微机原理与接口技术课程设计报告

微机原理与接口课程设计设计题目：红外通信

微机接口与原理课程设计成绩评定表

姓名学号10291164

课程设计题目：红外通信

课程设计答辩或提问记录：

成绩评定依据：

课程设计预习报告及方案设计情况（30％）：

课程设计考勤情况（15％）：

课程设计调试情况（30％）：

课程设计总结报告与答辩情况（25％）：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：年月日

红外通信课程设计任务书

学生姓名：指导教师：牛

一、课程设计题目：

题目：红外通信

内容：应用红外发射管和接收管，完成数据的发射和接收。发射管和接收管接在普通的I/O口。要求2个按键，一个按键是数据的0和1的变换，另一个按键是发送键。数据在1个数码管上显示。

二、课程设计要求

1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，独立进行方案论证和电路设计，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；

2. 查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数，对设计方案进行仿真；

3. 完成预习报告，报告中要有设计方案，设计电路图，还要有仿真结果；

4. 进实验室进行电路调试，边调试边修正方案；

5. 撰写课程设计报告——最终的电路图、调试过程中遇到的问题和解决问题的方法。

三、进度安排

1．时间安排

序号内容学时安排（天）

1 方案论证和系统设计 1

2 完成电路仿真，写预习报告 1

3 电路调试 2

4 写设计总结报告与答辩 1

合计 5

设计调试地点：电气楼410

2．执行要求

微机原理与接口技术课程成绩优秀的可以自拟题目，其余的同学都是指定题目。，每组不得超过2人，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的详细电路（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告雷同。

摘要

红外线通信是目前使用较广泛的一种通信手段。由于红外线通信具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线通信技术。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线通信技术不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。

而单片机是目前设计应用中用得比较广泛的器件，它可以通过软件编程来达到不同的效果，实现各种各样不同的功能，具有灵活性强、可靠性高，可扩展性好等优点。

本文所要介绍的内容就是如何利用单片机，结合红外线器件设计构造出一套简易的红外线通信系统，以实现在中短距离内的红外无线通信的功能。

与一般通用的红外遥控器不同的是它不是利用专用的编解码芯片来实现发收端的编解码,而是应用C51 单片机,通过单片机的编、解码程序来实现红外信号的发收,从而实现红外遥控通信功能。此通信系统经过一些必要的扩展,完全可以实现通用和各种专用红外遥控器的功能。

关键词：单片机；红外通信；发射；接收；串行接口

Abstract

The infrared communication as a kind of communication ways is extensively used currently. Because the infrared ray communication has the characteristics of the physical volume small, the power consume low, the function is strong, the cost low, and so on. As a result, after color television, video recorder, equipping in the other small scaled electric appliances such as tape recorder, stereo set equipments, the air condition machine and toy etc. are also adopt the infrared ray communication technique in succession. In the industry equipments, in the environment of the high pressure, radiation, poisonous air, dust and so on, adoption infrared ray communication technique not only complete credibility and can insulate the electricity interference availably.

And the microcontroller is the device that uses extensively in the designs application currently, it can attain the different result by the software compile, carrying out different kinds of functions, have advantages of good dexterity, high credibility , can expand good and so on.

This text wants to introduce a way how to fabricate a simple system of infrared ray communication use of the microcontroller, combining a infrared device, so that it can achieve the function how to communicate for the infrared ray in a short distance.

Different from the general Infrared remote controller, it is not use the special coding and decoding chip to realize the codes and the decodes in the part of the sends and receives, but uses the C51 Microcontroller, through the programs of codes and decodes of the Microcontroller, so that realizes infrared signal sending and receiving, thus realizes the communication function of infrared remote control. This communications system passes through some necessary expansions, definitely may realize general and each kind of special-purpose infrared remote control function. Key words: Microcontroller; Infrared Communication; Transmit; Receive; Remote Control; The Serial Interface

目录

第一章系统方案设计 .................... 错误！未定义书签。

1.1红外通信的基本原理 .................................................... 错误！未定义书签。

1.1.1红外通信技术简介................................................................ 错误！未定义书签。

1.1.2红外通信的协议标准............................................................ 错误！未定义书签。

1.1.3红外通信系统结构................................................................ 错误！未定义书签。

1.2红外通信电路硬件的方案设计 .................................... 错误！未定义书签。

1.2.1红外发射模块电路................................................................ 错误！未定义书签。

1.2.2红外接收模块电路................................................................ 错误！未定义书签。

1.2.3其余电路部分........................................................................ 错误！未定义书签。

1.2.4红外通信电路的系统综合电路图........................................ 错误！未定义书签。

1.3器件介绍 ........................................................................ 错误！未定义书签。

1.3.1 AT89C51 单片机.................................................................. 错误！未定义书签。

1.3.2红外发射二极管.................................................................... 错误！未定义书签。

1.3.3红外接收器HS0038 .............................................................. 错误！未定义书签。第二章仿真 ............................ 错误！未定义书签。

2.1红外遥控接收的软件程序实现 .................................... 错误！未定义书签。

2.1.1红外发射与接收原理............................................................ 错误！未定义书签。

2.1.2红外通信的设计程序............................................................ 错误！未定义书签。

2.2 proteus仿真测试........................................................... 错误！未定义书签。

2.2.1仿真准备与程序修改............................................................ 错误！未定义书签。

2.2.2仿真运行结果........................................................................ 错误！未定义书签。第三章调试 ............................ 错误！未定义书签。第四章结论与心得体会.................. 错误！未定义书签。参考文献............................... 错误！未定义书签。附录1：元器件清单...................... 错误！未定义书签。

