存储测试系统红外数据通信技术与研究

本科毕业设计（论文）毕业设计说明书存储测试系统红外数据通信技术研究作 者 :学 号：学院 (系 ):专 业 :指导教师： 评 阅 人： 20*年 6 月本科毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书学 院（系）：专 业 ：学 生 姓 名：学 号：设计 (论文 )题目 ： 存储测试系统红外数据通讯技术研究起 迄 日 期 : 20*年 3 月 1 日 20*年 6 月 15 日设计 (论文 )地点 :指 导 教 师 :专 业 负 责 人 :发任务书日期: 20 年 3 月 1 日本科毕业设计（论文）毕 业 设 计（论 文）任 务 书1毕业设计（论文）课题的任务和要求：1、学习相关原理知识；2、实验方案确定及实验3、查询 10 篇以上文献，其中至少 1-2 篇外文资料；2毕业设计（论文）课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：1、学习相关原理知识；2、实验方案确定及实验3、完成论文撰写；4、外文资料翻译。本科毕业设计（论文）毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计(论文) 、图纸、实物样品等)：1、毕业论文一份；2、英文文献一份，相应的中文译文一份。4毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期 工 作 内 容20XX 年1 月 15 日 3 月 31 日4 月 1 日 5 月 31 日6 月 1 日 6 月 20 日6 月 21 日 6 月 25 日系统学习，查阅资料，作开题报告实验方案确定及实验撰写毕业论文论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日学院（系）意见：院（系）领导： 年 月 日本科毕业设计（论文）毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名 ：学 号：学 院 （ 系 ） ： 专 业 ： 设 计 (论 文 )题 目 ： 存储测试系统红外数据通信技术研究指 导 教 师 : 20*年 3 月 10 日本科毕业设计（论文）毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000 字左右的文献综述：文 献 综 述存储测试系统红外数据通信技术主要是利用红外通信技术来发送接收。红外通信技技术英文名称 Infrared Communications Technique ，它利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射红外系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外在信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。首先我们从红外技术谈起，红外技术它研究红外辐射的产生，传播，转化，测量及其应用的技术科学。红外辐射的物体本质是热辐射。热辐射的程度主要是由物体的温度所决定，温度越高，辐射出来的红外线越多，红外辐射的能量就越强。红外辐射和可见光，无线电磁波一样，是以波的形式在空间（同一介质）进行直线传播的并遵守逆二次方定律，也能反射，折射，散射，干涉和偏振。它在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度。红外技术的内容包含四个主要部分：1 红外辐射的性质，其中有受热物体所发射的辐射在光谱，强光和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性；热电效应和光学效应等。2 红外元件，部件的研制，包括辐射源，微型制冷器，红外窗口材料和滤光电等 3 把各种红外元，部件构成系统的光学，电子学和精密机械。4 红外技术在军事上和国民经济中的应用。由此可见，红外技术的研究涉及的范围相当广泛，既有目标的红外辐射特性，背景特性，又有红外元，部件及系统；既有材料问题，又有应用问题。数据传输按照传统的方法，都是利用电缆线实现连接，固然这种连接方法简单且可靠，但总有很多不便，因此，解决数据信息无绳传送，或用以红外线为代表的光信号传送，或利用无线电波传送方式，都可行。但相对来说，红外线通信技术结构简单，成本低廉，可靠性强，而且容易与便携信息处理机器结合。它是较其它技术更为成熟的，且功率很低。同无线电波传送方式相比，不受无线电法规限制，在红外线通信区内数据通信更为安全。