用红外通信原理的设计与实现红外通信协议含电路图.docx

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1、用红外通信原理的设计与实现红外通信协议含电路图1引言在电子消费领域当中，红外产品的使用较为普遍，它多用于简单的近距离控制，如家电，玩具，各种抄表系统。木文以Freescale8位高性能、低功耗单片机MC9S08GT60为载体，详细介绍红外通信的硕件和软件设计过程及通信协议的使用。HCS08系列的MCU是Freescale半导体公司最新推出的8位单片机，具有多种低功耗模式，更高的工作频率，并集成了片上调试器，而且资源丰富，因此采用了该系列的MC9S08GT60作为载体详细讨论了一个简单实用的红外通信开发系统。红外通信过程主要由红外发射和红外接收两

2、个过程，首先将数字信号送给红外发射电路，经该电路的调制转变成红外光信号在空中传输，然后红外接收电路收到该红外光信号，经过该电路的解调，将此红外光信号还原成可被单片机处理的信号，由单片机内部处理得到原来的数据编码。2红外通信协议协议的目的是给收发双方一个约定，使其能够进行同步，并正确的收发数据。本设计使用了类同步协议。当红外接收器未收到信号时，不产生定时操作，否则，首先接收起始位'0',并触发中断，启动定时器接收数据，然后判断是否为起始位，如果是，则继续接收数据，否则将定时器复位，重新检测起始位，在接收第二个停止位时，会触发一次中断来检测第一次接

3、收的停止位是否正确，如果不正确，则复位定时器,重新接收，否则已经止确接收该数据段。3红外通信的原理分析红外通信在空中传输的是载波信号，当冇载波通过时，接收端输出数字信号'0',反Z,输出数字信号叩。因此在发射电路发送的功能指令码，一般采用多位二进制串行码。本文中，红外通信数据采用脉冲编码，就是将每位数据信号用一个脉冲来表示，脉宽为526ps,两个这样的脉冲周期表示'〔'，一个这样的脉冲周期表示‘0‘。这样的脉冲倍号都调制在频率为38kHz的载波上再发送出去，调制厉在空中传输的倍号就是具冇一定时间间隔的载波信号，其占空比由数据编码决定。在红外接收

4、端，数据处理的过程正好相反，在接收红外光信号Z后，会经过整形、放大、滤波、调制等一系列处理，然后在其输出端输出一系列的单片机能够处理的数据信号。4红外通信硬件设计原理4.1发送电路的硬件设计HCS08GT60单片机内部冇两个TPM模块，每个模块冇两个通道，可以用任意一个通道的PWM功能,输出38kHz的载波信号，木文编程设计根据实验条件的要求采用了TPM1通道1中心脉宽输出功能产生38kHz红外载波信号。而PTA7口作为普通的输入输出口.产生一定脉宽的方波信号，作为数据编码信号输入。硬件原理图如图1所示。+5V10LQ图1红外发送电珞原理图原理

5、图屮，电气节点CODE跟PTA7匚I相连，产生数据编码；电气节点CLK跟TPM1通道1相连，产生38kHz红外载波信号。三极管基极申接的电阻和R5起到限流保护的作用，三极管本身则具有信号放大的功能，另外两个三极管级联将编码调制在38kHz的载波上通过红外发射器发射出去。当编码为V’时,Q1,Q2截止，红外发射器上无电流通过，发射低电平信号，当编码为O时，Q1,Q2导通，此时载波信号通过Q2放大在发射器上体现出38kHz的载波信号。因此在PTA7端口输入不同的数据编码，通过该发送电路，在发射器上会出现具有一定间隔的38kHz载波信号，经发射器将该

6、载波信号转化成光信号发射出去。载波脉冲调制信号的时序图如图2所示。码PTA7•■位©调制信号卩■・JLJS2调制信号时序图4.2接收电路的硬件设计红外接收电路屮使用了HS0038A接收器，HS0038A的内部逻辑框图如图3所示。图3HS0038A的内祥這辑图由此可看出该接收器内部实现了红外接收、放人、滤波及解调功能，当收到红外载波光信号时，红外接收器输出低电平，反Z红外接收器输出高电平，从而可以将时断时续的红外光信号调制成连续的方波信号，经单片机内部处理可以将其转换成原來的数据。硕件原理图如图4所示。图4红外接收原理图由于HS0038A内置滤波

7、并且采用环氧星封，可以作为红外滤波器，因此电路中不需要另外増加滤波器，并且HS0038AA备较强的抗干扰能力。红外接收器输出引脚RevData连接在TPM2通道0,使用了TPM的输入捕捉功能，在上升沿时发生输入捕捉，比较两次捕捉发生时通道寄存器TPM2C0V的值，可以得到一个周期脉冲的宽度，根据发射数据的时序图，就可知道不同的脉冲宽度对应的数据是什么，由此就可将原数据还原岀來。5红外通信的软件设计5.138kHz红外载波设计MC9S08GT60使用了外部4MHz的晶振频率，通过配置ICG仁0x78,ICG2=0x30,将总线频率控制为20MHZ

8、oMC9S08GF60内部有定时/脉冲输岀模块，将TPM1的状态控制寄存器的位CPWMS置1,则TPM1工作在中心脉宽输出模式;将TPM1通道0的状态