1、 河北省高等教育(godngjioy)自學考試畢業論文題目(tm)：基于紅外傳輸技術利用單片機集成電路(jchng-dinl)進行編碼解碼的紅外遙控收發系統專業：電子信息工程（獨立本科段）作者：金偉準考證號：011313200268指導教師：田曉燕是否擬申請學位：是聯系電話成日期：2014年7月10日 摘 要在很多實際的單片機系統中，常常使用非電信號（如光信號、超聲波信號等）來傳送控制信息和數據信息，以實現遙控和遙測的功能，其中紅外遙控是目前使用最廣泛且很實用的一種(y zhn)通信和遙控手段。由于紅外遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而繼彩電、錄像

2、機之后，在錄音機、音響設備、空調以及玩具等其他小型電器裝置上，也紛紛采用紅外線遙控。工業設備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環境下，采用紅外線遙控不僅安全可靠，而且(r qi)能有效地隔離電氣干擾。正是由于紅外通信具有這些特點，隨著計算機技術和紅外遙控技術的發展，越來越多的紅外通信裝置在單片機系統中得到了應用。本設計詳細介紹(jisho)了紅外通信的原理以及如何用51單片機來實現一個簡單的紅外數據通信系統。從硬件上來講，系統實現的關鍵在于單片機89C52、紅外接口芯片MAX3100和紅外收發芯片HSDL3201的使用。本系統的軟件程序比較簡單，但它驗證了單片機實現紅外通信的可行性。關鍵詞：紅

3、外通信； 單片機； 接口芯片ABSTRACT In many practical SCM system, often using non-electrical signals (such as optical signals, ultrasonic signals, etc.) to send control information and data information in order to achieve the functions of remote control and telemetry, infrared remote control is the most widely u

4、sed and A very practical means of communication and remote control. Since infrared remote control device with small size, low power consumption, strong function, low cost, thus following the color television sets, VCRs, the tape recorder, audio equipment, air conditioners and other small toys, and o

5、ther electrical installations, have also used infrared remote control. Industrial equipment, in the high-pressure, radiation, toxic gases, dust and other circumstances, using infra-red remote control not only safe, reliable, but also effectively isolate electrical interference. It is precisely becau

6、se of these characteristics with infrared communication, with computer technology and infrared remote control technology, more and more infrared communication devices in the SCM system has been applied. The detailed design of infrared communication with the 51 principles and how to achieve a simple

7、microcontroller infrared data communications systems. In terms of hardware, the system is the key to achieving SCM89C52, infrared interface chip MAX3100 and infrared transceiver chip HSDL3201 use. The system is relatively simple software program, but he proved MCU the feasibility of infrared communi

8、cation. Key words: infrared communication; SCM; interface chip河北大學畢業設計（論文）說明書目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc200791322 1 緒論(xln) PAGEREF _Toc200791322 h 1 HYPERLINK l _Toc200791323 1.1紅外通信簡介及研究(ynji)現狀 PAGEREF _Toc200791323 h 1 HYPERLINK l _Toc200791324 1.2紅外通信的研究目的(md)和意義 PAGEREF _Toc200791324

9、h 2 HYPERLINK l _Toc200791325 1.3 設計任務 PAGEREF _Toc200791325 h 3 HYPERLINK l _Toc200791326 1.4 紅外收發器產品的發展趨勢 PAGEREF _Toc200791326 h 3 HYPERLINK l _Toc200791327 2 方案論證 PAGEREF _Toc200791327 h 4 HYPERLINK l _Toc200791328 2.1 方案的比較 PAGEREF _Toc200791328 h 4 HYPERLINK l _Toc200791329 2.2 如何實現紅外通信方案 PAGE

10、REF _Toc200791329 h 4 HYPERLINK l _Toc200791330 2.3 設計注意事項 PAGEREF _Toc200791330 h 5 HYPERLINK l _Toc200791331 3 硬件設計 PAGEREF _Toc200791331 h 7 HYPERLINK l _Toc200791332 3.1 紅外通信相關器件 PAGEREF _Toc200791332 h 7 HYPERLINK l _Toc200791333 3.2芯片選型 PAGEREF _Toc200791333 h 10 HYPERLINK l _Toc200791334 3.3

11、看門狗電路設計 PAGEREF _Toc200791334 h 14 HYPERLINK l _Toc200791335 3.4 單片機電路設計 PAGEREF _Toc200791335 h 16 HYPERLINK l _Toc200791336 3.5 串口電平轉換電路設計 PAGEREF _Toc200791336 h 18 HYPERLINK l _Toc200791337 3.6 紅外通信電路設計 PAGEREF _Toc200791337 h 19 HYPERLINK l _Toc200791338 4 軟件設計 PAGEREF _Toc200791338 h 21 HYPERL

12、INK l _Toc200791339 4.1 軟件工作流程 PAGEREF _Toc200791339 h 21 HYPERLINK l _Toc200791340 4.2 程序分析及代碼 PAGEREF _Toc200791340 h 23 HYPERLINK l _Toc200791341 5 分析與總結 PAGEREF _Toc200791341 h 27 HYPERLINK l _Toc200791342 致謝 PAGEREF _Toc200791342 h 29 HYPERLINK l _Toc200791343 參考文獻 PAGEREF _Toc200791343 h 30 HY

