【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 接連接在計(jì)算機(jī)總線，它的性能也就不受制于 UART 的性能了。 FIR 的數(shù)據(jù)傳輸速率最高為 4Mbps。 FIR 仍然支持 SIR 的傳輸模式，與 SIR 向下兼容，當(dāng) FIR 設(shè)備與 SIR 設(shè)備通信時(shí)，使用 SIR 的速率和調(diào)制模式。只有通信雙方都支持 FIR 的 4Mbps 速率時(shí)，才將通信速率設(shè)定在 4Mbps。 2021 年 IrDA 發(fā)布了最高通信速率為 16Mbps 的 VFIR（ Very Fast InfraRed）標(biāo)準(zhǔn)。 VFIR 設(shè)備兼容 SIR 和 FIR 設(shè)備。 AIR（ Advanced InfraRed）是 IrDA 針對(duì)藍(lán)牙技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)發(fā)布的一個(gè)多點(diǎn)連接紅外線規(guī)范，它的優(yōu)點(diǎn)是其傳輸距離和發(fā)射接收角度的改進(jìn)。在 4Mbps 通信速率下其傳輸距離可以達(dá)到 4 米，在更低速率下傳輸距離可以達(dá)到 8 米。 AIR 規(guī)范的發(fā)射接收角度為 120 度。更重要的是它支持多 點(diǎn)連接，其他的 IrDA 規(guī)范都只支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。 由于紅外接口主要使用在便攜設(shè)備，這類(lèi)設(shè)備通常對(duì)功耗要求很高，為了降低設(shè)備的功耗， IrDA 發(fā)布了低功耗的 和 ，但同時(shí)縮短了傳輸距離，傳輸距離為 至 米。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別是 SIR 和 FIR 的低功耗版本 【 7】 。 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 7 紅外通信的接口器件 紅外接口芯片主要分為紅外編碼器和紅外收發(fā)器兩類(lèi)。目前的大多數(shù)筆記本和掌上電腦都配有紅外線接口，但在臺(tái)式計(jì)算機(jī)上使用紅外接口多都需要擴(kuò)展紅外線接口。在臺(tái)式計(jì)算機(jī)上擴(kuò)展紅外接口的 最簡(jiǎn)單方法是使用 USB 接口紅外適配器。由于 Windows 操作系統(tǒng)已經(jīng)全面支持紅外協(xié)議，通過(guò)紅外適配器可以方便的與紅外設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接。 紅外線接口器件主要包括以下幾類(lèi)： 紅外編解碼器：一般連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 UART，實(shí)現(xiàn)異步串行信號(hào)和紅外調(diào)制信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，這一類(lèi)器件大多是 SIR 標(biāo)準(zhǔn)。主要的產(chǎn)品有 HP 公司的HSDL700 Microchip 公司的 MCP21 TI 公司的 TIR1000 等； 紅外收發(fā)器：用于發(fā)送和接收紅外線信號(hào)的器件，主要是集成了紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管 。主要的產(chǎn)品有安捷倫（ Agilent Technologies）公司的HSDL1001 和 HSDL3201 等； 紅外協(xié)議處理器：包括紅外編解碼器和紅外協(xié)議軟件的器件，如 Microchip公司的 MCP 2150/2155，它的硬件接口和紅外編解碼器件類(lèi)似，但具備 IrDA 的協(xié)議控制； 紅外橋器件：用于實(shí)現(xiàn) IrDA 接口與其他接口的變換。如 SigmaTel 公司的 USBIrDA 橋 STIr4200，實(shí)現(xiàn) IrDA 與 USB 的接口信號(hào)和協(xié)議轉(zhuǎn)換 【 8】 。 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 8 第 3 章 STM32 平臺(tái)與 Altium Designer STM32 平臺(tái)簡(jiǎn)介 STM32 平臺(tái)資源 本紅外光通信系統(tǒng)的發(fā)射部分基于 STM32 開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用的 ALIENTEK 戰(zhàn)艦STM32 開(kāi)發(fā)板如圖 所示： 圖 戰(zhàn)艦 STM32 開(kāi)發(fā)板圖 ALIENTEK 戰(zhàn)艦 STM32 開(kāi)發(fā)板選擇 STM32F103ZETT6 作為 MCU，該芯片 在STM32F103 系列 里面配置非常強(qiáng)大，它擁有的資源包括： 64KB SRAM、 512KB FLASH、2個(gè)基本定時(shí)器、 4個(gè)通用定時(shí)器、 2個(gè)高級(jí)定時(shí)器、 2個(gè) DMA控制器（共 12 個(gè)通道）、 3 個(gè) SPI、 2個(gè) IIC、 5個(gè)串口、 1 個(gè) USB、 1 個(gè) CAN、 3個(gè) 12位 ADC、 1個(gè) 12位 DAC、 1個(gè) SDIO 接口、 1 個(gè) FSMC 接口以及 112 個(gè)通用 IO 口。該芯片的配置十分 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 9 強(qiáng)悍，并且還帶外部總線（ FSMC）可以用來(lái)外擴(kuò) SRAM 和連接 LCD 等，通過(guò) FSMC驅(qū)動(dòng) LCD，可以顯著提高 LCD的刷屏速度 。 STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門(mén)設(shè)計(jì)的 ARM CortexM3內(nèi)核。按性能分成兩個(gè)不同的系列： STM32F103“增強(qiáng)型”系列和STM32F101“基本型”系列 。