【正文】 ，并且做好模塊化，便于日后對軟件的升級。軟件標準化原則，軟件編寫要基于業(yè)界的一些規(guī)范、協(xié)議、接口、命名規(guī)則。軟件有效率性，效率性是指軟件在編寫的時候應該注意運行時，盡可能得少用計算機內(nèi)存，并且采用最優(yōu)的算法來處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，讓軟件在計算機中運行時所占用的內(nèi)存達到最低，這點很考研開發(fā)人員的水平。軟件要有可測試性， 就是設計一個適當?shù)臄?shù)據(jù)集合，用來測試所建立的系統(tǒng)，并保證系統(tǒng)得到全面的檢驗。擁有良 好的結(jié)構(gòu)、明朗的注釋，便于修改時候的閱讀。 軟件的可修改性，在軟件編寫完成后，可能在后續(xù)部分根據(jù)用戶的需求反應，或者其他原因，可能需要修改軟件。 但是它的健壯性 是一個較模糊的概念，但是卻是非常重要的軟件外部量度標準。 軟件可靠性 和硬件可靠性本質(zhì)區(qū)別在于：后者為物理機理的衰變和老化所致，而前者是由于設計和實現(xiàn)的錯誤所致。軟件要有一定的可靠性，軟件系統(tǒng)規(guī)模越大越復雜，可知這時候軟件的可靠性就越來越難保證 。 軟件設計 原則 軟件是連接需求分析 \硬件系統(tǒng)以及使得系統(tǒng)實現(xiàn)的橋梁，對軟件進行編寫設計之前應該先了解軟件設計的原則。 而使用 C 編譯器 在產(chǎn)生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且可以附加靈活地控制選項，在開發(fā)大型項目時非常理想，是目前應用最廣泛的單片機開發(fā)環(huán)境之一 [15]。 Keil 還提供了包括 C 語言編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等完全的開發(fā)方案。 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 17 開發(fā)環(huán)境 ,即編程軟件的選擇 本次紅外通訊系統(tǒng)的程序編寫的開發(fā)環(huán)境，選擇 使用 Keil uVersion3。 還有很關鍵的一點是 C語言擁有指針，直接操作計算機硬件。 而且 C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設計語言。 C 語言具有函數(shù)，相對于匯編語言來說，代碼的封裝性遠遠高于匯編語言，代碼的重用性高，并且具有一定的模塊化。且 C 編寫的程序比匯編更符合人們的思考習慣，開發(fā)者能更專心 的考慮程序設計而不是考慮些細節(jié)問題，這樣就減少了開發(fā)和調(diào)試的時間 [10]。匯編語言的機器代碼生成效率高但可讀性不強，而 C 語言在大多數(shù)情況下，其機器代碼生成效率和匯編語言相當，而可讀性和可移植性卻遠遠超過匯編語言。 液晶顯示模塊電路和電機電路分別如圖 39所示 圖 39 總體發(fā)射 端 綜合 仿真電路 圖 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 15 總體 接收端綜合 仿真電路圖 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 16 4 系統(tǒng)軟件設計 紅外通訊系統(tǒng)軟件設計的編程語言選擇 現(xiàn)在程序編程語言很 多如 C 語言， C++語言，匯編語言，機器語言等，這些語言主要都應用于嵌入式開發(fā)之中，但由于機器語言的 難以閱讀，所以現(xiàn)在已經(jīng)基本不再使用 。 RS,RW,E 三個控制端口分別接單片機 P0 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 14 口的 ， ， ，外接上路電阻，而數(shù)據(jù)傳輸端口接單片機的 P2口，因為內(nèi)部已經(jīng)有上路電阻，所以 不再需要外部接上拉電阻。 液晶顯示電路和電機電路 根據(jù)解碼后得到的用戶原始輸入數(shù)據(jù)，通過程序控制液晶顯示器的顯示，和電機的運轉(zhuǎn)。 圖中的 SendIO 用于接 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 13 收來自用戶輸入的數(shù)據(jù)編碼后得到的傳送碼（操作碼）。通過這個高頻載波信號的調(diào)制，把編碼信號的有用信息“攜帶”出去，這樣信號的傳送距離就能更長，而且能夠有效的避免其他信號的干擾，從而提高了信息傳送的準確性。） 電路模塊電路圖如下圖所示： 圖 36 載波信號電路 在所有的高頻通信電路中，載波信號的存在是必不可少的。 （ 這里的編碼電路沒有經(jīng)過載波就發(fā)送，是因為這是單獨繪制的編碼和紅外發(fā)射電路 ，并沒有應用到仿真。 采用 uPD6121編碼芯片，KL/O0至 KL/O7七個管腳接受未編碼的原始操作數(shù)據(jù)；也可以用 KI1至 KI4四個管腳與 KL/O0至 O7組成矩陣鍵盤直接接受輸入數(shù)據(jù)?