13、PERLINK l _Toc200791344 附圖 電路總圖 PAGEREF _Toc200791344 h 31河北大學畢業設計（論文）說明書1 緒論(xln)1.1紅外通信(tng xn)簡介(jin ji)及研究現狀紅外數據通信，顧名思義，就是通過紅外線傳輸數據，它是一種使用紅外線作為傳播介質的數據傳輸方式。在電腦技術發展早期，數據都是通過線纜傳輸的，線纜傳輸連線麻煩，需要特制接口，頗為不便。于是后來就有了紅外、藍牙、802.11等無線數據傳輸技術。紅外線是波長在750nm1mm之間的電磁波，是人眼看不到的光線。紅外數據傳輸一半采用紅外波段內的近紅外線，波長在0.75m25m。紅外數據

14、協會成立后，為保證不同廠商的紅外產品能獲得最佳的通信效果，限定所用紅外波長在850nm900nm。紅外數據通信技術是目前在世界范圍內被廣泛使用的一種無線連接技術，被眾多的硬件和軟件平臺所支持。紅外收發器產品具有成本低，小型化，傳輸速率快，點對點安全傳輸，不受電磁干擾等特點，可以實現信息在不同產品之間快速、方便、安全地交換與傳送，在短距離無線傳輸方面擁有十分明顯的優勢。紅外遙控收發系統的設計在具有很高的實用價值，目前紅外收發器產品在可攜式產品中的應用潛力很大。全世界約有1億5千萬臺設備采用紅外技術，在電子產品和工業設備、醫療設備等領域廣泛使用。絕大多數筆記本電腦和手機都配置紅外收發器接口。隨著紅

15、外數據傳輸技術更加成熟、成本下降，紅外收發器在短距離通訊領域必將得到更廣泛的應用。IrDA是國際紅外數據協會（Infrared Data Association）的英文縮寫，IrDA相繼制定了很多紅外通信協議，有側重于傳輸數率方面的，也有二者兼顧的。在海外通信技術發展早期，存在好幾個紅外通信標準，1993年，由二十多個大廠商發起成立了紅外數據協會（IrDA），統一了紅外通信標準，這就是目前被廣泛使用的IrDA紅外通信協議及規范。IrDA1.0協議基于異步收發器UART，最高通信速率為115.2Kb/s，簡稱SIR（Serial Infrared,串行紅外協議），采用3/16 EN/DEC編/解

16、碼機制。IrDA1.1協議提高通信速率到4Mb/s，簡稱FIR（Fast Infrared，快速紅外協議），采用4PPM（Pulse Position Modulation，脈沖位置調制）編譯碼機制，同時在低速時保留1.0協議規定。之后，IrDA又推出了最高通信速率為16Mb/s的協議，簡稱VFEIR（Very Fast Infared，特速紅外協議）。IrDA標準包括三個基本的規范和協議(xiy)：IrPHY（Infared Physical Link Specification，紅外物理層連接規范）、IrLAP（Infared Link Access Protocol，紅外連接訪問協議）和

17、IrLMP（Infared Link Management Protocol，紅外連接管理協議）。IrPHY規范制定了紅外通信硬件設計(shj)上的目標和要求。IrLAP和IrLMP為兩個軟件層，負責對連接進行設置、管理和維護。在IrLAP和IrLMP基礎上，針對(zhndu)一些特定的紅外通信應用領域，IrDA還陸續發布了一些更高級別的紅外協議，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMN、IrLAN、IrTran-P等等。紅外傳輸的距離在幾厘米到幾十米之間，發射角通常在015，發射強度與接收靈敏度因不同器件、不同應用設計而強弱不一。1.2紅外通信的研究目的和意義紅外數據傳輸有自身的優點。在一

18、些單片機監測系統中，數據采集裝置是安裝在環境條件惡劣的現場或者野外。采集到的數據傳輸到手持終端，然后通過手持終端送到后臺機進行數據分析、處理。這樣，數據采集裝置與手持終端之間的數據傳輸需解決通信問題。這時采用有線數據傳輸方式顯然是不合適的，而采用無線電通信方式，在惡劣的電磁環境下，要保障數據接受的可靠性，必須提高電臺的發射功率，這樣一方面需要申請專用額點，另一方面有會對空間產生無線干擾，同時無線電波的頻率比紅外線的頻率更接近于系統工作頻率，也容易對系統造成干擾。因此在這樣的工作環境中，采用紅外通信方式較為合適。本課題的研究對于工業控制有著重要的意義。目前紅外遙控、遙測技術在彩電、錄像機、音響設

19、備、空調、玩具、門鈴、遙控汽車路牌以及防盜等其它小型裝置上得到了廣泛的應用。采用紅外線做通信媒介，經實驗證明，在沒有阻礙的有限范圍內具有無線電無法比擬的優勢。所以對本文的研究是很有必要的。1.3 設計任務考慮到紅外光反射的原因，在全雙工方式下發送的信號也可能會本身吸收，一次紅外通信需采用半雙工方式，即通信的某一方發送和接收是交替進行的。紅外通信的基本原理是發送端將基帶二進制信號調制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發射管發射紅外信號。常用的有兩種方法：通過脈沖寬度來實現信號調制的PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調制）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現信號調制的PPM（Pul