增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到 72MHz，是同類(lèi)產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時(shí)鐘頻率為 36MHz，以 16位產(chǎn)品的價(jià)格得到比 16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是 16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個(gè)系列都內(nèi)置 32K到 128K的閃存，不同的是 SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時(shí)鐘頻率 72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗 36mA，是 32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于 【 9】 。 STM32103系列 特點(diǎn)： （ 1） 內(nèi)核： ARM32位 CortexM3 CPU，最高工作頻率 72MHz， 。單 周期乘法和硬件除法。 （ 2） 存儲(chǔ)器：片上集成 32512KB的 Flash存儲(chǔ)器。 664KB的 SRAM存儲(chǔ)器。 （ 3） 時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理： I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓。 POR、PDR和可編程的電壓探測(cè)器（ PVD）。 416MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的 8MHz RC振蕩電路。內(nèi)部 40 kHz的 RC振蕩電路。用于 CPU時(shí)鐘的 PLL。帶校準(zhǔn)用于 RTC的 32kHz的晶振。 （ 4） 低功耗： 3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。為 RTC和備份寄存器供電的 VBAT。 （ 5） 調(diào)試模式：串行調(diào)試（ SWD）和 JTAG接口。 （ 6） DMA： 12通道 DMA控制器。支持的外設(shè)：定時(shí)器， ADC， DAC， SPI， IIC和 UART。 （ 7） 2個(gè) 12位的 us級(jí)的 A/D轉(zhuǎn)換器（ 16通道）： A/D測(cè)量范圍： V。雙采樣和保持能力。片上集成一個(gè)溫度傳感器。 （ 8） 2通道 12位 D/A轉(zhuǎn)換器： STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE獨(dú)有。 最多高達(dá) 112個(gè)的快速 I/O端口：根據(jù)型號(hào)的不同，有 26， 37， 51， 80，和 112的 I/O端口，所有的端口都可以映射到 16個(gè)外部中斷向量。除了模擬輸入 ，所有的都可 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 10 以接受 5V以內(nèi)的輸入。 （ 9） 最多多達(dá) 11個(gè)定時(shí)器： 4個(gè) 16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有 4個(gè) IC/OC/PWM或者脈沖計(jì)數(shù)器。 2個(gè) 16位的 6通道高級(jí)控制定時(shí)器：最多 6個(gè)通道可用于 PWM輸出。 2個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器（獨(dú)立看門(mén)狗和窗口看門(mén)狗）。 Systick定時(shí)器： 24位倒計(jì)數(shù)器。 2個(gè) 16位基本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng) DAC。 （ 10） 最多多達(dá) 13個(gè)通信接口： 2個(gè) IIC接口（ SMBus/PMBus）。 5個(gè) USART接口（ ISO7816接口， LIN， IrDA兼容，調(diào)試控制）。 3個(gè) SPI接口（ 18 Mbit/s），兩個(gè)和 IIS復(fù)用。CAN接口（ ）。 USB 。 SDIO接口。 基于 STM32103系列 如此多的特點(diǎn)和功能，本系統(tǒng)選擇了 STM32平臺(tái)，圖 MCU部分原理圖。 圖 MCU部分原理圖 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 11 本系統(tǒng)所用到的硬件介紹 為了實(shí)現(xiàn)紅外光通信系統(tǒng)發(fā)射部分的功能，用到了許多 STM32開(kāi)發(fā)板的功能。這里著重介紹以下幾部分。 （ 1） JTAG/SWD 這是 ALIENTEK戰(zhàn)艦 STM32開(kāi)發(fā)板板載的 20針標(biāo)準(zhǔn) JTAG調(diào)試口（ JTAG），該 JTAG口直接可以和 ULINK、 JLINK或者 STLINK等調(diào) 試器（仿真器）連接，同時(shí)由于 STM32支持 SWD調(diào)試，這個(gè) JTAG口也可以用 SWD模式來(lái)連接。 用標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG調(diào)試，需要占用 5個(gè) IO口，有些時(shí)候，可能造成 IO口不夠用，而用 SWD則只需要 2個(gè) IO口，大大節(jié)約了 IO數(shù)量，但達(dá)到的效果是一樣的 。 在調(diào)試程序的過(guò)程中利用 JTAG/SWD調(diào)試方法既縮短調(diào)試時(shí)間，又便于調(diào)試，方便 檢錯(cuò)。 （ 2） DS18B20/DHT11接口 本系統(tǒng)中需要測(cè)量環(huán)境的溫度，因此用到了 DHT11模塊，開(kāi)發(fā)板上正好也有該接口電路，方便了溫度測(cè)試的實(shí)現(xiàn)。 