毕业论文PC机与单片机之间的串行通讯、数据的发送和接收

【摘要】

本文以MCS-51单片机为例，详细介绍了PC机与单片机之间的串行通讯、数据的发送和接收。在Windows98下利用VB的串行通讯控件可实现PC机与单片机之间的通讯。其数据的发送和接收采用红外线通信方式，其优点是：省去了有线通信信号线的直接连接，使用简单，移动方便,微机与单片机无直接连接，属完全隔离状态，两者间不会因为电平的不同而造成数据传输的失误，抗干扰能力强。

本设计主要应用AT89C51作为控制核心，并与LED数码显示管、双向可控硅、红外发射与接收相结合的系统，充分发挥了单片机的性能。其优点硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。

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【关键字

关键字】

MSC-51（单片机），红外，RS-232，电平转换器，串行通信半双工

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Abstract】

【Abstract

This text take one-chip computer MCS-51for example,introduce a serial communication,data’s sending and receiving.Under the Windows98we make use of a communication control of VB to achieve the communication of the machine of PC and one-chip computer. Its data’s sending and receiving adopts the method of the infrared ray communication,its advantage is that it exclude the direct link of signal line of with-wired communication,and usage are simple,and move is convenience etc.The tiny machine have no direct conjunction with single a machine,belonging to the complete insulation appearance,can't result in the error that data deliver both because give or get an electric shock even and different,the antijam ability is strong.

This design is a system that it applies AT89C51as control core and combine the LED figures manifestation tube,MAX232CPE level changer,infrared’s sending and receiving.The system completely exerts the function of one-chip computer.Its advantage is that the hardware circuit is simple;the software function is perfect;the control system is dependable;the rate of price and function is high etc.So the system has certainly consult value.

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【Keyword

Keyword】

MSC-51(One-chip computer),infrared,RS-232,Level changer,serial communication，half duplex

目录

前言3第一章系统分析4 1．1系统功能的概述5 1．2系统要求及主要内容5 1．3系统技术指标5第二章系统总体设计6 2．1硬件设计思路6 2．2软件设计思路7第三章7 3．1单片机模块设计8 3．2红外通信（发射与接收）电路的设计14 3．3PC机模块的设计

第四章20 4．1单片机串行口通信21 4．2PC机串口通信24第五章软件设计25 5．1单片机通信程序设计25 5．2PC机通信程序设计29第六章系统调试30 6．1硬件调试30 6．2软件调试31 6．3综合调试33 6．4故障分析及解决方案33 6．5结论与经验34结束语35附录36附录1电路原理图36

附录2程序流程图38

附录3程序清单41

附录4元器件清单44

附录5英文资料45

附录6中文翻译52参考文献56

前言

单片机的英文名称是Micro Controller unit,缩写为MCU，又称为微控制器，它是一种面向控制的大规模集成电路芯片。它应用简单灵活，使用非常广泛，但存在无法实时保存大量的数据、实时更新数据等缺点，因此经常需要把单片机和PC机的优势相结合组成系统。PC和单片机之间的通信方式有有线和无线通信技术之分，红外线通讯方案具有廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强等优点，通讯连接方式有多种，如利用微机的串口、并口或通过专门的I/O板进行数据传送，单片机通过共享通道的方法挂在上述总线上。应用时应根据实际需要进行选择在我们的PC机和单片机的红外通信系统中，通信数据量很小、传输距离很近，因此选择了串口通信方式。

本文首先在第一章绪论介绍了此系统的功能、技术指标以及主要内容等等；在第二章论述了总体设计过程,确定了技术指标及器件的选择；第三章着重描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性；在第四章中重点剖析了软件设计的过程；第五章主要介绍了串行口的通信技术；最后在第六章中具体论述单片机、PC机部分、电平转换电路、红外通信的处理及调试。

