红外异步数字通信的数据采集装置设计与实现毕业论文(编辑修改稿)

红外异步数字通信的数据采集装置设计与实现毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

端的数据能够随时随地的被传送出去，所以，在所有数据的起始两端都应该进行标志，确保其接收端所接收到的信息数据具有完整性。 异步通信最大的优点就是价格成本低、操作简单。 但也存在着效率不高的劣势。 异步通信的传送单位能够用帧来表示。 将一些具有特殊性质的比特组合置于帧的头部，便于接收端可以寻到一帧的起始。 其过程叫做帧定界。 帧定界中含有帧的确切结束位置。 值得注意的是，在进行异步发送帧时，对于帧的发送过程及方式不是一成不变的，相反可以说，发送端所发出的帧能够在任何时间内完成，任意两个 帧之间所存在的间隔具有随意性。 并且能够连续不间断的发送一帧中的全部比特。 并且，发送端不用进行预先的比特同步工作。 帧格式说明如下： Time Start Bit Bit Bit … Bit Stop Time：任意的时间段； Start：起始位； Bit：数据位； Stop：结束位。 图 21 PPM 调制波形图 如图 21 所示。 红外通信的工作原理是将二进制信号经由发送端的相关处理转化为载波信号的一系列流程，并由红外发射管所产生的红外信号。 其最常使用的相关处理方法有两类， PWM 法及 PPM 法。 PPM 作为 IrDA 与 IEEE 共同认可和推广的调制方式，利用脉冲调制法作为其设计理论。 XXXXXXXX 00 000000000000000000 6 载波的相关数据取值为：以 f=38KHz 作为频率，以 T= 作为运转周期。 对于面向指令型的帧结构一般利用红外遥控技术来实现，一个完整的数据帧结构包括了同步码、地址码以及指令码，一般情况下，指令码所具有的长度大致为 8～16 个比特值，在进行多字节的遥控协议传送时，其工作效率不是很高，指令码的长度被增加后，干扰了接收器的同步运行，对此，本设计所使用的帧结构为面向字节型。 如图 28 所示。 图 22 数据帧结构示意图 因为红外光 具有反射的特点，当采取全双工的方式进行传输时，其自身极有可能将所发出的的信号收回，所以，为杜绝这一现象的发生，选用异步半双工的方式作为其红外通信手段，使其所进行的传输工作能够连续交替的实现。 开发工具 protel99se 作为 Protel 公司多年来在 Windows 平台研发领域中所研制出的核心产物， EDA Protel99SE 能将电学概念中的设计到输出物理所产生的数据，以及在这期间的相关数据的分析、验证与设计数据管理等得以实现。 所以今天的 Protel 新型产物不仅仅是作为 PCB 的设计工具，同时也是一个系统工具，代表了整个 PCB 中的最精华部分。 整个 Protel99 SE 包含了 5 个部分，分别为原理图的设计、 PCB 的设计、自动布线器的制作、原理图混合信号仿真以及 PLD 的设计。 keil 分析 由 Keil Software 公司所研发实施的 uVision3。 可以适用于不同类型的开发环境状态下的软件，并且该软件也是构成 PK51 及相关软件的重要组成元素。 在原有的基础上，添加了源代码、功能导航仪 、模板编辑以及改进的搜索功能，并且除此之外，还增添了导向功能，对其代码的启动以及文件的置配大大的促进提高。 XXXXXXXX 00 000000000000000000 7 另外内部的仿真器可对目标进行有效的模拟实验，其中包括有：指令集、片上外设以及外界信息等。 uVision3 所提供的逻辑分析器，能够用于对基于 MCU I/O 引脚和外设状态下的程序变量的相关监控。 同时，它还对各类新型微处理器的有效运行提供了技术保障。 可以对 PA51 中文单片机的汇编进行支持，并对中文编程、动态子程序库调用以及自动汉字字模生成等提供支持，帮助其更好的实现。 主要芯片介绍 Philips89lpc935 作为单片封装类型的一种微控制器， P89LPC935 所采用的是成本较低的封装形式。 其处理结构性能较高，通常仅用 3 个时钟左右的周期就可实现。 并采用 6倍于标准 80C51 的器件。 P89LPC933/934/935/936 将各类系统级的作用集于一体， 主要特性 具有字节可擦除的 Flash 程序存储器，并能够组成相应的 1kB/2kB 扇区及 64字节的页。 