1、微型计算机的红外接口与通信摘要：重点研究微型计算机的短距离红外无线通信技术，设计红外接口和数字录音接口电路，并编写相应的程序，实现消息、文本和语音数据的红外无线发送与接收。关键词：无线串行通信 红外数据通信 IRDA 录音 MASM32实验元器件： 电脑一台 MC74C10 MC74AC04 MC14069UB MC74HC393A MC74HC74A 芯片各一个 红外发射管 光电接收管 各一个 实验箱一台 电阻 电容 导线若干一设计目的与要求1、设计目的：进一步掌握高档微机的汇编语言程序设计方法。进一步掌握微机常用接口电路的工作原理和使用方法。掌握微机红外接口电路的设计与调试方法。掌握微机数
2、字录音电路的设计与编程方法。掌握微机短距离无线数据传输的原理和方法。掌握微机软件，硬件系统综合设计的基本方法。2、设计要求：完成微机红外接口的软件设计与硬件调试完成微机文件数据的红外无线传输（自发自收）完成微机语音数据的红外无线传输（自发自收）在达到以上要求的基础上可以继续实现双机通信或多机通信。二实验内容（一）微机红外接口的设计与调试在异步串行通信接口芯片 8250 的基础上，按照 IRDA 物理层协议，采用 RZI(反相归零)调制方法，设计一个红外接口，其中的脉冲调制发射电路，将串行数字信号转换为红外光脉冲，其中的脉冲解调接收电路，将红外广脉冲转换为串行数字信号，再通过编程实现双机短距离无
3、线通信。（二）微机文件数据的红外无线传输先编程实现文本和图形文件的读出（显示）和保存；再通过红外接口编程实现文本和图形文件的短距离无线发送和无线接收。（三）微机语音数据的红外无线传输设计并调试一个数字录音接口电路，其中包括 A/D 转换电路和 D/A转换电路，先编程实现语音信号的输入和保存和读出回放，再通过红外接口编程实现语音信号的短距离无线发送和无线接收，并且回放出声音。三、技术背景 目前，微型计算机的短距离连接大都还是有线（电缆）连接，这往往造成麻烦和不便。而无线连接和好地解决了这一问题，带来了方便。目前主要的短距离无线联接技术有红外通信技术和蓝牙技术。1、红外无线通信技术IrDA红外通信
4、是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。它的特点是保密性强，息容量大，结构简单，既可以是室内使用，也可以在野外使用，由于它具有良好的方向性，适用于国防边界哨所与哨所在之间的保密通信， 但在野外使用时易受气候的影响。视距直线传播，方向性强，不能穿过或绕过不透明物体：红外通讯通常分为 LOS（Light of Sight 直视）方式和 Diffuse（漫射）方式。在 LOS 方式下，通讯具有很强的方向性，接收角度小于 30 度，有较高的传输
5、速率，可从 9600b/s 到4Mb/s，甚至 16Mb/s。红外通讯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。2、蓝牙技术 BLUETOOTHBLUETOOTH 技术是一种正在发展中的短距离无线连接技术，它直接面对个人和商务的无线连接应用。BLUETOOTH 可以提供电路交换和分组交换两种技术，以提供不同场合的应用。在同步工作状态下，一个组数据包可以占用一个或多个时隙，最多可达5 个。BLUETOOTH 可以同时在异步条件下支持语单和数据传输。重要系统参数 BLUETOOTH 技术，目前主
6、要是以满足美国 FCC 的要求为目标。对于在其他国家的应用，需要做一些变动，如发射功率和频带，可以做一些适应性调整。BLUETOOTH10 规范已公布的主要技术指标和系统参数如表 1 所示。总结：红外无线接入技术和蓝牙技术都是短距离的无线接入技术，而且都能实现安全、可靠、低功耗、低成本的话音，数据及视频的传输。虽然都是无线接入技术，但是由于两种技术采用的电磁波频段不同，因此具有完全不同的信号传播特性。这也导致了两种技术在特点上的差异本次课程设计主要是研究微型计算机的短距离红外无线通信技术，采用 MASM32 作为开发通信的软件四实验步骤软件方面 ：程序如下（一）微机红外接口的设计与调试1.编一
7、简单程序使 8250A 重复送出同一个字符代码。初始化程序如下：Mov al,283 初始化程序mov al,80h ；将控制寄存器 置1out dx,almov dx,280h ；送波特率因子mov al,12out dx,almov dx,281hmov al,0out dx,almov dx,283hmov al,0bh ;校验out dx,al 2.字符发送程序如下：invoke GetWindowText,hEdit1,ADDR mybuffer1,256 ；显示mov ecx,eaxmov esi,offset mybuffer1 ；发送数据缓冲区check: mov dx,285
