基于DTMF编解码芯片实现的单片机遥控器

南昌航空大学学士学位论文1用DTMF编解码芯片实现的单片机遥控器1绪论1.1课题的背景及意义进入21世纪，各种电子产品层出不穷，计算机技术、通信技术和传感器技术可谓是电子信息技术的三大组成部分。遥控器也成为了控制领域的一大新兴产业，为了能适应各种产品的需求，遥控器也是种类繁多。本系统是集单片机技术、双音多频技术、无线传输技术于一体的多功能遥控器。本系统的最主要的特色是利用双音多频信号来作为遥控信号发送出去。是一次双音多频技术的有益应用。以往的遥控器都是通过简单的将数字信号通过红外发射管发送出去，这种设计具有一定的局限性，首先，该设计方法的抗干扰能力很弱，如果坏境中存在较强的红外信号会使得控制信号产生错误。第二，该设计使遥控器在使用时要对准受控方，否则受控方接收不到遥控信号。第三，其功能比较单一，在功能需求比较高时该种设计方法将不能满足要求。第四，其遥控距离比较近，当遥控距离比较远的时候比较困难。当今社会，单片机技术已普及到各个领域当中，单片机的使用给人们的工作、生活提供了极大的便利。利用单片机技术来实现遥控器简化了电路，信号处理更加方便，功能更加丰富。同时利用双音多频作为遥控信号使得抗干扰能力更加强，遥控性能更加稳定。1.2国内外发展现状民用产品的遥控技术在60年代时，在一部分发达国家就开始研发，但是由于当时技术的限制，发展很缓慢。70年代末，随着大规模集成电路和计算机应用技术发展，遥控技迎来了快速发展时期。遥控方式经历了从有线到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控三个历史性阶段。电磁波来传输信号是最开始的时无线遥控装置所采用的，它具有的最大缺点，科技总是不断地进步，后来以红外线和超声波为媒介进行信号传输就慢慢被采用。虽然这样在很大程度上避免了电磁波容易被干扰的缺陷，但相比红外线，由于超声波传感器频带很窄，所以只能携带很少的信息量，容易被干扰而产生错误。慢慢的红外线的遥控应运而生，当今时代的主流也即是红外线多功能遥控器。南昌航空大学学士学位论文21.3本文的主要研究内容应用单片机技术、双音多频技术、无线技术，设计一个基于双音多频的单片机遥控器。通过键盘发送遥控指令，然后经过双音多频编码后由无线模块发送出去，受控方接收遥控信号后执行相应的功能。2系统总体设计2.1、设计要求：a．设计一基于DTMF技术的单片机遥控器。b．利用89C51单片机控制MT8880的数据发送，并且实现任一遥控指令的发送与接收。2.2、系统的功能分析：在单片机的控制下，通过HD7279模块以及MT8880模块以及无线发送模块实现数据的显示以及指令的发送，在发送端，当有遥控信号需要发送时，将遥控信号发送到MT8880芯片，芯片进行自动的编码后送到无线发送模块。在接收端，当无线模块接收到遥控信号时将双音多频信号发到MT8880芯片，芯片将自动解码信号，然后将解码的信号发送到单片机，单片机通过HD7279显示出来。2.3、系统的原理框图图2.1总体框图南昌航空大学学士学位论文33硬件电路方案设计3.1硬件电路的方案设计通过功能需求的分析以及模块的分析，硬件电路主要包括了单片机最小系统、HD7279芯片的键盘显示部分、以及MT8880芯片编解码模块，无线发送接收模块硬件电路。3.2单片机最小系统5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8b的工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM)，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。51单片机的最小系统主要包括时钟电路和复位电路，时钟电路是计算机的心脏，它是控制着计算机的工作节奏。MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别是反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件就组成震荡器产生时钟送至单片机内部的各个部件。如下图2.2所示，片内电路与片外器件构成一个时钟发生电路，CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的震荡频率fOSC非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz～12MHz之间选取，这次课设用的时钟频率是11.0592MHz。图2.2中C1、C2是反馈电容，其值在5pF～30pF之间选择,其典型值是30Pf。作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用（C1、C2大，f变小）单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，复位可以使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并以此初始状态开始工作。RST为外部复位信号的输入脚，当在该引脚上保持两个机器周期以上的高电平，单片机就会被夫复位。单片机的复位电路有很两种：系统上电自动复位和系统上电自动复位加系统手动复位，系统上电自动复位只在上电时进行复位，如果单片机中途需要复位的话需要重新把电源关掉，这样非常不方便，通常的做法是使用第二种方法实现，在单片机上电后自动复位后如果中途需要进行复位后可以通过按键来实现：在正确选择单片机复位电路和时钟电路后，单片机最小系统如下图所示：南昌航空大学学士学位论文4图3.1单片机最小系统3.3键盘显示由于单片机的I/O口有限，如果直接用于键盘和数码管的管理会消耗很多I/O口，本系统中采用具有串行接口的HD7279，HD7279是专门用于管理键盘和数码管的芯片，该芯片最多可以管理64个键盘和8个数码管。并且采用串行接口，无需外围元件可直接驱动LED，所以单片机只要控制其四个端口即可，这样可以节省单片机的很多的I/O口。