基于单片机的无线传输系统设计

武汉工业学院毕业设计设计题目：基于单片机的无线传输系统设计姓名刘容学号071203214院〔系〕数理科学系专业电子信息科学与技术指导教师陈西曲2011年6月11日目录TOC\o"1-3"\h\u4996摘要I14898AbstractII272691红外通信技术概述121046近距离无线通信简介 121046红外通信的优点与应用 3210461.3红外通信技术开辟数据通信的未来 4210462红外通信系统总体构成 5210462.1红外技术的物理根底 57161210462.2红外通信原理 62.3红外发射器原理 6242662.4红外接受器原理 7234483红外信号传输协议与编码原理 823698几种常用红外通信协议 815593编码原理 9234484单片机AT89C52简述 11801AT89C52概述 113091AT89C52单片机引脚排列及功能 11234485红外通信系统接口电路设计 15191785.1系统实现的功能 15191785.2主机发射电路 1519178发射电路的硬件局部 1519178发射电路的软件局部 16191785.3从机接受电路 2119178.1接受电路的硬件局部 2119178接受电路的软件局部 21191785.4系统测试效果 264367结束语 274367谢辞 288340参考文献 29摘要红外通信技术是利用红外线来传递信号，属于无线通讯技术。红外通信具有控制简单、实施方便,传输可靠性高的特点,是一种较为常用的通信方式。红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射系统和接收系统两局部组成。发射系统是通过单片机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并通过单片机解码，由红外发射系统和红外接收系统构成了红外通信系统。红外通信技术已用于各种便携设备上。随着移动计算和移动通讯设备的日益普及，红外数据通讯已经进入了一个开展的黄金时期。从IRDA的成立至今，IRDA标准的认可度与日俱增。尽管现在有来自蓝牙技术的挑战，但红外通讯技术以其低廉的本钱和广泛的兼容性在将来很长的一段时间内在短距离的无线数据通信领域仍将有很广阔的应用空间。关键词：单片机；红外；通信AbstractInfraredcommunicationtechnologyistheuseofinfraredtotransferthesignal,belongingtothewirelesscommunicationtechnology.Infraredcommunicationwiththecontrolissimple,easytoimplement,transmissionandhighreliability,isamorecommonmeansofcommunication.Infraredcommunicationistheuseofinfraredtechnologyforsecurecommunicationsbetweentwopointsandinformationforwardedclose.Itgenerallyconsistsofinfraredtransmittingsystemandreceivingsystemcomposedoftwoparts.SCMtransmissionsystemsbyinfraredradiationofamodulatedinfraredsignalafterthelaunch,whilethereceivingsystemusingopticaldevicesandinfrareddetectorstoreceiveanddecodethesinglechipmicrocomputer,theinfraredemissionsystemandtheinfraredreceiversystemconstitutestheinfraredcommunicationsystem.Infraredcommunicationtechnologyhasbeenusedforvariousportabledevices.Asmobilecomputingandthegrowingpopularityofmobilecommunicationdevices,infrareddatacommunicationhasenteredagoldenageofdevelopment.FarfromtheestablishmentofIRDA,IRDAgrowingacceptanceofstandards.AlthoughtherearechallengesfromtheBluetoothtechnology,infraredcommunicationstechnologybutwithitslowcostsandbroadcompatibilityinthefutureforalongperiodoftimewithinashortdistancewirelessdatacommunicationswillhaveverybroadapplicationspace.KeyWords:Microcontrollerunit;Infrared;Communication1红外通信技术概述1.1近距离无线通信简介随着短距离无线数据业务迅速膨胀，近距离无线通信技术呈现出良好的开展势头。受到越来越多人的关注。