1、1微型计算机的红外接口与红外通信设计摘要：介绍了微型计算机的短距离红外通信技术原理和设计红外通信的软硬件设计方法，及录放音电路的设计。并给出了实现消息、文本文件和语音数据的红外通信源程序。关键词：计算机无线通信 红外数字通信 IRDA一、 设计任务及要求（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线通信。（二）微机文件数据的红外无线传输先编程实现文
2、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。二、 总体方法论证目前微型计算机的短距离联接大都还是有线（电缆）联接，微机之间以及微机与外设之间的联线往往造成麻烦。短距离联接到发展必然要趋于无线联接，目前主要的短距离无线联接技术有红外通信技术和蓝牙通信技术，前者采用红外线，而后者则采用无线电波作为信息传输的媒介。作为一种革
3、命性的技术，蓝牙技术旨在为人们提供无线连接，而真正实现自由通信，不再受制于电缆的约束。蓝牙协议是一个以爱立信、IBM、 INTEL、诺基亚与东芝（ TOSHIBA）为主的特别兴趣组织（SIG）制定的短距离无线通信协议。该协议推出后很快就得到了全球500 多家大小企业的支持，连微软也很快加入到支持者之列。蓝牙工作在全球通用的 2.4GHz ISM(即工业、科学、医学）频段。蓝牙的数据速率为 1Mb/s。时分双工传输方案被用来实现全双工传输。与其它工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其它系统都更稳定。FEC （Forward Error Correction，前向纠错）的
4、使用抑制了长距离链路的随机噪音。应用了二进制调频（FM）技术的跳频收发器被用来抑制干扰和防止衰落。 蓝牙基带协议是电路交换与分组交换的结合。在被保留的时隙中可以传输同步数据包，每个数据包以不同的频率发送。一个数据包名义上占用一个时隙，但实际上可以被扩展到占用 5 个时隙。蓝牙可以支持异2步数据信道、多达 3 个的同时进行的同步话音信道，还可以用一个信道同时传送异步数据和同步话音。每个话音信道支持 64kb/s 同步话音链路。异步信道可以支持一端最大速率为 721kb/s 而另一端速率为 57.6kb/s 的不对称连接，也可以支持 43.2kb/s 的对称连接。红外通信在人们日常生活中扮演着重要
5、的角色：从电视机、VCD 遥控器，到电梯、门禁系统，乃至便携式电脑，都可以见到红外通信的身影。由于其价格低廉，使用方便，解决了有线连接的许多不便，因而受到了家电设备厂商、电脑外围设备商、以及通信设备厂商的高度重视。为了实现各类产品的互连，国际上成立了一个红外数据通信协会（IrDA: Infrared Data Association）来协调各方面的工作，并制定了一系列的标准。这一系列标准的出台不仅规范了产品的设计，同时还进一步扩展了红外通信的功能和应用领域（如：数据传输速率即可高达到4Mb/s，而且进一步的建议中还允许高达 16Mb/s 的速率） 。这些标准包括：物理层协议、数据链路层协议、数
6、据链路控制协议以及其它高层的如：流控制协议、串行通信协议、类 HTTP 的实体交换协议、图象交换协议、局域网接入协议等等。目前，相距很近的便携硬件之间的链接是通过红外线链路（简称IrDA）进行的。应用红外线收发器链接虽然能免去电线或电缆的连接，但使用起来仍有许多不便，不仅距离只限于 12m ，而且必须在视线上直接对准，中间不能有任何阻挡。同时只限于在两个设备之间进行，不能同时链接更多的设备。 “蓝牙”技术的无线电收发器的链接距离可达 30 英尺，并且没有直线链接要求，甚至不在同一间房内的设备也可以形成相互链接。链接最大数目目前可达 7 个，相信随着技术的进步这一限制很快就将被突破。 从长远来看
7、，蓝牙所具有的灵活性显然是更为引人注目的技术亮点，红外线信号传送在某些领域仍然具有独特的优势，这种优势也许恰恰弥补了无线传输未来霸主蓝牙的罩门。蓝牙和红外这两种以光谱的两极为名的技术也许预示着只有它们充分结合才能给世界提供一个全面的、色彩缤纷的无线传输服务。它们所应当瞄准的并不是对方，而应当是目前单薄的应用开发、可怜的支持体系和媒体不负责任的承诺。 传统方式的 PC 端涉及的通信软件一般采用 8086 汇编语言或 C 语言提供的端口读写语句来实现。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。可方便地开发出界面友好的 GUI 图形界面。
8、三、红外通信的基本原理目前计算机领域广泛采用 IRDA（Infrared Date Association）协议作为无线传输标准。IRDA 标准包括三个基本的规范和协议：物理层规范，连接建立协议和连接管理协议。其中物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求， 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3速率时，使用 4PPM（脉冲位置）调制。I
9、RDA 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 位宽或 1.6us 宽（1.6us 是最高位速率115.2kbps 的位宽的 3/16） 。逻辑 0 由一个光脉冲代表，0 位的开始对应脉冲的上升沿，而逻辑 1 由无光脉冲代表。I四、系统硬件设计(1) 红外发射电路本系统采用 RS-232 串口通信，若采用软件编解码方案反而比较麻烦，故本设计还是采用了硬件编解码方案。电路如下图示：（2） 红 外接收电路红外接收电路可采用专用的集成电路芯片。集成红外接收电路4一般具有灵敏度高、性能稳定、低功耗等特点。但专用的集成电路芯片价格比较昂贵，本设
