基于計算機(jī)串口的紅外虛擬邏輯分析儀
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引言
紅外通信技術(shù)是一種點對點的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，是傳統(tǒng)設(shè)備之間連接線纜的替代技術(shù)，是目前國際上普通采用的一種近程無線傳輸技術(shù)，常用于智能小區(qū)控制系統(tǒng)和電話教學(xué)交互式遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，但是目前的家電（如空調(diào)、錄像機(jī)、VCD機(jī)等）有各種不同的品牌和型號，其紅外遙控編碼及發(fā)送格式不盡相同。為了能夠用一臺通用控制器對多種不同型號的家電進(jìn)行控制，本文利用功能強(qiáng)大的單片機(jī)和編程軟件VB設(shè)計了一種基于計算機(jī)串口的通用型智能紅外邏輯分析儀，它可對各種電器的紅外遙控器所發(fā)射的控制信號進(jìn)行識別、存貯和再現(xiàn)。還可通過紅外硬件接口識別出紅外信號并送入單片機(jī)處理，然后利用VB開發(fā)的虛擬軟件在電腦屏幕上實時顯示采集到的紅外信號波形，便于設(shè)計人員對各種調(diào)制方式的紅外信號進(jìn)行“可視化”的分析與研究。
1 硬件設(shè)計
1.1 串行通信的基本原理
串行端口本質(zhì)上是計算機(jī)的CPU和外部串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為串行的俠。而在接收數(shù)據(jù)時，串行的位則被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。在Windows環(huán)境下，串行端口是Windows系統(tǒng)資源的一部分。如果要使用串口進(jìn)行通信，應(yīng)用程序必須在使用前向操作系統(tǒng)提出使用串口資源的申請（創(chuàng)建并打開串口），然后進(jìn)行相應(yīng)的串口參數(shù)配置，雙方的串口才可進(jìn)行通信，通信完畢后，還必須釋放系統(tǒng)資源（關(guān)閉串口）。串口通信程序的流程如圖1所示。
1.2 89C51的串行口
89C51內(nèi)有一個全雙工的串行口，它有4種工作方式：方式0，串行接口為移位寄存器I/O方式；方式1，串行接口被控制為8位的異步通信接口，實際上，此時傳送一幀住處應(yīng)為10位，其中1位為起始位，8位為數(shù)據(jù)位，1位為停止位，在該方式中，波特率可變;方式2和方式3被定義為9位的異步通信接口，此時傳送一幀信息為11位，其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位可編程數(shù)據(jù)位，1位停止位，工作方式的選擇由芯片內(nèi)的特殊功能寄存器SCON（串行口控制寄存器）來設(shè)備。
1.3 接口電路
為了能使單片機(jī)與PC進(jìn)行通信，必須使其遵循相同的通信協(xié)議。由于89C51的串行口輸入/輸出為TTL邏輯電平，高電平為3.8V左右，低電平為0.3V左右，因而這種以TTL電平傳送數(shù)據(jù)的方式的抗干擾性較差。而計算機(jī)內(nèi)部的RS-232C串行口用12V和-12V電平方式，這種方式中，信號0和信號1的電平差別增大，從而增強(qiáng)了抗干擾性。但是，為了解決這種電平不一致的矛盾，必須采用一個RS-232C電平轉(zhuǎn)換器，文中采用的MAX232自身帶有電源電壓變換器，可把+5V電壓變換成RS-232輸出電平所需的10V電壓，因而采用這種方式進(jìn)行串行通信具有較好的性能和低廉的價格。如果通信距離較遠(yuǎn)，還可以通過增加MAX485轉(zhuǎn)換器來連接MAX232以滿足要求。其硬件接口電路原理如圖2所示。
2 軟件設(shè)計
2.1 紅外遙控編碼及傳送格式
紅外通信的基本原理是在發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號，然后通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制（PWM）和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈沖調(diào)制（PPM）兩種方式。本系統(tǒng)采用的是脈時調(diào)制方法。在調(diào)制脈沖寬度編碼方式下，“0”是由時間間隔為T的一串38.5kHz載波脈沖后加時間間隔壁為T0的無載波脈沖的空閑狀態(tài)來表示；而“1”是由時間間隔壁為T的一串38.5kHz載波脈沖后加時間間隔為T1的無載波脈沖的空閑狀態(tài)來表示，其中T1大于T0。
