【文章內(nèi)容簡介】 際的應用，可以采用更為簡單更為可靠的方法。那就是采用一個串口 — 紅外轉(zhuǎn)換芯片，利用該芯片完成單片機串口 — 紅外數(shù)據(jù)傳輸功能轉(zhuǎn)換。 MAX3100 是美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的通用異步收發(fā)器（ UART）芯片，使用 SPI/Microwire 接口與微控制器進行通信。 MAX3100 不僅適用于速率高達230Kb/s 的 RS— 232 和 RS— 485 數(shù)據(jù)鏈路，而且支持速率 — 外線數(shù)據(jù) 傳輸格式。 MAX3100 的封裝和引腳如圖 36 所示。 它的引腳功能說明如下： 圖 36 MAX3100管腳圖 DIN： SPI/Microwire 串行數(shù)據(jù)輸入。 DOUT： SPI/Microwire 串行數(shù)據(jù)輸出。 SCLK： SPI/Microwire 串行時鐘輸入。 CS：片選端， CS=1 時 DOUT 呈高阻態(tài)。 IRQ：低電平中斷申請輸出。 SHDN：硬件關(guān)斷腳， SHDN 為低電平時內(nèi)部晶振電路關(guān)閉。 X2：晶振連接腳，外接時鐘時該端懸空。 X1：晶振連接腳，外接時鐘時從該端輸入。 CTS：用于 RS— 232 的 CTS 輸入。 RTS：用于 RS— 232 的 RTS 輸出或 RS— 485 使能。 RX：異步串行數(shù)據(jù)輸入（接入）。 TX：異步串行數(shù)據(jù)輸入（發(fā)送）。 VCC：正電源輸入端（ — ）。 GND：地。 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 12 MAX3100 供電電源范圍寬，功耗低，從 + 的電源中僅吸收 的電流，具有零功耗的停機模式，并能由接收信號喚醒，在基于微控制器的小型系統(tǒng)設(shè)計中具有良好的應用前景。 MAX3100 是性能完善的 UART，內(nèi)部包含了一個簡單的 UART、可編程波特率發(fā)生器、 8 字節(jié)接收 FIFO 以及 SPI 接口和中斷控制器， 可實現(xiàn)由同步串行數(shù)據(jù)（兼容于 SPI及 Microwire 標準）到異步串行數(shù)據(jù)通信（如 RS23 RS48IrDA）間的轉(zhuǎn)換。本例要使用的就是 SPI 到 IrDA 的紅外數(shù)據(jù)傳輸功能。 MAX3100 設(shè)計具有很大的靈活性，其特點如下： 奇偶校驗等完全由軟件控制，只需往一個內(nèi)部寄存器寫入控制字，即可設(shè)置 UART 的波特率、數(shù)據(jù)字長、校驗使能以及 8 字節(jié)接收 FIFO 使能。 CTS/TRS 硬件握手控制線，如簡單的 I/O 線，由寄存器直接控制。 具有硬件和軟件調(diào)用的關(guān)斷功能，可以降低系統(tǒng)的功耗。 具有 4 個中斷源：接收校驗（ Pr）、接收數(shù)據(jù)（ R）、接收開始 /幀誤和發(fā)送緩沖空（ T），任何中斷源都可以屏蔽。 可選擇普通 UART 和紅外通信 IrDA 定時兩種工作模式，其中， IrDA 定時模式能夠和其他具有 SIR 兼容的紅外端口設(shè)備進行紅外通信。 紅外收發(fā)器選用 HP 公司的 HSDL3201，它是一款支持 IrDA 的低功耗適應 。 HSDL3201 芯片簡介 ： HSDL3201 是一種廉價的紅外收發(fā)器模塊，工作電壓為 ～ 。由于發(fā)光二極管的驅(qū)動電流是內(nèi)部供給的恒流 32mA，因此確保了連接距 離符合IrDA1． 2(低功耗 )物理層規(guī)范。 HSDL3201 與 IrDA1． 2 低功耗器件通信的連接距離為 20cm，與 IrDA1． 2 標準器件通信的連接距離為 30cm。 HSDL3201 的特性如下： 超小型表面封裝 ； 最小高度： ； 發(fā)光二級管電壓范圍 ； 溫度范圍： 2585 攝氏度 ； 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 發(fā)光二級管驅(qū)動電流 32mA； 邊緣檢測輸入：避免發(fā)光二極管的開啟時間長。 HSDL3201 的引腳功能說明如表 31 所示。 