红外通信微机原理与接口技术课程设计报告Word文件下载.docx
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最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
红外通信课程设计任务书
****************
一、课程设计题目：
题目：
红外通信
内容：
应用红外发射管和接收管，完成数据的发射和接收。
发射管和接收管接在普通的I/O口。
要求2个按键，一个按键是数据的0和1的变换，另一个按键是发送键。
数据在1个数码管上显示。
二、课程设计要求
1.根据具体设计课题的技术指标和给定条件，独立进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；
2.查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真；
3.完成预习报告，报告中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果；
4.进实验室进行电路调试，边调试边修正方案；
5.撰写课程设计报告——最终的电路图、调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。
三、进度安排
1．时间安排
序号
内容
学时安排（天）
1
方案论证和系统设计
2
完成电路仿真，写预习报告
3
电路调试
4
写设计总结报告与答辩
合计
5
设计调试地点：
电气楼410
2．执行要求
微机原理与接口技术课程成绩优秀的可以自拟题目，其余的同学都是指定题目。
，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的详细电路（包括计算和器件选型）。
严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同。
摘要
红外线通信是目前使用较广泛的一种通信手段。
由于红外线通信具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线通信技术。
工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线通信技术不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。
而单片机是目前设计应用中用得比较广泛的器件，它可以通过软件编程来达到不同的效果，实现各种各样不同的功能，具有灵活性强、可靠性高，可扩展性好等优点。
本文所要介绍的内容就是如何利用单片机，结合红外线器件设计构造出一套简易的红外线通信系统，以实现在中短距离内的红外无线通信的功能。
与一般通用的红外遥控器不同的是它不是利用专用的编解码芯片来实现发收端的编解码,而是应用C51单片机,通过单片机的编、解码程序来实现红外信号的发收,从而实现红外遥控通信功能。
此通信系统经过一些必要的扩展,完全可以实现通用和各种专用红外遥控器的功能。
关键词：
单片机；
红外通信；
发射；
接收；
串行接口
Abstract
Theinfraredcommunicationasakindofcommunicationwaysisextensivelyusedcurrently.Becausetheinfraredraycommunicationhasthecharacteristicsofthephysicalvolumesmall,thepowerconsumelow,thefunctionisstrong,thecostlow,andsoon.Asaresult,aftercolortelevision,videorecorder,equippingintheothersmallscaledelectricappliancessuchastaperecorder,stereosetequipments,theairconditionmachineandtoyetc.arealsoadopttheinfraredraycommunicationtechniqueinsuccession.Intheindustryequipments,intheenvironmentofthehighpressure,radiation,poisonousair,dustandsoon,adoptioninfraredraycommunicationtechniquenotonlycompletecredibilityandcaninsulatetheelectricityinterferenceavailably.
Andthemicrocontrolleristhedevicethatusesextensivelyinthedesignsapplicationcurrently,itcanattainthedifferentresultbythesoftwarecompile,carryingoutdifferentkindsoffunctions,haveadvantagesofgooddexterity,highcredibility,canexpandgoodandsoon.
Thistextwantstointroduceawayhowtofabricateasimplesystemofinfraredraycommunicationuseofthemicrocontroller,combiningainfrareddevice,sothatitcanachievethefunctionhowtocommunicatefortheinfraredrayinashortdistance.
DifferentfromthegeneralInfraredremotecontroller,itisnotusethespecialcodinganddecodingchiptorealizethecodesandthedecodesinthepartofthesendsandreceives,butusestheC51Microcontroller,throughtheprogramsofcodesanddecodesoftheMicrocontroller,sothatrealizesinfraredsignalsendingandreceiving,thusrealizesthecommunicationfunctionofinfraredremotecontrol.Thiscommunicationssystempassesthroughsomenecessaryexpansions,definitelymayrealizegeneralandeachkindofspecial-purposeinfraredremotecontrolfunction.