20、se Position Modulation，脈位調制），接收端將接收到的光脈沖轉換成電信號，再經過放大、濾波等處理后送給解調電路進行解調，還原為二進制信號后輸出。紅外通信的實質就是對二進制數字信號進行調制解調，以便利用紅外信道進行傳輸。紅外通信的接口就是針對紅外信道的調制解調器。實現單片機紅外通信的關鍵在于紅外接口電路以及接口驅動程序的設計。主要包括(boku)三個方面的內容：一 接口器件的選取，要求(yoqi)能夠完成單片機串口和紅外通信之間的轉換。二 根據(gnj)選擇的接口器件設計外圍電路，實現單片機串口和紅外通信的接口電路。三 編寫實現紅外通信的單片機程序。1.4 紅外收發器產品的發

21、展趨勢在各種紅外收發器產品中，雖然傳輸速率、傳輸距離等特性不同，但紅外收發器產品一直朝著提高傳輸速率，增加傳輸距離，降低功耗，擴大發射接收角度等方面發展。特別是隨著技術發展和成熟，傳輸方式正朝著點對多點方向發展。因此紅外收發器產品還有更加寬廣的發展前景。2 方案論證2.1 方案的比較目前紅外遙控收發系統產品方面因為技術的成熟而差異較小，主要區別于采用哪個方式對紅外信號進行編碼解碼。有2種常用實現方法分別為專用芯片編碼解碼和使用單片機進行編碼解碼。方案一：專用芯片解決方案。 在無線通信領域，專用紅外編碼芯片種類很多，如日本三菱公司的M50426AP、PT2262、BL9148、ZD6631等，臺

22、灣普城公司生產的PT2262/2272是目前最常用的芯片之一，此芯片要求配對使用。這類芯片一般集載波振蕩、編碼、信號輸出于一體，具有很強的抗干擾能力，外圍電路簡單，使用很方便，而且價格也很低，具有很好的使用效果，由于是專用芯片所以使用這類芯片的產品具有比較理想的傳輸距離。通用的遙控器上大多使用此類專用芯片。 缺點是專用芯片的內部編碼已經固定，無法修改內部數據，不適用于經常需要改動傳送數據的場合 。方案(fng n)二：單片機解決方案。該方案使用微處理器的I/O口直接(zhji)產生已調波，驅動(q dn)紅外發光二極管，發射紅外數據。方波由CPU的定時器產生或由軟件編程產生。紅外編碼工作由軟件

23、完成，因此，紅外編碼方案可以任意設計，外部配接任意硬件電路，以完成各種需要。由于使用軟件編碼方案占用了CPU的時間，CPU處理速度受到一定的影響，對于設計來說也增加了對軟件編程的負擔。同時單片機解碼時會使遙控距離縮短，這是因為單片機的時鐘頻率的倍頻都會對接收模塊產生干擾，需要采用一些抗干擾措施來減小干擾。經過比較第二種方案軟件設計自由雖然會產生一些干擾，但對于要求不高的大多數場合還是合適的，本文針對第二種方案進行設計。2.2 如何實現紅外通信方案 單片機本身并不具備紅外通信的接口，那如何在單片機系統中實現紅外通信呢？常見的設計思路就是利用單片機的串行接口和片外的紅外收發電路，構成一個紅外串行通

24、信接口。這里提到的片外的紅外收發器電路主要是通過IrDA器件來實現。根據傳輸速度的大小，可以把IrDA器件分為SIR、FIR、VFIR、類型。如Vishay的紅外收發器TFDU4300是SIR器件，TFDU6102是FIR器件，而TFDU8108是VFIR器件。根據應用功耗的大小，可以把IrDA器件區分為標準型和低功耗型。（1）低功耗型器件，通常使用1.8-3.6V電源，傳輸距離較近（約20cm），如Agilent的紅外收發器HSDL-3203.（2）標準型器件，通常使用直流5V電源，傳輸距離（在30厘米和幾十米之間），如Vishay的紅外接收器TSOP12系列，配合其發射器TSAL5100，

25、傳輸距離可達35米。根據以上的分類方法，可以清晰地表明一個IrDA紅外器件的性能。例如Agient的HSDL-3000就是一個SIR標準型紅外收發器。紅外數據傳輸原理可用圖2-1來簡單表示。微控制器接口邏輯編解碼EN/DEC發射器接收器圖2-1 紅外傳輸(chun sh)原理圖2.3 設計(shj)注意事項紅外數據通信系統的設計需要(xyo)考慮以下幾點。首先要根據需求做好紅外器件的選型。要求傳輸快速時，可選擇FIR、VFIR收發器與編/解碼器；要求長距離傳輸時，可選擇大LED電流、小發射角發射器和靈敏度高的接受檢測器；低功耗場合應用時，可選取低功耗的紅外器件。這里要注意低功耗與傳輸性能之間存

