪崩型光敏二极管对光电流具
37、有放大作用，对宽范围波长的光有较高的灵敏度，暗电流小，响应速度快。主要用于光纤通信等。无光照时，光敏二极管的特性与普通二极管一样。有光照时，光敏二极管的反向电流增大，特性曲线沿电流轴向下平移，光照越强，下移越大，下移幅度与光照强度成正比。入射光强一定时，光敏二极管的反向电流是基本不变的，与反向电压无关。注意光敏二极管工作在反向电压。光敏二极管的主要参数：光电流，指在一定电压下，入射光强为某一定值时流过管子的电流。暗电流，是指在一定反向电压下，无光照时流过管子的电流。反向工作电压，是指在无光照时，光敏二极管反向电流小于时。允许的最高反向工作电压，一般在10V 左右，最高可达几十伏。峰值波长，是指
38、光敏二极管光谱响应最灵敏的波长范围。硅光敏二极管的峰值波长恰好与砷化镓红外发光二极管的峰值波长相重合，二者配合使用，具有很高的传输效率。(2) 光电三极管光电三极管又称光敏三极管，其光电流可达 mA 数量级，且内部具有很高的光敏灵敏度。与光电二极管不同，是一种具有内部增益的光敏器件。光电三极管可以看成在bc结上并联了一个光电二极管的晶体三极管。其bc结面积较大，作为受光结，相当于光电二极管。此光电二极管在光照时产生光电流Icb，就是晶体三极管的基极电流，同样满足放大倍数关系，所以其集电极光电流比较大。其工作区基本同普通三极管，同样它需要稳定的工作点，工作点由入射光脉冲的平均值决定。影响光电三极
39、管的频率特性的主要因素是器件的结电容，其指向特性由封装形式以及管芯与顶面的位置决定。光电三极管的主要参数有：最大功耗，指光电三极管能够安全工作而不致损坏的最大耗散功率。击穿电压 ，指管子在无光照条件下，管子 C 、E 之间漏电流不超过一定数值时，管子 C 、E 之间所加的最大电压。暗电流，指管子在无光照时，在 时， C 、E 之间的漏电流。光电流，指管子受到一定强度光照时，在一定工作电压下，C 、E 之间的光电流值。光电三极管的光电流要比光敏二极管的光电流大几十倍到上百倍。(3) 一体化红外发光二极管光敏三极管组件一体化组件将红外发光二极管和光敏三极管制作在一起，一般是红外发射及光敏接收在一个
40、平面上。实际上是将红外发光二极管及光敏器件并排在一起，两器件的引线分别引出，体积较小。在其前方有障碍物时，反射光照到光敏三极管，适合构成反射式光电检测器。光敏二极管光电流较小，但输出特性线性度好，响应时间快；光敏三极管光电流大，但输出特性线性度差，响应时间慢。红外传感系统按频率调节来划分有频率可调和不可调之分：按发射和接收可分为对射式和反射式。其中反射式也有一体式和分离式，采用反射式的红外传感系统3。(4) SM0038红外接收头SM0038是一种用于红外遥控接收或其它方面的小型一体化接收头，中心频率为38.0kHz，可改善自然光的反射干扰.独立的PIN二极管同前置放大器集成在同一封装上。SM
41、0038环氧树脂封装提供一个特殊的红外滤波器，可防止自然光的干扰。SM0038在抗自然光的干扰方面有极好的性能，可防止无用脉冲输出15。SM0038红外接收头特性如下：. 光电检测和前置放大器集成在同一封装上；. 内带PCM频率滤波器；. 对于自然光有较强的抗干扰性；. 改进了对电场干扰的防护性；. 电源电压5V，低功耗；. 输出电平兼容TTL，CMOS。3 系统硬件原理3.1 红外遥控系统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3.1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。键盘及其代
42、码编码脉冲调制振荡红外发 射红外接收解码译码控响1控响n。图3.1 红外遥控系统框图3.2 红外发射硬件电路在发射电路设计中6，选用NEC的uPD6121G-001红外集成发射芯片15，由于其价格适中，解码方便，完全满足设计的需要。红外发射硬件电路如图3.2所示。图3.2 红外发射电路用于红外发射的电路有很多种，可以利用NE555外加外围电路产生脉冲调制振荡，也可利用COMS4011外加外围电路实现。之所以选用uPD6121G集成芯片，外加外围电路作为设计的发射电路，是与另外的发射电路比较的结果。现简要分析另外红外发射电路的优缺点。在图3.3中，与非门D1、D2构成可控振荡器，振荡器的起振和停
43、振受单片机输出端控制。当单片机输出为高电平1时，振荡器起振，反之，D2输出为0 。 图3.3 基于4011的红外发射电路TmTd图3.4 基于4011的红外发射电路的发光二极管的发光波形调制信号经三极管放大，驱动红外发光二极管，二极管发光波形如图3.4所示，只要改变Rp 就可以改变Td(Td=1.1RpC)的宽度。但是，上述电路的38KHZ的载波信号不易产生，以致遥控脉冲信号不能被有效调制，造成遥控信号的失真，使通信无法安全、可靠、稳定的进行。使遥控信号的解码更不容易进行。 基于NE555的红外发射电路如图3.5所示，在电路中采用驱动能力较强的NE555时基电路构成振荡频率30KHz左右的红外
44、发射电路。NE555时基集成电路内部有2个电压比较器、1个RS触发器、2个三极管和3个电阻。图中R1、R2和C1是NE555时基电路构成振荡器的外接定时阻容元件。刚通电时，电容C1上的电压为零，使触发输入端（2脚）和阈值输入端（6脚）电压也为零，经内部电路作用后，其输出端（3脚）为高电平，放电端（5脚）截止。于是电源Vcc通过（R1+R2）对C1充电，当充电到时，经内部电压比较后使其输出端（3脚）变为低电平。同时，内部放电管导通（7脚），电容C1通过R2和内部放电管放电，当C1上电压降至时，经内部另一个电压比较器后使输出端（3脚）变为高电平，内部放电管截止（7脚），从而C1停止放电。接着，电源
45、又通过（R1+R2）对C1充电。如此不断重复，形成多谐振荡。振荡过程中，输出端（3脚）信号经三极管放大，驱动红外发光二极管发光7。图3.5 基于NE555的红外发光电路6ms2us图3.6 基于NE555的红外发射电路的发光二极管的发光波形当元件大小为电路图中所示时，发光二极管发出如图3.6所示波形。通过改变R1与R2的比例，可以得到占空比不同的脉冲波形。图3.5电路也可以满足红外信号的发射，只是波形宽度不好调节，而且NE555有较为严格的电压控制，同时考虑到接受端解码的方便，故选用uPD6121集成芯片外加外围电路作为设计的发射电路。3.3 红外接收硬件电路在接收电路中，SM0038红外接收
46、头发挥了很大作用。SM0038只要接上电源就是一完整的接收电路。由其内部电路作用，有调制载波时，输出端输出为高电平，反之，输出为低电平，恰好为调制信号波形。红外接收硬件电路如图3.7所示。图3.7 红外接收电路4 编码原理遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类：脉冲宽度调制和脉冲占空比调制。这里使用解码比较容易，运用比较广泛的脉冲宽度调制。4.1 遥控码的编码格式使用NEC的uPD6121G组成发射电路。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：如脉冲宽度编码方法中, 表示0的高电平宽度为0. 7ms, 表示1的高电平宽度为1. 4ms, 其波形如图4.