圖2
為了提高抗干擾能力和通訊可靠性，多數(shù)紅外遙控發(fā)射器在發(fā)送二進(jìn)制編碼前要插入各種引導(dǎo)碼，以便接收器識別。為了區(qū)分不同類型的遙控器，還需要發(fā)送地址碼和校驗碼，另外不同遙控器所發(fā)送的碼長也不相同。一般的傳送格式如圖3所示。
2.2 單片機(jī)的軟件編程
單片機(jī)（下位機(jī)）部分的編程主要是完成單片機(jī)和計算機(jī)之間的串行通訊。該軟件主要由串口初始化子函數(shù)、單片機(jī)內(nèi)部定時器T0中斷子函數(shù)、紅外信號發(fā)送子函數(shù)等3大模塊組成。其具體程序如下：
#include>at89x52.h)
#define byte unsigned char
#define WAR_0 P1_1 //定義接收引腳
#define LED_RECEIVE P1_0 //定義指示燈引腳
//晶振 22.1184MHz
//波特率=((xtal/12/t1_over_rate)/32)*2^pcon
byte bdata buffer=0;
sbit way0=buffer^0;
byte i=0;
bit start=0;
void send char(unsigned char word)//串口發(fā)送子函數(shù)
{
TI=0;
SBUF=word;
While(TI==0);
TI=0;
}
void t0_service(viod) interrupt 1 using 1//T0中斷子函數(shù)
{
way0=WAY_0;
I++;
If(I=8)
{
TI=0;
SBUF=buffer;
I=0;
}
buffer=buffer1;
}
void main(void) //主函數(shù)
{
SCON=0x40; //設(shè)置串口模式
TMOD=0x22; //設(shè)置定時器模式
TH1=0xff; //定時器加載初值
TH1=0xff;
PCON=0x80; //57600bps *2 22.1184M
115200bps
TR1=1; //開定時器
TH0=0xdb; //定時器0加載初值
TL0=0xfd;
EA=1;
WAY_0=1;
ET0=1; //以上是串行初始化
While(1) //主循環(huán)
{
if(! WAY_0)
{
TR0=1; //開定時器T0中斷
LED_RECEIVE=0；//LED指示燈點亮
}
}
}
上位機(jī)（計算機(jī)）軟件的作用是實時采集由計算機(jī)串口接收的信號（即單片機(jī)發(fā)送的信號），同時通過VB軟件編程來實現(xiàn)被采集紅外信號的實時顯示，以便于分析。
一般的IBM PC兼容型微機(jī)均提供有1至2個25針或9針的RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行口，簡稱COM1和COM2。在某些應(yīng)用中，還可通過插裝通信卡來獲得額外的RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串行口。利用這些串行口，微機(jī)便可以與其他數(shù)字設(shè)備（包括計算機(jī)）進(jìn)行一般的數(shù)據(jù)通信。
利用Visual Basic提供的MSComm控件可以簡單便攜地通過應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)串行通信，也可以創(chuàng)建功能完備、具有事件驅(qū)動功能的高級通信工具。與DOS環(huán)境下用匯編或C語言等編制的串行通信程序及Windows環(huán)境下用Visual C編制的串行通信程序相比，在使用Visual Basic的MSComm控件實現(xiàn)串行通信時，程序員只需關(guān)心MSComm控件對Windows通信驅(qū)動程序的API函數(shù)的接口即可，換句話說，只需要設(shè)置和監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件即可。
利用VB實現(xiàn)串行通信主要有兩種方法：一是調(diào)用Windows API通信函數(shù)；二是使用VB的通信控件（MSComm）。本文采用第二種方法，即利用通信控件再加一個定時器控件（Timer）來實現(xiàn)簡單地串行通信。
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