26、在矛盾，通常低功耗器件，傳輸距離很小。這一點在應用時應該綜合考慮。其次設計時需要考慮到紅外數據傳輸都是半雙工性質的，為了避免自身產生的信號干擾自身，要確保發送時不接收，接收時不發送。這主要是要著眼于軟件設計，使軟件在一種狀態時暫不理會另一種狀態，同時要合理設置好收發之間的時間間隔，不能立即從一種方式轉入另一種方式。設計時要合理設計好各種紅外器件的供電電路，選擇適當的DC-DC器件，恰當地進行電磁控制，做好電源濾波。同時還要注意盡可能減少功耗，不使用紅外電路時要在軟件上能夠控制關閉其供電。很多廠家對自己推出的紅外器件都有推薦的電路設計。在PCB設計時，要合理布局器件。濾波電感、電容等要靠近器件放

27、置，以確保濾波效果。紅外器件與系統的地線要分開布置，僅在一點相連。晶體等振蕩器件要靠近所供器件，以減少輻射干擾。最后，增大紅外傳輸距離、提高收發靈敏度，可以綜合采用(ciyng)以下幾種方法：1 增加發射電路的數量，使若干(rugn)只 發射管同時啟動發送。2 在接收管前加裝紅色(hngs)濾光片，以濾除其他光線的干擾。3 在接收管和發射管前面加凸透鏡，提高其光線采集能力。3 硬件設計3.1 紅外通信相關器件圖2-1中發射器主要是指紅外發送器件。紅外線是不可見光，人眼是覺察不到的。電子技術中是用紅外發光二極管（又稱紅外發射二極管）來產生紅外線。紅外遙控收發是利用近紅外光傳送的波長為 0.76m

28、1. 5m。用近紅外光作為光源，是因為目前紅外發光二極管與紅外接收器件(光敏二極管、三極管及光電池) 的發光與受光峰值波長一般為 0.8m0. 94m ,在近紅外光波段內 ,二者的光譜正好重合 ,能夠很好地匹配 ,可獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。常用的紅外發光二極管，其外形和發光二極管LED相似，它的基本工作電路如圖3-1所示。圖中的三極管作開關，當基極上加有驅動信號時，三極管飽和導通紅外發光管D也正向導通工作，發出紅外光（近紅外線約0.93m）。D的管壓降約1.4V，工作電流一般為1020mA。紅外發送器大多是使用Ga、As等材料制成的紅外發射二極管，它能夠通過的LED電流越大，發射角度

29、越小，產生的發射強度就越大，發射強度越大，紅外傳輸距離就越遠，傳輸距離正比于發射強度的平方根。有少數廠商的紅外發送器件內置有驅動電路。為了適應不同的工作電壓，D的回路中常串有電阻作為紅外發光二極管的限流電阻。圖2-1中接收器主要指紅外檢測(jin c)器件。紅外檢測器件的主要部件是紅外敏感接收管件，這其中包括由獨立接收管構成的器件、內含放大器的器件以及由集成放大器與解調器構成的器件。接收靈敏度是衡量紅外檢測器件的主要(zhyo)性能指標，接收靈敏度高，傳輸距離遠，誤碼率越低。內含放大器的紅外檢測器件(qjin)內部構成如圖3-2所示。由集成放大器與解調器構成的紅外檢測器件內部構成，如圖3-3所

30、示。內部集成放大器與解調功能的紅外檢測器件通常還含有帶通濾波器，這類器件常用于固定載波頻率（如40kHz）的應用。晶體管驅動電路紅外發射二極管圖3-1 內含驅動器件的發射器GNDVCC紅外接收二極管放大器OUT圖3-2 紅外檢測器件河北大學畢業設計（論文）說明書VCC放大器帶通濾波解調OUTGND圖3-3 紅外檢測器件內部(nib)構成紅外收發器件發射與接收于一體。通常，器件的發射部分含有驅動器，接收部分含有放大器，并且內部集成有關斷控制邏輯。關斷控制邏輯在發送時關斷接收，以避免引入干擾。在不使用紅外傳輸時，該控制邏輯通過SD引腳接收指令，關斷器件的電源供應，這樣(zhyng)可以降耗節能。使

31、用器件時需要在LED引腳接入合適的限流電阻。大多數紅外收發器件帶有屏蔽層，該層不要直接接地，可以通過串連一個磁珠再接地，以避免引入高頻干擾影響接收靈敏度。紅外收發器的構成(guchng)如圖3-4所示。驅動控制放大TXDSDTXDGNDLED外殼圖3-4 紅外收發器圖2-1中的紅外編/解碼器件的作用是實現調制/解調和編/解碼。通常，紅外遙控收發器將信號(二進制脈沖碼)調制在載波上，經緩沖放大后送至紅外發光二極管，轉化為紅外信號發射出去。二進制脈沖碼的形式有多種，其中最為常用的是PWM碼(脈沖寬度調制碼)和PPM碼(脈沖位置調制碼）。前者以寬脈沖表示1，窄脈沖表示0。后者脈沖寬度一樣，但是碼位的

32、寬度不一樣，碼位寬的代表1，碼位窄的代表0。遙控編碼脈沖信號（以PPM碼為例）通常由引導碼、系統碼、系統反碼、功能碼、功能反碼等信號組成。引導碼也叫起始碼，由寬度為9ms的高電平和寬度為4.5ms的低電平組成（不同的遙控系統在高低電平的寬度上有一定區別），用來標志遙控編碼脈沖信號的開始。系統碼也叫識別碼，它用來指示遙控系統的種類，以區別其它遙控系統，防止各遙控系統的誤動作。功能碼也叫指令碼，它代表了相應的控制功能，接收器中的微控制器可根據功能碼的數值完成各種功能操作。系統反碼與功能反碼分別是系統碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對傳輸過程中是否產生差錯。為了提高抗干擾性能和降低電源