现在，红外线通信软，硬件已成为笔记本型 PC 机和个人数字助本科毕业设计（论文）理 PDA 等便携式信息处理机器的标准配置，而且正向台式 PC 机领域渗透。红外通信的国际概况:红外通信进入 90 年代后的发展突发猛进，应用范围更广。目前，红外通信主要传送数据和视频，用红外射束将人体和物体从一地点传送到另一地点是以中科学幻想，离我们太遥远。但是用射束传送信息现在就能实现。不用电缆，微波或卫星就将视频，音频和数据信息从一个地点传送到另一个地点。红外射束通信系统：在该系统中，通信设备由两套相同的设备组成，每一套都有一台连接至控制设备的射束设备。在通信的两端各放一套设备，两地之间的通信距离为 2.5 公里。这种设备中的两套设备至少有一套置放地点要高出障碍物，从而提供直达视距通信。为构成通信链路，每一台射束设备产生的红外射束将用人工方式进行校准。当射束向前传送接近完全对准另一台设备时它便发亮。倘若两台设备中任何一台设备的射束向前偏离对准的方向，自动跟踪系统自然将射束收回，就保证信息不被截收。控制设备还连接至一台计算机或网络服务器，无须安装电缆就能传输数据。对视频广播来说，该系统中的发射系统可将摄像机连接至其中一台控制设备，通过 IR 射束将图像传送至另一台控制设备，而另一台控制设备由同轴电缆连接至电视台或电视转播车。在电视台或电视转播车上可将图像记录下来，供以后使用或采用卫星连接发送出去。该系统的视频和音频手心机系统能提供 4 个视音频或 8 个音频信息传送信道，外加 2 个内部通信信道，这样在两点之间可以往返传送视频并完全能进行通信。红外通信技术在各个方面应用越来越多，预计在不久的将来，它在通信领域将得到普遍应用。红外技术的推广意味着手提式计算机用户不用电缆连接的新潮即将来临。本科毕业设计（论文）参考文献1 陈永甫 红外辐射 红外器件与典型应用 电子工业出版社 2 飞达光学网 红外与蓝牙技术的比较3 中国电子技术信息网 红外通信技术 2004.7.104 张克彦 单片机浮点程序和应用程序 北京航空航天大学出版社5 黛梅萼、史嘉权 微型计算机技术及应用 清华大学出版社6 天 ChinaByte 安捷伦科技发表业界最小的快速红外收发器7 日经 BP 网 英特尔无线 USB 初始认证草案8 无线电子制作网 3000 米、4000 米无线接收模块 9 电子产品世界网 10 北京张前苏电子科技有限公司 微型无线发射/接收模块11 智能产品世界 无线发射、接收模块12 赛迪网 本科毕业设计（论文）毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：课题主要研究的是通过红外通信技术来传送数据和接收。红外技术是一种点对点的通信技术，可靠性较好，但是也正是如此，就不容易实现，所以在传送过程中必须保证它的点对点，否则无法实现通信。我们明确了要研究的问题后，我拟定从以下几方面来进行这次设计：1 必须具备发射接收设备，保证能传送一切数据，视频，接收与发射能达到一定的同步，且保证接收端的准确无误。2 在发射接收过程中数据必须满足有起始结束标记，便于明确传送的数据的具体内容，也便于接收端接收到准确的数据。更有利于检查数据是否接收无误。3 在发射接收端分别连接一台控制器或其它设备，在发射端作为一种数据运载体，同时控制数据的发送，当系统两端达到点对点就发送，否则自动终止发送，这就需要用单片机或 CPLD（可变成逻辑器件）实现对发射端的控制。4 在发射过程中要能够检测到发送的是数据还是图像，以便能够准确的接收。以上这些工作还需在以后的实践中仔细的学习有关资料，并通过老师的指导来解决，本科毕业设计（论文）本 科 毕 业 设 计 (论 文 )评 语院(系 ): 学生姓名： 学号： 题目： 指导教师评语：【填写说明】：1要求在学生答辩前完成，请指导教师将评语内容直接打印在本栏目内（用4 号仿宋体，A 4 纸型），或者亲笔填写,要求字迹工整.禁止打印在其它纸上后剪贴在此处。2评语填写内容：1）完成“毕业设计 （论文）任 务书” 规定工作的情况；2）创新性评价；3）写作的规范化程度；4）存在的问题；5）建议成绩评定；6）是否可以提交答辩。指导教师(签字) ：年 月 日本科毕业设计（论文）本 科 毕 业 设 计 (论 文 )评 语院(系 ): 学生姓名： 学号： 题目： 评阅人评语：【填写说明】：1要求在学生答辩前完成，请评阅人将评语内容直接打印在本栏目内（用 4号仿宋体，A 4 纸型），或者亲笔填写,要求字迹工整.禁止打印在其它纸上后剪贴在此处。2评语填写内容：1）论文选题的价值与意义； 2）创新性评价；3）工作量大小； 4）写作的规范化程度；5）存在的问题； 6）建议成绩评定；7）是否可以提交答辩。