第VI页 共43页
1.2 国内外研究现状
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。
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。现在约有120 家以上的厂商支持红外通信标准。其中的许多厂商已推出符合红外通信标准并支持Windows 95的产品。
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。
目前家电中用的最多的遥控方式是红外遥控，红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。价格低廉，编码简单，近距离的遥控使用红外遥控非常有优势。
由于红外一体化接收头的出现，大大降低了红外遥控的成本和技术难度，目前不仅在家电领域，在玩具、安防等领域也有广泛的应用。红外遥控系统主要由红外遥控发射装置、红外接收设备、遥控微处理机等组成。因此，遥控系统是一涉及单片机的数字系统。
目前国内红外遥控电子元器件的竞争很激烈，导致了价格的低廉，表面上有利于消费者，可是长期恶性竞争，互相压价格，必将导致产品质量的下降，最终损害的只能是消费者。红外遥控的前景依然看好，不过红外遥控的现状不容乐观。
红外遥控是单工的红外通信方式，整个通信中，需要一个发射端和一个接收端。发送端采用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。红外接收端普遍采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头接收红外信号，它同时对信号进行放大、检波、整形，得到TTL电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并控制相关对象[3]。
第VII页 共43页
1.3 选题研究的内容
该论题研究的内容主要是以下几个方面：
(1)，研究红外遥控信号波形；
(2)，设计红外遥控器信号接受系统；
(3)，信号转换系统设计；
(4)，转换发送电路设计；
2 红外遥控学习方案设计
2.1 总体方案介绍
红外遥控器的核心元器件是编码芯片，将需要实现的操作指令事先编码，设备接收后解码再控制有关部件执行相应的动作。编码是通过载波输出的，即所有的脉冲信号均调制在载波上，载波频率通常为38kHz。在发送端，载波利用电信号驱动红外发光二极管，将电信号变成光信号发射出去，发射的是红外光，波长范围在 840nm 到 960nm 之间。在接收端，通过光电二极管将红外光信号转换成电信号，经放大、整形、解调等步骤，最后还原成原来的脉冲编码信号，并根据遥控指令完成相应的动作。
学习型红外遥控器通过记录各种不同类型的遥控器的编码波形，将其存储下来并与某个按键关联，从而实现“学习”功能这样作不必关心编码的细节，通用性大大提高。
根据课题要求初步制定了实现上述功能的基本思路。此系统主要分为6大模块：单片机控制模块、键盘模块、红外接收模块、红外发送模块、存储模块、显示模块。（其中的主要模块是单片机控制系统模块，主要的功能实现都是由单片机程序控制，键盘的扫描，液晶的显示，红外遥控信号的接收、学习以及发射都是由单片机的程序来控制。）系统原理框图如1.1所示：
第2页 共43页
图1.1系统组成原理图
自学习型遥控器的功能主要分为学习和发送两个部分。在学习的过程中，收电路接收到红外遥控信号以后， 经过放大并解调出TTL电平信号送至微处理器进行处理。经过微处理器处理以后存储到外存储器里 。当要发射红外信号时，根据扫描键盘电路获取的键盘值，从与键值相对应的外存储器存储区中还原出相应的红外遥控编码 ，并调制到38KHz的载波信号上。最后通过放大电路驱动红外发光二极管发射红外信号。达到学习和发射的目的，从而实现一个遥控器控制多种红外遥控设备的功能。
2.2 方案论证
2.21 学习方式
从目前市场上主要出现的万能学习型遥控器看,主要分为两大阵营：
(1)固定码式学习型遥控器。这类学习型遥控器采用了“不完全归纳法”，也就是说对市场上所使用的遥控器信号大量的收集总结，对收集的信号分类，然后“分而治之”——对每种类别都预制一种解码程序和发射程序。