表 31 HSDL3201的引腳功能說明 Table 31 HSDL3201 pin Help 引腳 標記 描述 備注 1 GND 地 接系統(tǒng)地 2 NC 懸空 此引腳必須懸空 3 VCC 電源 4 AGND 模擬地 接“靜”地 5 SD 關(guān)斷（高電平有效） 此引腳必須接高或低，但不能懸空 6 RXD 接收數(shù)據(jù)輸出 輸出是 s的低電平脈沖 7 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入 邏輯高會開啟 LED，但如果延時 20μ s以上會關(guān)閉LED，此腳必須接高或低，不能懸空 8 VLED LED電壓 / SHIELD EMI外殼 通過磁珠或電感（感值低）接 系統(tǒng)地，最好不要直接接 GND或 AGND 對于 HSDL3201， LED 的輸出和 RXD 輸出受 TXD、 SD 以及接收器檢測到的光信號控制，如表 32 所示。 表 32 HSDL3201收發(fā)器 I/0真值表 Table 32 HSDL3201 transceiver I / 0 truth table SD TXD LED 接收器 RXD 備注 低 高 開 無關(guān) 無效 1， 2 低 低 關(guān) IrDA信號 低 3， 4 低 低 關(guān) 無信號 高 高 無關(guān) 關(guān) 無關(guān) 高 5 注： 1 如果 LED 持續(xù) 20μ s 的高狀態(tài)， LED 將關(guān)閉。 2 當 TXD 正發(fā)送數(shù)據(jù)時， RXD 將響應 TXD 信號。 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 14 3 帶內(nèi) IrDA 信號和數(shù)據(jù)速率低于等于 。 4 RXD 邏輯低是脈沖響應，脈沖寬度為 s，和數(shù)據(jù) 5 速率獨立。 6 關(guān)斷狀態(tài) RXD 邏輯高的上拉電阻為 300kΩ。 看門狗電路設(shè)計 在系統(tǒng)的設(shè)計中，可靠性的設(shè)計尤為重要。眾所周知，在工業(yè)現(xiàn)場，往往會由于供電電源、空間電磁干擾或其他原因引起強烈的干擾噪聲。這些干擾作用于數(shù)字器件，極易使其產(chǎn)生誤動作，引起“程序跑飛”事故。若不進行有效處理，程序就永遠不能回到正常運行狀態(tài)，從而失 去應有 的控制功能，這在工業(yè)現(xiàn)場中是不允許的。為了提高系統(tǒng)的可靠性，可以在系統(tǒng)中使用 監(jiān)視定時器（ WDT）。 WDT 又名“看門狗”，是工業(yè)計算機和微控制器中常用的一種電路。在正常操作期間，一次 WDT 定時時間到，將產(chǎn)生一次器件復位（監(jiān)視定時器復位）。在編程時加入對 WDT 清 0 的語句，使得程序正常運行時，在 WDT 定時時間到之前對 WDT 清 0 ，不會產(chǎn)生監(jiān)視定時器復位；如果由于干擾使程序跑飛，則不會在 WDT 定時時間到之前執(zhí)行 WDT 清 0 語句， WDT 就會產(chǎn)生復位，從而使程序又回到正常運行狀態(tài)。單片機系統(tǒng)通常工作 在一些特定環(huán)境中 ， 不可避免會受到外界的干擾 ， 這些干擾輕則導致系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)出錯 ， 重則將嚴重影響程序的運行 。 一般說來系統(tǒng)的可靠性應從軟件、硬件以及結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面全面考慮 ， 如器件選擇、電路板的布線、看門狗、軟件冗余等 。 只有通過軟、硬件的聯(lián)合設(shè)計 ， 才能保證系總體的可靠性指標 ， 以滿足系統(tǒng)在現(xiàn)場苛刻條件下的正常運行 。 對于來自電網(wǎng)電壓的欠壓、過壓、掉電和瞬變現(xiàn)象 ， 通常采用低通電源濾波器、隔離變壓器、光電隔離及使用 UPS 不間斷電源 ， 或者給單片機系統(tǒng)配備專用電源 。 但這些措施仍然不能解決上述電源異常問題 ， 而且 線路復雜、成本高 。 所以 ， 單片機監(jiān)控電路應運而生 。 利用監(jiān)控芯片和少量外圍元件能方便地組成各種有效的復位電路 ， 并能對電源異常情況進行各種監(jiān)控 。 這種芯片具有河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 15 監(jiān)視功能多、可靠性高、外圍元件少、監(jiān)控電路簡單和體積小等優(yōu)點 。 因此它被廣泛應用在計算機、微控制器應用系統(tǒng)、便攜式智能儀器、自動控制等領(lǐng)域 。 