開(kāi)發(fā)板的一個(gè)復(fù)用接口 DTH11接口 ，該接口由4個(gè) 鍍金排孔組成，可以用來(lái)接 DS18B20/DS1820等數(shù)字溫度傳感器。也可以用來(lái)接DHT11這樣的數(shù)字溫濕度傳感器。實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口， 2個(gè)功能。 （ 3） AD部分 本系統(tǒng)需要將接收到的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，因此用到了 STM32片內(nèi)的AD。片內(nèi)的 12位 ADC是一種逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它有多達(dá) 18個(gè)通道，可測(cè)量 16個(gè)外部和 2個(gè)內(nèi)部信號(hào)源。各通道的 A/D轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。 ADC的結(jié)果可以左對(duì)齊或右對(duì)齊方式存儲(chǔ)在 16位數(shù)據(jù)寄存器中。 （ 4） 板上的電源模塊 開(kāi)發(fā)板上有 5V的電源輸入輸出接口，通 過(guò)接通可以使 STM32工作，亦可以引線給后續(xù)電路作為電源。 （ 5） LED指示燈 系統(tǒng)工作時(shí)，不好估計(jì)當(dāng)前運(yùn)行到程序的哪個(gè)部分，通過(guò)設(shè)置 LED燈的亮滅，可以清晰的觀察程序的運(yùn)行狀態(tài)。比如，在本系統(tǒng)中用綠燈亮滅表示正在發(fā)送溫 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 12 度信號(hào)。 （ 6） 串口模塊 戰(zhàn)艦 STM32在本系統(tǒng)中主要作為處理單元，真正的處理完的數(shù)據(jù)還要發(fā)送給紅外驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)串口模塊就可以方便準(zhǔn)確的發(fā)送數(shù)字信號(hào)。 Altium Designer 簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)中除了利用 STM32 平臺(tái)現(xiàn)有的資源，還需設(shè)計(jì) 前置 模擬信號(hào)調(diào)理電路 、紅外發(fā)射驅(qū)動(dòng) 電路 才能完成發(fā)射信息的 工作。因此需要一款設(shè)計(jì)硬件電路的軟件。本設(shè)計(jì)采用的 Altium Designer 是一款優(yōu)秀硬件電路設(shè)計(jì)平臺(tái)。 Altium Designer 是原 Protel 軟件開(kāi)發(fā)商 Altium 公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在 Windows XP 操作系統(tǒng)。這套軟件通過(guò)把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、 PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新 的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。 Altium Designer 除了全面繼承包括 Protel 99SE、 Protel DXP 在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。該平臺(tái)拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面，全面集成了 FPGA 設(shè)計(jì)功能和 SOPC 設(shè) 計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的 FPGA 與 PCB 設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起。 由于 Altium Designer 在繼承先前 Protel 軟件功能的基礎(chǔ)上，綜合了 FPGA 設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)功能， Altium Designer 對(duì)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)需求比先前的版本要高一些 【 10】 。 Altium Designer 的主要功能包括 :原理圖設(shè)計(jì) ,印刷電路板設(shè)計(jì) ,FPGA 的開(kāi)發(fā) ,嵌入式開(kāi)發(fā) 等等 。 基于單片機(jī)的紅外光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)（發(fā)射部分） 13 第 4 章 紅外光通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 紅外光通信系統(tǒng)的組成 紅外光通信 系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖 所示，包括語(yǔ)音信號(hào)采集處理、紅外發(fā)射裝置、紅外接收裝置和 語(yǔ)音信號(hào)接收處理 四部分組成。 圖 系統(tǒng)總體方案框圖 （ 1） 語(yǔ)音信號(hào)采集處理模塊由信號(hào)采集及 前置模擬信號(hào)調(diào)理 電路組成。信號(hào)可從麥克、 MP3 播放器和低頻信號(hào)發(fā)生器輸入， 前置模擬信號(hào)調(diào)理 電路能夠調(diào)節(jié)語(yǔ)音信號(hào)偏置電壓和放大倍數(shù)。 （ 2） 紅外發(fā)射裝置由 STM32F103ZETT6片內(nèi) AD設(shè)計(jì)的 A/D轉(zhuǎn)換 部分 、 溫度采集部分和 紅外 發(fā)射驅(qū)動(dòng) 電路組成。設(shè)置 A/D 采樣頻率大于語(yǔ)音信號(hào)最高頻率兩倍以上，并對(duì)其進(jìn)行 PCM 編碼，將模擬信號(hào)數(shù)字化，通過(guò)單片機(jī)傳送給紅外發(fā)光管，從而發(fā)