评阅人(签字) ：职称(或学历):年 月 日本科毕业设计（论文）本 科 毕 业 设 计 (论 文 )评 语院(系 ): 学生姓名： 学号： 题目： 综合成绩： 答辩委员会评语：【填写说明】：1本栏目由答辩委员会（小组）根据学生的论文水平、答辩情况以及各成员投票的综合结果填写，并给出成 绩。2可直接打印在本栏目内（用 4 号仿宋体， A4 纸型），也可手写.禁止打印在其它纸上后剪贴在此处。答辩委员会负责人(签字)： 年 月 日本科毕业设计（论文）存储测试系统红外数据通信技术研究摘要：红外光是具有许多优势的通信媒介，红外标准 IrDA 标准是目前 IT 和通讯业普遍支持的近距离无线数据传输规范。本文在介绍 IrDA1.0 的基础上，主要讲述了存储测试系统的红外通讯，它是能够实现面向字节的红外数据通讯，具有良好的抗干扰能力。文中给出了用发送接收芯片配合 AVR 单片机实现红外通信的几种方案。这几种方案都是围绕发送接收两部分完成的，都是通过单片机来控制，但又都有各自的不同之处，即分别从不同方向去考虑。关键字：IrDA，红外通讯，红外发送，红外接收，单片机本科毕业设计（论文）The research of Infrared communication techniqueIn Storing and test systemAbstract:Infrared is a convenient communication medium that has many advantages. IrDA association has a membership of over hundreds of companies in the computer and telecommunication industry, including components, hardware and adapter manufactures. This text introduces the IrDA1.0 first, and then mainly introduces Infrared communication of the saving test system. It is a infrared data communication that can carry out to face the word stanza, having good anti- interference ability. The text gives a few methods that is use to send out and receive infrared correspondence matched with AVR single chip. These methods are all concern the receive part and send part, through AVR to control things, but all they have different points. The difference is the direction of consideration.Keywords: IrDA, infrared transmission, infrared reception, single chip本科毕业设计（论文）目 录1 引言.11.1 本课题的意义 .11.2 本课题研究的内容.11.3 红外通信技术的简介.21.4 红外通信技术的国内外发展趋势.21.5 红外通信技术的发展方向.42 综述. 52.1 该设计的设计思路.52.2 红外通信的 IrDA 物理层标准.72.2.1 IrDA 背景 .62.2.2 物理层标准 .82.3 接建立协议层(IrLAP).102.4 IrLAP 帧结构 .103 发送接收芯片.123.1 IrDA 器件的介绍 .123.1.1 IrDA 器件的类型划分 .123.1.2 IrDA 器件的构成 .123.1.3 红外收发器件的选择.133.2 TFDU4100 的简介 .133.3 TFDU4100 的应用 .154 AVR 的简介 .174.1 AVR 的综述 .174.2 AVR ATmega8515 的综述 .184.2.1 AVR 单片机系统复位及中断 .204.2.2 定时器/计数器.205 整体设计.225.1 第一种设计方案.22本科毕业设计（论文）5.2 第二种设计方案.235.2.1 硬件设计.235.2.2 软件设计.256 系统调试及实验结果.306.1 实际遇到的问题及解决方法.30结论.31附录一.32附录二.33附录三.34参考文献.42致谢.43外文文献原文及译文本科毕业设计（论文）1 引言1.1 本课题的意义在当今世界里，笔记本电脑、个人数字助理等便携式信息处理机器急速普及，而以internet 为代表的计算机网络系统正以惊人的速度，向人类社会的各个领域渗透。