因为在现实生活中存在着许多这样的应用情况，系统需要实时传输小量的突发信号，当然传统的无线通信技术虽然能够满足要求，但免不了存在本钱高，体积大，功耗大的问题，这时本钱小，体积小，功耗低的短距离无线通信技术就发挥了它的优势，尤其在传统无线通信系统难于或者不便于覆盖到的区域，短距离无线通信技术可以在近距离范围内实现相互通信或相关操作[1]。但是当今信息技术高速开展，形成了令人眼花缭乱的无线通信协议和产品。如何能够低本钱、方便快捷的实现近距离无线通信，使它能够广泛应用在工业无线控制系统、家庭智能化建设、小型无线数据终端等无线传输系统中，成了一个很值得研究的课题。目前使用较广泛的近距无线通信技术是蓝牙(Bluetooth)，无线局域网802.11(Wi-Fi)和红外数据传输(IrDA)。同时还有一些具有开展潜力的近距无线技术标准，它们分别是：Zigbee、超宽频(UltraWideBand)、短距通信(NFC)、WiMedia、GPS、DECT、无线1394和专用无线系统等。它们都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；或着眼于功能的扩充性;或符合某些单一应用的特别要求或建立竞争技术的差异化等。但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的需求。1.蓝牙技术bluetooth技术是近几年出现的，广受业界关注的近距无线连接技术。它是一种无线数据与语音通信的开放性全球标准，它以低本钱的短距离无线连接为根底，可为固定的或移动的终端设备提供廉价的接入效劳。蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球标准，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHzISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离。蓝牙技术诞生于1994年，Ericsson当时决定开发一种低功耗、低本钱的无线接口，以建立及其附件间的通信。该技术还陆续获得PC行业业界巨头的支持。1998年，蓝牙技术协议由Ericsson、IBM、Intel、NOKIA、Toshiba等5家公司达成一致。蓝牙协议的标准版本为802.15.1，由蓝牙小组(SIG)负责开发。802.15.1的最初标准基于蓝牙1.1实现，后者已构建到现行很多蓝牙设备中。新版802.15.1a根本等同于蓝牙1.2标准，具备一定的QoS特性，并完整保持后向兼容性。但蓝牙技术遭遇了最大的障碍是过于昂贵。突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息平安问题等等。这就使得许多用户不愿意花大价钱来购置这种无线设备。因此，业内专家认为，蓝牙的市场前景取决于蓝牙价格和基于蓝牙的应用是否能到达一定的规模。2.Wi-Fi技术Wi-Fi(WirelessFidelity：无线高保真)也是一种无线通信协议，正式命名IEEE802.11b，与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术。Wi-Fi速率最高可达11Mb/s。虽然在数据平安性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达100m左右。Wi-Fi是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内，就能以最高约11Mb/s的速度接入Web。但实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入，带宽被多个用户分享，Wi-Fi的连接速度一般将只有几百kb/s的信号不受墙壁阻隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外。WLAN未来最具潜力的应用将主要在SOHO、家庭无线网络以及不便安装电缆的建筑物或场所。目前这一技术的用户主要来自机场、酒店、商场等公共热点场所。Wi-Fi技术可将Wi-Fi与基于XML或Java的Web效劳融合起来，可以大幅度减少企业的本钱。例如企业选择在每一层楼或每一个部门配备802.11b的接入点，而不是采用电缆线把整幢建筑物连接起来。这样一来，可以节省大量铺设电缆所需花费的资金。最初的IEEE802.11标准是在1997年提出的，称为802.11b，主要目的是提供WLAN接入，也是目前WLAN的主要技术标准，它的工作频率也是2.4GHz，与无绳、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频段。随着Wi-Fi协议新版本如802.11a和802.11g的先后推出，Wi-Fi的应用将越来越广泛。速度更快的802.11g使用与802.11b相同的正交频分多路复用调制技术。它工作在2.4GHz频段，速率达54Mb/s。根据最近国际消费电子产品的开展趋势判断，802.11g将有可能被大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。微软推出的桌面操作系统WindowsXP和嵌入式操作系统WindowsCE，都包含了对Wi-Fi的支持。其中，WindowsCE同时还包含对Wi-Fi的竞争对手蓝牙等其它无线通信技术的支持。由于投资802.11b的费用降低，许多厂商介入这一领域。Intel推出了集成WLAN技术的笔记本电脑芯片组，不用外接无线网卡，就可实现无线上网[2,3]。3.红外数据传输红外线数据协会IrDA(InfraredDataAssociation)成立于1993年。