电子信息工程毕业论文基于单片机的红外通信研究

电子信息工程毕业论文基于单片机的红外通信研究内容摘要：

生产的通用异步收发器（ UART）芯片，使用SPI/Microwire 接口与微控制器进行通信。 MAX3100 不仅适用于速率高达 230Kb/s 的RS— 232 和 RS— 485 数据链路，而且支持速率 —。 MAX3100 的封装和引脚如图 36 所示。 红外编码 红外解码 时钟分频 Ir_TXD Ir_RCV Xin Xout VCC GND TXD RST Clk_slt CLK RCV 红外编码 红外解码 VCC GND TXD CLK RCV RST Ir_TXD Ir_RCV 河北大学 毕业设计（论文）说明书 它的引脚功能说明如下： 图 36 MAX3100 管脚图 DIN： SPI/Microwire 串行数据输入。 DOUT： SPI/Microwire 串行数据输出。 SCLK： SPI/Microwire 串行时钟输入。 CS：片选端， CS=1 时 DOUT 呈高阻态。 IRQ：低电平中断申请输出。 SHDN：硬件关断脚， SHDN 为低电平时内部晶振电路关闭。 X2：晶振连接脚，外接时钟时该端悬空。 X1：晶振连接脚，外接时钟时从该端输入。 CTS：用于 RS— 232 的 CTS 输入。 RTS：用于 RS— 232 的 RTS 输出或 RS— 485 使能。 RX：异步串行数据输入（接入）。 TX：异步串行数据输入（发送）。 VCC：正电源输入端（ — ）。 GND：地。 MAX3100 供电电源范围宽，功耗低，从 + 的电源中仅 吸收 的电流，具有零功耗的停机模式，并能由接收信号唤醒，在基于微控制器的小型系统设计中具有良好的应用前景。 MAX3100 是性能完善的 UART，内部包含了一个简单的 UART、可编程波特率发生器、 8 字节接收 FIFO 以及 SPI 接口和中断控制器，可实现由同步串行数据（兼容于 SPI 及 Microwire 标准）到异步串行数据通信（如 RS23 RS48 IrDA）间的转换。 本例要使用的就是 SPI 到 IrDA 的红外数据传输功能。 MAX3100 设计具有很大的灵活性，其特点如下： 奇偶校验等完全由软件控制，只需 往一个内部寄存器写入控制字，即可设置河北大学 毕业设计（论文）说明书 UART 的波特率、数据字长、校验使能以及 8 字节接收 FIFO 使能。 CTS/TRS 硬件握手控制线，如简单的 I/O 线，由寄存器直接控制。 具有硬件和软件调用的关断功能，可以降低系统的功耗。 具有 4 个中断源：接收校验（ Pr）、接收数据（ R）、接收开始 /帧误和发送缓冲空（ T），任何中断源都可以屏蔽。 可选择普通 UART 和红外通信 IrDA 定时两种工作模式，其中， IrDA 定时模式能够和其他具有 SIR 兼容的红外端口设备进行红外通信。 红外收发器选用 HP 公司的 HSDL3201，它是一款支 持 IrDA 的低功耗适应。 HSDL3201 芯片简介： HSDL3201 是一种廉价的红外收发器模块，工作电压为 ～。 由于发光二极管的驱动电流是内部供给的恒流 32mA，因此确保了连接距离符合 IrDA1． 2(低功耗 )物理层规范。 HSDL3201 与 IrDA1． 2 低功耗器件通信的连接距离为 20cm，与IrDA1． 2 标准器件通信的连接距离为 30cm。 HSDL3201 的特性如下： 超小型表面封装； 最小高度： ； 发光二级管电压范围 ； 温度范围： 2585 摄氏度； 发光二级管驱动电流 32mA； 边缘检测输入：避免发光二极管的开启时间长。 HSDL3201 的引脚功能说明如表 31 所示。 表 31 HSDL3201 的引脚功能说明 Table 31 HSDL3201 pin Help 引脚 标记 描述 备注 1 GND 地 接系统地 2 NC 悬空 此引脚必须悬空 3 VCC 电源 4 AGND 模拟地 接“静”地 5 SD 关断（高电平有效） 此引脚必须接高或低，但不能悬空 6 RXD 接收数据输出 输出是 s 的低电平脉冲 7 TXD 发送数据输入 逻辑高会开启 LED，但如果延时 20μ s 以上会关闭LED，此脚必须接高或低，不能悬空 河北大学 毕业设计（论文）说明书 8 VLED LED 电压 / SHIELD EMI 外壳 通过磁珠或电感（感值低）接系统地，最好不要直接接 GND 或 AGND 对于 HSDL3201， LED 的输出和 RXD 输出受 TXD、 SD 以及接收器检测到的光信号控制，如表 32 所示。 表 32 HSDL3201 收发器 I/0 真值表 Table 32 HSDL3201 transceiver I / 0 truth table SD TXD LED 接收器 RXD 备注 低 高 开 无关 无效 1， 2 低 低 关 IrDA 信号 低 3， 4 低 低 关 无信号 高 高 无关 关 无关 高 5 注： 1 如果 LED 持续 20μ s 的高状态， LED 将关闭。 