1、微型计算机原理课程设计信息与通信工程系 题 目： 微型计算机的红外接口与通信目 的： （1）进一步掌握高档微机的汇编程序设计方法（2）加深微型计算机常用接口电路的工作原理和设计方法（3）掌握微机红外接口电路的设计与编程方法。（4）掌握微机数字录音机的设计与编程方法。（5）掌握微机短距离无线数据传输的原理方法。（6）掌握微机的软件硬件系统综合设计的基本方法设计要求： （1）独立完成各个部分的应用程序的设计与调试（2）独立完成各个部分接口电路的设计与调试（3）记录各步骤的调试结果（4）写出课程设计的报告。实验元器件:IBM-PC 机 MC74C10 MC74AC04 MC14069UB MC74H
2、C393A MC74HC74A 红外发射管 光电接收管 DAC0832 ADC0809 和一些外围电路 电阻 电容 Windows 汇编工具 Masm32技术简介（一） 、光学部分图 1 IrDA 能接收的输出光强范围 图 2 IrDA 接收输入光范围 上两图显示了 IrDA 要求的输出光的强度和输入的辐照度和对角。输出时(如图 1 所示)，光的强度必须处在最大值和最小值之间，也就是发射光在圆锥形的中轴线偏移半角为 15 度，同时也必须在最小量即偏移半角为 30 度之内，大于 30 度时将使辅照度低于最小量。对输入光来说（如图 2 所示） ，接收装置必须能够识别能量在最小辅照度和最大辅照度（5
3、00 毫瓦/平方厘米）的信号，同时能够确保在半角为 15 度的锥形内。红外线是波长在 750nm 至 1mm 之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。目前无线电波和微波已被广泛地应用在长距离的无线通讯之中，但由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输。（二）、红外通信的基本原理红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是较为常用的通信方式。红外发射电路中红外发射二极管的驱动电路是采用信号调制载波的脉冲驱动电路。 红外接口连接器实质上是由红外线发射管、红外线接收管、传输门组成的光电信号转
4、换电路，电路设计与实际需要的传送距离有关。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。红外发送接收器设计方案很多，右图是一种最简单的电路。这种红外接口连接器隔离了两台红外设备的电气连接，有较好的抗干扰能力，能真正意义的实现红外线传输。发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。但是为了增加红外线的控制距离以及延长红外发光二极管的工作寿命，我们要使发光二极管工作脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值 Ip，就能增加红外光的发射距离。提高 Ip 的方法，是减小脉冲占空比
5、，即压缩脉冲的宽度 。于是我们采用了 IRDA 通信协议来实现。（三）、IRDA 通信协议为红外线通讯制定标准是在各种类型和品牌的设备间毫不费力地进行通讯的关键。同时为了促进红外线通讯的增长、保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通讯效果而制定能合理地、廉价地实现的标准和协议。1993 年由 100 家以上的电脑周边产品制造商所组成的一个组织 Infrared Data Association（红外线数据标准协会）缩写为 IRDA。红外数据协会（IRDA）成立后，红外通讯协议将红外数据通讯所采用的光波波长的范围限定在 850nm 至 900nm 之内。现在 IrDA已经泛指红外线传输资料的装置，
6、目前常用于笔记本电脑和手机等产品中 。1996 年，IRDA 发布了 IRDA1.1 标准，即 Fast InfraRed，简称为 FIR。与 SIR 相比，由于 FIR 不再依托 UART，其最高通讯速率有了质的飞跃，可达到 4Mbps 的水平。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，其通讯原理与 SIR 是截然不同的，但由于 FIR 在 115.2Kbps 以下的速率依旧采用 SIR的那种编码解码过程，所以它仍可以与支持 SIR 的低速设备进行通讯，只有在通讯对方也支持 FIR 时，才将通讯速