由于本人水平有限，加之时间仓促，论文中难免会有错误和不足之外，恳请指导老师和各位专家老师批评指正。

第一章系统分析

设计任务设计任务：：PC 机与单片机之间的红外通信—单片机部分

1．1系统功能概述

系统主要实现功能是:由PC 机键盘的输入发送给MCS-51单片机,单片机接收到PC 机发来的数据后,回送同一数据给PC 机,并在PC 机屏幕上显示出来。只要PC 机屏幕上显示的字符与键入的字符相同，即表明PC 机与单片机间通信正常，红外通信成功。

微机与单片机红外线通信系统,由于我们本次毕业设计采用的是红外通信方式，考虑到红外通信存在发射与接收之间的相互干扰，所以本次设计采用是半双工(Ha l f D u p le x)串口通信，微机与单片机两个部分。微机部分是通过串口R S-232的TXD 口发送数据，经电平转换电路之后送红外发射电路发射出去，由单片机部分接收，并相应的处理、显示之后再经红外发射电路返回给PC 机，PC 机检验发送与接受是否一致，标志着设计的成与败。微机部分用V i s u a l Bas ic 软件编写的界面作为PC 机部分与单片机进行串口之间通信，其界面的设计、电平转换电路和红外发射、接收电路以及单片机部分的电路的设计等将在以下章节作详细地设计。

从实用的角度看，评价一个系统实用价值的重要标准，就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献。随着生活节奏的加快，人们将更加钟情于个人信息终端的智能化互联。另一方面，用无线设备来代替安全隐患的工作区采集数据，更加安全。因此，红外线有其不可估量的实用价值！

1．2系统要求及主要内容

将微机中的二进制或A SC Ⅱ数据通过微机的R S －232串口经红外发射器发送缎带单片机，再由单片机将接收的二进制或A SC Ⅱ数据通过串口经红外发射器发送给微机，在微机中检查发送的二进制或A SC Ⅱ数据与接收到的二进制数据是否一致。

（1）单片机部分主要完成接收微机发送的数据和将接收的数据回送给机；

（2）红外发发射部分完成将微机或单片机发送的数据通过红外发送给红外接收器。

（3）红外接收部分主要完成接收红外信号并将红外信号转换为数据送给计算机。

（4）PC 机部分主要完成将数据的发送给单片机和接受单片机发送的数据。

1．3系统技术指标

微机与单片机红外线通信的主要完成以下功能：

单片机部分：

（1）设计并制作单片机的串口通信的硬件系统；

（2）用汇编语言编制串口通信软件；

（3）要求把从微机发送来的原样发送回微机；

红外发射部分：

（1）自行设计红外发送器

（2）红外发送距离大于50c m

（3）系统稳定、抗干扰能力强

红外接收部分：

（1）自行设计红外接收器

（2）红外接收器的稳定、抗干扰能力要强

PC机部分：

（1）在微机部分采用Visual Basic编制RS—232通信软件

（2）通信软件具有数据发送和数据接受编辑框

（3）通信软件要实现发送数据与接受数据一致

根据系统要实现的功能以及要求，要实现单片机和PC机之间的红外通信，主要是实现上下微机之间能够互通信息，而采用红外通信，就是利用这种非电信号传送控制信息和数据信息，省去了有线方式信号线的直接连接，属完全隔离状态，安全可靠，能有效地隔离电气干扰，同时使用简单，移动方便，实现了通信双方非接触式的数据传送。它可以应用于高压、辐射、潮湿、有毒气体、粉尘等不利于人们现场控制的环境下，这种红外通信方案也可用于其它遥控、遥测的单片机应用场合。红外通信的重点在于信号的调制与解调，完成低误码率、高速率的信息传输。目前红外通信技术和集成技术的发展已将此方面做的比较平民化了。以普通的集成红外头为核心的红外收发模块即可完成此功能。单片机可通过编程控制外围部件，能实现较高的自动化程度。以它为系统核心的控制模块可实现主从控制，完成预定的任务。系统的进一步升级是与上位机实现红外通信，实现与整个网络的连通，达到资源共享和远程控制，这在当今这个信息化的社会里是非常有价值的!

