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1、毕业论文 2008届04级题目： 基于红外PS/2键盘的设计与实现学院： 物理与机电工程学院专业： 电子信息工程学号： 1姓名： 朱冲指导教师：麻莉萍 王清辉【摘要】： 本文介绍了利用红外遥控器作为键盘从而对PC机进行操作的原理和方法。设计采用AT89S52单片机作为系统的核心控制部分，根据PS/2协议采用红外遥控器作为键盘接口向PC机发送扫描码从而实现与PC机通信。该接口方式既可以节省单片机的硬件资源又能够在距PC机一定距离内通过无线控制方式对PC机进行操作,因此可以在工控以及多媒体教学领域方面被广泛运用。 关键字： 单片机 键盘 红外线 扫描码【Abstract】： The article
2、 described the theory and method of a sort of equipment to control computer which use infrared ray remote as keyboard. The AT89S52 Single Chip Microco (SCM) as hard-core control of the system in this design. Bases of the PS/2 protocol , the interface keyboard send scan-codes to computer by infrared
3、ray remote, consequently correspond both sides successfully. If adopt this mode, not only the Single Chip Micyoco (SCM) I/O resource will be economized, but also can control computer by wireless in far fetch. In a word, this equipment may be widespread utilize in the domain of industry control or mu
4、ltimedia teaching and so on . Keywords: SCM; keyboard; infrared ray; scan code1 前言1.1系统开发背景随着电子科技的飞速发展，电子技术正在逐渐改善着人们的学习、生活、工作,因此开发本系统希望能够方便和改善人们的日常生活。本次设计的这个产品具有一些独到的特点，目前市面上的自制PS/2键盘设备都是一些通过有线近距离式对PC机实现控制，而且在红外线遥控技术方面目前并没有太多地与PS/2设备进行绑定。因此可以说本设计结合了红外线遥控技术与PS/2技术两方面的技术特点，而且无论从新颖性还是从技术性上分析，都是有很大突破的，下
5、面从本设计将会运用到的一些领域进行分析：在多媒体教学领域，以往教师在进行多媒体授课时往往需要板书然后回过头来到标准PC机键盘再进行操作，然而本系统可以使教师在正常板书教学的同时无需再次接近距离黑板较远的键盘进行操作，直接就可以在远距离通过红外遥控器对PC机进行控制，从而方便了教师在教学并大大提高了讲课效率。在工业控制领域，由于在一些临近现场操作将会受到电网或粉尘的干扰，导致如果近距离直接操作会产生一定的危险性，鉴于上述这些原因，本系统可以在距操作现场一定距离就达到控制目的，从而在方便操作的同时又保证了工作人员的安全。 1.2 系统开发意义以键盘接口作为单片机应用系统与PC机的通信接口，具有以下
6、优点：键盘接口的电气标准能满足TTL电平的传送要求，不需电平转换；PC机的操作系统内核能够解释单片机应用系统通过键盘接口传送来的数据，免除了编写串行数据接收程序的工作；PC机能够提供+5V电源。1.3 设计目标由于本设计主要用于人们日常教学或工业控制领域，因此在电路设计上必须简易并且在恶劣的环境仍旧能正常地工作。其次，在这次设计可行性上进行分析如下：1、经济可行性：所谓经济可行性，即在这次设计上需要投入资金的多少，由于毕业设计是没有项目资金，没有开发经费，因此在经济上必须能够承受，比较理想化的项目对于我们毕业设计来说是不可行的。通过分析后，无论是在器件价格或是常见度上均是可行的。2、技术可行性
7、：技术可行性主要是分析技术条件上是否能够顺利开展并完成开发工作，硬件、软件能否满足设计者的需要等。通过分析各种软件环境，硬件仿真环境等均已经具备。综上所述，本系统设计目标已经明确,在经济与技术上均可行，因此本系统的开发是完全可行的。2 方案论证2.1 控制模块选择方案 方案一：选用一般数字电路组合而成，理论上是可以实现，但从成本以及本设计所要达到的功能上考虑是根本不可行的，它所需的控制器件的的逻辑很复杂，显然会提高成本和降低可靠性。 方案二： 若采用AT89C51单片机进行控制,由于AT89C51不具备ISP功能，因此Atmel公司已经停产在市面上已经不常见，况且其ROM只有4K在系统将来升级
8、方面没有潜力。 方案三：AT89S52单片机，其性价比高，完全满足了本作品智能化的要求，它的内部程序存储空间达到8K，使软件设计有足够的内部使用空间并且方便日后系统升级，使用方便，抗干扰性能提高。 鉴于上述对比与分析，本设计采用方案三2.2键盘模块选择方案 方案一：自制一个矩阵键盘，此方案理论上虽可自定义任意多个按键，但事实上需要占用较多的单片机的I/O口，这样不仅浪费单片机I/O口资料，而且从整个电路设计上考虑,使整个设计笨拙，而且性价比更高在软、硬件上都不占优势。方案二：采用电视遥控器作为键盘模块，从占用单片机端口考虑，它只需一个单片机端口，因此极大地节省了硬件资源，并且按键资源对于应用于
