紅外通信的設計與實現(xiàn)

在電子消費領域當中，紅外產(chǎn)品的使用較為普遍，它多用于簡單的近距離控制，如家電，玩具，各種抄表系統(tǒng)。本文以Freescale 8位高性能、低功耗單片機MC9S08GT60為載體，詳細介紹紅外通信的硬件和軟件設計過程及通信協(xié)議的使用。

HCS08系列的MCU是Freescale半導體公司最新推出的8位單片機，具有多種低功耗模式，更高的工作頻率，并集成了片上調(diào)試器，而且資源豐富，因此采用了該系列的MC9S08GT60作為載體詳細討論了一個簡單實用的紅外通信開發(fā)系統(tǒng)。

紅外通信過程主要由紅外發(fā)射和紅外接收兩個過程，首先將數(shù)字信號送給紅外發(fā)射電路，經(jīng)該電路的調(diào)制轉變成紅外光信號在空中傳輸，然后紅外接收電路收到該紅外光信號，經(jīng)過該電路的解調(diào)，將此紅外光信號還原成可被單片機處理的信號，由單片機內(nèi)部處理得到原來的數(shù)據(jù)編碼。

2 紅外通信協(xié)議

協(xié)議的目的是給收發(fā)雙方一個約定，使其能夠進行同步，并正確的收發(fā)數(shù)據(jù)。本設計使用了類同步協(xié)議。當紅外接收器未收到信號時，不產(chǎn)生定時操作，否則，首先接收起始位‘0’，并觸發(fā)中斷，啟動定時器接收數(shù)據(jù)，然后判斷是否為起始位，如果是，則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，否則將定時器復位，重新檢測起始位，在接收第二個停止位時，會觸發(fā)一次中斷來檢測第一次接收的停止位是否正確，如果不正確，則復位定時器，重新接收，否則已經(jīng)正確接收該數(shù)據(jù)段。

3 紅外通信的原理分析

紅外通信在空中傳輸?shù)氖禽d波信號，當有載波通過時，接收端輸出數(shù)字信號‘0’，反之，輸出數(shù)字信號‘1’。因此在發(fā)射電路發(fā)送的功能指令碼，一般采用多位二進制串行碼。本文中，紅外通信數(shù)據(jù)采用脈沖編碼，就是將每位數(shù)據(jù)信號用一個脈沖來表示，脈寬為526 μs，兩個這樣的脈沖周期表示‘1’，一個這樣的脈沖周期表示‘0’。這樣的脈沖信號都調(diào)制在頻率為38 kHz的載波上再發(fā)送出去，調(diào)制后在空中傳輸?shù)男盘柧褪蔷哂幸欢〞r間間隔的載波信號，其占空比由數(shù)據(jù)編碼決定。在紅外接收端，數(shù)據(jù)處理的過程正好相反，在接收紅外光信號之后，會經(jīng)過整形、放大、濾波、調(diào)制等一系列處理，然后在其輸出端輸出一系列的單片機能夠處理的數(shù)據(jù)信號。

4 紅外通信硬件設計原理

4.1 發(fā)送電路的硬件設計

HCS08GT60單片機內(nèi)部有兩個TPM模塊，每個模塊有兩個通道，可以用任意一個通道的PWM功能，輸出38 kHz的載波信號，本文編程設計根據(jù)實驗條件的要求采用了TPM1通道1中心脈寬輸出功能產(chǎn)生38 kHz紅外載波信號。而PTA7口作為普通的輸入輸出口，產(chǎn)生一定脈寬的方波信號，作為數(shù)據(jù)編碼信號輸入。硬件原理圖如圖1所示。

原理圖中，電氣節(jié)點CODE跟PTA7口相連，產(chǎn)生數(shù)據(jù)編碼；電氣節(jié)點CLK跟TPM1通道1相連，產(chǎn)生38 kHz紅外載波信號。三極管基極串接的電阻和R5起到限流保護的作用，三極管本身則具有信號放大的功能，另外兩個三極管級聯(lián)將編碼調(diào)制在38 kHz的載波上通過紅外發(fā)射器發(fā)射出去。當編碼為‘1’時，Q1，Q2截止，紅外發(fā)射器上無電流通過，發(fā)射低電平信號，當編碼為‘0’時，Q1，Q2導通，此時載波信號通過Q2放大在發(fā)射器上體現(xiàn)出38 kHz的載波信號。因此在PTA7端口輸入不同的數(shù)據(jù)編碼，通過該發(fā)送電路，在發(fā)射器上會出現(xiàn)具有一定間隔的38 kHz載波信號，經(jīng)發(fā)射器將該載波信號轉化成光信號發(fā)射出去。載波脈沖調(diào)制信號的時序圖如圖2所示。