基于单片机的红外遥控步进电机的设计与实现

第２５卷第３期（总第１１５期）　Ｖｏ１．２５　Ｎｏ．３（ＳＵＭ　Ｎｏ．１　１５）　机械管理开发　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＭＡ　ＮＡＧＥＭＥＮＴ　ＡＮＤ　ＤＥＶＥＬ０　２０１０年６月　Ｊｕｎ．２０１０　基于单片机的红外遥控步进电机的设计与实现　刘　飞　（太原中北新缘科技中心，山西太原０３００５１）　【摘要】文章介绍了红外遥控器的编码格式及解码方式，详细讲解了运用ＡＴ８９Ｃ５１单片机从硬件和软件方面如　何实现红外遥控解码和步进电机的控制。　【关键词】红外遥控；ＡＴ８９Ｃ５１单片机；步进电机　【中图分类号】ＴＰ３６８．２；０４３４．３　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００３—７７３Ｘ（２０１０）０３—０１８０—０２　０引　言　上述“０”和“１”组成ｌ６位二进制码经３７．９　ｋＨｚ的载频　红外线遥控是目前使用很广泛的一种通信和遥控　技术。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，在诸多电子设备中均采用红　外线遥控。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。本文介绍了红外遥控如何在视标投　影仪中控制步进电机的角位移，从而投射出正确的　视标。　１　红外遥控器工作原理”　进行调制，然后，通过红外发射管产生红外线向空问　发射。　用户码和功能码采用脉冲位置调制（ＰＰＭ）方式编　码，根据脉冲之间的时间间隔来区分码值的“０”或“１”０　以脉宽为０．２６　ｍｓ，间隔０．７９　ｍｓ，周期为１．０５　ｍｓ的组　合表示二进制的“０”，以脉宽为０．２６　ｍｓ，间隔１．８４　ｍｓ，　周期为２．１　ｍｓ的组合表示二进制的“１”。每位的波形　及定义见图２。　红外遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可　以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容　易的一类来加以说明，现以士兰微电子股份有限公司　一］厂］厂—一Ｂｉ【‘‘０”Ｕ二…　Ｕ　ＬＱ　盟一．卜　　的ＳＣ５０４６２组成发射电路为例说明编码原理，它可以　与日本三菱公司的Ｍ５０４６２完全兼容。ＳＣ５０４６２包含键　Ｂｉｔ…ｉ’Ｌ—Ｊ　｝　Ｉ　ｌ　Ｉ　Ｌ—ｊ　盘扫描、合法性检查、指令译码电路、用户编码电路脉　冲调制电路以及输出缓冲电路，它最多支持８×８的按　键矩阵产生１６位的指令７６条（单键指令６４条和双键　指令ｌ２条），有２个用户编码端以脉码调制的方式输　出。振荡电路通过外接１只陶瓷谐振器和２只电容即构　图２“０”“１”二进制每位波形及定义图　成振荡器。使用４５５　ｋＨｚ陶瓷谐振器，内部分频电路将　振荡频率ｆｏｓｃ进行１２分频后，变成频率ｆｃ＝３７．９　ｋＨｚ，　占空比为１／３的脉冲载波信号。　ＳＣ５０４６２所发射的码由８位用户码（ＣＯ　Ｃ７）和８　体化红外线接收器ＳＦＨ５０６—３８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ｒＩＹｒＬ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。　２硬件电路设计及实现　红外接收模块　电机复位信号　位功能码（Ｄ０～Ｄ７）组成。ｌ６位二进制码组发射顺序　是低位在前，高位在后，其中前８位是用户码，能区分　不同的电器设备，防止不同的机种遥控码互相干扰，后　八位是功能码。如图１所示：　复位信号　ＡＴ８９Ｃ５１　步进电机　驱动模块　Ｉ　曼　ｌ　卜．Ｉ——一ｌ　功能码—ｌ曼　ｌ　：巴　ｌ里　ｌ　【里　Ｊ　ｌ里　Ｊ里　ｌ里：Ｉ　—ｌ——用户码——Ｉ　Ｉ时钟源　　ｌ步进电机　图１　１６位二进制码组示意图　用户码位ｃ４和Ｃ５端子在外部进行设置。Ｃ４、Ｃ５　的管脚输入信号是反相的，当ｃ４、ｃ５管脚被拉为高电　平时相应的用户编码Ｃ４、Ｃ５被置为（０　０）；当Ｃ４、Ｃ５管　脚为低电平时Ｃ４、ｃ５被置为（１　１）；其它的用户编码位　ＣＯ～Ｃ３及Ｃ６、Ｃ７是固定的，分别为（１　１　１　０）和（１　０）。　收稿日期：２０１０—０１—２５　图３硬件电路框图　如图３所示，硬件电路框图以ＡＴ８９Ｃ５１单片机为　核心，配以时钟源和复位电路。其中时钟选１１．０５９２Ｍ　目的是为以后扩展串口方便。红外遥控信号经过红外　作者简介：刘飞（１９８１一），男，江苏徐州人，助理工程师，本科，主要研究方向：智能仪器制造。　１８Ｏ·　第２５卷第３期（总第１１５期）　刘　飞：基于单片机的红外遥控步进电机的设计与实现　２０１０年６月　接收模块接收后，解调为遥控信号的编码脉冲由输出　端输出，其波形如图２所示，此信号经过上拉电阻输出　到ＡＴ８９Ｃ５１的外部中断ＩＮＴ０输入端。单片机通过运行　程序对红外遥控器ＳＣ５０４６２所发出的编码脉冲进行接　收和译码。然后，单片机计算出电机需要行进的角位　移，选择最佳路径行进。在步进电机驱动设计中采用　Ｐ０口进行数据传输，采用双四拍工作方式　１。