起初，采用IrDA标准的无线设备仅能在1m范围内以115.2kb/s速率传输数据，很快开展到4Mb/s以及16Mb/s的速率。IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术。目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如PDA、上广泛使用。事实上，当今每一个出厂的PDA及许多、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA。IrDA的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信本钱低廉。并且还具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。此外，红外线发射角度较小，传输上平安性高。IrDA的缺乏在于它是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其它物体阻隔，因而该技术只能用于2台(非多台)设备之间的连接。而蓝牙就没有此限制，且不受墙壁的阻隔。IrDA目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。1.2红外通信的优点与应用红外通信是以红外线作为载体来传送数据信息。它作为无线通信的一种与无线电通信相比，由于其性能价格比高、实现简单、具有抗电磁干扰、便于高速应用、空间接入灵活、经济的特点，可用于室内外实现点对点、无线红外LAN通信及军用红外引信，在移动计算和移动通讯的设备中获得了广泛的应用[4-6]。在某些场合，需要数据交换但又不是很大，且实时性要求又不是很高的情况下，可以使用红外通讯方式，这样既可以得到无绳化通信带来的便利，又可以避开采用无线电高频电路可能引发的一些问题。譬如用于家用电器的遥控器，计算机的遥控键盘和遥控鼠标以及便携式数据收集装置(煤水电表的登录器、报税机)与主机的数据交换等。目前，利用红外线进行无线数据通信，无论从小型化、轻量化，还是从平安性等方面考虑，其可行性都比拟高，并且已经在无线多信道室内话音系统，无绳以及键盘和终端间的短距离无线连接中得到了应用。所有这些应用中的工作带宽远低于WLAN需要的带宽。红外通信具有控制简单、实现方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式且能很好的满足近距离通信的要求。红外通信以红外线作为通信载体'通过红外光在空中的传输来传输教据，它由红外发射器和红外接收器来实现，在发射端，发送的教字信号经过恰当的调制编码后，输入电光转换电路，经过红外发射管转换为红外光脉冲发射到空中。在接收端，红外接收器对接受到的红外光脉冲信号进行光电转换和解调译码后恢夏出原信号。红外线IrDA，简称IR，可以进行无线数据的传输。自1974年创造以来，红外无线通信已经广泛应用于各种设备，一些商业化的移动终端如掌上型电脑、个人数字主力、移动等都已经安装了红外无线通信器件而且像红外线鼠标，红外线打印机，红外线键盘等等都是随处可见。1.3红外通信技术开辟数据通信的未来目前,符合红外通信标准要求的个人数字数据助理设备笔记本计算机和打印机已推向市场,然而红外通信技术的潜力将通过个人通信系统(代S)和全球移动通信系统(GS娜网络的建立而充分显示出来由于红外连接本身是数字式的,所以在笔记本计算机中不需要调制解调器便携式PC机有一个任选的扩展插槽,可插入新式PCS数据卡PCS数据卡配使用,建立和保持对无线PCS系统的连接；扩展电缆的红外端口使得在PCS系统和笔记本计算机之间容易实现无线通信[7]。由于PCS数字系统和笔记本计算机之间的连接是通过标准的红外端口实现的，所以CPS数字系统可在任何一种PC机上使用，包括各种新潮笔记本计算机以及手持式计算机，以提供红外数据通信而且，由于该系统不要求在计算机中使用调制解调器，所以过去不可能维持高性能PC卡调制解调器运行所需电压的手持式计算机，现在也能以无线方式进行通信。红外通信标准的开发者还在设想在机场和饭店等地点使用步行机和打印机，在这些地方，掌上计算机用户可以利用这些外设而勿需电缆。银行的ATM(柜员机)也可以采用红外接口装置预计在不久的将来，红外技术将在通信领域得到普遍应用，数字蜂窝、呼费话等都将采用红外技术。红外技术的推广意味着膝上计算机用户不用电缆连接的新潮即将到来由于红外通信具有隐蔽性，保密性强，故国外军事通信机构历来重视这一技术的开发和应用，这一技术在军事隐蔽通信，特别是军事机密机构的对端通信中将发挥出重要的作用。正如前面所述，它还将对计算机技术产生冲击，对未来数据通信产生重大影响。2红外通信系统总体构成2.1红外技术的物理根底红外技术的开展以红外线的物理特性为根底。红外线是由于物质内部带电微粒的能量发生变化而产生的，它是一种电磁波，处于可见光谱红光之外，突出特点是热作用显著。红外线的波长介于可见光与无线电波之间，从μm~l000μm，可分为四个波段:近红外(0.75~3μm)、中红外(3~6μm)、远红外(6~15μm)和极远红外(15~1000μm)，红外线具有以下特性：1.红外光电效应当光线照射在金属外表时，金属中有电子逸出的现象叫做光电效应。红外线光子的能量低于可见光光子，它能对一些较活泼的金属产生光电效应(即红外光电效应)。红外光电效应是红外技术得到应用的关键。通过红外光电效应可把红外光转换成电信号，经放大后，作用到荧光屏上，再把电信号转换成可见的光，使人眼看得见红外线照射的物体[8]。