其工作特性适用于非易失性数据存储器的使用。 具有 256 字节的 RAM数据存储器。 具有能够进行存放器件序列码及设置参数的 512 位字节片 的 EEPROM 存储区。 具有 2 个 8 位 A/D 转换器 /DAC， 2 个模拟比较器以及可选择输入和参考源。 具有 2 个 16 位定时 /计数器以及 1 个 23 位的系统定时器。 具有一个增强型UART。 能够对高精度 RC 振荡器进行选择，而不需要对外接振荡器件选用。 对于VDD 的电压有效范围为 ～。 I/O 口的承受力为 5V 电压。 具有 28 脚TSSOP,PLCC 及 HVQFN 封装。 附加特性 以 18MHz 为其运行频率时，除了乘法与除法口令要求外，对于高速 80C51 CPU 来说，其指令所运行的周期为 111~222ns。 相同时刻下，其运行速率是标准80C51 器件的 6 倍。 仅利用频率值较低的时钟就能拥有相似的性能，很明显的减少了功耗及相关的 EMI。 使用公用 EPROM 编程器可对 Flash 实行简单的操作。 Flash 的保密位能够对程序的读取进行相关的保护。 器件在最终运行中进行固定时，能够使用可串行 Flash 在系统编程方法进行编程。 Flash 程序存储器能够在应用中将编程（ IAP）得以实现。 可以将代码在此程序运行中加以改变。 低电压复位能够在电源产生事故时命令其关闭系统以确保安全。 可以为此功能提供一个中断，对其 予以实现。 XXXXXXXX 00 000000000000000000 8 对其可配置的片内振荡器的频率范围进行研究。 其振荡器选项所支持实现的频率在最大的工作范围内为 20KHz～ 18MHz。 此时的振荡器的检测工作就会失效。 可编程 I/O 接口的传出模式：准双向口，开漏输出，推挽以及相关的输入功能。 端口检测。 当 P0 口管脚的值与其他模式不能相符合时，容易出现一个中断。 并且全部的口线都拥有 LED 的驱动功能。 但对于芯片的整个核心会有一个最大值对其所限制。 可控制口线输出的转换速率能够减少 EMI，将传送的最小跳变时间控制在10ns 之内，当进行相关的片内复位工作时， P89LPC933/934/935/936 仅仅进行电源和地的连接即可， 4 个中断优先级， 8 个键盘中断输入，另加 2 路外部中断输入，施密特触发端口输入，双数据指针，仿真支持。 图 24 P89LPC35 管脚配置 P89LPC936j具有 4个 I/O接口，分别用 P0、 P P2 以及 P3进行表示。 P0、 P1 和P2的位数为 8 位 I/O接口，而 P3具有 2位 I/O接口。 除了 3个接口之外， P89LPC936 全部的的 I/O接口都可以由软件调制生成 4类输出型之一。 四种输出类型为：基于准双向口模式、推挽、开漏输出以及仅为输入功能。 其 中任意一个口装配有 2个控制寄存器以供其选用任意管脚的输出类型。 每个 P89LPC936 输出口均能提供灌电流驱动 LED。 但是其所产出的各项电流总合不能大于其标准的额定电流值。 本章小结 本章所讲 在于保障 红外无线数据的传输过程能够安全实现、准确无误。 其研究所涉及的步骤为数据的输入与输出，进行调制控制相关信号的发送以及红外传输XXXXXXXX 00 000000000000000000 9 等。 第 3章 系统硬件电路设计 MCU外围电路 本系统所设计的发送机硬件主要由两大模块所构成，主控及受控模块。 其中主控制模块中含有 lpc935，而受控模块是由键盘 、 LED 显示器以及红外线发送接收装置所组成。 lpc935 能够作为从机的主控模块，并同时借助于 LED 显示器及相关的红外线装置组成其受控模块。 其中，在本系统的主接收机设计过程中，主要依靠 6MHz 的晶振为其主控模块 lpc935 提供了有效的工作时钟保障。 数据是由发送机经键盘敲打传送后所输出的，并通过单片机对其进行相关的处理工作，从而分析其所传输的各类数据情况。 信号源再被接收机所收到后，分析并处理相应的信号，参照其共有的标准协议，进行信息的反馈工作，观察其显示状况。 其具体的流程图如图 31 所示。 图 31 整体系统 方框图 LPC935 单片机的设计理念为打造出可以集多种系统模块为一身并且能提高其速效性、降低其功能损耗值的一种单片机处理器。 