为了防止　失步，在电机启动和停止时，进行均匀加速和减速。　３软件设计及实现【２　时时问为ｌ　ｍｓ；设外部中断ＩＮＴ０为下降沿中断触发方　式，遥控器无键按下时，红外发射二极管不发出信号，　遥控接收头输出信号“ｌ”。有键按下时，“０”和“ｌ”编码　经遥控头接收后会输出给单片机的ＩＮＴ０端，将会引起　单片机中断。单片机在中断时开启定时器ＴＯ开始计　时。定时器每次中断定时时间为１　ｍｓ并累加到定时计　数器中，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“０”还是“１”。当接收到１６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。外部中断ＩＮＴ０程序流程图见图５。　图４主程序流程图　单片机程序主要解决的问题就是如何对接收到的　红外遥控器所发射的信号进行解码以及控制步进电机　的行进，图４给出了主程序流程图。遥控器在按键按下　后，周期性地发出同一种ｌ６位二进制码，周期约为４６　ｍｓ。　图５外部中断ＩＮＴ０中断程序流程图　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２５～３４　ｍｓ之间。前后两个　４结束语　码的间隔在１２～２１　ｍｓ之间。红外遥控的１６位二进制　本文所介绍的基于ＡＴ８９Ｃ５　ｌ单片机为核心的红　串行码是脉宽调制的，脉宽是固定的（０．２６　ｍｓ），而脉　外遥控步进电机的方法，具有成本低、硬件电路简单、　冲的间隔不同。因此，解码的关键是设法测出脉冲间隔　控制方便等优点。已经成功应用到视标投影仪中，在　时间。为了测量方便，直接测量每一个脉冲的周期，周　使用过程中，反应灵敏，未发现有不稳定现象，产生了　期为为１．０５　ｍｓ判为“０”，脉冲间隔为２．１　ｍｓ判为“１”。　很好的经济效益。　参考文献　考虑到适当的容差，因为不同的遥控器由于晶振参数　【１】余永权，李小青，陈林康．单片机应用系统的功率接口技术　等原因，发射及接收到的时间也会有很小的误差。在程　【Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社，１９９２．　序具体编写的时候，把周期为０．８　１．２　ｍｓ判为“０”，把　【２】　张毅坤，陈善久，裘雪红．单片微型计算机原理及应用【Ｍ】．　周期为１．９～２－３　ｍｓ判为“１”。在单片机设置中，将单片　西安：西安电子科技大学出版社，２０００．　机ＡＴ８９Ｃ５１内部定时器／计数器Ｔ０设为定时方式１，定　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｌ】｝Ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｔｅｐｐｅｒ　Ｍｏｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｏｆ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ＬＩＵ　Ｆｅｉ　（Ｔａｉｙｕａｎ　Ｘｉｎｙｕａｎ　Ｈｉｇｈ一　ｒｅｃｈ．Ｃｅｎｔｅｒ，Ｎｏｒｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００５　１，Ｃｈｉｎａ）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔ　ｃｏｄｅｓ　ａｎｄ　ｄｅｃｏｄｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｒｅｍｏｔｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｔ　ｉｓ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｔｏｌｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｓｅｓ　ＡＴ８９Ｃ５　１　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｈｉｐ　ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｉｄｅｓ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｒｅｍｏｔｅ　ｄｅｃｏｄｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｓｔｅｐｐｅｒ　ｍｏｔｏｒ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓｊ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｒｅｍｏｔｅ；ＡＴ８９Ｃ５１　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｈｉｐ　ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ；Ｓｔｅｐｐｅｒ　ｍｏｔｏｒ　１　８１．