2.红外辐射实验说明，物体在任何温度下都要向周围空间辐射电磁波。物体在一定时间内向周围辐射电磁波的能量的多少以及能量按波长(或频率)的分布与物体的温度有关。在室温下，大多数物体发出的辐射能分布在电磁波谱的红外线局部，随着温度的升高辐射能量也随着增加。同时，辐射能的分布逐渐向频率高的方向移动，即温度愈高，辐射能中高频电磁波成份愈多。自然界的一切物体都是红外辐射源，物体温度不同，辐射的红外线波长就不同，温度越高波长越短，并且产生的红外线越多。这种红外辐射的普遍性和差异性正是红外技术有着广泛应用的根本原因。根据辐射特性，知道了军事目标的温度范围，就可求出其辐射红外波长的范围，选用相应的红外探测器，可探测目标与景物的红外辐射差异。这种差异表达在目标与景物的温度分布，故所形成的图像叫热图像，热图像通过红外光电光信号的转换，成为可见光图像，即可从复杂的背景里识别目标。3.红外反射目标和环境对可见光的反射差异不大，但在近红外区对红外线的反射差异很大，故用近红外线比可见光更易识别目标。军事上利用目标和景物对红外线的不同成像，经转换获得可见光图像以发现识别目标；在反红外伪装时，既要考虑颜色的近似感，同时还要注意它们对红外线的反射情况。大气中的二氧化碳、水蒸气、臭氧等对各种波长的红外线有着不同程度的吸收。有些波段的红外线被吸收得多，不易透过大气传播；有些被吸收得少，容易透过大气。这些能透过或能较多透过大气的红外波段称"大气窗口"，红外线有三个大气窗口；μm、3~5μm、8~14μm。2.2红外通信的根本原理红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发射端采用脉时调制(PPM)方式，将一组二进制数字信号调制成一定频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式传送出去，接收端由光电转换器将收到的光脉冲转换成电信号再经过滤波、放大处理后按调制的逆过程转换成相应的电信号从而复原为二进制数字信号后输出。红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制后利用红外进行传输解调后便得到原信号，红外通信的接口就是相对于红外信道的调制解调器[9,10]。红外无线通信系统由发射器、信道和接收器三局部组成，发射器包括红外发射器和编码控制器，接收器包括红外探测器和解码控制器。2.3红外发射器原理完成信号的电光变换并向空间发射红外脉冲。红外发射器的关键部件是红外发光二极管(LED)和相应的驱动电路。红外LED器件首先要满足其调制带宽大于信号的频谱宽度，保证通信线路畅通。此外LED的发射波长应与接收器端的光电探测器(一般选用硅光二极管)的峰值响应率相匹配，最大程度地抑制背景杂散光干扰，现阶段一般选用780～950nm的红外波段进行数字信号传输。由于红外无线通信系统的信噪比与发射器发射功率的平方成正比，所以适当提高红外发射器的发射功率，并采用空间分集、全息漫射片等可使发射端的光功率在空间均匀分布的措施来降低误码率，提高通信质量[11]信号输入红外脉冲输出差分驱动信号输入红外脉冲输出差分驱动编码调制线路接受红外光发射器的原理框图2.4红外接受器原理所示。差分信号解码电路差分信号形成码元判决频域均衡光电转换红差分信号解码电路差分信号形成码元判决频域均衡光电转换红外脉冲阀值产生谷值提取阀值产生谷值提取峰值提取峰值提取图1.2红外接收原理框图在红外接收器端，首先进行光电转换，将红外脉冲信号变为电信号。经过适当的频域均衡后进行码元判决，码元判决电路是接收器设计的核心局部。由于信号采用红外无线进行传输，其电平变化范围较大，所以码元判决电路必须是自适应的。接收的信号经自适应码元判决后变成数字信号，再进行适当的解码转换为差分信号进入计算机网卡的信号输入端。在红外无线通信系统中，由于红外发射器的发射功率较小，而且信号采用红外线进行传输，易受外界环境的影响,这些因素导致了红外接收器接收到的信号很弱，并且电平变化范围较大。因此，低噪声的前置放大器设计和自适应的码元判决电路是必需的。低噪声的前置放大器一般选用输入阻抗较高的场效应管放大器，并要求带宽大，增益高，噪声低，干扰小，频率响应与信道脉冲响应匹配。自适应的码元判决电路能自动跟踪输入信号电平的变化，得到最正确的阈值电平，并根据此阈值电平对信号进行判决，将其变换为数字电平之后进行解码，恢复成原始信号。同时，为了滤去低频噪声及人为干扰需采用带通滤波器；为了与调制特性匹配并消除码间干扰常采用均衡技术为了获得较大的光接收器工作范围及瞬时视场常采用球形光学透镜。这些措施都将有利于红外无线通信质量的提高[12-16]。3红外线信号传输协议与编码原理红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，其频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼眼看不到的光线。目前无线电波和微波已被广泛应用在长距离的无线通信中，但由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通信场合点对点的直接线数据传输。为了使各种设备能够通过一个红外接口进行通信，红外数据协议〔InfraredDataAssociation，简称IRDA〕发布了一个关于红外的统一的软硬件标准，也就是红外数据通讯标准。其中根本的协议有三个：①物理层协议〔IrPHY〕，制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，包括红外的光特性、数据编码、各种波特率下帧的包括格式等。