7、率提升到更高水平。 后来 IRDA 又发布了通讯速率高达 16Mbps的 VFIR 技术(Very Fast InfraRed)，并将它作为补充纳入 IRDA1.1 标准之中。更高的通讯速率使红外通讯在那些需要进行大数据量传输的设备上也可以占有一席之地，而不再仅仅是连接线的替代。IRDA 数据通信发送速率有三种：SIR、MIR 和 FIR。SIR 的速率覆盖了 RS232 端口通常支持的速率（9600b/s-115.2kb/s） 。MIR 可支持 0.576Mb/s 和 1.152Mb/s；FIR 通常用于 4Mb/s 的速率，有时也可用于高于 SIR 的所有速率。IrDA 标准包括三个基本的
8、规范和协议：物理层规范，连接建立协议和连接管理协议。物理层规范制定了红外通讯硬件设计上的目标和要求，IrLAP 和 IrLMP 为两个软件层，负责对连接进行设置、管理和维护。在 IrLAP 和 IrLMP 基础上，针对一些特定的红外通讯应用领域，IrDA 还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P 等等，在此不再赘述了。在基本的 IRDA 应用模式中，设备分为主设备和从设备。主设备用于探测它的可视范围，寻找从设备，然后从按响应它的设备中选择一个并试图建立连接。在建立连接的过程中，两个设备彼此协调，按照他们共同的最高通信能力确定最
9、后的通信速率。以上的“需求”和“协调”过程都是在 9.6kb/s 的波特下进行的。IRDA 数据通信工作在半双工模式，因为在发射时，接收器会被发射的光芒所屏蔽。这样，通信的两个设备将通过快速转换链路来模拟全双工通信，并由主设备负责控制链路的时序。（四） 、IRDA 物理层协议IRDA 物理层协议提出了对工作距离、工作角度（视角） 、光功率、数据速率不同品牌设备互联时抗干扰能力的建议。当前红外通信距离最长为 3 米，接收角度大于 30 度。图 1 给出了 IRDA 物理层的方框图。数据速率小于 4Mb/s 时，使用 RZI（归零反转）调制；而在4Mb/s 的数据速率时，使用 4PPM（脉冲位置）
10、调制。红外数据协会要求能够反向回零的调制电路脉冲来点亮 LED，这样平均功率比的峰值能够增加。红外数据协会要求的最大脉冲宽度是 3/16 个比特周期。最小脉冲宽度允许 1.41 微秒，这是从最高数据传输率 115.2 Kb/s 的 3/16 推导出来的。从图当中的红外线数据帧可以看出这种编码的结果。一个 16x 的时钟能够很方便的用在许多通用异步收发器上，因此计算 3 个时钟周期来编码传送的数据是很方便的，并且能够延长到 16 时钟周期来接收数据。解释这种电路需要一套编码器/解码器，它们可以作为一个分离的组件或者嵌入在 I/O 芯片中。本设计工作要求工作在 SIR 模式下，所以所有在 UART
11、 之间传送的串行数据都是根据IRDA SIR 标准来调制/解调。字节首先从 LSB 开始发送。每帧由起始位、8 位数据、奇偶校验和停止位组成。（五） 、微机语音录制及回放以前语音录制及回放都是采用磁带录音机来解决记录的问题。随着科技的发展传统的语音录制及回放的弊端逐渐显露出来，例如，安全性低、存放期短、自动化程度差、存储量小、不便于查询与检索、管理费用增高、效率低的弊端。所以微机语音录制及回放在这些领域对现代化要求无疑是对传统录音设备的适应性，提出了有力的挑战。具体的框图如下：语音信号的频率在 300HZ3.4KHZ，根据采样定理再加上防卫带我们一般用 8000HZ的采样频率，先设计数字录音模
12、/数转换接口电路、数字录音数/模转换接口电路，难后将语音信号通过数字录音接口电路输入并保存为文件，将语音数据通过数字录音接口电路回放为声音，将语音信号输入并通过红外接口发送给另一机，通过红外接口接收语音数据并回放为声音。 （五） 、软件方面的改进传统方式一般采用 8086 汇编语言或其它低级语言提供的端口读写语句来实现。但是用8086 汇编语言编写程序不但麻烦，而且在应用中会有许多不足，因此我们在本设计中采用MASM32 开发通信软件，他可以很方便地调用 WINDOWS API 和插入汇编语言。同时又可以方便地开发出新的友好图形界面。实施电路及程序（一） 编一简单程序使 8250A 重复送出同
13、一个字符代码。我门选择数据传送率为 1200 波特；通信格式 7 位/每字符；1 位停止为，奇校验；数据的发送和接收都用查询方式，用 280h28fh 地址译码器：（以下均不在重述）由于我们对字符e的波形比较熟悉固我先重复送出同一个字符e代码程序如下： AA初始化程序段：AAAA初始化程序AA ；将线路控制寄存器置AAAAAAA ；送波特率因子的低八位AAAAAAAA ；送波特率因子的高八位AAAAAAAA ；设置串行通信数据格式：位数据、位停止位、奇校验AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA ；发送字符AAAAAAAAAAA ；重复发送程序2、