；蛳嗤拇a連續(xù)發(fā)兩次。這里值得注意的是，使用 P0 口時，單片機內(nèi)部是沒有接上拉電阻，所以我們需要外部添加上路電阻。所以，紅外通訊系統(tǒng)中的發(fā)射端和接收端都需要有如下圖所示的基本電路模塊： 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 11 圖 34 這里值得注意的是：仿真的時候 VCC 和 VSS 都默認地接 5V 電源和接地，所以不需要再添加，但是繪制原理圖和制作 PCB 板時，不能將 VCC和 VSS 遺漏，否則單片機無法正常工作。 圖 33 紅外通訊系統(tǒng)電路設計 最小系統(tǒng)電路 單片機如果要能夠正常工作，那么最小系統(tǒng)是必不可少的。所以紅外遙控器發(fā)送紅外信號時，參考上面遙控串行數(shù)據(jù)編碼波形圖，在低電平處發(fā)送 38kHz 紅外信號，高電平處則不發(fā)送紅外信號 。這里我們采用 的接收器是一種紅外專用接收集成電路 HS0038，用它來完成紅外信號的光電轉(zhuǎn)換及接收。為了適應不同的工作電壓，回路中常串有限流電阻 。 選用常用的紅外發(fā)光二極管 SE303，外形類似 LED發(fā)光二 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 10 極管， 發(fā)出紅外光（近紅外線約 m ）。 uPD6121 編碼芯片 和 BC7210 解碼芯片 如圖 31所示 圖 31 紅外發(fā)射頭和接收頭 紅外發(fā)射二極管是紅外通信系統(tǒng)中用來發(fā)射信號的一個非常重要的元件，雖然它看起來比較小，不太顯眼，但是沒有它，紅外通信就只能是一句空話。 由于我個人在用 Proteus 進行仿真時，并沒有編碼和解碼芯片可以使用，所以程序中我全面模擬了編碼和解碼芯片的功能；我選定了uPD6121為編碼芯片， BC7210為解碼芯片；之所以選擇這兩個芯片分別作為發(fā)射端和接收端的編碼解碼芯片是因為 BC7210解碼芯片成本低，常見， 而且 BC7210的輸出可以設置為并行輸出或者串行輸出，串行輸出方式兼容 SPI 和 UART 兩種接口，可以輕松完成與各種 MCU、 PC機 的接口。空閑方式停止 CPU 工作，但允許 RAM、定時 /計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存 RAM 的數(shù)據(jù)，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作指導下一個硬件復位 。 89C51單片機帶有 4K 閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 接口， 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一 個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。直至今天，單片的生產(chǎn)廠家和型號已經(jīng)是各式各樣。而單片機又主要應用于實時控制，并通常作為 其他系統(tǒng)的組成部分使用，故又稱之為嵌入式控制器。 單片機 介紹及選擇 單片機是微機控制的典型代表，它在一片硅片上集成了中央處理器 、 存儲器和各種輸入輸出接口，如 I/O 口，定時器 /計數(shù)器接口，外部中斷接口，串口 ，讀 /寫接口等）。系統(tǒng)兩大電路模塊都采用 AT89C51單片機作為核心 CPU，鍵盤部分采四乘四的矩陣鍵盤 ； 顯示部分使用 LCD1602液晶顯示器 ； 紅外發(fā)射器使用 PH303 紅外發(fā)光二極管；紅外遙控編碼芯片使用M50462；紅外接收器使 HS003塑封一體化紅外線接收器，它是一種集紅外線接收、放大、整形于一體的集成電路；電機采用直流電機 。每 16位組成一個 操作碼，在接收端解碼操作碼得到相應的改變電機運轉(zhuǎn)的動作。 系統(tǒng) 總體 設計流程圖 進行 編碼操作 通過發(fā)射器發(fā)送到接收端 等待用戶輸 入 啟動接收端 等待發(fā)射端發(fā)送 數(shù)據(jù) 電機做出相應的運行 電機停轉(zhuǎn) 啟動發(fā)射端 LCD 顯示電機狀態(tài) 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 7 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)設計所需用到的 主要器件 89C51單片機作為兩個電路的核心 CPU,用 M50462 作為紅外發(fā)射器， HS0038作為紅外接收器， LM016L 液晶顯示器，一個四乘四的矩陣鍵盤 ,綠色和紅色的 LED指示燈，電機。 系統(tǒng)的總體方案設計 系統(tǒng) 的總體設計思路 本次的系統(tǒng)設計是 采用 AT89C51作為發(fā)射 電路（控制器）和接受電路（電風扇） 以及 38KHz的紅外信號載波調(diào)制電路 的核心 CPU，發(fā)射電路可以分為基本電路模塊、鍵盤接受模塊、紅外發(fā)射模塊三個模塊，接收電路可分為基本電路模塊、液晶顯示模塊、電機電路模塊三個模塊 ，單獨的紅外信號載波電路調(diào)制電路 [89]。 