为到达兼容，硬件平台以及硬件接口设计必须符合红外协议制定的标准。②连接建立协议〔IrLAP〕层制定了底层连接建立的过程标准，描述了建立一个根本可靠连接的过程和要求。③连接管理协议〔IrLMP〕层制定了在单位个IrLAP连接的根底上复用多个效劳和应用的标准。在IrLMP协议上层的协议都属于特定应用领域的标准和协议。④流传输协议〔TingTP〕在传输数据时进行流控制。制定把数据进行拆分、重组、重传等的机制。⑤对象交换协议〔IrOBEX〕制定了文件和其他数据对象传输时的数据格式。⑥模拟串口层协议〔IrCOMM〕允许已存在的使用串口通信的应用象使用串口那样使用红外进行通信。⑦局域网访问协议〔IrLAN〕允许通过红外局域网络唤醒笔记本电脑等移动设备，实际远程摇控等功能。红外的通信协议庞大而复杂，除非专业人员，一般电子工程师并不需要深究其细节，就像串口标准25线非常复杂的协议内容一样，我们不需要知道太多，甚至在一般的应用场合中，我们只需要了解联接其中的三根线就可以应付自如了，对于红外一般应用场合的通信电路和编程，我们也仅需参照标准的简化电路来进行设计就足够了。3.1几种常用红外传输协议常用的红外信号传输协议有ITT协议、NEC协议、NokiaNRC协议、Sharp协议、SonySIRC协议、PhilipsRC-5协议、PhilipsRC-6协议，以及PhilipsRECS-8O协议等。3.2编码原理这里以运用比拟广泛，解码比拟容易的一类来加以说明，现以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理。当发射器发射红外脉冲时这红外脉冲具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉冲宽度为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0〞；以脉冲宽度为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1〞，其波形如下图。bit“0”bit“1”图3.1脉宽调制的串行码上述“0〞和“1〞组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，到达降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射，如图3.2所示。操作码〔反码〕操作码用户识别码〔反码〕用户识别码操作码〔反码〕操作码用户识别码〔反码〕用户识别码引导码9ms9ms图3.2发射的调制码UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码〔功能码〕及其反码。UPD6121G最多额128种不同组合的编码。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45~63ms之间，图为发射波形图。108ms108ms图发射波形图当通信开始，振荡当通信开始，振荡器使芯片激活，将发射一组108ms的编码脉冲,这108ms发射代码由一个起始码〔9ms〕，一个结果码〔4.5ms〕，低8位地址码〔9ms~18ms〕，高8位地址码〔9ms~18ms〕，8位数据〔9ms~18ms〕和这8位数据的反码〔9ms~18ms〕组成[17]。4单片机AT89C52简述4.1AT89C52概述AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，AT89C52提供以下功能标准：8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O线个16位定时器/计数器，一个6向量两极中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路[2]。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中段系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它部件工作直到下一个硬件复位。AT89C52单片机引脚排列及功能介绍AT89C52单片机有3种不同的封装，即PDIP、PLCC和TQFP，其有效引脚为40条，现以PDIP〔双列直插式，见图4.1〕封装为例简述各引脚功能。图4.1单片机引脚排列图1主电源引脚Vcc(40脚)：直流电源供电电压4~5Ｖ。Vss(20脚)：电源接地端。2振荡器电路外接晶振引脚XTAL1(19脚)、XTAL2(18脚)：当使用片内振荡器的时钟电路方式时，电路接法如图4.2所示，C1、C2为微调电容，通常取20~30pF，以保证振荡器电路的稳定性及快速性，同时要求在设计电路板时，晶振和电容应尽量靠近单片机芯片，以减小分布电容所引起对振荡电路的影响。图4.3为使用外部振荡器的时钟电路方式，使用该时钟电路方式时，上下脉冲电平持续时间应不短于20ns，否那么工作不稳定。图4.2内振荡器的时钟电路图4.3外振荡器的时钟电路3多功能I/O接口引脚P0口(32~39脚)：P0口是一个8位漏极开路并行双向I/O端口。当它作为通用I/O接口时每个引脚须外接上拉电阻。当作输出口时，每个引脚能以吸收电流的方式驱动8个LSTTL负载；当作为输入口时，须首先将引脚内的输出锁存器置1。P0口在系统需要功能外扩展时，可用作访问外部程序存储器和数据存储器时的低8位地址线/数据总线的分时复用线，在该模式工作下，引脚不用外接上拉电阻。