8、h ；状态寄存器in al,dxtest al,20hjz checkmov dx,280hlodsbout dx,alloop checkmov al,1bhout dx,al3.字符接收程序如下：mov edi,offset mybuffer2 ；接收数据缓冲区receive: mov dx,285hin al,dxtest al,01hjnz transferjmp receivetransfer: mov dx,280hin al,dxcmp al,1bhjz finishstosbjmp receiveinvoke SetWindowText,hEdit2,ADDR mybuffer
9、2finish:4.文本文件发送和接收程序文本文件的发送程序只要将字符发送程序中hEdit1改为hEdit，并且将字符接收程序中的hEdit2改为hEdit。5.录音程序设计实现语音的录入、存储，再能读取和回放等功能。录入和回放程序如下：录音部分：delay proc near ;延时子程序push dxmov al,10h ;设 8253 通道 0 工作方式 0mov dx,2B3hout dx,almov al,200 ;写入计数器初值movdx,2B0hout dx,almov dx,28bh ;设 8255 的 A 口为输入mov al,9bhout dx,almov dx,288hd
10、1: in al,dxand al,1 ;判断 PA0jz d1pop dxret d0: endpmov edi,offset data_qu ;置数据区首地址为 DImov ecx,10000 cldlp:mov dx,luport ;启动 A/Dout dx,alcall d0 in al,dxstosb ;存入数据区,使 DI 加 1loop lp ;循环放音部分： mov ecx,10000 mov esi,offset data_qu4 ;置数据区首地址为 SIcldfy: mov dx,fangportlodsb ;从数据区取出数据sub al,30hout dx,al ;放音c
11、all delay ;延时loop fy ;循环mov esi,offset data_qu ; 转换成十六进制显示mov edi,offset data_qu2loop:mov al,esicmp al,0je done3cmp al,0ahje nextcmp al,0dhje nextpush axmov cl,04hshr al,cland al,0fh add al,30hcmp al,39hjbe nextoneadd al,7h jmp nextoneloop1:pop axand al,0fh add al,30hcmp al,39hjbe nextadd al,7h jmp
12、nextnextone:mov edi,alinc edijmp loop1next:mov edi,alinc ediinc esijmp loopdone3: invoke SendMessage,hRichEd,WM_SETTEXT,0,ADDR data_qu2（4） 、语音文件的传送invoke SendMessage,hRichEd,WM_GETTEXT,20000,ADDR data_qumov esi,offset data_qumov edi,offset data_qu4mov ecx,10000 star: mov dx,283h ；初始化mov al,80hout dx
13、,al mov dx,280hmov al,12out dx,almov dx,281hmov al,0out dx,almov dx,283hmov al,0bhout dx,alck: ；发送mov dx,285hin al,dxtest al,01hjnz nexttowtest al,20hjz ckmov dx,280hmov al,esiout dx,alinc esiloop check1jmp finishnexttow: ；接收mov dx,280hin al,dxmov edi,alinc edijmp ckfinish: invoke SendMessage,hRichE
14、d,WM_SETTEXT,20000,ADDR data_qu4红外接口脉冲发射和接收的接口电路如图 3、4 所示：录音机电路由下图所示：五软硬件调试1 全面检测各元器件的好坏，发现问题及时更换，这将直接影响实验成败。2 编一简单程序使 8250 输出一字符代码。通过示波器双踪观察 8250 的有关输出信号。 ，在 8250 的 sout 脚查看波形，根据不同的字符 ASCII 码，示波器将显示不同的连续的方波。3 连接红外接口脉冲解调接收电路。改变字符代码，调试红外接口脉冲解调接收电路。用示波器检查解调接收电路输出波形是否正确。这时要用到双踪示波器，上下两个方波呈现的波形应一致，只是由于传输