14、通过示波器观察 8250A 的 SOUT 脚输出有关信号。3、红外接口电路的设计实验中红外接口设备要考虑 IRDA 标准及设计要求（即 IRDA 要求的 RZI（反向归零）调制度编码效果如图 2 中的 IR 帧数据所示，最大脉冲宽度是 3/16 位宽） ，固本设计具体的接口电路如下图所示：发射电路由 MC74HC393A、三与非门、非门、红外线发射管和一个 300 欧的电阻，其中 MC74HC393A、三与非门及非门构成的作用是将满足 IRDA 协议要求（即通过 393 对波特率计数，QD、QC、QB 的非经过一个与非门产生一个 3/16 的脉冲） ；电阻起限流作用，电阻取值越小通过红外线发射
15、管的电流越大，红外线发射管的发射功率也越大，发射距离越远）组成，红外线发射管的作用是将电脉冲信号转换为光信号送出，当微机红外接口输出变化的电脉冲信号时，红外线发射管发射出的红外线强度就随之变化。发射距离越远；电阻取值过小会损坏红外线发射管或红外线接口。A用第一步编的简单程序使AAA 重复送出AAA 字符代码，示波器用AA 及A 处观察波形，看是否满足AA 协议要求。A、接收电路：光电接收管的作用是将接收到的光信号转换为电信号。光电接收管的偏置是由串联一个千欧的电阻提供的，当红外光照射光电接收管时，光电接收管的电阻将减小，使通过光电接收管和电阻的电流增大，从而在取样电阻两端产生随入射红外光强弱变
16、化的电压，此变化的电压信号经积分电路（有电阻、电容组成）。本实验用光电接收二极管，其电流不够的固还要加一个放大电路（放大系数要AAA 倍），放大电路由三个非门构成，欧是起反馈作用。最后需要将A 帧转换AAA 帧，方可送入AAA 。调试时用示波器在A 点可观察到尖脉冲的波形（若无，可看看接收管是否对准），在点可以看到积分后的波形，在AA 的A 脚可看到波形，如果幅度太小可加大放大系数，加大欧的阻值。难后观察AA 的A 和AA 的波形，我们将发现它们的波形一样，只是与AA 相比，A 有一定的时延。（二）、微机文件数据的红外无线传输为了能对同一个程序的多次调用我按功能将其放在不同的图表按钮上，用户可
17、以直接通过按钮调用。我们可以利用了AAAA 汇编工具中的一些原有的程序来改进，本实验我们通过修改AAAA 的功能实现，先将没有到的菜单AAAA 的功能去掉，只保留将要用到的工具栏的图标，同时我在程序中大量用了中的宏定义。、编程实现十六进制的方式显示所有的文本文件为了能在AAAA 窗口上以十六进制的方式显示出所有的文本形式，我们先将要显示的文本文件先存放到某个空间里（在此我选用AAA ），难后我通过调用我们编的程序来进行文本转换，将转换后的十六进制暂存在另一空间上（AAA ），最后调用原有的显示程序将其显示出来，我用原来的A 复制A 按钮。首先我利用AAAA 汇编工具 语言暂时定义两个存储空间
18、：AAAAAAAAAA？AA AAAAAAAA？ AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA；将存储空间首地址赋给指针AAAAAAAAAAAAAA；取出一个元素AAAAA；检测文本是否转换完成（在转换语音文件时要改变检；测是否完成的条件，我们可以用计数判断）AAAAA；若完成则结束转换AAAAAAAAAA；检测是否为换行AAAAAAAAAAAAA；检测是否为回车AAAAAAAAA；右移四位AAAA；保留低四位，此时中为原字符高四位AAAA ；取AA 码AA；检测是否大于AAAAAAAAA ；若大于A 须用AAAA 表示AAAAA；处理原字符低四位AAAAAAAA
19、AAAAAAAAAAAAAAAAAAA；存储低位AAAAAAAAAAAAAAAA ；跳回再转换AAAA；存储高位AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA；存储换行，回车键AAAAAAAAAAAAAA；完成转换AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA；在窗口中显示转换结果、将文本文件读出（显示） ，并通过红外接口发给另一机，将原的 A新建例子A 的按钮更改成传送程序，具体程序如下：AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA；AA 初始化AA初始化同上AAA；初始化完成AAAAAAAAAAAAAAAAAA