如今，世界各工业发达国家正在开展信息处理环境设施或通信环境设施建设，旨在于实现一种新环境，即任何人随时随地都能从任何地方获得所要的信息或是任何人随时随地都能同在任何地方所期望的任何人进行通信联系。这就是各种新闻媒介广为宣传的 5 个w（whoever、 whenever、wherever、whomever 和 whatever）之间的理想信息处理通信环境。于是，在这种理想境界，为了传送这些数据信息，提出了具体的实际问题：便携式信息处理机器和网络之间，便携式信息处理器与移动电话、打印机等外围机器之间，究竟以什么样方式实现相互连接。数据传输按照传统的方法，都是利用电缆线实现连接，固然这种连接方法简单且可靠，但总有很多不便，因此，解决数据信息无绳传送，或用以红外线为代表的光信号传送，或利用无线电波传送方式，都可行。但相对来说，红外线通信技术结构简单，成本低廉，可靠性强，而且容易与便携信息处理机器结合。它是较其它技术更为成熟的，且功率很低。同无线电波传送方式相比，不受无线电法规限制，在红外线通信区内数据通信更为安全。与蓝牙相比，红外线通信又具有以下优点：数据传输速率高，适合于传输容量较大的数据文件和多媒体数据流；红外线发射角度较小，有一定物理传输上的安全性。基于这些优点，红外通信势必会在将来很长的一段时间内，在近距离无线数据通讯领域扮演重要角色。由此更加突出了研究红外通信的必要性。1.2 本课题研究的内容：典型的存储测试系统组成，是由信号调理电路、中心控制电路、地址推动电路、存储器电路、接口电路、时钟电路、A/D 电路等构成。我们主要研究接口电路这部分，即将存储器电路与计算机连接进行红外通信。红外通信是通过软件和硬件结合来实现的。硬件方面：它由红外发射和接收系统两部分组成。发射红外系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收。软件方面：在发送端将基带二进制信号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。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲之间本科毕业设计（论文）的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。接收端我们将接收到的脉冲串信号解码。因此在整个过程中我们需要用单片机来控制。在本文中我们不对存储测试系统作详细介绍，只需从中取数据，主要进行红外通讯的部分。1.3 红外通信技术的简介红外数据通讯指的是两台设备之间通过红外线进行无线数据传输的一种数据传输方式。一般采用红外波段内的近红外线，波长在 0.75至 25之间。红外数据协会（IrDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通讯效果，将红外数据通讯所采用的光波波长的范围限定在 850nm 至 900nm 之间。红外通讯的最大特点在于它替代了设备与设备之间传统的线缆连接，进而摆脱了不同平台设备连接时对于特制接口的要求，使得跨平台设备间的数据交换简单到只需彼此相对。那么红外通信有哪些优点呢？1）它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；2）通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线数据收发；3）主要用来取代点对点的线缆连接；4）新的通讯标准兼容早期的通讯标准；5）小角度（30以内）、短距离、点对点直线数据传输，保密性强；6）传输速率较高，目前 4M 速率的 FIR 技术已被广泛使用，16M 速率的 VFIR 技术已经发布。同时我们也应了解红外通信的缺点，以便进一步改善。红外通讯技术的缺点如下：1）通讯距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断；2）目前广泛使用的 SIR 标准通讯速率较低（115.2Kbit/s）；3）主要用于取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。1.4 红外通信技术的国内外概况红外线数据协会 IrDA 是致力于推行红外线通信的硬件和软件规格化并从事红外线通信普及的非营利机构，受到产业界的普遍欢迎。回想 IrDA 成立的初期，有关红外线通信方式，五花八门，互相竞争，相峙不下。但是，用户强烈要求明确的业界标准，保证能用上低成本、轻便、简单且低功耗的红外线通信产品。在这样的形势之下，红外线数据协会 IrDA 下设 3 个工作组，分别开展研究和调查工作，力本科毕业设计（论文）排众议，终于理出头绪：红外线通信设施可实现小型、轻便和低功耗要求，在 1m 的传送距离，可置换以往的串行口；明确红外线通信的定向性（不能绕射传送） ，因此红外线通信空间里不能有障碍物阻挡红外线信号传播。