第二章系统总体设计

2．1硬件电路设计思路

硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的原理框图、电路原理图。

89C51单片机通过普通I/O口与PC机R S－232串口实现通信的硬件接口电路如图2所示。由于PC系列微机串行口为R S232C标准接口，与输入、输出均采TTL电平的89C51单片机在接口规范上不一致，因此TTL电平到R S－232接口电平的转换采用M AX IM公司的M AX232标准M AX232CP E接口芯片，该芯片可以用单电压（+5V）实现R S232接口逻辑“1”（-3V～-15V）和逻辑“0”（+3V～+15V）的电平转换。

(1)单片机部分硬件设计思路：本次设计单片机部分的硬件框图如图2－1所示。

图2－1单片机部分硬件框图

(2)PC机部分硬件设计思路：PC机与单片机之间的红外数据收发装置的结构非常简单，其结构框图如图2－2所示。PC机及其兼容机的标准串行通信接口

R S-232C有一个9芯的D型插座，该红外收发装置便是通过此接口插座与计算机连接，并由计算机通信软件控制其数据的收发，并由计算机通信软件控制其数据的收发。由于数据的传输采用了38KHZ信号进行调制、解调和发射、接收，因而更加安全可靠

。具体的电路原理图将在第三章中作详细地分析设计。Array

图2－2PC机部分硬件框图

2．2软件设计思路

软件需要解决的是设定PC 机串口和单片机串行口的工作方式，包括串行口的通讯速率、奇偶校验位、停止位等。

软件工作流程是软件工作流程是：：

PC 机发送一个数据信号，通过红外通信方式传送到单片机，单片机接收数据作相应的处理后回送到PC 机。经测试，此系统可以在2400kb it/s 速率下稳定工作，比较理想。

(1)单片机部分软件设计思路：AT89C51单片机的P 3.0和P 3.1口分别串行通信的接收和发送端，其接口程序主要由I N PU T 发送子程序和OU T PU T 接收子程序组成。通信速率2400b it /s ，帧格式为N.8.1。发送时，先发送一个起始位（低电平），接着按低位在先的顺序发送8位数据，最后发送停止位。接收时，先判断P 3.0接收端口是否有起始低电平出现，如有则按低位在先的顺序接收8位数，最后判断P 3.0口是否有停止高电平出现，如有则完成一个数据接收，否则继续等待。其中软件编写要严格按照异步通信的时序进行，每b it 位传送时间间隔按通信速率2400b it /s 计算为833μs ，系统要求单片机晶振为11.0592M HZ 。

(2)PC机部分软件设计思路：PC机有多种支持串行通信的软件，V i s u a l Bas ic 通信语句、C 语言等等，本次毕业设计准备采用V i s u a l Bas ic 语言来实现PC机部分的通信，VB 具有面向对象的设计方法，友好的用户界面，简单方便的串行通讯和实用性强等优点。

第三章硬件电路设计

硬件的功能由总体设计所规定，硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的电路原理图，必要时做一些部件实验，以难电路图的正确性，以及工艺结构的设计加工、印制板的制作、样机的组装等。

根据本次毕业设计的要求以及要实现的功能，查阅了很多有关PC机与单片机之间通信的书籍以及红外通信方面的知识，对硬件电路的设计做了很深刻的研究。

我们将整个PC机与单片机之间的红外通信系统分成三大模块：PC机模块、红外通信模块(红外发射和红外接收)以及单片机模块，各个模块都承担着各自的任务。

在设计单片机模块时，考虑到单片机本身并不具备红外通信接口，利用单片机的串行接口与单片机外的红外发射和接收电路，组成一个应用于单片机系统的红外串行通信接口；PC机通过R S －232进行数据的传输，考虑到PC微机串口的电平和单片机的输入输出的TTL 电平不一致，在整个电路设计时要考虑电平转换电路，除此之外本系统的传输是采用的无线通信，因此还需要设计红外发射与接收电路，具体每一部分的设计将在以下章节中详细分析。

3.1单片机模块

根据系统功能要求以及单片机硬件电路设计思路（如图2－1）对单片机模块进行设计，要使单片机准确的接收与发送，并且使接收到的数据能显示出来，所以整个单片机部分分为时钟电路、复位电路、执行元件以及显示电路四个部分。3．1．1执行元件

