紅外通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在電子消費(fèi)領(lǐng)域當(dāng)中，紅外產(chǎn)品的使用較為普遍，它多用于簡(jiǎn)單的近距離控制，如家電，玩具，各種抄表系統(tǒng)。本文以Freescale 8位高性能、低功耗單片機(jī)MC9S08GT60為載體，詳細(xì)介紹紅外通信的硬件和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程及通信協(xié)議的使用。

HCS08系列的MCU是Freescale半導(dǎo)體公司最新推出的8位單片機(jī)，具有多種低功耗模式，更高的工作頻率，并集成了片上調(diào)試器，而且資源豐富，因此采用了該系列的MC9S08GT60作為載體詳細(xì)討論了一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的紅外通信開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。

紅外通信過(guò)程主要由紅外發(fā)射和紅外接收兩個(gè)過(guò)程，首先將數(shù)字信號(hào)送給紅外發(fā)射電路，經(jīng)該電路的調(diào)制轉(zhuǎn)變成紅外光信號(hào)在空中傳輸，然后紅外接收電路收到該紅外光信號(hào)，經(jīng)過(guò)該電路的解調(diào)，將此紅外光信號(hào)還原成可被單片機(jī)處理的信號(hào)，由單片機(jī)內(nèi)部處理得到原來(lái)的數(shù)據(jù)編碼。

2 紅外通信協(xié)議

協(xié)議的目的是給收發(fā)雙方一個(gè)約定，使其能夠進(jìn)行同步，并正確的收發(fā)數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)使用了類同步協(xié)議。當(dāng)紅外接收器未收到信號(hào)時(shí)，不產(chǎn)生定時(shí)操作，否則，首先接收起始位‘0’，并觸發(fā)中斷，啟動(dòng)定時(shí)器接收數(shù)據(jù)，然后判斷是否為起始位，如果是，則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，否則將定時(shí)器復(fù)位，重新檢測(cè)起始位，在接收第二個(gè)停止位時(shí)，會(huì)觸發(fā)一次中斷來(lái)檢測(cè)第一次接收的停止位是否正確，如果不正確，則復(fù)位定時(shí)器，重新接收，否則已經(jīng)正確接收該數(shù)據(jù)段。

3 紅外通信的原理分析

紅外通信在空中傳輸?shù)氖禽d波信號(hào)，當(dāng)有載波通過(guò)時(shí)，接收端輸出數(shù)字信號(hào)‘0’，反之，輸出數(shù)字信號(hào)‘1’。因此在發(fā)射電路發(fā)送的功能指令碼，一般采用多位二進(jìn)制串行碼。本文中，紅外通信數(shù)據(jù)采用脈沖編碼，就是將每位數(shù)據(jù)信號(hào)用一個(gè)脈沖來(lái)表示，脈寬為526 μs，兩個(gè)這樣的脈沖周期表示‘1’，一個(gè)這樣的脈沖周期表示‘0’。這樣的脈沖信號(hào)都調(diào)制在頻率為38 kHz的載波上再發(fā)送出去，調(diào)制后在空中傳輸?shù)男盘?hào)就是具有一定時(shí)間間隔的載波信號(hào)，其占空比由數(shù)據(jù)編碼決定。在紅外接收端，數(shù)據(jù)處理的過(guò)程正好相反，在接收紅外光信號(hào)之后，會(huì)經(jīng)過(guò)整形、放大、濾波、調(diào)制等一系列處理，然后在其輸出端輸出一系列的單片機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)信號(hào)。

4 紅外通信硬件設(shè)計(jì)原理

4.1 發(fā)送電路的硬件設(shè)計(jì)

HCS08GT60單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)TPM模塊，每個(gè)模塊有兩個(gè)通道，可以用任意一個(gè)通道的PWM功能，輸出38 kHz的載波信號(hào)，本文編程設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件的要求采用了TPM1通道1中心脈寬輸出功能產(chǎn)生38 kHz紅外載波信號(hào)。而PTA7口作為普通的輸入輸出口，產(chǎn)生一定脈寬的方波信號(hào)，作為數(shù)據(jù)編碼信號(hào)輸入。硬件原理圖如圖1所示。

原理圖中，電氣節(jié)點(diǎn)CODE跟PTA7口相連，產(chǎn)生數(shù)據(jù)編碼；電氣節(jié)點(diǎn)CLK跟TPM1通道1相連，產(chǎn)生38 kHz紅外載波信號(hào)。三極管基極串接的電阻和R5起到限流保護(hù)的作用，三極管本身則具有信號(hào)放大的功能，另外兩個(gè)三極管級(jí)聯(lián)將編碼調(diào)制在38 kHz的載波上通過(guò)紅外發(fā)射器發(fā)射出去。當(dāng)編碼為‘1’時(shí)，Q1，Q2截止，紅外發(fā)射器上無(wú)電流通過(guò)，發(fā)射低電平信號(hào)，當(dāng)編碼為‘0’時(shí)，Q1，Q2導(dǎo)通，此時(shí)載波信號(hào)通過(guò)Q2放大在發(fā)射器上體現(xiàn)出38 kHz的載波信號(hào)。因此在PTA7端口輸入不同的數(shù)據(jù)編碼，通過(guò)該發(fā)送電路，在發(fā)射器上會(huì)出現(xiàn)具有一定間隔的38 kHz載波信號(hào)，經(jīng)發(fā)射器將該載波信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)發(fā)射出去。載波脈沖調(diào)制信號(hào)的時(shí)序圖如圖2所示。