33、消耗，將上述的遙控編碼脈沖進行脈幅調制(PAM），再經緩沖放大后送到紅外發光管，將遙控信號發射出去。SIR器件多采用3/16 EN/DEC，FIR器件則多采用4PPM EN/DEC。3/16 EN/DEC是一個有效數字(yu xio sh z)位（bit）時間段，劃分為16等分小段，以連續3個小時間段內有無脈沖來表示調制/解調信息。這是對3/16 EN/DEC的簡單解釋，其他可參閱有關資料。紅外編/解碼器件需要從外部接入時鐘，或使用自身晶體振蕩電路進行調制或解調。紅外編/解碼器中，有單獨編碼(bin m)的集成器件，如MITSUBISHI的鍵盤遙控紅外編碼器M50462AP；也有集編碼/解碼于

34、一體的，這類器件較為多見，其構成如圖3-5所示。紅外接口器件的作用是實現紅外傳輸系統與微控制器、PC機或網絡系統的連接。設計中經常使用(shyng)的器件有UART串行異步收發器件、USB接口轉換器等。紅外編碼紅外解碼時鐘分頻Ir_TXDIr_RCVXinXoutVCCGNDTXDRSTClk_sltCLKRCV紅外編碼紅外解碼VCCGNDTXDCLKRCVRSTIr_TXDIr_RCV圖3-5 紅外編解碼器件3.2芯片的選型前文提到，51系列單片機的串口不支持紅外數據傳輸功能。實現紅外通信的方案之一是采用分立元件搭建紅外收發器，同時通過51單片機完成一定的簡單通信協議，從而形成一個簡單的紅外

35、數據傳輸方案。這種方案有些復雜，對于實際的應用，可以采用更為簡單更為可靠的方法。那就是采用一個串口紅外轉換芯片，利用該芯片完成單片機串口紅外數據傳輸功能轉換。MAX3100是美國MAXIM公司生產的通用異步收發器（UART）芯片，使用SPI/Microwire接口與微控制器進行通信。MAX3100不僅適用于速率(sl)高達230Kb/s的RS232和RS485數據鏈路，而且支持(zhch)速率2.4115.2Kb/s的紅外線數據傳輸格式(g shi)。MAX3100的封裝和引腳如圖3-6所示。它的引腳功能說明如下：圖3-6 MAX3100管腳圖DIN：SPI/Microwire串行數據輸入。D

36、OUT：SPI/Microwire串行數據輸出。SCLK：SPI/Microwire串行時鐘輸入。CS：片選端，CS=1時DOUT呈高阻態。IRQ：低電平中斷申請輸出。SHDN：硬件關斷腳，SHDN為低電平時內部晶振電路關閉。X2：晶振連接腳，外接時鐘時該端懸空。X1：晶振連接腳，外接時鐘時從該端輸入。CTS：用于RS232的CTS輸入。RTS：用于RS232的RTS輸出或RS485使能。RX：異步串行數據輸入（接入）。TX：異步串行數據輸入（發送）。VCC：正電源輸入端（2.75.5V）。GND：地。MAX3100供電電源范圍寬，功耗低，從+2.7-5.5V的電源中僅吸收0.5mA的電流，具

37、有零功耗的停機模式，并能由接收信號喚醒，在基于微控制器的小型系統設計中具有良好的應用前景。MAX3100是性能完善的UART，內部包含了一個簡單的UART、可編程波特率發生器、8字節接收FIFO以及SPI接口和中斷控制器，可實現由同步串行數據（兼容于SPI及Microwire標準）到異步串行數據通信（如RS-232、RS-485、IrDA）間的轉換。本例要使用的就是SPI到IrDA的紅外數據傳輸功能。MAX3100設計具有(jyu)很大的靈活性，其特點如下：奇偶校驗等完全由軟件控制(kngzh)，只需往一個內部寄存器寫入控制字，即可設置UART的波特率、數據字長、校驗使能以及8字節接收FIFO

38、使能。CTS/TRS硬件(yn jin)握手控制線，如簡單的I/O線，由寄存器直接控制。具有硬件和軟件調用的關斷功能，可以降低系統的功耗。具有4個中斷源：接收校驗（Pr）、接收數據（R）、接收開始/幀誤和發送緩沖空（T），任何中斷源都可以屏蔽。可選擇普通UART和紅外通信IrDA定時兩種工作模式，其中，IrDA定時模式能夠和其他具有SIR兼容的紅外端口設備進行紅外通信。紅外收發器選用HP公司的HSDL3201，它是一款支持IrDA Data2.0的低功耗適應115.2Kb/s速率的紅外收發芯片。HSDL-3201芯片簡介：HSDL-3201是一種廉價的紅外收發器模塊，工作電壓為2.73.6V。