本次毕业设计的单片机部分的执行元件我们采用MCS-51T系列的AT89C51(其引脚图如图3－1)，由于它本身带有一定的优点。AT89C51是一种带4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（F P ER OM—F a l s h Pro g r ammab le a n d E r asab le R e a d Onl y Me m or y）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用AT M EL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT M EL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

图3－1AT89C51引脚图

一、主要特性：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

寿命：1000写/擦循环

数据保留时间：10年

·全静态工作：0H z-24H z

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RA M

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

二、管脚说明：

(1)V CC：供电电压；

(2)G ND：接地；

(3)P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在F I A S H编程时，P0口作为原码输入口，当F I A S H进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

(4)P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在F LA S H编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

(5)P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在F LA S H编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

(6）P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（I LL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表3－1所示：

表3-1P3口的第二功能

引脚第二功能信号名称

P3.0RXD串行数据接收

P3.1TXD串行数据发送

P3.2I NT0外部中断0请求

P3.3I NT1外部中断1请求

P3.4T0定时器/计数器0计数输入

P3.5T1定时器/计数器1计数输入

P3.6W R外部RA M写选通

P3.7RD外部RA M读选通

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

(7)R S T：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持R S T脚两个机器周期的高电平时间。

(8)ALE/P R O G：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在F LA S H编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在S F R8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MO VX，MO V C指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

(9)/PS EN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PS EN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PS EN 信号将不出现。

(10)/EA/V PP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFF H），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RE S ET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在F LA S H编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（V PP）。

(11)XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

(12)XTAL2：来自反向振荡器的输出。

三、振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

四、芯片擦除：

整个P ER OM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RA M，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RA M的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

3．1．2时钟电路

时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12M H

Z

MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部

件。AT89C51是属于CMOS8位微处理器，它的时钟电路在结构上有别于N MOS型的单片机。

CMOS型单片机内部（如AT89C51）有一个可控的负反馈反相放大器，外接晶振（或陶瓷谐振器）和电容组成振荡器，图3－2为CMOS型单片机时钟电路框图。振荡器工作受/P D端控制，由软件置“1”P D（即特殊功能寄存器PCO N.1）使/P D ＝0，振荡器停止工作，整个单片机也就停止工作，以达到节电目的。清“0”P D，使振荡器工作产生时钟，单片机便正常运行。图中S Y S为晶振或陶瓷谐振器，振荡器产生的时钟频率主要由S Y S参数确定（晶振上标明的频率）。电容C1和C2的作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用（C1、C2大，f变小），其典型值为30p F。

图3－2CMOS型单片机时钟电路框图

3．1.3复位电路

计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

MCS-51单片机有一个复位引脚R S T，它是史密特触发输入(对于C H MOS单片机，R S T引脚的内部有一个拉低电阻)，当振荡器起振后，该引脚上出现2个机器周期(即24个时钟周期)以上的高电平，使器件复位，只要R S T保持高电平，MCS-51保持复位状态。此时ALE、PS EN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平。R S T变为低电平后，退出复位，CPU从初始状态开始工作。

本次毕业设计采用的复位方式是自动复位方式。对于CMOS(AT89C51)单片机只要

接一个电容至V

CC

即可(见图3－3)。在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在R S T端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使MCS-51有效的复位。

R S T端在加电时应保持的高电平时间包括V

CC 的上升时间和振荡器起振的时间，V

ss

上升时间若为10ms，振荡器起振的时间和频率有关。10M HZ时约为1ms，1M HZ时约为10ms，所以一般为了可靠的复位，R S T在上电进应保持20ms以上的高电平。图3-8中，R C时间常数越大，上电进R S T端保持高电平的时间越长。当振荡频率为12M HZ时，典型值为C=10u f，R=8.2kΩ。