10、计采用了一种廉价的、由常用芯片组成的接收电路。设计电路如下：（3） 录音机电路MIC 输入音频信号经过 A/D 转换接口电路转换为数字信号，然后再保存到微机中。D/A 转换接口电路 将微机输入的数字音频信号转换为模拟音频信号，再通过数字录音接口电路的 SPEAKER 回放为声音。5五、系统软件开发数据段定义如下：mybuffer1 db 32767 dup(0)mybuffer2 db 32767 dup(0)DisplayName db “OK“,0Already db “Already“,0luport equ 29ah ;录音口地址fangport equ 290h ;放音口地址data
11、_qu db 60000 dup(0) mybuf db 60000 dup(0) ;录音数据存放数据区(1)8250 初始化程序设波特率为9600，7个数据位，1个停止位，奇校验， mov dx,283hmov al,80h ；置DLAB=1out dx,al ；写入通信线路控制寄存器 mov dx,280h mov al, 0ch ；置产生9600波特率除数低位out dx,al ；写入除数锁存器低位mov dx,281h mov al,0 ；置产生9600波特率除数高位out dx,almov dx,283hmov al,0bh ；设置数据格式out dx,al ；写入通信线路控制寄存器
12、 (2)字符与文本文件发送和接收程序重复发送同一字符代码“e”程序：chck: mov dx,285hin al,dxtest al,20hjz chckmov dx,280hmov al,“e“out dx,alloop chckmov al,1bhout dx,al jmp chck发送键盘字符程序：invoke GetWindowText,hEdit,ADDR mybuffer1,20000mov ecx,eaxmov esi,offset mybuffer16chck: mov dx,285hin al,dxtest al,20hjz chckmov dx,280hlodsbout d
13、x,alloop chckmov al,1bhout dx,al接收程序：mov ecx,eaxmov edi,offset data_qurec: mov dx,285hin al,dxtest al,01hjnz rcvjmp recrcv: mov dx,280hin al,dxcmp al,1bhjz over3stosbjmp recover3: invoke SetWindowText,hEdit,ADDR data_qu（3）录音和放音程序录音程序：mov edi,offset data_qu ;置数据区首地址为 DImov ecx,20000 ;录 60000 个数据cldxu
14、nhuan:mov dx,luport ;启动 A/Dout dx,aldelay:push dxmov al,10h ;设 8253 通道 0 工作方式 0mov dx,2a3hout dx,almov al,200 ;写入计数器初值 200mov dx,2a0hout dx,almov dx,28bh ;设 8255 的 A 口为输入mov al,9bhout dx,almov dx,288h ;从 8255 的 A 口输入7delay1:in al,dxand al,1 ;判断 PA0 是否为 1jz delay1 ;若 PA0 不为 1,转 de_laypop dxin al,dxpu
15、sh ax ；转化为十六进制显示and al,0f0hpush cxmov cl,4ror al,clpop cxpush axcmp al,09hja abcxor al,30hmov bl,alstosbabc: pop axcmp al,0ahjl xunadd al,37hxun:pop axand al,0fhpush axcmp al,09hja abxor al,30hstosbab:pop axcmp al,0ahjl xunhadd al,37h ;从 A/D 读数据到 ALstosb ;存入数据区,使 DI 加 1xunh: loop xunhuan invoke SetW
16、indowText,hEdit,ADDR data_quInvoke MessageBox, hWin, ADDR Already,ADDR DisplayName,MB_OK放音程序：mov ecx,20000lea esi,data_qu lea edi,mybufluyin:lodsb ；将十六进制代码转化回去push ax8and al,0f0hpush cxmov cl,4ror al,clpop cxpush axcmp al,9ja ABCDxor al,30hstosbABCD: pop axcmp al,Ajl xunnNsub al,37hstosbxunnN:pop ax