39、由于發光二極管的驅動電流是內部供給的恒流32mA，因此確保了連接距離符合IrDA12(低功耗)物理層規范。HSDL3201與IrDA12低功耗器件通信的連接距離為20cm，與IrDA12標準器件通信的連接距離為30cm。HSDL-3201的特性如下：超小型表面封裝；最小高度：2.5mm；發光二級管電壓范圍2.7-6.0V；溫度范圍：-25-85攝氏度；發光二級管驅動電流32mA；邊緣檢測輸入：避免發光二極管的開啟時間長。HSDL3201的引腳功能說明如表3-1所示。表3-1 HSDL3201的引腳功能說明Table 3-1 HSDL3201 pin Help引腳標記描述備注1GND地接系統地2

40、NC懸空此引腳必須懸空3VCC電源2.7-3.6V4AGND模擬地接“靜”地5SD關斷（高電平有效）此引腳必須接高或低，但不能懸空6RXD接收數據輸出輸出是2.4s的低電平脈沖7TXD發送數據輸入邏輯高會開啟LED，但如果延時20s以上會關閉LED，此腳必須接高或低，不能懸空8VLEDLED電壓2.7-6.0V/SHIELDEMI外殼通過磁珠或電感（感值低）接系統地，最好不要直接接GND或AGND對于HSDL3201，LED的輸出和RXD輸出受TXD、SD以及接收器檢測到的光信號(xnho)控制，如表3-2所示。表3-2 HSDL3201收發器I/0真值表Table 3-2 HSDL3201

41、transceiver I / 0 truth tableSDTXDLED接收器RXD備注低高開無關無效1，2低低關IrDA信號低3，4低低關無信號高高無關關無關高5注：1如果(rgu)LED持續20s的高狀態(zhungti)，LED將關閉。2當TXD正發送數據時，RXD將響應TXD信號。3帶內IrDA信號和數據速率低于等于115.2Kb/s。4 RXD邏輯低是脈沖響應，脈沖寬度為2.4s，和數據5速率獨立。6關斷狀態RXD邏輯高的上拉電阻為300k。3.3 看門狗電路設計在系統的設計中，可靠性的設計尤為重要。眾所周知，在工業現場，往往會由于供電電源、空間電磁干擾或其他原因引起強烈的干擾噪聲

42、。這些干擾作用于數字器件，極易使其產生誤動作，引起“程序跑飛”事故。若不進行有效處理，程序就永遠不能回到正常運行狀態，從而失去應有的控制功能，這在工業現場中是不允許的。為了提高系統的可靠性，可以在系統中使用監視定時器（WDT）。WDT又名“看門狗”，是工業計算機和微控制器中常用的一種電路。在正常操作期間，一次WDT定時時間到，將產生一次器件復位（監視定時器復位）。在編程時加入對WDT 清0 的語句，使得程序正常運行時，在WDT 定時時間到之前對WDT 清0 ，不會產生監視定時器復位；如果由于干擾使程序跑飛，則不會在WDT 定時時間到之前執行WDT 清0 語句，WDT 就會產生復位，從而使程序又

43、回到正常運行狀態。單片機系統通常工作在一些特定環境中， 不可避免會受到外界的干擾， 這些干擾輕則導致系統內部數據出錯，重則將嚴重影響程序的運行。一般說來系統的可靠性應從軟件、硬件(yn jin)以及結構設計等方面全面考慮， 如器件選擇、電路板的布線、看門狗、軟件冗余等。只有通過軟、硬件的聯合設計， 才能保證系總體的可靠性指標， 以滿足系統在現場苛刻條件下的正常運行。對于來自電網電壓的欠壓、過壓、掉電和瞬變現象，通常(tngchng)采用低通電源濾波器、隔離變壓器、光電隔離及使用UPS不間斷電源， 或者給單片機系統配備專用電源。但這些措施仍然不能解決上述電源異常問題， 而且線路復雜、成本高。所以

44、，單片機監控電路應運而生。利用監控芯片和少量外圍元件能方便地組成各種有效的復位電路， 并能對電源異常情況進行各種監控。這種芯片具有監視功能多、可靠性高、外圍元件少、監控電路簡單和體積小等優點。因此它被廣泛應用在計算機、微控制器應用系統、便攜式智能儀器、自動控制等領域?？撮T狗電路(dinl)采用MAXIM公司的MAX6304實現，其原理如圖3-7所示。MAX6304簡介：Maxim公司生產的MAX6304是一款專用、高性能、低功耗的微處理器監控芯片， 它有如下特點。（1）同時具有復位和看門狗功能； （2）復位門限電壓在1122V以上可調節；（3）復位超時時間可調；（4）看門狗超時時間可調，通過看

45、門狗選擇腳還可以設置500倍超時時間；（5）4A供電電流；（6）輸出結構為: 推/拉方式輸出、高電平復位。圖3-7 看門狗電路(dinl)圖中D1即為看門狗芯片MAX6304?？撮T狗電路可參考(cnko)MAX6304的芯片資料來設計。R1取15K，R3取10K，這樣得到(d do)復位閾值電壓為：VRSR=1.22（R3R1）/R3=3.05VMAX6304的SWT腳用于設置基本看門狗的超時周期，這個周期可以通過外部電容C2來調節。這里取C2=100pF?；究撮T狗超時周期tWD=2.67C2=2.67100=267sWDS腳是看門狗選擇輸入腳，這個輸入可以選擇看門狗的模式，接低電平為正常模