P1口(1~8脚)：P1口是一个内接上拉电阻的8位并行双向I/O端口。它可作为通用I/O口，当作输出口时，每个引脚可驱动4个LSTTL负载；当作输入口时，须首先将引脚内的输出锁存器置1。在FLASH并行编程和校验时，P1口可输入低字节地址信息。在串行编程和校验时：P1.5〔6脚〕：MOSI〔串行指令输入〕；P1.6〔7脚〕：MISO〔串行数据输出〕；P1.7〔8脚〕：SCK〔串行移位脉冲控制端〕。P2口(21~28脚)：P2口是一个内接上拉电阻的8位并行I/O端口，它可作为通用I/O口，作输出口时，每个引脚可驱动4个LSTTL负载，用作输入口时，须首先将引脚内的输出锁存器置１。P2口在系统外扩展时，可以用作访问外部程序存储器和数据存储器的高8位地址总线。在FLASH存储器并行编程和校验时，P2口可输入高字节地址信息，P2.6、P2.7作控制位。P3口(10~17脚)：P3口具有内部上拉电阻的8位双向并行端口，它可以作为通用I/O口，作输出口时，每个引脚可驱动4个LSTTL负载，用作输入口时，须首先将引脚内的输出锁存器置1。在FLASH存储器编程和校验时，P3.3、P3.6、P3.7可作控制位。P3口还具有第二种功能，如下所示。P3.0：RXD〔串行口输入端〕；P3.1：TXD〔串行口输出端〕；P3.2：INT0〔外部中断0信号输入端〕；P3.3：INT1〔外部中断1信号输入端〕；P3.4：T0〔定时器/计数器0外部计数脉冲输入端〕；P3.5：T1〔定时器/计数器1外部计数脉冲输入端〕；P3.6：WR〔外部数据存储器的写选通〕；P3.7：RD〔外部数据存储器的读选通〕；4复位、控制和选通引脚RST〔9脚〕：单片机复位输入端，高电平有效。在单片机上电后，振荡器稳定有效运行的情况下，假设RST端脚能维持两个机器周期〔24个振荡周期〕以上的高电平，那么可使单片机系统复位有效〔复位有效时，片内各特殊功能存放器状态参见表4.1〕。当看门狗定时器WDT溢出输出时，RST端脚将输出长达98个振荡周期的高电平。EA/VPP〔31脚〕：双功能引脚，EA为访问内部或外部程序存储器的选择信号端，当EA接地〔低电平〕时，CPU只执行片外程序存储器中的程序；当EA接VCC〔高电平〕时，CPU首先执行片内程序存储器中的程序〔地址单元从0000Ｈ~0FFFＨ〕，然后自动转向执行片外程序存储器中的程序〔地址单元从1000Ｈ~FFFFＨ〕。VPP为片内FLASH存储器并行编程时的编程电压，一般用DC12Ｖ参加该引脚。ALE/PROG〔30脚〕：地址锁存允许/编程脉冲信号端，双功能引脚。当CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器时，该引脚提供一个ALE地址允许信号〔由正向负跳变〕，将低8位地址信息锁存在片外的地址锁存器中。在单片机的FLADH存储器并行编程时，该引脚作为编程负脉冲PROG的输入端。除上述两种情况外，在正常操作状态下，该引脚端输出恒定频率的脉冲，其频率为晶振频率的1/6，可用做外部定时或其他触发信号。应当注意的是，CPU每次访问外部RAM时，即执行MOVX类指令，都要丧失一个ALE脉冲。如果需要，可对特殊功能存放器区的地址为8EH单元的第0位置1，那么可以禁止ALE操作输出，但在使用MOVC或MOVX指令时，ALE仍然有效，禁止位不影响对外部存储器的访问。PSEN〔29脚〕：该引脚为外部程序存储器读选通信号，低电平有效。当单片机访问外部程序存储器读取及执行指令代码时，在每个机器周期均产生两次有效的PSEN信号，但在执行片内程序存储器读取指令码时不产生PSEN信号。在读写内部RAM单元的数据时，亦不产生PSEN信号[18,19]。表4.1片内各特殊功能存放器状态5红外通信系统接口电路设计单片机控制的红外通信系统主要有红外发射器，红外接收器，以及单片机89C55.1系统实现的功能本系统的主要任务是建立两个51单片机之间的红外通信协议，单片机(甲)利用定时/计数器0和定时/计数器1的溢出中断产生一定频率的脉冲，通过红外发射头发送出去。单片机(乙)利用定时/计数器对红外接收头的电平进行计数，从而检测出8位二进制信息，再根据两机的通信协议识别该信息，并在数码管上显示。5.2主机发射电路发射电路的硬件局部 主机发射电路由单片机最小系统与红外发射管组成，电路如图5.1所示。图5.1主机发射电路由P1.3口控制红外发射管发射38kHz的红外脉冲。可用AT89C52NEC协议的红外信号。发射电路的软件局部发射系统由51单片机用软件方法产生指令代码，驱动红外发射器件，发射红外控制信号，红外信号的指令代码为一组串行二进制码，编码的方法有多种，不同协议的编码方法和代码长度有所不同，但其工作原理根本相同，都是通过编码后的串行数据对38~40kHz的方波进行脉冲宽度调制。编码主要是由用户码和数据码构成，通常还包括引导脉冲，引导脉冲总是出现在编码脉冲的前头，作为遥控接收的启动信号；接收机只有在接收到引导脉冲之后，才可以对接收到的数据进行解码，以防止接收到不完整的发射信号。用户码和数据码统称为传送码，通常为8位或16位的“0〞“l〞码，为了防止出现过失，每次发射的传送码中一般都包含两次编码：一次为原码，一次为反码；采用PWM方式调制的编码，按照脉冲的时问关系来区分“1〞和“0〞ms的低电平开始，区别是高电平的宽度不同，“O〞ms，“1〞ms，每一条传送指令有32个代码。