17、and al,0fhpush axcmp al,9ja abCCxor al,30hstosbabCC: pop axcmp al,Ajl xunhCsub al,37hstosbxunhC:loop luyinmov ecx,20000 ;放 60000 个数据mov esi,offset data_qu ;置数据区首地址为 SIcldfang_yin: mov dx,fangportlodsb and al,0fhpush cxmov cl,4rol al,clpop cxmov bl,al lodsband al,0fhor al,bl ;从数据区取出数据out dx,al ;放音del
18、ayP:push dx9mov al,10h ;设 8253 通道 0 工作方式 0mov dx,2a3hout dx,almov al,250 ;写入计数器初值 200mov dx,2a0hout dx,almov dx,28bh ;设 8255 的 A 口为输入mov al,9bhout dx,almov dx,288h ;从 8255 的 A 口输入delay2: in al,dxand al,1 ;判断 PA0 是否为 1jz delay2 ;若 PA0 不为 1,转 de_laypop dxloop fang_yin ;循环（4）语音发送和接收程序语音发送程序：mov cx,6000
19、0mov esi,offset data_quchck: mov dx,285hin al,dxtest al,20hjz chckmov dx,280hlodsbout dx,alloop chck语音接收程序：mov cx,60000mov edi,offset data_qurec: mov dx,285hin al,dxtest al,01hjnz rcvjmp recrcv: mov dx,280hin al,dxstosbloop rec六、 统软硬件调试步骤（1）微机红外接口的调试1、编一简单程序使 8250A 重复送出同一字符代码。通过示波器双踪观察108250A 的有关输出信
20、号。连接红外接口脉冲调制发射电路。用示波器检查调制电路输出波形是否正确。2、 接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。（2）软件的编制与调试步骤1、通过编程实现本机自发自收，发送键盘字符，在屏幕上显示出来。2、编程实现双机无线通信，使本机键盘字符在另一机上显示出来。3、通过编程实现文本文件读出（显示）和保存。4、通过编程实现图形文件读出（显示）和保存。5、将文本文件读出（显示） ，然后通过红外接口发送给另一计算机。6、通过红外接口电路接收文本数据，显示并保存。7、实现图形文件的读出（显示） ，通过红外接口发送给另一计算机。8、通过红外接口电路接收图形数据，显示并保
21、存。9、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。10、将语音数据通过数字录音接口电路的 SPEAKER 回放声音。11、输入语音信号并通过红外接口电路发送给另一机。12、通过红外接口实现双机间互相发送和接收语音数据并回放声音。（3）故障分析1、调试红外接收电路时，发现 Sin 端无信号输入，经检查电路后发现发射电路的发光二极管正负极接反了，改正错误后问题解决。3、在保存接收到的文本时发现保存失败，添加一段程序后问题解决。4、 在双机通信时发现接收的数据有错，经检查后发现双方对 8250 的初始化时波特率设置不一致，改正后问题解决。5、 在接收语音数据时发现传输速度过慢，检查
22、程序后发现初始化 8250 时只把波特率设为 1200，重设为 9600 后速度提高。6、 在调试电路时发现电路时好时坏，均由连线接触不良引起。七、系统改进措施及功能扩展在调试过程中发现的几个问题及改进措施：（1）语音回放的效果比较差。可考虑在 A/D 转换电路前加前置放大电路和带通滤波器，在 D/A 转换电路后加低噪声功率放大器。（2）传输的距离比较短，受干扰比较严重。在数据传输中，可靠性是一个重要的指标，为了克服干扰，增加传输的可靠性和传输距离，可采用提高光发射功率，使用光学元件如使用光学滤光镜滤除散杂光、使用聚光镜对发射光进行聚焦。还可引入差错控制技术（又叫信道编码） 。在计算机通信中，
23、差错控制的基本方式主要有三种：反馈重发纠错（ARQ）方式、前向纠错（FEC）方式、混合纠错（HEC）方式。为了提高数据传输的可靠性，可以考虑使用以上三种纠错方式。八、实验小结通过本次课程设计，进一步了解了 8250、8253 和 8255 等原理与编程方法。进一步掌握了高档微机的汇编程序设计方法。初步了解了红外数据通信原理以11及红外通信协议。并掌握了 0809 和 0832 等 A/D、 D/A 芯片的硬件连接与编程方法。通过实验，初步掌握了数字录音电路的设计编程方法。并掌握了微机短距离无线数据传输和软、硬件系统综合设计的原理和方法。此外，通过故障的发现与排除，还进一步提高了动手能力。同时在实验中出现的种种问题也反映了我们平时掌握知识的知识不足，且理论与实践不是结合的非常紧密。 九、参考文献1 陈汝全.微机接口技术.电子科技大学出版社，19952 邱玉春 李文俊 . 单片机系统中的红外通信接口 电子产品世界 2000.53 (美)Charles Petzold. Windows 程序设计(第 5 版).北京大学出版社.19994 邹逢兴. 计算机硬件技术基础.19985(美)Chris Cait. Windows WDM 设备驱动程序开发指南 .机械工业出版社.20006孙文杰. 微型计算机硬件接口实用编程.北京航空航天大学出版社.1996