第一章系统方案设计

1.1红外通信的基本原理

1.1.1红外通信技术简介

红外数据通信指的是两台设备之间通过红外线进行无线数据传输的一种数据传输方式，一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75μm至25μm之间。红外数据协会（IrDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850nm至900nm之间。红外通信的最大特点在于它替代了设备与设备之间传统的线缆连接，进而摆脱了不同平台设备连接时对于特制接口的要求，使得跨平台设备间的数据交换简单到只需彼此相对。

红外通信技术的特点如下：

●它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；

●通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线数据收发；

●主要用来取代点对点的线缆连接；

●新的通讯标准兼容早期的通讯标准；

●小角度（30°以内）、短距离、点对点直线数据传输，保密性强；

●传输速率较高，目前4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布。

红外通信技术的缺点如下：

●通信距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通信中断；

●目前广泛使用的SIR标准通信速率较低（115.2kbit/s）；

●主要用于取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。

1.1.2红外通信的协议标准

为了建立一个统一的红外数据通信标准，1993年，由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司成立了红外数据协会Infrared Data Association，一年以后，第一个IrDA的红外数据通信标准发布，即Ir-DA1.0。

Ir-DA1.0简称SIR Serial Infrared，它是基于HP－SIR的异步、半双工红外通信方式。SIR以系统的异步通信收发器UART为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收光信号电脉冲的波形扩展这一编码解码过程3/16EnDec实现红外数据传输。由于受到UART通信速率的限制，SIR的最高通讯信速率只有115.2Kbps，即电脑串行端口的最高速率。

1996年，IrDA发布了Ir-DA1.1标准，即Fast In-fraRed，简称FIR。与SIR相比，由于FIR不再依托UART，其最高通信速率有了质的飞跃，可达4Mbps。FIR采用了全新的4PPM调制解调Pulse Position Modulation，即通过分析脉冲的相位来辨别所传输的数据信息，其通信原理与SIR是截然不同的，但由于FIR在115.2Kbps以下速率时依旧采用SIR的编码解码过程，所以它仍可以与支持SIR的低速设备进行通信，只有在通信对方也支持FIR时，才将通信速率提升到更高水平。

IrDA1.2标准为低功耗的IrDA1.0标准，现已普遍应用于手持设备。

随着移动计算设备和移动通信设备的日益普及，红外数据通信已经进入一个

发展的黄金时期。自1993年IrDA成立至今，红外数据协会的会员已经发展到150多个，当今在IT业和通信业叱咤风云的大公司几乎都在其中，由此可见IrDA标准已经获得了业界的广泛认同和支持。目前已经开发生产出来的具备红外通信能力的设备已有一百种之多，红外模块年装机量已达一亿五千万套，并以每年40％的速度高速增长。尽管现在有了同样用于近距离无线通讯的蓝牙技术，但红外通信技术以其成本低廉和广泛的兼容性等优点，势必会在将来很长的一段时间内在近距离无线数据通信领域扮演重要角色。

1.1.3红外通信系统结构

红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲信号，再通过红外发射管发射红外信号。

串行红外传输采用特定的脉冲编码标准，这种标准与RS232串行传输标准不同。若两设备之间进行串行红外通讯，就需要进行RS232编码和IrDA编码之间的转换。红外通信接口由红外收发器和红外编码解码器构成。

红外收发器包括发送器和接收器两部分。发送器（transmitter）将从I/O或ENDEC接收来的位调制后的脉冲转换为红外脉冲发出。接收器（receiver）检测到红外光脉冲，并将其转换为TTL或CMOS电脉冲。红外通信系统结构如下图1.1所示。

图1.1 红外通信系统结构图

1.2红外通信电路硬件的方案设计

一般通用的红外遥控系统都是由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1.2 所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED 红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。

图1.2 红外遥控系统框图

红外线遥控器是利用红外线发光LED 发射波长950nm近红外波段的红外线

不可见光来发送信号。我们这里把整个遥控器系统分为发射模块及接收模块两部分，和一般通用的遥控器结构相同，本课程设计的通信系统发射部分也包括按键电路、LED 红外发射电路；接收部分包括光、电转换放大器、解调解码电路和显示电路。

发射端的按键信号经过单片机的编码所产生的调制信号和载波电路所产生

的载波信号经过合成，然后再通过红外线发射电路的LED 发送出红外线遥控信号，这些信号经过红外线接收模块接收端接收进来，并对其控制信号做译码而作相对的动作输出(数码显示)，完成传输的功能。这便是硬件电路具体实现的设计思想。

各部分电路的设计思路和具体实现如下。

1.2.1红外发射模块电路

当按下发射按键后，芯片C8051便进行编码产生一组数据，搭载通过软件编码的载波(38KHz)而成为合成信号，经过放大器提升功率而推动红外发射二极管，将红外线信号发射出去，如图1.3。

图1.3 红外发射电路

1.2.2红外接收模块电路

红外线接收模块,如图1.4，其内部含有高频的载波电路，专门用来滤除红外线合成信号的载波信号(38KHz)而送出发射器的控制信号。当红外线合成信号进入红外线接收模块，在其输出端便可以得到原先的数字控制编码，只要经过单片机译码程序进行译码，便可以得知接受的什么么信号，而作出相对应的控制处理，完成红外遥控的动作。

红外接收器部分我们采用了德国德律风根公司生产的红外专用接收集成电

路HS0038来完成红外信号的光电转换及接收。HS0038是塑封一体化红外线接收器，它是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL 电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。（详细请参考附录2HS0038

使用手册。）

图1.4 红外接收电路（用滑动变阻器代替HS0038）

1.2.3其余电路部分

无线接收后控制电路设计为一个数码显示电路，这样既可以实现了红外无线接收后的控制功能，也可以通过这个电路很直观的识别解码的成功与否。具体电路设计见下图1.5。

图1.5 数码显示电路