46、式，接高電平則選擇的是擴展模式，在擴展模式下，看門狗超時周期為基本超時周期的500倍。在本例中，WDS接高電平，所以最終的看門狗超時周期約為133ms。這樣，只需單片機程序每隔小于133ms的一個時間周期內，對WDI產生輸入的電平變換就可以實現對單片機程序的檢測了。3.4 單片機電路設計硬件電路的單片機部分除了看門狗電路以外，其他電路采用最為常用的“CPURAM鎖存器”模式。電路原理圖如圖3-8所示。圖3-8中D2即為本例采用的單片機89C52，它由11.95MHz的晶振提供工作時鐘。它的P1.7腳DOG_IN和看門狗電路相連：12腳ITN0以及P1.0P1.4均和紅外接口電路相連（在后文介紹

47、）：P1.6腳控制紅外線收發器的SHUTDOWN關斷腳，實現紅外收發器的降功耗處理：10腳RXD、11腳TXD和串口電路相連：其他的數據線、地址線以及讀寫、ALE等控制信號線和鎖存器以及RAM電路相連，采用最為常用的工作方式。圖3-8中D3為鎖存器芯片(xn pin)SN74ABT373，D9為32K字節的CMOS靜態(jngti)RAM芯片。實際上在本設計中需要用到的RAM空間很少，用89C52內部自帶的256B RAM空間已經足夠，可以不必使用外部RAM。圖3-8 單片機電路(dinl)3.5 串口電平轉換(zhunhun)電路設計(shj)目前， 計算機廣泛采用RS232 串行接口標準。

48、本文采用MAX203 轉換芯片， 將RS-232 標準接口轉換為TTL 電平。 MAX203 是用于RS-232 通訊的收發器， 它有兩個驅動器， 兩個接收器， 采用單+ 5V 電源， 不需要任何外部元件， 由內部電源轉換電路自動生成+ 10 V 和- 10 V 電源， 以適合RS232 的電氣標準， 即邏輯0 時為+ 5 + 15 V 輸出， 邏輯1 時為- 5 - 15 V 輸出。RS-232串口電平轉換電路采用(ciyng)MAXIM公司的串口電平轉換芯片MAX203實現，如圖3-9所示。圖中D8即為芯片MAX203，它是一款+5V供電(n din)、帶有兩路收發的RS232串行收發器，

49、這里用到其中(qzhng)的一路收發。具體的電路設計參考了MAX203的芯片文檔。圖3-9的上面是9針的DB9插座，簡單串口通信只用到了三根線：發數據、收數據和地線。圖3-9 串口電平轉換電路3.6 紅外通信電路設計紅外通信電路主要由紅外接口芯片MAX3100和紅外收發器HSDL3201構成，其工作原理如圖3-10所示。圖3-10 紅外通信(tng xn)電路圖中D7為紅外通信芯片MAX3100，它在單片機的控制下完成單片機串口和紅外通信之間的轉換，它的SPI口主要對CS、SCLK、DIN、DOUT 4個端口進行控制。X1是頻率為3.6864MHz的晶振，它提供MAX3100的時鐘頻率。D6為

50、紅外收發芯片HSDL3201，在芯片選型時已經介紹(jisho)了此芯片的功能和用法。圖3-10中，HSDL3201的SD(SHUTDOWN)腳和單片機89C52的P1.6相連，由單片機通過(tnggu)程序來控制關斷的時機。HSDL3201和MAX3100的接口也很簡單，就是一收一發兩根線。紅外通信電路和單片機的接口主要由MAX3100完成的，接口信號主要是DIN、DOUT、SCLK和CS。DIN：連接單片機的P1.1腳，串行數據輸入。DOUT：連接單片機的P1.0腳，串行數據輸出。SCLK：連接單片機的P1.2腳，串行時鐘輸入。CS：連接單片機的P1.3腳，片選信號。MAX3100的中斷請

51、求由它的nIRQ腳（低電平有效）送至單片機的INT0腳，觸發器外部中斷0。MAX3100的關斷腳nSHDN和單片機的P1.4相連，由單片機通過程序來控制關斷時機。關斷腳的作用主要是節能降耗。紅外通信電路的主要功能是接收IrDA數據，并輸出標準的RS-232數據。雖然51單片機包含了一個內部的UART，但它不支持IrDA或者高速數據通信。而利用MAX3100能夠很方面的將51單片機連接至那些支持高性能通信模式。51單片機沒有SPI接口，所以它與MAX3100的通信必須通過口腳（這里是P1.0-P1.3）來完成。這里需要注意的是，在本系統中，大部分芯片都是+5V供電，而HSDL3201時+3.3V

52、供電，所以在電路設計時還需要考慮電源的供電，需要由+5V電壓變換(binhun)到+3.3的電源變換電路。電源變換電路采用的電源轉換(zhunhun)芯片LT1585是一款LINEAR公司的3.3V輸出電壓、5A輸出電流的三端電源轉換芯片，如圖3-6所示。圖中為R4為50的電阻(dinz)，R5為100的電阻，C4和C5為22F的極性電容。R4+3.3V+ C5VCC+ C4R5VOVINADJ圖3-11 電源轉換電路原理圖4 軟件設計本系統的功能時實現紅外通信，所以通信內容以及協議的復雜程度決定了本系統的軟件復雜度。在這里如果只是實現簡單的發送和接收，驗證紅外通信的可行性，那么程序的功能就變

