【正文】 。，發(fā)射強(qiáng)度與接收靈敏度因不同器件，不 同 應(yīng)用設(shè)計(jì)而強(qiáng)弱不一?？紤]到紅外光反射的原因，在全雙工方式下發(fā)送的信號(hào)也可能會(huì)被本身接收，因此紅外通信需要采用異步半雙工方式，既通信的某一方發(fā)送和接收是交替進(jìn)行的。 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本課題研究的是通過紅外光的傳播來實(shí)現(xiàn)雙端通信，即紅外通信系統(tǒng)。電路板分為兩塊，分別都可以實(shí)現(xiàn)紅外的發(fā)射和接收，所以通信方式采用異步半雙工通信。 該 系統(tǒng)中有發(fā)射模塊、接收模塊、顯示模塊、按鍵模塊等。本系統(tǒng)能正確收發(fā)數(shù)據(jù)信息，當(dāng)一邊有鍵按下時(shí)，另一邊以數(shù)字的形式在數(shù)碼管上顯示出相應(yīng)的數(shù)字信息，雙方交換工作，效果如此。如果在通信過程中因外界干擾造成通信錯(cuò)誤， 數(shù)碼管以顯示“ F”來提示錯(cuò)誤。重新發(fā)送數(shù)據(jù) 信息 ，恢復(fù)正常通信。 任務(wù)要求 （ 1）選擇合適的紅外器件，并完成單片機(jī)和器件之間的接口電路 （ 2）單片 機(jī)和紅外器件的通信及其控制 （ 3）劃分系統(tǒng)的功能模塊 （ 4）各個(gè)功能模塊之間設(shè)計(jì)好接口電路 （ 5）構(gòu)建整個(gè)紅外數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)并調(diào)試 （ 6）實(shí)現(xiàn)半雙工通信并調(diào)試 總體設(shè)計(jì) 圖 11列出了紅外通信系統(tǒng)的構(gòu)成，它主要由 3個(gè)部分組成：通信信道、紅外發(fā)射模塊、紅外接收模塊。紅外通信是利用 950nm近紅外波段的紅外線作為載體，來進(jìn)行通信。發(fā)送端采用脈時(shí)調(diào)制 （ PPM） 方式，將二進(jìn)制數(shù)調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并利用該脈沖序列驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射管以光脈沖的形式向外發(fā)射紅外光；而接收端將接收到的光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在進(jìn)行放大、濾波、解調(diào)處理后還原成二進(jìn)制電信號(hào) ，通過數(shù)碼管顯示出來 。在紅外線通信系統(tǒng)中，由于紅外發(fā)射器的發(fā)射功率較小，而且信號(hào)采用紅外線進(jìn)行傳輸，易受外界環(huán)境的影響，這些因素導(dǎo)致了紅外接收器的信號(hào)很弱，并且電平變化范圍較大。因此，低噪聲的前置放大器設(shè)計(jì)和自適應(yīng)的碼元判決電路是必須的。 但是使用一體化的紅外接收器就不用這些麻煩的處理，器件內(nèi)部可以完成相應(yīng)的功能，方便使 用。 圖 11系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖 串口 脈寬調(diào)制 / 解調(diào)器 接收 電路 發(fā)射 電路 接收 電路 發(fā)射 電路 脈寬調(diào)制 / 解調(diào)器 串口 2 方案論證 單片機(jī)選用 方案 的選擇 方案 1： 采用 目前比較通用的 51 系列單片機(jī)。此單片機(jī)的運(yùn)算能力強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度 高 ，市場上比較多見，價(jià)格便宜且技術(shù)比較成熟容易實(shí)現(xiàn) 功能 。 方案 2： 采用凌陽 16 位單片機(jī) SPCE061A 作為控制核心。與 51 單片機(jī)相比， SPCE061A 具有更加豐富的資源，有 32 個(gè)可編程的 I/O 口， 14 個(gè)中斷源。但考慮到本設(shè)計(jì)沒有用到這么多的資源，且價(jià)格偏貴，市場比較少見，技術(shù)不穩(wěn)定。 