【文章內(nèi)容簡介】 外發(fā)射管輸出紅外遙控信號，遙控接受他完成對遙控信號的放大、檢波、整形、解調(diào)出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是一組串行二進制碼，對于一般的紅外遙控系統(tǒng)，此串行碼輸入到微控制器，由其內(nèi)部CPU完成對遙控指令解碼，并執(zhí)行相應的遙控功能。使用遙控器作為控制系統(tǒng)的輸入，需要解決如下幾個關鍵問題：如何接收紅外遙控信號；如何識別紅外遙控信號以及解碼軟件的設計、控制程序的設計。 整體設計思路與系統(tǒng)框架 課題所設計的這款紅外遙控器，不僅能設置控制對象的給定值或控制參數(shù)，并通過紅外線發(fā)送給對象，而且能接收并顯示對象通過紅外線反饋回的實際值，這是它不同于普通紅外遙控器的地方。因此，實際應用中，紅外遙控器和控制對象上都裝有紅外發(fā)送電路和紅外接收電路。紅外遙控器的硬件部分主要包括五個模塊：電源模塊、鍵盤模塊、液晶模塊、紅外發(fā)送模塊和紅外接收模塊?？傮w硬件框圖如圖23所示。由于MSP4紅外發(fā)送模塊和紅外接收模塊都可采用3 V電源， V電池供電即可。鍵盤模塊采用44行列掃描式鍵盤。液晶模塊由MSP430直接驅(qū)動。圖23 紅外系統(tǒng)整體設計框圖 紅外接收電路設計 接收電路使用集成一體化紅外接收頭SM0038，SM0038對外只有3個引腳：VS、GND和1個脈沖信號輸出引腳OUT。與單片機接口非常方便。VCC接電源(+5 V)并經(jīng)電容進行濾波，以避免電源干擾；GND接系統(tǒng)的地線(0 V)；脈沖信號輸出接CPU的中斷輸入引腳。采取這種連接方法，軟件解碼既可工作于查詢方式，也可工作于中斷方式。 紅外發(fā)射電路設計 因為發(fā)光二極管的發(fā)光距離與其發(fā)射功率成正比，為了提高發(fā)光二極管的發(fā)光距離，必須提高它的發(fā)射功率，也就是使紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)?？梢杂脙煞N方法來實現(xiàn)：一是用硬件方法，即設計脈沖電路來產(chǎn)生占空比盡量小的脈沖載波信號；，讓其輸出即為占空比較小的脈沖信號。圖24 紅外遙控發(fā)射模塊框圖圖24是目前所有紅外遙控器發(fā)射電路的功能組成，其中的編碼器即調(diào)制信號，按遙控器用途的編碼方式可以很簡單、也可以很復雜。例如用于電視機、VCD、DVD和組合音響的遙控發(fā)射的編碼器，因其控制功能多達50種以上，此時的編碼器均采用專用的紅外線編碼協(xié)議進行嚴格的編程，然而對控制功能少的紅外遙控器，其編碼器是簡單而靈活。前者編碼器是由生產(chǎn)廠家的專業(yè)人員按紅外遙控協(xié)議進行編碼，而后者適用于一般電子技術人員和電子愛好者的編碼。圖24中的38 kHz振蕩器即載波信號比較簡單，但專業(yè)用的和業(yè)余用的也有區(qū)別，專業(yè)用的振蕩器采用了晶振，而后者一般是RC振蕩器。例如彩電紅外遙控器上的發(fā)射端用了455 kHz的晶振，是經(jīng)過整數(shù)分頻的，分頻系數(shù)為12，即455kHz247。12=。當然也有一些工業(yè)用的遙控系統(tǒng)，采用36 kHz、40 kHz或56 kHz等的載波信號。因紅外遙控器的控制距離約10米遠，要達到這個指標，其發(fā)射的載波頻率(38 kHz)要求十分穩(wěn)定，而非專業(yè)用的RC(38 kHz)載波頻率穩(wěn)定性差，往往偏離38 kHz甚至很遠，這就大大縮短了遙控器的控制距離。因晶振頻率十分穩(wěn)定，所以專業(yè)廠家的遙控器全部采用晶振的38 kHz作遙控器的載波發(fā)送信號。圖24中編碼器的編碼信號對38 kHz的載波信號進行調(diào)制，在經(jīng)紅外發(fā)射管D向空間發(fā)送信號供遙控接收端一體化接收頭接收、解調(diào)輸出、再做處理。利用紅外線的特點，可以制作多路遙控器。在遙控發(fā)射電路中，有兩種電路，即編碼器和38 kHz載波信號發(fā)生器。