在此基础上，由 IrDA 于 1994 年制订出红外线通信 SIR 标准，即 IrDA10（serial infrared） 。基于该标准，利用红外线通信端口可置换以往的电缆、连接器、串行端口。在半双工链接协议 HDLC 里，已实现数据传送速度为 2.4115.2kbps、通信距离为 1m、定向角为 30 度，成本约为 1.54.5 美元。作为最初的红外线通信目标，小型、轻便和低功耗、1m 传送距离和置换串行口等红外线通信目标已经完成。而且，在 PC 机操作系统windowsXP 里支持红外线通信已作为标准装备，彼此打开了以 IrDA 规格为基准的红外线通信向全世界普及的通路。但是，从用户角度观察，这只是一个开端，用户期望使用更高数据传送速度的红外线通信。作为 115Kbps 的数据传送速度，对于包括多媒体信息化时代的图像信息传送应用，仍然是很慢的，远不能达到实用要求。因此。红外线数据协会 IrDA 在巩固已取得的 IrDA1.0 的成果的基础上，积极探索提高红外线通信数据传送速度的途径。于是,IrDA 于 1995 年 4 月正式采纳了由美国 IBM、HP 和日本夏普 3 家公司联合提案的 IrDA1.1 规格，使红外线通信的数据传送速度从 2.4115.2kbps 提高到 1.152Mbps4Mbps，传输图像信息等都已成为可行的方法。当然，传送活动图像信息仍有困难。随着数字化信息家电产品热潮来临，遵循 IrDA1.1 规格的红外线通信用 LSI 器件和电路模块产品纷纷商品化，而且装备有 IrDA1.1 规格端口的笔记本型 PC 机和个人数字助理等便携式信息处理机器、数字化照相机和打印机等已开始投放市场，促使红外线通信向纵深发展。红外通信技术在各个方面应用越来越多，预计在不久的将来，它在通信领域将得到普遍应用。红外技术的推广意味着手提式计算机用户不用电缆连接的新潮即将来临。1.5 红外通信技术的发展方向由于红外线数据协会 IrDA 坚持不懈地努力，世界规格标准化的红外线通信技术有长足发展。例如，数据传送速度已达到 4Mbps，居世界 PC 操作系统统治地位的 windowsXP 也支持 IrDA。现在，全世界红外线通信事业通过各国 150 多家高技术企业共同努力，已小有所成，光辉的前景正在招手，红外线通信应用普及工作任重而道远，尽管 windowsXP 支持 IrDA 已本科毕业设计（论文）作为标准装备，但是在 PC 之间开展红外线通信只限于少数具备条件的单位。红外线通信普及应用，需要一个不断发展的过程。首先，建立红外线通信时，红外线数据发送端和红外线数据接收端，都必须具备红外线通信端口。归根结底，不仅 PC 机、笔记本型 PC 和个人数字助理等信息处理机器需要具备红外线通信端口，而且与这些信息处理机器进行通信的外围机器，如像打印机和数字化照相机等诸多数字化设备，也必须具备红外线通信端口。为数众多的数字化设备，都装备有红外线通信端口，需有相当长的发展过程。例如，打印机、数字化照相机、数字化 FAX 与 PHS 一体化设备乃至花样品种繁多的数字化信息家电设备，大约从 1997 年开始逐渐装备遵循IrDA1.1 规格的红外线通信端口，装备到全部数字化信息家电设备需要一定的时间，用户熟悉它也要有一个过程。其次，迎接多媒体信息化时代，对红外线通信应用的渴望和供应之间的供求关系有待协调发展。例如，LAN 急速普及，电缆连接布局花费大量劳力，一旦地理位置变动又需支付重新布线开销。谁都知道，红外线通信可节省电缆架设费用，可是 IrDA1.1 规格的红外线 LAN适配器刚刚上市，推广普及应用需要时间。不难设想，红外线通信技术及其应用向纵深方向发展的同时，将把人们引向迈入上述的5w 之间的理想信息处理通信环境。同时，为了实现这一理想目标、红外线通信技术尚需进一步发展，提高数据传送速度、提高传送距离、提高和各种新技术之间的综合谐调能力。在这个发展过程中，人们将期望出现新的应用和新的标准化规格，以及新一代红外线器件。2 综述2.1 该设计的设计思路本课题主要研究的是：将存储测试系统中的数据进行红外通信。首先，介绍存储测试系统：存储测试是指在对被测对象无影响或在允许范围的条件下，在被测体内置入微型数据采集与存储测试仪，现场实时完成信息的快速采集与记忆，事后回收记录仪，由计算机处理和再现测试信息的一种动态测试技术。实现动态参数存储测试技术的关键在于研制能够在被测环境内正常工作，对被测对象无影响或影响在允许范围内的数据采集与存储测试系统。存储测试系统原理图为：本科毕业设计（论文）传 感 器信号调理电路 A/D变换器存储器电路 接口电路计 算 机图 2.1 存储测试系统原理图本文设计的是接口电路，主要进行红外通讯的研究。