20、；若输入缓冲区满则进行接收AAAAAAAAAAAAA；若发送缓冲区空则准备发送AAAAAAAAAAAAAAAAAA；是否发送完成AAAAAAAAAAAAA ；发送完后加发一个AAAA 字符的AA 码AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA；接收并存储AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA；接收完成并显示在接收窗口AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA（三）微机语音数据的红外无线传输、 设计并调试数字录音模A 数转换接口电路及数字录音数A 模转换接口电路。主要是由AAAA 、AA 和一些外围电路构成。、将语音信号通过数字录音接口电路输入并保存为文件。
21、如下图所示，该电路主要由AAAA、AA 、A 、AA 和一些外围电路构成。录音程序将放在A 剪切A 的按钮方便调用，具体如下：AAAAAAAAA置数据区首地址为AAAAAAAA录AAAA 个数据AAAAAAAAA启动AAAAAAAAA延时AAAAAA从AA 读数据到AA存入数据区A 使加AAAAAA AAA延时子程序AA AAA设A 通道A 工作方式A AAAA AAA AAAA写入计数器初值AA AAAAA AAAAAAA设AA 的A 口为输入AAAAAAAAA从AA 的A 口输入AAAAAAAAAAAAA判断AAA 是否为AA AAAA若AAA 不为A 转AAAAAAAA子程序返回AAA
22、AAA为了可以将录下的语音文件显示出来，我们需要将语音文件做一些处理，转换程序及显示只需调用上面的程序就可。、将语音数据通过数字录音接口电路回放为声音（注意不要把转换后的语音文件调出来放音） 。放音程序如下：AAAAAAAA放AAAA 个数据AAAAAAAA置数据区首地址为A AAAAAAAA AAAAA AA从数据区取出数据 AA AAAA放音 AAAA延时 AAAAAAA循环AAA：A 延时子程序（同上）A、将语音信号输入并通过红外接口发送出去。由于语音文件不同于文本文件，固我们可以将发射程序做一些修改：AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
23、AAA（同上）AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA、显示红外接口接收到的语音数据，由于语音数据不同文本文件固我们需调用转换程序，难后调用显示程序（其所调用的程序同上） ，接收后就可以回放声音。六、调试方法及故障分析：A元件测试非常重要，使用了一只性能不好的元件，调试时会耽误你不少时间，还有可能损坏设备，请在实施时重视这一环节。电阻、电
24、容的测试不在此重申，红外线发射管是一只二极管可用万用表的电阻档测量红外线发射管正反向电阻。反向电阻通常为无穷大，正向电阻一般为A ；而测试光电接收管时，用万用表电阻AA 档测量两只引脚间的正反向电阻，光电接收管用反向电阻应越大越好，不受光线照射影响；正向暗电阻（不受光线照射时）应越大越好，正向明电阻（强光照射时）应越小越好。A按图（A ）连电路（要注意先断开电源） ，连好电路后并启动程序重复送出同一个字符代码，先在AA 的AA 脚查看波形，观察A 端的波形，要有尖脉冲（即字符 AAA的AA帧） 。一般在AA 脚有波形，那么A 端就会有脉冲，如果没有波形则可以检查是否有将波特率送入，如A 端有脉
25、冲时可要注意其是否满足AA 的协议，可用双踪示波器来查看，如果脉冲达不到协议的要求，那就要考虑电路设计的错误（则需要重新来） 。注意管脚的是否接稳定。A在接受部分的A 端看是否有脉冲，若没有则要考虑发射管与接收管是否对准，调整两管的水平度时可以看着示波器直到有波形即可。其次，也可能是因为我们把接收管的正负极接反了，对调两极性既可；在点可以看到尖脉冲受积分后的波形，在AA的A 脚可以看到对应的AAA 波形，如果幅度太小可加大放大系数，加大 欧的阻值。如果AAA 的波形有点失真，则可以在接入AA 的A 脚前加一个整形电路（可以用一个非门来实现） ，接收电路调试完成。A在调试自发自收时，有人发现在运行开始时不管输入什么字符，其输出及接收到的都是AAA 字符的波形，查看程序发现我编的自发自收程序其实质只是始终重复发AAA 的字符，在以上没问题下，调用文本文件读出（显示） ，并通过红外接口发给另一机的程序来验证。AA在微机语音数据的红外无线传输中，只要元件及线路连接无误一般就可以工作，但是我发现回放后发现，回放后的声音不连贯有断断续续的感觉，而在录音时我们放慢说话速度时情况有所好转，其主要原因是实际的抽样频率没有足够，我的程序中的延迟太长了，