程序代码如下：#include<>staticbitOP;sbitLED1=P1^3;//红外发射管的亮灭staticunsignedintcount;//延时计数器staticunsignedintendcount;//终止延时计数staticunsignedcharflag;//红外发送标志chariraddr1;//十六位地址的第一个字节chariraddr2;//十六位地址的第二个字节voidSendIRdata(charp_irdata);voiddelay();voidmain(void){count=0;flag=0;OP=0;EA=1;//允许CPU中断TMOD=0x11;//设定时器0和1为16位模式1ET0=1;//定时器0中断允许TH0=0xFF;TL0=0xE6;//设定时值0为38K也就是每隔26us中断一次TR0=1;//开始计数iraddr1=3;iraddr2=252;do{delay();SendIRdata(1);LED1=IR;}while(1);}//定时器0中断处理voidtimeint(void)interrupt1{TH0=0xFF;TL0=0xE6;//设定时值为38K也就是每隔26us中断一次count++;}voidSendIRdata(charp_irdata){inti;charirdata=p_irdata;//发送9ms的起始码endcount=223;flag=1;count=0;do{}while(count<endcount);endcount=117;flag=0;count=0;do{}while(count<endcount);//发送十六位地址的前八位irdata=iraddr1;for(i=0;i<8;i++){endcount=10;//先发送0.56ms的38KHZ红外波〔即编码中0.56ms的低电平〕flag=1;count=0;do{}while(count<endcount);//停止发送红外信号〔即编码中的高电平〕if(irdata-(irdata/2)*2)//判断二进制数个位为1还是0{endcount=41;//1为宽的高电平}else{endcount=15;//0为窄的高电平}flag=0;count=0;do{}while(count<endcount);irdata=irdata>>1;}//发送十六位地址的后八位irdata=iraddr2;for(i=0;i<8;i++){endcount=10;flag=1;count=0;do{}while(count<endcount);if(irdata-(irdata/2)*2){endcount=41;}else{endcount=15;}flag=0;count=0;do{}while(count<endcount);irdata=irdata>>1;}//发送八位数据irdata=p_irdata;for(i=0;i<8;i++){endcount=10;flag=1;count=0;do{}while(count<endcount);if(irdata-(irdata/2)*2){endcount=41;}else{endcount=15;}flag=0;count=0;do{}while(count<endcount);irdata=irdata>>1;}//发送八位数据的反码irdata=~p_irdata;for(i=0;i<8;i++){endcount=10;flag=1;count=0;do{}while(count<endcount);if(irdata-(irdata/2)*2){endcount=41;}else{endcount=15;}flag=0;count=0;do{}while(count<endcount);irdata=irdata>>1;}endcount=10;flag=1;count=0;do{}while(count<endcount);flag=0;}voiddelay(){inti,j;for(i=0;i<400;i++){for(j=0;j<100;j++){}}}5.3从机接受电路接受电路的硬件局部从机接受电路是由单片机最小系统、红外接受头、数码管组成，红外接受头将主机发送的红外脉冲转换为电压脉冲输入到单片机的外部中断0管脚，这样把中断方式设置成下降沿触发方式就可以测出两个下降沿之间的时间，如此便可按照NEC协议进行解码得到主机发送的数据，并通过数码管显示。数码管的数据是由单片机的P0口输入的，P2.0口作为数码管的选通控制位。电路如图5.2所示。图5.2从机接收电路接受电路的软件局部经红外接收器复原的PWM码要被从机解码并执行相应的指令，必须对每个脉宽进行测量。脉宽测量通过对脉宽的时间计数来实现，解码通过解码程序来实现。单片机红外译码采用中断方式。红外接收头输出信号直接连接到单片机的的外部中断INT0，外部中断设置为下降沿边缘触发方式，用内部定时器0测量正脉冲宽度，设置内部定时器0工作于方式2，TO的初值置为0且不允许10产生中断，并将存放器TOMD中的选通门GATE置为1，当中断0为低电平时，表示传送码到来，由硬件置位IE0，请求中断，在INT0引脚引起单片机中断后，进人中断效劳程序。禁止中断响应，关中断，当中断0变为高电平时，启动定时器，开始计数，这样能计算每位码的长度。根据读得的计数值判断出相应的“0〞或“1〞，从而识别主机发射的数据并执行相应的功能操作。编码的识别技术关键是“0〞、“1〞代码的识别。根据上面的遥控编码方法和波形图可知，在1NT0中断效劳程序中。只要能测出加到单片机INTO引脚的遥控接收信号的高电平宽度即可得到其代码。表示“0〞ms，表示“1〞ms，这样就可以读取代码。