红外通讯以红外线作为通讯载体，通过红外光在空中的传播来传输数据，它由红外发射器和红外接收器来完成。在发射端，发送的数字信号经过适当的调制编码后，送入电光变换电路，经过红外发射管转变为红外光脉冲发射到空中，在接收端，红外接收器对接收到的红外光脉冲进行光电变换，解调译码后恢复出原信号。现在很多微控制器，如 80C51 单片机，虽然内含有 UART，却不支持 IrDA 标准或高速通信，不能直接相连红外收发体系。还有些微控制器，虽然所含的 UART 可以直接连接红外收发体系，但 UART 已用于其它目的。此时，可以选用 UART 接口器件。但有些微控制器，内部集成有 UART 单元及其接口，支持 IrDA 标准，并可以直接与红外收发体系连接。图2.2 即为含有 UART 单元的物理层框图：UART 与编码解码电路之间的信号1是 UART 的数据帧，它包括一个起始位，8 个数据位，一个停止位，见图 2.3。在编码解码电路与红外转换电路之间的信号2是红外 IR 帧，它具有与串口相同的数据格式，见图 2.4。其中在红外发送与 LED 驱动之间是 3/16 比特位宽的脉冲信号，与探测接收和红外接收解码之间的信号基本一致。这样，信号2是红外信号3的电信号表示。本科毕业设计（论文）红外数据传输电路设 计的注意事项： 要做好红外器件的选型。要求传输快速时，可选择 FIR、VFIR 收发器与编/解码器。要求长距离传输时，可选择大 LED 电流、小发射角发射器和灵敏度高的接收检测器。低功耗场合应用时，可选取低功耗的红外器件。要注意低功耗与传输性能之间存在着矛盾：通常低功耗器件，传输距离很小。这一点在应用时应该综合考虑。 红外数据传输是半双工性质的。为避免自身产生的信号干扰自身，要确保发送时不接收，接收时不发送，可以着眼于软件设计，使软件在一种状态时暂不理会另一种状态；同时要合理设置好收发之间的时间间隔,不立即从一种方式转入另一种方式。图 2.3 UART 数据帧101100停止位1010起始位数据位UART 数据帧停止位红外（IR）数据帧数据位起始位脉冲宽度3/16 比特位宽1 比特位宽101 100 1 010图 2.4 红外数据帧红外信号输入3数字接口串行接口红外信号输出3红外转换电路编码解码电路UART1 2串行数据并行数据并行数据串行数据红外发送编码调制电路红外接收解码电路LED 驱动探测与接收发送接收图 2.2 IrDA 规范 1.0 物理层框图本科毕业设计（论文） 要合理设计好各种红外器件的供电电路，选择适当的 DC-DC 器件，恰当地进行电磁抑制，做好电源滤波。同时还要注意尽可能减少功耗，不使用红外电路时要在软件上能够控制关闭其供电。很多厂家对自己推出的红外器件都有推荐的电路设计，要注意参考并实验。 PCB 设计时，要合理布局器件。滤波电感、电容等要就近器件放置，以确保滤波效果；红外器件与系统的地线要分开布置，仅在一点相连；晶体等振荡器件要靠近所供器件，以减少辐射干扰。 增大红外传输距离、提高收发灵敏度的方法：增加发射电路的数量，使几只发射管同时启动发送；在接收管前加装红色滤光片，以滤除其它光线的干扰；在接收管和发射管前面加凸透镜，提高其光线采集能力等等。 2.2 红外通信的 IrDA 物理层标准2.2.1 IrDA 背景红外数据协会 IrDA（Infrared Data Association)于 1993 年成立，它是一个独立的组织，它的章程是建立通用的，低功率的，半双工红外串行数据互联标准，支持近距离，点到点，设备适应性广的用户模式。建立该标准是在各种设备之间较容易地进行低成本红外通信的关键。IrDA 定义了一道标准，或者称之为协议，每一层建立在它的下一层之上，使建立和保持无差错数据传输成为可能。IrDA 标准包括三个强制性规范：物理层 IrPHY(The Physical Layer)；连接建立协议层 IrLAP(Link Access Protocol)；连接管理层 IrLMP(Link Management Protocol)。每一层的功能是为上一层提供特定的服务。其中物理层的硬件实现是整个规范的焦点，处于最底层，其它两层属于软件协议的范围，负责对它下一层进行设置和管理。红外数据定义了连接物理层规范 1.0 定义了数据传输率最高到 115.2Kbps 的红外通信；规范 1.1 将数据传输率提高到 4Mbps。并保持了对版本 1.0 产品的兼容；规范 1.2 定义了最高速率为 115.2Kbps 下的低功率选择；规范 1.3 将这种低功耗选择功能推广到 1.152Mbps和 4Mbps。2.2.2 物理层标准1）参数定义IrDA 物理层定义了串行,半双工,距离 0-100cm,点到点的红外通信规程,它包括调制,视角(接收器和发射器之间红外传输方向上的角度偏差),视力安全,电源功率,传输速率,以及抗干扰性等,以保证各种品牌,种类的设备之间物理上的互连。