53、得比較簡單。實際上，本節介紹的軟件設計就是利用單片機控制外圍芯片MAX3100，從而使得單片機的串口能夠實現紅外數據傳輸。4.1 軟件工作流程整個系統的工作流程如圖4-1所示。在本設計的一開始就提到了紅外通信的特點，它是一種半雙工通信，為了避免自身產生的信號干擾自身，要確保發送時不接收，接收時不發送。在軟件設計時，要使得發送和接收不會同時出現，同時要合理設置好收發之間的時間間隔，間隔不能設置的太短，即從一種方式轉入另一種方式的時間要稍長一些。軟件方案應與硬件結構結合(jih)一并考慮。硬件結構與軟件方案會產生相互影響，考慮的原則是：軟件能實現的功能盡可能由軟件實現，以簡化(jinhu)硬件結構

54、。但必須注意，由軟件實現的硬件功能，一般響應時間比硬件實現長，且占用CPU時間。對順序要求嚴格的一些過程控制系統，系統非正常復位否，一般都要求從失控的那一個模塊或任務恢復運行。所以測控系統要作好重要數據單元、參數的備份，如系統運行狀態、系統的進程值、當前輸入、輸出的值，當前時鐘值、觀測單元(dnyun)值等，這些數據既要定時備份，同時若有修改也應立即予以備份。開始初始化SPI端口初始化發送，接受寄存器初始化89C52串口初始化MAX3100串口初始化MAX3100接收到數據？串口接收到數據？從MAX3100發送，從89C52接收從MAX3100接收，從89C52發送YesYesNoNo圖4-1

55、 系統(xtng)成程序流程圖4.2 程序分析(fnx)及代碼程序中出現的變量及相應(xingyng)的功能如表41所示。表4-1 程序中變量及相應功能列表Table 4-1 procedures in the list of variables and the corresponding function變量說明DOUT數據輸出DIN數據輸出SCLK串行時鐘CS片選信號IRQ紅外通信中斷輸出URCV從MAX3100接收，從8951發送函數RCV51從MAX3100發送，從8951接收函數UTLK完成16位數據的收發函數BYT88個字節的移位函數利用MAX3100完成單片機紅外數據傳輸功能的源

56、程序的主要(zhyo)代碼部分如下：; *; IrDA Data Communication; *; PCON EQU 87H; 定義(dngy)端口DOUT BIT P1.0 ; 數據(shj)輸出DIN BIT P1.1 ; 數據輸入SCLK BIT P1.2 ; 串行時鐘CS BIT P1.3 ; 片選信號-低電平有效IRQ BIT P3.2 ; 紅外通信中斷信號，在程序中輪詢; RAM地址分配TX1 EQU 10H ; 發送寄存器 TX2 EQU 11H ; 發送寄存器 RX1 EQU 12H ; 接收寄存器 RX2 EQU 13H ; 接收寄存器 ; *ORG 00HBEGIN:MO

57、V SP, #70H ; 堆棧(duzhn)初始化 CLR SCLK ; 清空(qn kn)時鐘線信號; 初始化89C52的串口: 紅外方式(fngsh)工作在9600波特率 MOV TMOD, #20H ; T1的波特率 MOV TH1, #253 ; 重裝數值 MOV SCON, #50H MOV PCON, #80H ; 波特率加倍 MOV TCON, #40H ; 計數器開始工作; 初始化MAX3100串口-紅外方式工作在9600波特率 MOV TX1, #0E4H MOV TX2, #0CAH ; 9600波特率，兩個停止位 CALL UTLK ; 串口寫; * 主程序循環 *LOO

58、P: JNB IRQ, URCV ; 判斷有數據NRECV:JBC RI, RCV51 JMP LOOP; 從MAX3100接收，從8951發送 URCV:MOV TX1, #0 ; 讀數據MOV TX2, #0 CALL UTLK ; 將數據發送到RXMOV A, RX2 ; 將數據送入累加器MOV SBUF, A ; 發送RS-232信號JMP LOOP; 從MAX3100發送，從8951接收RCV51: MOV A, SBUF ; 從8951獲得數據MOV TX1, #80H MOV TX2, A ; 準備(zhnbi)紅外數據 CALL UTLK ; 從紅外端口發送數據 JMP LOO

59、P; *; 子程序; 完成(wn chng)16位數據的收發 ; 從TX1、TX2發送16位比特(b t)；從RX1、RX2接收16位比特 UTLK:CLR CS ; 片選工作MOV A, TX1CALL BYT8 ; 發送MOV RX1, A ; 從RX1獲得數據MOV A TX2 ; 獲得高位字節CALL BYT8 ; 發送MOV RX2, A ; 從RX2獲得數據 SETB CS ; 關閉片選RET; *; 字節的移位BYT8:MOV R4, #8 ; 8位數據SETB DINB8LP:RLC A ; 載入高位字節MOV DOUT, C ; 輸出SETB SCLK ; 時鐘高電平MOV C, DIN ; 獲得數據CLR SCLK ; 時鐘低電平MOV ACC.0, C ; 向ACC中放入第一個bitDJNZ R