Keywords:
Microcontroller;
InfraredCommunication;
Transmit;
Receive;
RemoteControl;
TheSerialInterface
第一章系统方案设计
1.1红外通信的基本原理
1.1.1红外通信技术简介
红外数据通信指的是两台设备之间通过红外线进行无线数据传输的一种数据传输方式，一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75μm至25μm之间。
红外数据协会（IrDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850nm至900nm之间。
红外通信的最大特点在于它替代了设备与设备之间传统的线缆连接，进而摆脱了不同平台设备连接时对于特制接口的要求，使得跨平台设备间的数据交换简单到只需彼此相对。
红外通信技术的特点如下：
●它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；
●通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线数据收发；
●主要用来取代点对点的线缆连接；
●新的通讯标准兼容早期的通讯标准；
●小角度（30°
以内）、短距离、点对点直线数据传输，保密性强；
●传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。
红外通信技术的缺点如下：
●通信距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通信中断；
●目前广泛使用的SIR标准通信速率较低（115.2kbit/s）；
●主要用于取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。
1.1.2红外通信的协议标准
为了建立一个统一的红外数据通信标准，1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司成立了红外数据协会InfraredDataAssociation，一年以后，第一个IrDA的红外数据通信标准发布，即Ir-DA1.0。
Ir-DA1.0简称SIRSerialInfrared，它是基于HP－SIR的异步、半双工红外通信方式。
SIR以系统的异步通信收发器UART为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收光信号电脉冲的波形扩展这一编码解码过程3/16EnDec实现红外数据传输。
由于受到UART通信速率的限制，SIR的最高通讯信速率只有115.2Kbps，即电脑串行端口的最高速率。
1996年，IrDA发布了Ir-DA1.1标准，即FastIn-fraRed，简称FIR。
与SIR相比，由于FIR不再依托UART，其最高通信速率有了质的飞跃，可达4Mbps。
FIR采用了全新的4PPM调制解调PulsePositionModulation，即通过分析脉冲的相位来辨别所传输的数据信息，其通信原理与SIR是截然不同的，但由于FIR在115.2Kbps以下速率时依旧采用SIR的编码解码过程，所以它仍可以与支持SIR的低速设备进行通信，只有在通信对方也支持FIR时，才将通信速率提升到更高水平。
IrDA1.2标准为低功耗的IrDA1.0标准，现已普遍应用于手持设备。
随着移动计算设备和移动通信设备的日益普及，红外数据通信已经进入一个发展的黄金时期。
自1993年IrDA成立至今，红外数据协会的会员已经发展到150多个，当今在IT业和通信业叱咤风云的大公司几乎都在其中，由此可见IrDA标准已经获得了业界的广泛认同和支持。
目前已经开发生产出来的具备红外通信能力的设备已有一百种之多，红外模块年装机量已达一亿五千万套，并以每年40％的速度高速增长。
尽管现在有了同样用于近距离无线通讯的蓝牙技术，但红外通信技术以其成本低廉和广泛的兼容性等优点，势必会在将来很长的一段时间内在近距离无线数据通信领域扮演重要角色。
1.1.3红外通信系统结构
红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲信号，再通过红外发射管发射红外信号。
串行红外传输采用特定的脉冲编码标准，这种标准与RS232串行传输标准不同。
若两设备之间进行串行红外通讯，就需要进行RS232编码和IrDA编码之间的转换。
红外通信接口由红外收发器和红外编码解码器构成。
红外收发器包括发送器和接收器两部分。
发送器（transmitter）将从I/O或ENDEC接收来的位调制后的脉冲转换为红外脉冲发出。
接收器（receiver）检测到红外光脉冲，并将其转换为TTL或CMOS电脉冲。
红外通信系统结构如下图1.1所示。
图1.1红外通信系统结构图
1.2红外通信电路硬件的方案设计
一般通用的红外遥控系统都是由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1.2所示。
发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；
接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。
图1.2红外遥控系统框图
红外线遥控器是利用红外线发光LED发射波长950nm近红外波段的红外线不可见光来发送信号。
我们这里把整个遥控器系统分为发射模块及接收模块两部分，和一般通用的遥控器结构相同，本课程设计的通信系统发射部分也包括按键电路、LED红外发射电路；
接收部分包括光、电转换放大器、解调解码电路和显示电路。
发射端的按键信号经过单片机的编码所产生的调制信号和载波电路所产生的载波信号经过合成，然后再通过红外线发射电路的LED发送出红外线遥控信号，这些信号经过红外线接收模块接收端接收进来，并对其控制信号做译码而作相对的动作输出（数码显示），完成传输的功能。