在校期間一直學(xué)習(xí)與接觸的都只有 51 單片機(jī)，所以對(duì)此單片機(jī) 系統(tǒng) 有 較深刻 的了解 。 在遇到困難時(shí)，可以與同學(xué)共同討論解決，也可以尋找老師 幫助 。相較于凌陽單片機(jī)，更有把握運(yùn)用 51 單片機(jī)來完成本課題的研究。 故本 設(shè)計(jì) 采用 方案 1 實(shí)現(xiàn)。 載波實(shí)現(xiàn) 方案 方案 1： 軟件產(chǎn)生載波 用程序編程實(shí)現(xiàn)載波的產(chǎn)生。 借助單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器來產(chǎn)生一定周期的方波也是可以實(shí)現(xiàn)的，但是這樣一來就占用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，可能會(huì)影響后面的源代碼編寫。 方案 2： 硬件產(chǎn)生載波 采用 NE555 構(gòu)成多諧 振蕩器，產(chǎn)生 38KHz 的方波， 作為紅外的載波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電路如圖 21所示。 為了使載波頻率更為接近 38KHz，在電路中加了一個(gè)精調(diào)電位器，可以通過改變電位器的大小，實(shí)現(xiàn)輸出波的頻率。在電源端也加上了 濾波 電容，盡可能的排除電源中的干擾， 進(jìn)一步確保產(chǎn)生波 準(zhǔn)確 。 圖 21 NE555構(gòu)成的 38KHz振蕩電路圖 T R I G2Q3R4CVolt5T H R6D I S7VCC8GND1I C 255 5AR 103. 9kC62. 2n FC710 3C310 4C422 uFV C CR 111kR89. 2kV C CR91M 本系統(tǒng) 采用的是方案 2的設(shè)計(jì)，用硬件電路產(chǎn)生 載波 ， 即便在原理上多些研究也要避免程序編譯的不 熟悉 和繁雜。硬件電路 雖然 簡單 但是要確定 具體 數(shù)值就必須準(zhǔn)確的計(jì)算相應(yīng)電子器件的數(shù)值，盡可能的接近理論值。還有就是實(shí)際環(huán)境中存在很多 不可 預(yù)料到的干擾，所以更需要細(xì)心 鉆研載波原理 。 紅外 通信 系統(tǒng) 的基本原理 發(fā)射系統(tǒng)的基本原理 單片機(jī)本身并不具備紅外通信接口，可以利用單 片機(jī)的串行接口與外圍的紅外發(fā)射電路和接收電路，組成應(yīng)用于單片機(jī) 系統(tǒng)的紅外串行通信接口。 紅外發(fā)射電路包括脈沖振蕩器、紅外發(fā)射管 和濾波電容等部分組成。其中脈沖振蕩器由 NE555 定時(shí)器、電容和電阻組成，用以產(chǎn)生 38KHz 的脈沖序列作為載波信號(hào)；發(fā)射部分的主要 元器件 為紅外發(fā)光二極管。 紅外發(fā)射電路的工作原理 為 ：由單片機(jī)的串行口輸出端輸出的串行數(shù)據(jù)去調(diào)制脈沖振蕩器 NE555 發(fā)出的載波信號(hào)，然后用載波信號(hào)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管以脈沖的形式向外發(fā)送。其中，為了保證 紅外接收模塊能夠接收的準(zhǔn)確性，要求發(fā)送端載波信號(hào)的頻率應(yīng)該盡可能接近 38KHz， 因此在設(shè)計(jì)脈沖振蕩器時(shí)，要選用精密元件并保證電源電壓穩(wěn)定。 紅外接收電路主要元器件 是一種集紅外線接收、放大、整形于一體化的紅外接收器 ，在實(shí)際應(yīng)用 中用 來接收 950nm的紅外光束。 紅外接收電路的工作原理為：首先紅外光敏元件將接收到的載波頻率為 38KHz 的脈沖調(diào)制紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再轉(zhuǎn)化成數(shù)字基帶信號(hào)，并通過 RXD 端口接收數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)。 