2 当 TXD 正发送数据时， RXD 将响应 TXD 信号。 3 带内 IrDA 信号和数据速率低于等于。 4 RXD 逻辑低是脉冲响应，脉冲宽度为 s，和数据 5 速率独立。 6 关断状态 RXD 逻辑高的上拉电阻为 300kΩ。 看门狗电路设 计 在系统的设计中，可靠性的设计尤为重要。 众所周知，在工业现场，往往会由于供电电源、空间电磁干扰或其他原因引起强烈的干扰噪声。 这些干扰作用于数字器件，极易使其产生误动作，引起“程序跑飞”事故。 若不进行有效处理，程序就永远不能回到正常运行状态，从而失去应有的控制功能，这在工业现场中是不允许的。 为了提高系统的可靠性，可以在系统中使用监视定时器（ WDT）。 WDT 又名“看门狗”，是工业计算机和微控制器中常用的一种电路。 在正常操作期间，一次 WDT 定时时间到，将产生一次器件复位（监视定时器复位）。 在编程时加入对 WDT 清 0 的语句，使得程序正常运行时，在 WDT 定时时间到之前对 WDT 清 0 ，不会产生监视定时器复位；如果由于干扰使程序跑飞，则不会在 WDT 定时时间到之前执行 WDT 清 0 语句， WDT 就会产生复位，从而使程序又回到正常运行状态。 单片机系统通常工作在一些特定环境中， 河北大学 毕业设计（论文）说明书 不可避免会受到外界的干扰， 这些干扰轻则导致系统内部数据出错，重则将严重影响程序的运行。 一般说来系统的可靠性应从软件、硬件以及结构设计等方面全面考虑， 如器件选择、电路板的布线、看门狗、软件冗余等。 只有通过软、硬件的联合设计， 才能保证系总体 的可靠性指标， 以满足系统在现场苛刻条件下的正常运行。 对于来自电网电压的欠压、过压、掉电和瞬变现象，通常采用低通电源滤波器、隔离变压器、光电隔离及使用 UPS 不间断电源， 或者给单片机系统配备专用电源。 但这些措施仍然不能解决上述电源异常问题， 而且线路复杂、成本高。 所以，单片机监控电路应运而生。 利用监控芯片和少量外围元件能方便地组成各种有效的复位电路， 并能对电源异常情况进行各种监控。 这种芯片具有监视功能多、可靠性高、外围元件少、监控电路简单和体积小等优点。 因此它被广泛应用在计算机、微控制器应用系统、便携式 智能仪器、自动控制等领域。 看门狗电路采用 MAXIM 公司的 MAX6304 实现，其原理如图 37 所示。 MAX6304 简介： Maxim 公司生产的 MAX6304 是一款专用、高性能、低功耗的微处理器监控芯片， 它有如下特点。 （ 1）同时具有复位和看门狗功能； （ 2）复位门限电压在 1122V 以上可调节； （ 3）复位超时时间可调； （ 4）看门狗超时时间可调，通过看门狗选择脚还可以设置 500 倍超时时间； （ 5） 4μ A 供电电流； （ 6）输出结构为 : 推 /拉方式输出、高电平复位。 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 河北大学 毕业设计（论文）说明书 图 37 看门狗电路 图中 D1 即 为看门狗芯片 MAX6304。 看门狗电路可参考 MAX6304 的芯片资料来设计。 R1 取 15KΩ， R3 取 10KΩ，这样得到复位阈值电压为： VRSR=（ R3＋ R1） /R3= MAX6304 的 SWT 脚用于设置基本看门狗的超时周期，这个周期可以通过外部电容 C2 来调节。 这里取 C2=100pF。 基本看门狗超时周期 tWD= C2= 100=267μ s WDS 脚是看门狗选择输入脚，这个输入可以选择看门狗的模式，接低电平为正常模式，接高电平则选择的是扩展模式，在扩展模式下，看门狗超时周期为 基本超时周期的 500 倍。 在本例中， WDS 接高电平，所以最终的看门狗超时周期约为 133ms。 这样，只需单片机程序每隔小于 133ms 的一个时间周期内，对 WDI 产生输入的电平变换就可以实现对单片机程序的检测了。 单片机电路设计 硬件电路的单片机部分除了看门狗电路以外，其他电路采用最为常用的“ CPU＋RAM＋锁存器”模式。 电路原理图如图 38 所示。 图 38 中 D2 即为本例采用的单片机 89C52，它由 的晶振提供工作时钟。 它的 脚 DOG_IN 和看门狗电路相连： 12 脚 ITN0 以及 — 均和红外接口电路相连（在后文介绍）： 脚控制红外线收发器的 SHUTDOWN 关断脚，实现红外收发器的降功耗处理： 10 脚 RXD、 11 脚 TXD 和串口电路相连：其他的数据线、地址线以及读写、 ALE 等控制信号线和锁存器以及 RAM 电路相连，采用最为常用的工作方式。 图 38 中 D3 为锁存器芯片 SN74ABT373， D9 为 32K 字节的 CMOS 静态RAM 芯片。 实际上在本设计中需要用到的 RAM 空间很少，用 89C52 内部自带的 256B RAM 空间已经足够，可以不必使用外部 RAM。 河北大学 毕业设计（论文）说明书 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 A3 A4 A5 A6 A7A8A9A10。