看門狗電路采用 MAXIM 公司的 MAX6304 實現(xiàn)，其原理如圖 37 所示。 MAX6304 簡介 ： Maxim 公司生產(chǎn)的 MAX6304 是一款專用、高性能、低功耗的微處理器監(jiān)控芯片 ， 它有如下特點 。 （ 1） 同時具有復位和看門狗 功能 ； （ 2） 復位門限電壓在 1122V 以上可調(diào)節(jié) ； （ 3） 復位超時時間可調(diào) ； （ 4） 看門狗超時時間可調(diào) ， 通過看門狗選擇腳還可以設(shè)置 500 倍超時時間 ； （ 5） 4μ A 供電電流 ； （ 6） 輸出結(jié)構(gòu)為 : 推 /拉方式輸出、高電平復位 。 R S T I N1GND2S R T3S W T4W D S5W D I6R E S E T7V C C8D1C2C1R3R1S1V C CV C CD O G _ I NR S T 1 圖 37 看門狗電路 圖中 D1 即為看門狗芯片 MAX6304?？撮T狗電路可參考 MAX6304 的芯片資料來設(shè)計。 R1 取 15KΩ， R3 取 10KΩ，這樣得到復位閾值電壓為： VRSR=（ R3＋ R1） /R3= MAX6304 的 SWT 腳用于設(shè)置基本看門狗的超時周期，這個周 期可以通過外部電容 C2 來調(diào)節(jié)。這里取 C2=100pF。 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 16 基本看門狗超時周期 tWD= C2= 100=267μ s WDS 腳是 看門狗選擇輸入腳，這個輸入可以選擇看門狗的模式，接低電平為正常模式，接高電平則選擇的是擴展模式，在擴展模式下，看門狗超時周期為基本超時周期的 500 倍。在本例中， WDS 接高電平，所以最終的看門狗超時周期約為 133ms。這樣，只需單片機程序每隔小于 133ms 的一個時間周期內(nèi)，對 WDI 產(chǎn)生輸入的電平變換就可以實現(xiàn)對單片機程序的檢測了。 單片機電路設(shè)計 硬件電路的單片機 部分除了看門狗電路以外，其他電路采用最為常用的“ CPU＋ RAM＋鎖存器”模式。電路原理圖如圖 38 所示。 圖 38 中 D2 即為本例采用的單片機 89C52，它由 的晶振提供工作時鐘。它的 腳 DOG_IN 和看門狗電路相連： 12 腳 ITN0 以及 — 均和紅外接口電路相連（在后文介紹）： 腳控制紅外線收發(fā)器的SHUTDOWN 關(guān)斷腳，實現(xiàn)紅外收發(fā)器的降功耗處理： 10 腳 RXD、 11 腳 TXD和串口電路相連：其他的數(shù)據(jù)線、地址線以及讀寫、 ALE 等控制信號線和鎖存器以及 RAM 電路相連，采用最 為常用的工作方式。 圖 38 中 D3 為鎖存器芯片 SN74ABT373， D9 為 32K 字節(jié)的 CMOS 靜態(tài) RAM 芯片。實際上在本設(shè)計中需要用到的 RAM 空間很少，用 89C52 內(nèi)部自帶的 256B RAM 空間已經(jīng)足夠，可以不必使用外部 RAM。 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 17 圖 38 單片機電路 EA/VP31X119X218RESET9INT012INT113T014T115P1P2P3P4P5P6P7P8P39P38P37P36P35P34P33P32P21P22P23P24P25P26P27P28RD17WR16PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40VSS20D2OE1Q02D03D14Q15Q26D27D38Q39LE11Q412D413D514Q515Q616D617D718Q719D3A8 A9 A10A11A12A13A14A15D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7ALEALEWRBRDBA0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7A141A122A73A64A55A46A37A28A19A010I/O011I/O112I/O213VSS14I/O315I/O416I/O517I/O618I/O719CS20A1021OE22A1123A924A825A1326WE27VCC28D9WRBRDBD0D1D2D3 D4 D5 D6A0 A1VCCR6VCCD7A2 A