系統(tǒng) 所帶功能 如下： －能通過發(fā)射端來控制接收端（用電機模擬的電風扇）進行實時的控制； －接收端（電機模擬的電風扇）能夠分檔次的運行在大、中、小三個檔次，并且能夠?qū)崿F(xiàn)定時功能， 電風扇的開關。 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 5 2 系統(tǒng)方案設計 系統(tǒng) 功能設計 通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成 [9]。 載波信號電路 紅外線的傳播不一定準確而且不一定夠遠，所以利用 89C51單片機定時器產(chǎn)生 38KHz的方波輸出 電路，在編碼信號輸出端加上一個高頻載波信號 ，通過載波信號的調(diào)制，把編碼信號的有用信“攜帶著”傳播出去，這樣的紅外線信號能夠傳得更遠而且也能更有效的避免干擾 紅外接受器 紅外接收器部分使用紅外專用接收集成電路 HS0038 來完成紅外信號的光電轉(zhuǎn)換及接收。這種設計模式實際上是紅外通信原理與串口通信機制的有機結(jié)合。 鍵盤輸入 設計一個 4*4 的矩陣鍵盤來用接受用 戶的輸入，利用 8 個 IO 口，在程序中對矩陣鍵盤進行行列的高低電平的判斷，并在程序中對某個按鍵的按下返回預先設定的數(shù)字鍵或者字母鍵，從而完成用戶的輸入。因為本系統(tǒng)的功能都屬 89C51單片機的應用范疇，所以使用 89C51 單片機來完成設計。 1993 年國際紅外線協(xié)會在美國成立，積極整合建立紅外傳輸?shù)臉藴?，極大地推動了紅外產(chǎn)品的發(fā)展。 目前紅外通信技術的 應用 熱點 紅外應用產(chǎn)品種類繁多 ，但是比較熱門的應用的主要是 紅外熱像、紅外攝像、紅外通訊、紅外光譜儀、紅外傳感器等幾個比較大的領域 ，但是我們做的是紅外通訊所以這里只介紹下紅外通訊應用。 2022 年，在信息收發(fā)模組方面，由于國際紅外線協(xié)會模組的價格已從早期的 5 美元降至 2美元，國際大廠紛紛在亞太地區(qū)一些勞動力相對低廉的地方尋求加工場所，估計年產(chǎn)值將有 1 億多美元的規(guī)模，當時一些 IC 設計公司、系統(tǒng)與應用軟件廠商已積極投入應用產(chǎn)品的研究與生產(chǎn)，目前已經(jīng)形成一定規(guī)模。 1993 年國際紅外線協(xié)會在美國成 立，積極整合建立紅外傳輸?shù)臉藴剩瑯O大地推動了紅外產(chǎn)品的發(fā)展。而 隨著社會的不斷發(fā)展，人們的安全防范意識愈來愈強烈， 通訊的必要性也越來越突出可見，由于紅外線為不可見光，具有很強的隱藏性和保密性， 因此紅外在安防 和通訊 領域大展身手， 不論國內(nèi)外，目前正在市場掀起一股 ” 紅外潮 ” 。 紅外通信的國內(nèi)外現(xiàn)狀 紅外線是由一位叫 William Herschel的天文學家于 19世紀發(fā)現(xiàn)的 ，是一種點對點連接的高科技通訊方式，它要求兩個通訊端之間的紅外發(fā)射口對準發(fā)射連接，并且不能相隔太遠，中間也不能有障礙物，即紅外。但在這漫長的時間里、由于紅外無線通信系統(tǒng)光源均為熱輻射源，調(diào)制困難，接收器又是光電池，內(nèi)部噪音很大，影響了通信距離和可靠性，所以發(fā)展被怠慢 。在第一次世界大戰(zhàn)中德國就研制并運用了紅外通信。在某些應用場合，比無線電通信具有更好的綜合效果。 紅外通信是一種無線的傳輸方式，正在被日益廣泛的應用，大的應用范圍從軍用，醫(yī)療，超市，銀行等設備，小 的應用則小到家用電器，無一沒有涉及到紅外通信技術，所以有不斷的新的紅外通信產(chǎn)品涌進市場，重而也推動了對紅外通信技術的研究和發(fā)展。隨著各種手持式信息終端設備在我們的工作中頻繁的使用出現(xiàn)，就標志著無線通信的時代已經(jīng)到來，也意味著無線通信這種比傳統(tǒng)的有線通信更加的讓人接受。并且 經(jīng)過多年的發(fā)展，有了今天以紅外通訊為核心技術的藍牙、紅外、 等無線數(shù)據(jù)傳輸技術 [1]。 在電腦技術發(fā)展早期，數(shù)據(jù)都是通過線纜傳輸?shù)模€纜傳輸連線麻煩，需要特制接口，頗為不便 。 關鍵字 ： 紅外通訊 發(fā)射端 接收端 系統(tǒng) 基于單片 機的紅外 通訊軟件設計 1 II Abstract The development of science and technology, SCM because of its high reliability and costeffective, in the intelligent home appliances, instrumentation and many other areas has been very widely used. The SCM appliance shows the simplistic appearance, functional diversification, s