15、时延，接受到的信号将比发送信号慢一些。4 以上步骤成功后，依次进行单机自发自收；通过红外发送并接收文本文件：利用 masm32 提供的现成程序生成窗口，通过修改它的原始程序，逐步完成修改“帮助” ，汉化界面，修改“查找框大小” ，改换选项功能，十六进制转换等步骤，然后在它的文本框内输入一些字母或英文，按发送按钮就能实现文本的自发自收。5 语音信号的自发自收类似于文本的自发自收。先将语音信号通过数字录音接口电路的 MIC 输入并保存为文件，显示在文本框内的是其转换代码，选择发送将语音信号通过红外发送到本机，可以看到文本框接收到一串字符，在启动放音系统，数据通过数字录音接口电路的 SPEAKER
16、回放为声音。六故障及其解决方法 故障诊断与排除实验又是一个重要的实验环节，对学生逻辑思维能力与推理判断能力，以及系统的检测技能是一种综合训练。1示波器无法显示波形或有杂波：原因是探头损坏，更换示波器探头后正常显示。2发送字符程序启动后，示波器没有显示出相应的方波：经各个节点的调试原因是负责译码的芯片故障，更换该译码芯片正常显示。3自发自收时接收波形没有与发射波形一一对应：原因导线接触不好，更换导线重新连接后正常显示。4发送文本成功而接收时没波形显示：拔掉电容，由导线替代后正常显示。5波形不太稳定：原因桌面窗口过多，关掉即可。七改进措施在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，而红外通
17、信则是被采用较多的一种方法。一般市场上的摇控器协议简单、保密性不强、抗干扰能力较弱。这里，我们介绍一种基于字节传输的红外遥控系统，可以适合于各种复杂的应用场合。 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。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）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。本系统采用的为永时市制方法。数据比特的传送仿照不带奇侧校验的 RS232 通信，首先产生一个同步头，然后接着 8 位数据比特， 硬件电路设计。复费率电能表系统可分为手持遥控器和复费率电能表两部分.手
18、持遥控器为发射部分，其基本电路如图 2 所示。采用塑封的 SE303ANC发射二极管，波长为 940nm。CPU 按照协议规定导通或截止发射二极管，从而产生特定频率的发射信号，这里选用的频率为 38.9kHz。复费率电能表红外接收部分的基本电路如图 3 所示。接收管采用日本光电子公司的 PIC12034，其接收频率为 37.9kHz，它直接将 37.9kHz 的调制信号解调为基带信号，提供缎带接收 CPU。该芯片接收灵敏度高，性能稳定。其基本工作过程为：当接收至37.9kHz 信号时，输出低电平，否则输出为高电平。电能表部分采用的是 51 系列单片机，以中断方式检测接收信号。这里的非门对收信号
19、起整形作用。软件电路设计。发射部分的程序相对来说非常简单，主要是生产不同时间间隔的 37.9kHz 脉冲串信号控制发射管的通断。在发射端，CPU 不断扫描键盘，一旦发现有键按下，即启动发射子程序将相应的数值发送出。在我们的设计中，采用的是 44 的小键盘，正如和 0F 编码对应，为了提高可靠性，采用最简单的纠错编码将每位数重复发送一次，即和键盘数字对应的编码为 00FF。这样，一个键值要发送 8 比特。接收端接收满 8 比特信号后，再进行纠错处理，不正确的碥码认为无效。收足规定的号码后，即调用号码分析程序进行处理。当每收至一个脉冲串信号后即启动一个定时器。下次中断发生时，通过定时器的计数值判断
20、是 0 还是 1。如果定时器溢出，则清除本次接收的号码，恢复到接收初始状态。在程序设计时，应该注意 MCU 的中断方式采用下降沿触发:接收端通过 T0计数值来判断发送比特，一般采用硬判决，即取 0 和 1 比特时宽的平均值为竟决门限 A，当 T0 值大于 A 时判接收信号为 0，小于 A 时判为 1。本章介绍的应用于单片机系统的红外串行通信接口，具有硬件电路简单、成本低廉、编程方便、通信可靠性高的特点，实现了通信双方非接触式的数据传送。在电度表抄表系统中，由于配备了红外通信接口，利用手持抄表器可以方便地完成对电度表的抄录和校准等工作，大大提高了抄表工作的效率，而且抄表确定高并杜绝了估抄和误抄的
21、问题。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。八实验小结本实验对于我们上学期所学的微机原理知识是一次很好的复习与巩固，特别是该实验涉及软件编程和硬件调试，比如 MASM32 以及汇编语言的编写及修改,还能全面帮助我们提高实践动手能力，如电路的架设连接，元件合理的搭配，遇到线路故障的检测与修复等，实验让我们初步了解了 IRDA 协议，而且实验中使用红外传输手段显得非常实用，对我今后在学习工作中设计产品提供了良好的借鉴。虽然在实验中遇到的诸多困难，比如元件损坏，导线脱落，芯片失效，连接错误等问题，但经过老师的耐心指导和我们自身的认真检查，不断修改完善程序和硬件电路，终于获得成功。参考文献：红外技术 作者：苏君红 院士 云南省邮政局红外光电技术 作者：中国科学院上海技术物理研究所 中国科学技术出版社