在不需要多路控制的應用電路中，可以使用常規(guī)集成電路組成路數(shù)不多的紅外遙控發(fā)射和接收電路，該電路無需使用較復雜的專用編譯碼器，因此制作容易。圖25 單片機控制紅外發(fā)射電路設計這里利用軟件來實現(xiàn)這個功能。即在需要輸出高電平的時候，其中定時時間是由指令數(shù)和指令周期來決定的，每條指令的指令執(zhí)行周期是固定的，所以如果想讓反向頻率高一些，則讓指令執(zhí)行的少一些，反之就讓指令多一些?？梢娸敵鲂盘栒伎毡瓤梢杂啥〞r時間的長短來決定，這樣就可以在高電平時輸出占空比盡量小的脈沖信號。因為接收頭對38 kHz的光信號轉(zhuǎn)換能力比較強，所以把高電平的頻率設置為38 kHz。在需要輸出低電平的時候。紅外發(fā)光二極管發(fā)射時，先發(fā)一段前導碼，以檢驗這組碼是否為想要的碼。前導碼由一個9 ms的高電平和一個4 ms的低電平組成。然后再發(fā)32位數(shù)據(jù)代碼， ms， ms的一個周期為代碼“0”； ms， ms的一個周期為代碼“1”，為了提高發(fā)射功率，實際工作時，發(fā)光二極管的高電平用38 kHz的載波信號載波，低電平則一直為低。 本章小結(jié) 本章講述了紅外通信的基本原理，并從發(fā)射和接收角度詳細闡述了紅外通信如何編碼與解碼。一組紅外信號是有前導碼、用戶碼、用戶反碼、鍵值碼和鍵值反碼組成，發(fā)射信號經(jīng)過38 kHz載波調(diào)制后，可以分為32位的二進制編碼，其中“0”與“1” ms的高電平開始，不同的是低電平寬度，而接收端是發(fā)射信號數(shù)據(jù)的反碼，所以接收信號中，“0”與“1”的低電平寬度相同，高電平寬度不同，解碼時可以讀取高電平的寬度來確定“0”與“1”，從而解出數(shù)據(jù)碼。在分析原理后，設計了出紅外系統(tǒng)的整體框圖，以及具體分析紅外發(fā)射與接收電路。紅外發(fā)射電路中的是38 kHz載波信號的產(chǎn)生。接收電路中采用紅外一體化接收頭，數(shù)據(jù)解碼簡單方便。第3章 MSP430單片機的應用與編程MSP430 是美國 Texas Instruments(TI)公司于 1996 年開始推向市場的超低功耗微處理器。除了超低功耗這一特點外，在 MSP430 系列產(chǎn)品中還集成了很多功能模塊，可以應用于各個方面，使得用一片 MSP430 芯片就能完成以前要用多片芯片組合才能完成的功能，大大地縮小了產(chǎn)品的體積，并且降低了成本。因此，MSP430 系列一經(jīng)推出，就受到了業(yè)內(nèi)人士的歡迎。迄今為止，MSP430 已經(jīng)廣泛應用于各個領域，尤其是便攜式儀器儀表、監(jiān)測、醫(yī)療器械以及汽車電子等領域。本章將對 MSP430 的基礎特性進行簡明扼要地介紹，以及說明課題設計到的一些寄存器和外圍硬件電路，對基礎特性的了解是操作任何一種微處理器所必備的，本章內(nèi)容將展開課題的具體實踐操作。 MSP430單片機簡介當前市場上存在很多種微處理器，每種微處理器都有其特色，針對不同的場合選擇合適的微處理器非常重要。MSP430 單片機是 TI 公司推出的一個新型單片機系列，其主要特點是：(1)超低功耗。擁有5種低功耗模式，以適應不同的需要。CPU 從低功耗模式被喚醒，這個過程最多只需要6 μs，因此，在某些需要迅速做出反應的應用中，CPU 能夠及時退出低功耗模式，進入工作模式。 (2)靈活的時鐘使用方式除了片內(nèi)集成一個晶體振蕩器外，還可外接 1～2個晶體振蕩器。不同的內(nèi)部功能模塊可根據(jù)需要使用不同的晶體振蕩器，在不需要時可以通過設置寄存器將其關閉，以降低功耗。 (3)高速的運算能力16位RISC架構(gòu)，125 ns指令周期。 (4)靈活快速的編程方式可通過JTAG和BSL兩種方式向CPU內(nèi)裝載程序。(5)高保密性只需按照特定的方式將MSP430內(nèi)部的熔絲熔斷，JTAG 口便被物理性地阻斷。