9、特定领域来说已经足够。鉴于上述对比与分析，本设计采用方案二3 系统硬件设计及说明3.1 红外遥控系统设计及编码： 通用红外遥控系统主要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，如下图所示。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。 图1 红外遥控系统框图【11】本次系统设计中,红外线遥控信号发射电路中核心控制器采用TC9012F，TC9012F是一种通用型红外遥控信号发送用CMOS大规模集成电路并且是4位专用微控制器，其内部振荡频率fosc典型值为455kHz，当不按下操作键时，其内部455kHz的时钟振荡器停止
10、工作，以减少电池消耗。内部分频电路将振荡频率fosc进行12分频后，变成频率fc=37.9kHz，占空比为1/3的脉冲载波信号。红外遥控信号发送器由集成电路TC9012F、键盘矩阵电路、驱动器和红外发光二极管组成，遥控信号为37.9kHz的脉冲载波被遥控编码脉冲调制的已调波如图2所示。 图2 遥控编码脉冲【12】遥控的编码脉冲由引导码、用户码、用户反码、数据码、数据反码组成，用户码是同一组码发送两次，用户码是8位，所以整个脉冲码为32位。引导码作为接收数据的准备脉冲，它由8位的高电平(4.5ms)和8位的低电平(4.5ms)组成。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
11、时间间隔来区分码值的0或1。对应于二进制数字信号的0或1,脉冲时间间隔分别为1.125ms和2.25ms,如图3所示,而每一脉冲的宽度不变,均为(0.562ms)。由于用户码发送两次,数据码与其反码一起发送，因此系统的误动作很少。 图3 位时间定义【12】3.2 接收器及解码的硬件设计一体化红外线接收器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TTL电平信号兼容的器件，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。本系统设计中，一体化红外线接收器只须与AT89S52控制芯片的一个I/O口相连接，无须占用多余I/O资源,故对系统实
12、施控制将十分方便。 解码器硬件以AT89S52单片机为核心，具体电路图4，图中只给出接收红外遥控信号的部分电路。红外遥控信号经过红外接收模块接收后，解调为遥控信号的编码脉冲由1脚输出，此信号输出到AT89S52的P3.2口中。单片机通过运行程序对红外遥控器TC9012F所发出的编码脉冲进行接收和译码。 图4 红外解调信号连接图3.3 PS/2协议3.3.1 物理连接器一般，具有五脚连接器的键盘称之为AT键盘，而具有六脚mini-DINI连接器的键盘则称之为PS/2键盘。目前，PC机广泛采用的PS/2接口为mini-DIN 6Pin的连接器如图5所示。图5 PS/2连接器【5】在PS/2键盘靠P
13、C的PS/2端口提供+5V电源，另外两个脚Clock(时钟脚)、DATA(数据脚)都是集电极开路的，所以必须接大阻值的上拉电阻。它们平时保持高电平，有输出时才被拉到低电平，之后自动上浮到高电平。3.3.2 电气特性 PS/2通讯协议是一种双向同步串行通讯协议。通讯的两端通过Clock(时钟脚)拉到低电平。如果是PC机和PS/2键盘间的通讯，则PC机必须做主机，即PC机可以抑制PS/2键盘发送数据，而PS/2键盘则不会抑制PC机发送数据。一般两设备之间传输数据的最大时钟频率是33kHz，大多数PS/2设备工作在1020kHz。每一数据包含1112个位,具体含义如下表1所列。1个起始位总是逻辑08
14、个数据位(LSB)低位在前1个奇偶校验位奇校验1个停止位总是逻辑11个应答位仅用在主机对设备的通讯中 表1 数据帧格式表中，如果数据位中1的个数为偶数，校验位就为1；如果数据位中的1的个数为奇数，校验位就为0；总之，数据位中1的个数加上校验位中1的个数总为奇数，因此总进行奇校验。PS/2设备有主从之分，主设备采用Female插座,从设备采用Male插头。现在广泛使用的PS/2键盘鼠标均在从设备方式下工作，主从设备之间数据通信采用双向同步串行方式传输，时钟信号由从设备产生。在本系统中，在部分时刻只需从主设备接收命令，并适当根据接收到的命令采取相应的动作，向主设备发送从命令方式，而在大多数时候都是
15、主动向主设备发送数据，并实现应答。3.3.3 PS/2设备和PC机的通讯PS/2设备的Clock(时钟脚)和Data(数据脚)都是集电极开路的，平时都是高电平。当PS/2设备等待发送数据时,它首先检查Clock(时钟脚)以确认其是否为高电平。如果是低电平,则认为是PC机抑制了通讯，此时它必须缓冲需要发送的数据直到重新获得总线的控制权。如果Clock(时钟脚)为高电平,PS/2设备便开始将数据发送到PC机。一般都是由PS/2设备产生时钟信号。发送时一般都是按照数据帧格式顺序发送。其中数据位在Clock(时钟脚)为高电平时准备好,在Clock(时钟脚)的下降沿被PC机读入。 当时钟频率为15kHz时, Cloc