该规范也保证了在某些典型环本科毕业设计（论文）境下(如存在环境照明-太阳光或灯光,及其它红外干扰)的可靠通信,并将参加通信的设备之间的干扰降到最低。目前最新版本规范 1.3 支持两种电源:标准电源和低功率电源。标准电源无差错传输距离为 0-100cm,最大视角为 15 度；低功率电源选择应用于便携式设备和电信产业中,无差错传输距离 0-20cm,最大视角为 15 度。2）脉冲调制的必要性IrDA 红外通讯通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线数据的收发。IrDA 设备靠发光二极管发送信号,波长范围 875nm30nm,接收器采用装有滤波屏的光电二极管,仅使经调制的特定频率的红外光通过并接收。接收器的光学部分接收到的电荷量与信号辐射的能量成正比。因为接收装置需要把混在外界照明和干扰中的有用信号提取出来,所以尽可能地提高发送端的输出功率,才可能在接收端有较大信号电流和较高信噪比。但是,红外发光二极管不能在 100%时间段内全功率工作,所以发送端采用了脉宽为 3/16 或 1/4 比特位的脉冲调制,这样,发光二极管持续发光功率可提高到 45 倍最大功率。另外传输路径中不含直流成分,接收装置总在调整适应外界环境照明,接收到的只是变化的部分即有用信号,所以脉冲调制是必要的。集成的 IrDA 收发器具有滤波屏以消除噪声,使在 IrDA 频率范围2.4115.2kbps 和 0.5764Mbps 内的信号通过。3）调制原理IrDA1.0 简称为 SIR(Serial Infrared),数据传输率最高到 115.2kpbs。它是基于 HP-SIR(惠普在 SIR 编码解码电路及红外接收装置上拥有专利)开发出来的一种异步的、半双工的红外通讯方式。数据在发送前首先被编码调制,因为 UART 和串口使用 NRZ(non-return to zero)编码,输出在整个比特位内保持一致,多比特位可持续高电位,但这不是最佳红外传输,因为持续的一串高电位比特位使发光二极管导通任意长时间,这就必须限制发光二极管的功率,因此缩短了有效工作距离。而 IrDA 标准 RZI(return to zero, inverted)调制,以便使峰值与平均功率之比得到增加。波特率在 1152Mbps 以下时,都使用 RZI 调制。由于受到UART 通讯速率的限制,SIR 的最高通讯速率只有 115.2kbps,也就是大家熟知的电脑串行端口的最高速率。综上,波特率 2.4115.2kbps 时,使用脉宽为 3/16 比特位的脉冲调制,或使用固定宽度 1.63s 的脉冲调制。数据与串行异步通信格式相致,一帧字符用起始位和停止位来完成收发同步。一个“0”用一个光脉冲表示。IrDA Fast Infrared FIR 与 SIR 相比,由于 FIR 不再依托 UART,其最高通讯速率可达到4Mbps。在物理层之上的 IrLAP (Link Access Protocol)层要求所有的红外连接以 9.6kbps的速率(3/16 调制)建立起始连接,因此支持 4M 速率的设备至少必须支持 9.6kbps 的速率,这本科毕业设计（论文）样也保证了 4M 的设备可以与仅支持 9.6kbps 的低速设备相通信,即保证向后兼容。见图2.5。调制解调电路 LED 驱动与接收电路图 2.5 IrDA 规范 1.1 物理层框图速率为 0.576Mbps 和 1.152Mbps 时,使用与 IrDA1.0 相同的 RZI 编码，只是用 1/4 比特位宽替代 3/16 调制，如果发送 0100110101 这一串二进制码，如图所示：上图示意出实际传输的信号在不同速率下的脉冲编码(较低速率、0.576Mbps 和 1.152Mbps)，其中 NRZ 表示未经调制的原始信号。当波特率为 4Mbps 时,FIR 采用了全新的 4PPM 调制解调，即依靠脉冲的相位来表达所传输的数据信息,其通讯原理与 SIR 不同。见表 2.1。每两个比特位即“比特对”被一起编码成一个 500ns 宽的“数据符号位”,符号位分为 4 等份,只有一份包含光脉冲,信息靠数据符号脉冲的位置来传达。例如,比特位 00 将被传送为 1000,01 被传送为 0100,11 被传送为0001,每一个“1”靠一个光脉冲传送。对于 4Mbps 的传输速率,光脉冲宽度为 125ns,发射器闪烁频率为数据传输速率的一半即 2Mbps,而且在一段固定时间内,接收器收到的脉冲数目是一定的,这将使接收器比较容易与外界环境光强度保持一致,使接收到的只是变化的部分即有用信号。