單片機(jī)在解碼，通過連接在一起的數(shù)碼管把傳送的數(shù)據(jù)信息顯示出來，當(dāng)顯示信息與發(fā)送信息一致，則發(fā)送，接收成功。 單片機(jī)及其外圍電路 器接口電路 對(duì)于數(shù)字顯示電路，通常采用液晶顯示或者數(shù)碼管顯示。液晶顯示對(duì)單片機(jī)的接口要求較高，占用資源多。 51 單片機(jī)本身無專門的液晶驅(qū)動(dòng)接口。而數(shù)碼管作為一種主動(dòng)顯示器件，具有高亮度、快速響應(yīng)、穩(wěn)定性好、溫度特性佳、價(jià)格便宜、方便購買等優(yōu)點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)的顯示接口電路采用四位共陽數(shù)碼管作為顯示器。數(shù)碼管 顯示器的顯示方法有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。顯示器位數(shù)較少時(shí)，采用靜態(tài)顯示的方法較為合適。當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，用靜態(tài)顯示所需的 I/O 口太多 ， 一般采用動(dòng)態(tài)顯示方法 。 動(dòng)態(tài)顯示時(shí)一位一位輪流地點(diǎn)亮各位數(shù)碼管，這種逐位的點(diǎn)亮顯示器的方式稱為位掃描。通常各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)的并連在一起，由 8 位的 I/O 口控制；各位的公共陽極位選線由另外的I/O 口線控制相連。動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí)，各個(gè)數(shù)碼管分時(shí)輪流選通， 要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即是在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另外一時(shí)刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，以此類推，這樣就可以讓各位數(shù)碼管顯示將要 顯示的數(shù)據(jù)信息，雖然這些數(shù)據(jù)信息是在不同時(shí)刻顯示的，但是由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示的時(shí)間間隔足夠短就可以 給人同時(shí)顯示的假象。 顯示器接口電路如圖 22 所示。 LED 數(shù)碼管 的 4 個(gè)位選管腳分別接三極管 NPN，對(duì)電流進(jìn)行放大 后 更好的驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 ， 段選管腳直接與單片機(jī)相連。 其中 ~ 為段碼驅(qū)動(dòng)端， ~ 為位碼驅(qū)動(dòng) 端，缺省時(shí)顯示 0。 圖 22 顯示器接口 電路圖 接口電路 鍵盤采用獨(dú)立式鍵盤直接與 AT89S52 的 ~ 和 、 口相接。接口線路如圖 23所示。 S3~S12 分別賦予不同的鍵值， 用于 發(fā)送和 修改 LED 數(shù)碼管上 顯示 的數(shù)據(jù)。 圖 23 鍵盤接口電路圖 T18 0 5 0T28 0 5 0T38 0 5 0T48 0 5 0C11a2f3C24C35b6C47g8c9dp10e12d11abfcgdedpL E D 18 S E G M P X 4 C CR 1 34 .7 kR 1 54 .7 kR 1 64 .7 kR 1 44 .7 kR 1 7 2 0 0R 1 8 2 0 0R 1 9 2 0 0R 2 02 0 0V C CD0C0W1W2W0C1 C2C3W3D1D2D3D4D5D6D7S3S4S5S6S7S8S9S 10S 11S 12P 3. 6P 3. 7P 2. 0P 2. 1P 2. 2P 2. 3P 2. 4P 2. 5P 2. 6P 2. 7 復(fù)位電路如圖 24所示，采用手動(dòng)復(fù)位的方式 。 上電復(fù)位電路在接通電源時(shí)，因