若复位电路失效，加电后CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运转。

图3-3上电复位电路

3．1．4显示电路

本次毕业设计的显示电路采用LED数码管动态显示，LED（L i gh t-Em ittin g D io d e）是一种外加电压从而渡过电流并发出可见光的器件。LED是属于电流控制器件，使用时必须加限流电阻。LED有单个LED和八段LED之分，也有共阴和共阳两种。

一、显示器结构

常用的七段显示器的结构如图3－4（a）所示。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器(如图3－4（b）所示),阴极连在一起的称为共阴极显示器(如图3－4（c）所示)。1位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管a~g 控制七个笔画（段）的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的开头有些失真，但控制简单，使用方便。

（a）外形（b）共阳极(C)共阴极

图3-4七段发光显示器的结构

二、显示方式

为了节省I/O口线，我们采用的动态显示方式。

所谓动态显示，就一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需8位口（称为扫描口），控制各位显示器所显示的字形也需一个8位口（称为段数据口）。4位共阴极显示器和AT89C51的接口逻辑如图8-7所示。AT89C51的P0口作为段数据口，经同相驱动器7407接显示器的各个段；P2口作为扫描口，经反相驱动器7406接显示器公共极。

对于图3-5中的4位显示器，在AT89C51RA M存贮器中设置四个显示缓冲器单元30H－34H，分别存放4位显示器的显示数据，AT89C51的P2口扫描输出总是只在一位为高电平，即4位显示器中仅有一位公共阴极为低电平，其它位为高电平，AT89C51的P0口相应位（阴极为低）的显示数据的段数据，使该位显示出一个字符，其它们为暗，依次地改变P2口输出为高的位，P0口输出对应的段数据，4位显示器就显示出由缓冲器中显示数据所确定的字符。

图3-54位动态显示电路

3．2红外通信（发射与接收）模块

红外线通讯是一种廉价、近距离、无线、低功耗、保密性强的通讯方案，主要应用于无线数据传输，有时也用于无线网络接入和近程遥控。

红外通信的基本原理：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串信号，通过红外发射管发射红外信号。红外通信是利用950n m 近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（P W M）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。本系统采用的为脉宽调制方法，发送端采用脉宽调制（P W M）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输。

单片机红外通信系统（硬件原理图见图3-6）的红外发射和红外接收电路主要由单片机AT89C51、C D4011与非门、红外发射管P H30B、红外一体化接收头SM0038（见图3-7所示），以及驱动三极管8550、电阻和电容组成。我们将红外通信模块分为红外发射和接收两部分。

图3-6单片机红外通信硬件原理图

（a）红外发射管（b）红外接收管

图3-7红外发射管和红外一体化接收头

硬件电路

外发射硬件电路

一、红外发射

红外线发射器由于控制方式不同，很难做到一体化，大多是由分力元件组装而成。本章节将重点讲一下红外线发射器电路原理图见图3-8所示。

图3-8红外发射电路原理图

红外发送电路的工作原理为：串行数据由单片机的串行输出端TXD （接图中IN 端）送出并驱动YF1，若数位“0”使YF1输出高电平，通过YF2、YF3和电阻R2电容C 组成的震荡电路，将信号调制成38kHz 的载波信号，并利用红外发射管D 以光脉冲的形式向外发送。若数位“1”YF1输出低电平，使YF2和YF3停止震荡，使YF4输出高电平使驱动管8550截止，红外发射管D 不发射红外光。

二、红外接收硬件外接收硬件电路电路

红外线接收器是红外线通信成败的关键所在，以前大多采用红外线接收专用芯片C A20106A 以及外围部分元器件（红外线接收管、电阻、电容等）。实际使用时常出现接收灵敏度过高或过低，工作欠稳定，加之装配焊接麻烦、调试不便、体积大、抗干扰能力较差等等，现已基本被淘汰。目前采用最多的是一种一体化的红外线接收头，体积小巧（外形类似三极管）、价格低廉、使用方便、无须调整、抗干扰能力强、工作稳定可靠。红外接收电路选用新日本株式会社公司生产的专用红外一体化接收头SM 0038，集红外线接收和放大于一体，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，因此它适合于各种红外线数据的传输，是代替C A20106A 和接收二极管等红外接收放大器的理想元件。