HD7279内部含有译码器可直接接受BCD码或十六进制码并同时具有两种译码方式，其各个位的译码是相互独立的，指令有两种模式：纯指令模式和带有数据指令模式。此外还具有多种控制指令如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。HD7279具有片选信号可方便的实现8位的显示或多于64键的键盘接口。读键盘的指令时序图如下：南昌航空大学学士学位论文5图3.2HD72729读键盘时序图在进行本进行系统设计时有两种方案：方案一：本方案中采用12个键盘和1个数码管，在当键盘按下时单片机接受数据，并且将键盘值送给HD7279进行显示，每次只能显示一位数据。本方案的优点是硬件比较简单，但是缺陷是上次发送的数据不能显示，在连续发送数据时接收端判断数据的正确性带来困难。方案二：本方案中采用12个键盘和8个数码管，当键盘按下时单片机接收数据并判断键值后发送到7279芯片里面去进行显示，按下多少个数据数码管显示多少数据，次方案能方便的显示按下的数据，在接收数据时能方便的判断出接收的数据是否正确。缺点是硬件电路比较复杂。经过以上方案比较，方案二虽然比较复杂，但是HD7279最多能控制64个键盘，增加的只是软件部分，所以采用方案二作为键盘显示模块。方案硬件电路图：南昌航空大学学士学位论文6图3.3HD7279模块3.4MT8880数据编编解码模块3.4.1MT8880芯片的特点MITEL公司生产的MT8880是一种常用的双音多频信号解码芯片。图1为MT8880芯片引脚图，该器件有20个引脚：引脚0SC2和OSCl引入时钟脉冲，通常外接3．58MH晶振；引脚IN+、IN-为运放的同相和反相输入；GS为增益选择端；VREF是基准电压输出端；DTMF端输出DTMF信号；引脚R／W为读写控制信号输入；引脚CS输入片选信号，低电平有效；引脚ItSI为寄存器选择输入；引脚CP为系统时钟输入；D。～D，为控制DTMF信号发送和DTMF译码的四位，引脚0SC2和OSCl引入时钟脉冲，通常外接数据输入／输出端口；引脚IRQ／CALL处理中断请求信号，为开漏输出。其内部框图如下：南昌航空大学学士学位论文7MT8880共有6种工作模式：图3.4MT8880内部框图MT8880总共有六种工作模式，他们分别如下：一：DTMF模式：电路发送或接收DTMF信号。数据通过TDR、RDR以及状态寄存器SR，可以完成DTMF信号的发送与接收。二：呼叫处理(CALL)模式：电路可以从输入信号中检测电话呼叫过程中的各种信号音，并由IRQ／CALL端方波输出。．．．三：突发(BuRsT)模式：该模式下只能发送DTMF信号而不能接收。四：单／双(S，D)音产生模式：电路可产生单音或DTMF信号，用于测试和监测。五：测试(TEST)模式：使电路从DTMF接收部分得到延迟监测信号，并从IRQ／CALL端输出。六：中断模式：该模式可工作在DTMF状态条件下或BURST模式条件下，一旦有信号出现，则IRQ，CALL端输出低电平。3.4.2MT8880数据编码模块设计由于MT8880已经广泛应用于个行各业，所以它有典型的应用电路，只需要按照典型电路来设计即可。典型电路如下：南昌航空大学学士学位论文8图3.5MT8880引脚图3.4.3MT8880数据解码模块当MT8880作为DTMF接收器的时候，DTMF信号经由IN＋和IN－输入，经过运算放大滤除信号中的拨号音频率，然后发送到双音频滤波器，分离出低频组和高频组信号，通过数字计数的方式检出DTMF信号的频率，并且通过译码器译成4位二进制码。4位二进制编码被锁存在接收数据寄存器中，此时状态寄存器中的延时控制识别位复位，状态寄存器中的接收数据寄存器满标识位置位，对外而言，当寄存器中的延时控制识别位复位时，IRQ／CP由高电平变为低电平。在中断模式下，若芯片同时被设置为接收DTMF信号模式，那么当收到有效DTMF信号并译码后，IRQ端变为低电平。所以可用IRQ／CP作为单片机的中断信号，当IRQ由高电平变为低电平时向CPU发出中断请求，当单片机响应中断，读出寄存器中的数据后，IRQ返回高电平。所以在电路中IRQ端与单片机的P3.2连接，并与一高电平并连，可以实现中断请求功能。MT8880的D0～D3与单片机的P0.0～P0.3相连，CP端与P3.4相连,RSO与P1.0相连，R/W与P1.5相连。电路图如3.3所示。南昌航空大学学士学位论文9图3.6单片机与MT8880的连接图3.5无线发送接收模块设计3.5.1发送接收模块设计由于MT8880芯片输出的是一个高频与一低频信号叠加的模拟信号，所以发送模块需要直接调制模拟信号。所以发送接收模块采用的是深圳极限电子科技有限公司生产的5.8G无线影音模块/无线音视频模块/无线收发模块，该发送接收模块连接简单，电源提供5V即可，与其他模块的供电一致，可以用同一电源供电。该模块包括无线接收以及发送模块。发送模块的工作频段：5725-5865MHz。其中有2组频率8个信道可选，轻松避开干扰频率：Ch15865MHzCh25845MHzCh35825MHzCh45805MHzCh55785MHzCh65765MHzCh75745MHzCh85725MHz。发送模块的调制方式是FM宽频调频。功率为100mW。工作电压为5V，电流消耗大概在250mA，无线通信距离在300-500米。3.5.2发送接收模块连接图1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:7-Jul-2011SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\专设\keshe.ddbDrawnBy:EA/VPP31X119X218RESET9RD/P3717WR/P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PRDG30P31/TXD11P30/RXD10VCC40GND20U2AT89C51R12kR33kR6100kR5100kR4300kc120ufC6