程序代码如下：#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>#defineTURE1#defineFALSE0sbitIR=P3^2;//红外接口标志unsignedcharconstdofly[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};unsignedcharirtime;//红外用全局变量bitirpro_ok,irok;unsignedcharIRcord[4];unsignedcharirdata[33];voidDelay(unsignedcharmS);voidIr_work(void);voidIrcordpro(void);voidtim0_isr(void)interrupt1using1//定时器0中断效劳函数{irtime++;//用于计数2个下降沿之间的时间}voidex0_isr(void)interrupt0using0//外部中断0效劳函数{staticunsignedchari;//接收红外信号处理staticbitstartflag;//是否开始处理标志位if(startflag){i=0; irdata[i]=irtime;//存储每个电平的持续时间，用于以后判断是0还是1 irtime=0; i++; if(i==33) { irok=1; i=0; }} else {irtime=0;startflag=1;}voidTIM0init(void)//定时器0初始化{TMOD=0x02;//定时器0工作方式2，TH0是重装值，TL0是初值TH0=0x00;//重载值TL0=0x00;//初始化值ET0=1;//开中断TR0=1;}voidEX0init(void){IT0=1;//指定外部中断0下降沿触发，INT0(P3.2)EX0=1;//使能外部中断EA=1;//开总中断}voidIr_work(void)//数据显示函数{switch(IRcord[2])//判断第三个数码值 { case0:P0=dofly[1];break;//1显示相应的数值 case1:P0=dofly[2];break;//2 case2:P0=dofly[3];break;//3 case3:P0=dofly[4];break;//4 case4:P0=dofly[5];break;//5 case5:P0=dofly[6];break;//6 case6:P0=dofly[7];break;//7 case7:P0=dofly[8];break;//8 case8:P0=dofly[9];break;//9 } irpro_ok=0;//处理完成标志}voidIrcordpro(void)//红外码值处理函数{unsignedchari,j,k;unsignedcharcord,value;k=1;for(i=0;i<4;i++)//处理4个字节{for(j=1;j<=8;j++)//处理1个字节8位{cord=irdata[k];if(cord>7)//大于某值为1，这个和晶振有绝对关系，这里使用12M计算，此值可以有一定误差 {value=value|0x80; }else {value=value; }if(j<8) { value=value>>1; }k++;}IRcord[i]=value;value=0;}irpro_ok=1;//处理完毕标志位置1}voidmain(void){EX0init();//初始化外部中断TIM0init();//初始化定时器P2=0x00;//1位数码管全部显示while(1)//主循环{if(irok)//如果接收好了进行红外处理 { Ircordpro(); irok=0; }if(irpro_ok)//如果处理好后进行工作处理 { Ir_work(); }}}5.4系统测试效果最终效果图如下，图5.3为主机发射前，从机没有任何显示，当翻开主机电源主机通过红外发射器发射编码后的数字信号5，从机通过红外接收器接收到主机发射的信号并最终在数码管上显示，效果如图5.4所示可以看到图中数码管上显示了数字5，说明了该系统完成了通信。数码管电源指示灯数码管电源指示灯结束语本次论文是基于单片机的红外通信，红外通信就目前而言在近距离无线通信领域应用广泛，在将来的很长一段时间将有很大的开展潜力，相关应用也将层出不穷。本文先从无线通信介绍开始，引出红外通信，并指出其优缺点。接下来介绍红外通信的原理及红外通信系统设计的方案。全文按照提出问题，分析问题，解决问题，验证设计的思路分别列为五章内容进行详细陈述：第1章简要介绍了红外通信的背景、应用及开展。第2章主要讲述红外物理特性和红外通信系统的设计原理，包括红外发射器原理、红外接收器原理等。在此根底上，第3章针对文章提出红外通信各种协议并重点介绍了日本NEC的uPD6121G协议，第4章，介绍了单片机各管脚的功能。第5章具体阐述了基于单片机的红外通信系统的硬件设计和软件设计方法，分主机和从机分别介绍。最后给出了测试的效果图测试了该系统的性能。写该论文前在keil软件上进行了进行C程序的设计、编译，并将输出的的hex文件通过STC_ISP_V479下载到单片机中，最后在单片机开发板上进行调试，经硬件调试证明本设计是正确的。测试中，我们用一块开发板作为主机控制红外发射管发送数据，用另一块开发板通过接收头接受数据并将此数据在数码管上显示，上电后调试到达预期目的，设计完全成功。本文给出的设计思想也适用于其他基于单片机的系统设计。我做这次毕业设计的过程中碰到了一些困难。首先，本次设计是采用keil与STC_ISP_V479软件来完成的。因此须对这两种软件的使用要熟悉。其次，由于在解码过程中参数设置不够