图3-7（b）是其正视图（半球面的红外线接收面正对我们），三个输出脚依次为：G ND （地）、+（电源正端）、OU T （红外线经接收后经解调、整形的输出脚）。

图3-11红外接收基本电路

根据SM0038的工作原理对其外围电路进行设计，具体硬件原理图见图3－11所示，其中1端为接地脚，2端接电源，3端接信号输出端，R和C组成去耦电路抑制电源干扰。由于红外一体化接收头SM0038的灵敏度高，因此在实际应用电路中要在电源和地之间外接上拉电阻来抗干扰。

3.3PC机模块

根据系统功能要求以及PC机硬件电路设计思路（如图2－2所示）对PC机模块进行设计，要使PC机通过红外线准确的接收与发送，必须要对其外围电路进行设计。由于无线收发装置工作于TTL逻辑电平（0V和5V），而计算机R S-232总线上输入、输出数据和控制信号为+12V左右的电压，因此用IC1（M AX232CP E）进行转换。如图3－12为PC机部分的电路原理图。

图3－12PC机收发数据电路原理图

一、数据的传输

对所设计的原理图进行分析，数据的传输分为两大部分：数据的发送和数据的接收。下面就两部分作一下介绍。

1、数据发送

当电路工作于发送数据状态时，PC机的RT S端输出高电平，经IC1电平转换打开IC3（74L S08）的与门B1，使PC机TXD端输出的数据经红外发射电路发射出去；RT S信号IC1反相后作为C T S信号送入计算机，同时还关闭与门B2；使计算机不接收其它数据信号。

2、数据接收

当电路工作于接收数据状态时，计算机的RT S端输出和C T S端输入均为低电平，使IC3的B1、B2的工作状态正好相反，发射部分被B1封锁，与门B2则打开使用权电路处于接收工作状态，从红外接收端接收过来的数据由RXD端送处计算机。该必发器的数据传输速率最好设在2400b/s为宜，以确保数据传输的可靠性。

二、器件的介绍

1、R S-232C

R S-232C是美国电气工业协会推广使用的一种串得通信总路线标准，是D C E(数据通信设备，如微机)和DTE(数据终端设备，如C RT)间传输串行数据的接口总线。

R S-232C最大传输距离为15m，最高传输速率约20kbps，信号的逻辑0电平为+3V～+15V。逻辑1电平为-3V～-15V。

电气特性：

E I A-R S-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定；

在TxD和RxD上：逻辑1(M ARK)=-3V～-15V

逻辑0(SP A C E)=+3～＋15V

在RT S、C T S、D S R、DTR和D C D等控制线上：

信号有效（接通，O N状态，正电压）＝+3V～+15V

信号无效（断开，O FF状态，负电压）＝-3V～-15V

2、R S-232连接器DB-9

DB-9是R S-232信号线的连接器，其连接器的机械特性见图(3－13)，表1所示R S-232信号线名称、符号以及对应在DB-9上的针脚号。

图3－13连接器的机械特性

表3-1RS-232信号线和DB-9引脚关系

符号名称引脚

D C D接收信号载波检测1

RXD数据接收线2

TXD数据发送线3

DTR DTE装置数据就绪4

G ND公共地5

D S R D C E装置就绪6

RT S请求发送7

C T S清除发送8

R I振铃指示9

3、电平转换器M AX232CP E

由于R S-232C总线上传输的信号逻辑电平与TTL逻辑电平差异很大，所以就存在这两种电平的转换问题，下面就介绍一下电平转换器M AX232CP E。

M AX232CP E能将R S-232C电平转换成TTL电平，也能将TTL电平转换成R S-232C电平，只需单+5V供电，由内部升高电路产生10V～+12V。内部有两个发送器(TTL电平转换为R S-232C电平)和两个接收器(R S-232电平转换为TTL电平)。M AX232CP E芯片引脚排列和外部元件连接线路如图3－14所示。

图3－14M AX232CP E电平转换器及外接元件图