这便是硬件电路具体实现的设计思想。
各部分电路的设计思路和具体实现如下。
1.2.1红外发射模块电路
当按下发射按键后，芯片C8051便进行编码产生一组数据，搭载通过软件编码的载波（38KHz）而成为合成信号，经过放大器提升功率而推动红外发射二极管，将红外线信号发射出去，如图1.3。
图1.3红外发射电路
1.2.2红外接收模块电路
红外线接收模块,如图1.4，其内部含有高频的载波电路，专门用来滤除红外线合成信号的载波信号（38KHz）而送出发射器的控制信号。
当红外线合成信号进入红外线接收模块，在其输出端便可以得到原先的数字控制编码，只要经过单片机译码程序进行译码，便可以得知接受的什么么信号，而作出相对应的控制处理，完成红外遥控的动作。
红外接收器部分我们采用了德国德律风根公司生产的红外专用接收集成电路HS0038来完成红外信号的光电转换及接收。
HS0038是塑封一体化红外线接收器，它是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。
（详细请参考附录2HS0038使用手册。
）
图1.4红外接收电路（用滑动变阻器代替HS0038）
1.2.3其余电路部分
无线接收后控制电路设计为一个数码显示电路，这样既可以实现了红外无线接收后的控制功能，也可以通过这个电路很直观的识别解码的成功与否。
具体电路设计见下图1.5。
图1.5数码显示电路
考虑到系统的工作特征，我们采用了12MHz的晶振进行时钟电路的设计，如图1.6所示。
图1.6晶振电路
1.2.4红外通信电路的系统综合电路图
通过上面对各部分电路的具体设计，我们可以得出红外通信的系统综合电路设计图如下图1.7所示。
图1.7红外通信的系统综合电路设计图
1.3器件介绍
下面我们对电路设计中将要用到的一些主要元器件的电气特性进行一下必要的介绍。
1.3.1AT89C51单片机
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图1.8AT89C51管脚图
（1）C51单片机的主要特性：
·
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
（2）C51单片机的管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，介绍如下：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令对ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
（3）振荡器特性：
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
其余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
（4）芯片擦除：
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
1.3.2红外发射二极管
红外发射二极管是红外通信系统中用来发射信号的一个非常重要的元件，虽然它看起来比较小，不太显眼，但是没有它，红外通信就只能是一句空话。
它是实现红外通信的桥梁，其重要性就好像灯泡在照明系统中的重要性一样，是整个红外通信系统的焦点。
常用的红外发光二极管（如SE303、PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93μm）。
管压降约1.4V，工作电流一般小于20mA。
为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。
发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。
为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值IP，就能增加红外光的发射距离。
提高IP的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约为1/4-1/3；
一些电气产品红外遥控器，其占空比是1/10。
减小冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。
常见的红外发光二极管，其功率分为小功率（1mW-10mW）、中功率（20m-50mW）和大功率（50mW-100mW以上）三大类。
要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。
用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光－电转换元件，如红外按收二极管，光电三极管等。
实用中已有红外发射和接收配对的二极管。
红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。
直射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；
反射式指发光管和接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线才工作。
1.3.3红外接收器HS0038
红外接收器是红外发光二极管的受控装置，其里面有相应的红外光电转换电路。
这里我们采用的接收器是一种红外专用接收集成电路HS0038，用它来完成红外信号的光电转换及接收。
HS0038是塑封一体化红外线接收器，它是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外
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