在所设计系统的实际操作过程中，能有效控制其元件数量及 PCB 的相对接触面积，同时还能保障其系统有效运行的安全稳定性能。 采取两个 16 位的定时 /计数器，其中每一个都能被设定为溢出时碰发相应接口传送以及作为 PWM 所传送的捕捉 /对比单元 CCU 所供给 PWM 接入捕捉及传送的对比功能。 根据以上各类所述的功能模块作用，在利用少许外设配件的帮助便能发挥出最大程度的作用。 以下均以其 P89LPC935 为例 ，进而对其相关的模块及通讯功能 键盘输入电源单片机lpc 935红外接收Led 显示模块红外发送XXXXXXXX 00 000000000000000000 10 加以研究。 红外发射接受部分 红外发射接受部分主要依靠于 P89LPC935的片内 CCU模块而支撑， UART会将所生成的 38KHz的载波频率进行调制处理，然后用二极管进行传送，并用相关的红外接收模块予以接收。 接受值的国定频率控制在 38KHz内，运行红外线所特有的调节能力对其处理，最终将处理后所得到的数据传送到 UART的 RXD引脚中，并且将其波特率的频率值 设定为 2400bps。 对于较高标准要求的波特率编码信号而言，38KHz的载波频率不适用于电路调制过程中的抗干扰状况， 应继续使用 38K的载波才能确保其传输过程中的抗干扰力得到加强。 图 32 红外发射模块 把所接收到的红外光信号经处理后转变为串行代码信号。 利用专门的集成芯片作为其电路的构成元件。 XXXXXXXX 00 000000000000000000 11 图 33 红外接受模块 键盘模块和显示模块 按键的组合集体构成了键盘的存在，是在微机系统中是必不可少的外设装置。 作为进行人机交流的桥梁，可利用键盘进行一系列的有关计算机及程序方面的操作。 其所具有的作用意义重大。 根据译码的方式不同，键盘可分为编码式及非编码式；而按照连接方法的区别，又可以分为独立式和矩阵式。 当前，因考 虑到成本问题的限制，一般都会选用性价比较高的非编码式键盘作为其微机系统的外设部件。 图 34 键盘输入模块 因为本系统功能键所需要数量较多的键，为了不使单片机的 I/O 资源遭到浪费，故使用 4 4 阵的非编码键盘方式，如图 34 所示。 所有的按键均为固定行列值所设置，其所组合的目的在于准确的对按键编码进行辨别。 矩阵行列线所进行通信的方式为利用其接口与中央处理器。 在整个程序处理过程中键盘的作用是判定其是否被按下，而其功能在于使其发生在开闭按键时所产生的抖动消除。 目 前市场使用最多的是机械触点式的键盘。 因其所特有的弹性优势致使其在开闭过程中均会出现略微抖动现象，代表着电压信号的抖动，其所持续的时间周期为 5～ 10ms。 所以，必须消除运行过程中所出现的这一现象，以免更严重的错误发生。 通常情况下可以采用的办法有两种，但是考虑到成本问题等因素的限制，本设计采用的是性价比较高较为适合的软件消除抖动法。 利用共阳方式来设计数码管，运用单片机将经过解码后的数据从 P2 口传送至七段数码管并予以显示出来，在此过程中所运用的技术手法是基于软件编程而实现的。 其原理图如下： XXXXXXXX 00 000000000000000000 12 图 35 数码管 显示模块 表 31 管脚对应 单片机管脚 对应数码管字段 E D G C F B A 电源模块 系统在工作运行时，其额定电压值应控制在 ～ ，其相关的电源电路原理如图 36所示。 直流电源被接口 DC所进行输送，其值为 5V ，采用二极管 D2 能够用于电源的导向所限制，经过 C1 C14滤波后所处理，在由 HT7130 进行后续处置，最终将电源电压值稳定在 3V。 如 图 36所示。 XXXXXXXX 00 000000000000000000 13 图 36 电源稳压模 块 URT串口通信模块 单片机 I/O 口所利用到的电平为 TTL，其运行中的逻辑状态借助于电平电势的高低变化来判断， RS— 232C 通信协议通常被用在串行通信的运行中，其主要作用为利用电压的正负值来判定其逻辑状态，因其两者间的电平值不相同，故此需要用电平来对其接口进行相关的匹配工作。 常使用的匹配设备为三极管或专用芯片，例如 MAX232。 本设计所使用的芯片为 MAX232。 如图 37 所示 [6]。 图 37 UART 串口通信模块 XXXXXXXX 00 000000000000000000 14 详述。