表 2.1 速率为 4Mbps 时的 4PPM 调制比特对 4PPM 数据符号位00 1 0 0 001 0 1 0 010 0 0 1 011 0 0 0 1LE 驱动后放 前放LED3/16 编码4PPM 调制3/16 解码4PPM 解调本科毕业设计（论文）其中逻辑 1 表示在这段数据符号位内 LED 发送红外光,逻辑 0 表示在这段数据符号位内LED 处于关断状态。2.3 接建立协议层(IrLAP)连接建立协议层的定义与 OSI(Open System Interconnect Reference Model)开放式系统互联参考模型第二层数据链路层相对应,是红外通信规范强制性定义层。IrLAP 以现有的高级数据链路控制协议 (High Level Data Link Control Procedure)和同步数据链路控制 SDLC ( Syn-chronous Data Link Control)半双工协议为基础,经修订以适应红外通信需要。IrLAP 为软件提供了一系列指南,如寻找其它可连接设备,解决地冲突,初始化某一连接,传输数据以及断开连接。IrLAP 定义了红外数据包的帧和字结构,以及出错检测方法。2.4 IrLAP 帧结构IrLAP 对不同的数据传输速率定义了三种帧结构：1 异步帧(速率在 9.6115.2kbps 之间);2 同步 HDLC 帧(速率为 0.576Mbps 和 1.152Mbps);3 同步 4PPM 帧(速率为 4Mbps)。速率在 115.2kbps(包括 115.2kbps)之内时,信号除使用 RZI 编码外,还被组织成异步帧,每一字节异步传输,具有一起始位,8 比特数据位和一停止位。数据传输率在 115.2kbps 以上时,数据以包含有许多字节的数据包同步帧串行同步传输。同步帧的数据包由两个起始标记字,8 比特位目标地址,数据(8 比特位控制信息和其它2045 字节数据),循环冗余码校验位(16 或 32 比特位)和一个停止标记字组成。包括循环冗余码校验位在内的数据包由与 IrDA 兼容的芯片组产生。本科毕业设计（论文）3 发送接收芯片3.1 IrDA 器件的介绍3.1.1 IrDA 器件的类型划分根据传输速率的大小，可以把 IrDA 器件区分为 SIR、FIR、VFIR 类型。如 Vishay 的红外收发器，TFDU4300 是 SIR 器件，TFDU6102 是 FIR 器件，TFDU8108 是 VFIR 器件。根据应用功耗的大小，可以把 IrDA 器件区分为标准型和低功耗型。低功耗型器件，通常使用 1.83.6V 电源，传输距离较小(约 20cm)，如 Agilent 的红外收发器 HSDL-3203。标准型器件，通常使用 DC5V 电源，传输距离大(在 30cm几十 m)，如 Vishay 的红外接收器TSOP12xx 系列，配合其发射器 TSAL5100，传输距离可达 35m。3.1.2 IrDA 器件的构成1）红外发送器件红外发送器大多是使用 Ga、As 等材料制成的红外发射二极管，其能够通过的 LED 电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大；发射强度越大，红外传输距离就越远，传输距离正比于发射强度的平方根。有少数厂商的红外发送器件内置有驱动电路。2）红外编/解码器件本科毕业设计（论文）编/解码，英文简称 ENDEC，即实现调制/解调。编/解码机制，SIR 器件多采用 3/16 ENDEC，FIR 器件多采用 4PPM ENDEC。在此解释一下 3/16 ENDEC，其它可参阅有关资料。3/16 ENDEC，即把一个有效数字位(bit)时间段，划分为 16 等分小时间段，以连续 3 个小时间段内有无脉冲表示调制/解调信息。红外编/解码器件，需要从外部接入时钟或使用自身的晶体振荡电路，进行调制或解调。3）红外收发器件红外收发器件集发射与接收于一体。通常，器件的发射部分含有驱动器，接收部分含有放大器，并且内部集成有关断控制逻辑。关断控制逻辑在发送时关断接收，以避免引入干扰；不使用红外传输时，该控制逻辑通过 SD 引脚接受指令，关断器件电源供应，以降耗节能。使用器件时需要在 LED 引脚接入适当的限流电阻。大多数红外收发器件带有屏蔽层。该层不要直接接地，可以通过串联一磁珠再接地，以引入干扰影响接收灵敏度。3.1.3 红外收发器件的选择IrDA 收发器是基于 IrDA 标准的器件，IrDA 标准分为 IrDA DATA 和 IrDA Control 两类。HP 主要生产用于手机和 PDA 的产品；Sharp 公司的 IrDA 收发器产品线涉及通信和家电领域，制造多种具有 IR 功能的个人信息产品；Vishay Telefunken 和 Infineon Technologies 提供满足不同速率要求的型号。 其中 HP 的 IrDA 产品线