BSL方式所需要的密碼長達256位，排列組合出來的密碼量為2的256次冪，如此巨大的數(shù)量被破解的可能性微乎其微。(6)～ V。課題所設計的遙控器，選用的單片機型號是MSP430F1496，其性能特點如下：低工作電壓(~ V)；超低功耗( μA)；16位精簡指令結(jié)構(gòu)(RISC)；150 ns指令周期；帶有3個捕獲/比較器的16位定時器；片內(nèi)集成96段LCD驅(qū)動器；片內(nèi)有JTAG調(diào)試接口和FLASH型存儲器，可在線串行編程；開發(fā)環(huán)境十分方便高效，支持C語言和匯編語言。 IAR編譯器的實用 編寫程序的過程主要包括編寫代碼、編譯、調(diào)試，這3個過程是交替進行的。編譯器的生產(chǎn)廠商通常將代碼編輯器、編譯器、調(diào)試器集成在同一個軟件包中，稱為集成調(diào)試環(huán)境，這樣的軟件包簡稱為編譯器。熟練掌握編譯器的使用方法是非常重要的，往往能夠大幅度提高編寫、調(diào)試代碼的效率。 開發(fā)調(diào)試環(huán)境要開發(fā)一個完整的軟件，其源文件通常會有多個，而且文件類型也有多種。為了便于使用和管理，將這些文件的集合稱為 project (工程或者項目) 。其中有幾個文件是專門用來記錄編譯器設置、文件列表等開發(fā)環(huán)境的，稱為工程文件。開發(fā)軟件的時候，首先要創(chuàng)建一個 project ，設置工程參數(shù)，然后才可以編譯和鏈接。EW430 除了創(chuàng)建工程，還需要創(chuàng)建一個workspace(工程集合)。工程集合中可以只有一個工程。每個工程中也可以只有一個源文件，視需要而定。源文件的種類可以是C文件、匯編文件，也可以是庫文件。創(chuàng)建工程的過程為：(1)從File菜單中選擇New選項，創(chuàng)建一個workspace。(2)從Project菜單中選擇Creat New Project選項。出現(xiàn)的對話框如圖31所示。其中Empty project表示建一個空的工程，asm表示建一個純使用匯編語言的工程，C++表示建一個使用C++語言的工程，C表示建一個使用C語言的工程。選擇后3種都會為用戶生成一個主程序的框架，并對編譯和鏈接的選項選擇相關的設置。不過，它不會包辦所有的工作，一般用戶在后面仍然需要按照自己的要求進一步調(diào)整選項。圖31 新建一個工程選擇使用C語言的工程，按OK按鈕。出現(xiàn)對話框，要求填寫工程名稱以及保存路徑，工程名稱填寫為test。填寫完畢后，按OK按鈕出現(xiàn)創(chuàng)建完畢的工程。EW430還同時為同一個工程創(chuàng)建了兩種編譯選項：Debug和Release。Debug編譯時在目標文件中包含調(diào)試信息，進行低級別(low)優(yōu)化，用于調(diào)試程序。Release編譯時不在目標文件中包含調(diào)試信息，且對目標代碼文件進行了優(yōu)化。用戶也可以創(chuàng)建自己的編譯方式。 (3)向工程中添加其他文件。將鼠標移動到工程窗口上，單擊右鍵，出現(xiàn)如圖32所示的彈出菜單，添加需要的文件。圖32 添加文件 編譯鏈接項目在編譯開始之前先要對編譯器的參數(shù)作一些設置。在圖32中的彈出菜單中選擇Options選項，注意單擊右鍵之前鼠標要放在testDebug欄上，而不是放在工程中的文件()上。如果是放在工程中的文件上，設置的僅是這個源文件的參數(shù)，而不是整個工程的參數(shù)。編譯器允許每個源文件使用各自的編譯、鏈接參數(shù)。在圖32中的彈出菜單中選擇Options選項后，出現(xiàn)Options對話框，如圖33所示。圖33 編譯參數(shù)設置在這里，只簡單介紹一些常用的設置。(1)在General Options選項Target選項卡中Device選項設置使用的MSP430單片機類型。(2)在Debugger選項Setup選項卡中選擇調(diào)試方式，如圖34所示。FET Debuger選擇 JTAG 調(diào)試方式。Simulator選擇軟件模擬方式。圖34 選擇仿