这种方式的学习过程是： ①学习信号的采集 ；
②判别信号的类别（属于那一种解码方案），编码，存储到ＥＥＰＲＯＭ。 优点：这种学习型遥控器对硬件的要求相对简单，对主控制器（主控IC）的工作频率要求不太高，因为信号的发送频率，编码方式等等都是已知的，只要对采集的信号进行判别即可；另外对存储器的容量也比较低，因为它不存在压缩的问题，按照最原始的最简编码进行存储。
缺点：只能对已知的遥器（或者说已经收集到的信号）有效，对于新开发，新型的编码格式就无能为力了。
(2)波形拷贝式学习型遥控器。这类遥控器的设计思想是：把原遥控器所发出的信号进行完全拷贝，而不管遥控器是什么格式，进行适当的压缩后，存储在存储器内，当需要发射时，再由储存器内读出解压后还原原始信号。
第3页 共43页
此方式的工作过程分以下几步完成：对原始发射信号波形采集到主控MCU的ＲＡＭ中、分析信号，压缩信号，存储信号。
①发射信号波形的测量，这一步主要是将原始信号缓存储到ＲＡＭ中。
②分析信号，对采集到的信号进行分析，比如对信号发送的的高低电平的时间，等参数进行细致分析，便于下一步的压缩。
③压缩编码，根据常用高低电平的时间，特殊高低电平的时间，发送周期，对原始信号进行压缩编码。
④存储信号,把压缩编号后的数据存储到EEPROM中
优点：可以使用任何遥控器的学习，无须更新代码程序即可使用目前所有乃至未来的所有红外线遥控的学
缺点：对主控制芯片和存储器的选择都比固定式要高。整体成本上较贵于固定码式学习型遥控器
由于遥控器发出的编码信号变化多样，市场上成百上千的编码方式并存，并没有一个统一的国际标准，只有各芯片厂商事实上的标准，使得模拟并替换各种原厂遥控器成为难点。而且客户码、命令码也是由不同厂商自行规定的。导致采用第一种方案来设计有很大的局限性，因此第二种是较为可行的方案。即通过记录各种不同类型的遥控器的编码波形，将其存储下来并与某个按键关联，从而实现“学习”功能这样作不必关心编码的细节，通用性大大提高。因此
2.22 按键模块
方案1：采用独立式按键。独立式按键电路配置灵活，。软件结构简单，每个独立式按键单独占有一根I/O口线，每根I/口线上的按键工作状态不会影响其他I/O口线的工作状态。但是每个按键必须占用一个I/O口线，在按键较多时，I/O口线浪费较大。故在按键数量不多时，采用这种按键电路。独立式按键与单片机接口图如2.1所示：
VCCR1R2R3R4R5R6R7R8k1S1SW-PBS2k2SW-PBS3k3SW-PBS4k4SW-PBS5k5SW-PBS6k6SW-PBS7k7SW-PBS8k8SW-PBVCC 图2.1 独立式键盘
方案2：使用矩阵键盘管理专用芯片，比如HD7279。占用比较少的资源就能管理
第4页 共43页
一个按键数比较多的键盘，集成了硬件消抖功能，提高了程序的执行效率。但是增加硬件成本和仪器的功耗。
方案3：行列式键盘，用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行、列线交点行，行、列线分别连接到按键开关的两端。在按键较多时，可以节省I/O口线。2×4加3个功能键的键盘与单片机接口图如2.2所示。
图2.2 2×4加3个功能键的键盘
设计中使用的单片机I/O口丰富，不用考虑I/O口紧张，而且通常家用电器有32个键盘，选择方案3。
2.23 显示模块
方案1：采用数码管（LED）显示。数码管价钱较便宜，对环境因素要求较低，显示明亮，采用 BCD 编码显示数字，程序编译相对容易，资源占用少。但同时它的显示内容有限，只能显示简单的数字和字母。这种常用的液晶，耗能也高。
方案2：采用液晶（LCD）显示。液晶显示屏(LCD)具有轻薄短小，耗电量低，无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强和显示形式灵活等优点。只是编程工作量较大，控制其占用资源较多，但在本系统中对控制器的资源使用中完全可以使用。
综上所述，选择方案2。
2.24 红外接收模块
方案一：采用红外接收二极管加专用的红外处理电路。接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。此种电路结构