摘要：采用用途廣泛的紅外線通信技術(shù)設(shè)計(jì)了一款基于計(jì)算機(jī)串口的紅外邏輯分析儀,介紹其硬件電路原理及上位機(jī)和下位機(jī)(單片機(jī))的軟件設(shè)計(jì)方法。實(shí)現(xiàn)了對(duì)紅外線信號(hào)的可視化分析。
關(guān)鍵詞：串口 紅外通信 虛擬邏輯分析儀
引言
紅外通信技術(shù)是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，是傳統(tǒng)設(shè)備之間連接線纜的替代技術(shù)，是目前國(guó)際上普通采用的一種近程無(wú)線傳輸技術(shù)，常用于智能小區(qū)控制系統(tǒng)和電話教學(xué)交互式遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，但是目前的家電（如空調(diào)、錄像機(jī)、VCD機(jī)等）有各種不同的品牌和型號(hào)，其紅外遙控編碼及發(fā)送格式不盡相同。為了能夠用一臺(tái)通用控制器對(duì)多種不同型號(hào)的家電進(jìn)行控制，本文利用功能強(qiáng)大的單片機(jī)和編程軟件VB設(shè)計(jì)了一種基于計(jì)算機(jī)串口的通用型智能紅外邏輯分析儀，它可對(duì)各種電器的紅外遙控器所發(fā)射的控制信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、存貯和再現(xiàn)。還可通過(guò)紅外硬件接口識(shí)別出紅外信號(hào)并送入單片機(jī)處理，然后利用VB開發(fā)的虛擬軟件在電腦屏幕上實(shí)時(shí)顯示采集到的紅外信號(hào)波形，便于設(shè)計(jì)人員對(duì)各種調(diào)制方式的紅外信號(hào)進(jìn)行“可視化”的分析與研究。
1 硬件設(shè)計(jì)
1.1 串行通信的基本原理
串行端口本質(zhì)上是計(jì)算機(jī)的CPU和外部串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為串行的俠。而在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位則被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。在Windows環(huán)境下，串行端口是Windows系統(tǒng)資源的一部分。如果要使用串口進(jìn)行通信，應(yīng)用程序必須在使用前向操作系統(tǒng)提出使用串口資源的申請(qǐng)（創(chuàng)建并打開串口），然后進(jìn)行相應(yīng)的串口參數(shù)配置，雙方的串口才可進(jìn)行通信，通信完畢后，還必須釋放系統(tǒng)資源（關(guān)閉串口）。串口通信程序的流程如圖1所示。
1.2 89C51的串行口
89C51內(nèi)有一個(gè)全雙工的串行口，它有4種工作方式：方式0，串行接口為移位寄存器I/O方式；方式1，串行接口被控制為8位的異步通信接口，實(shí)際上，此時(shí)傳送一幀住處應(yīng)為10位，其中1位為起始位，8位為數(shù)據(jù)位，1位為停止位，在該方式中，波特率可變;方式2和方式3被定義為9位的異步通信接口，此時(shí)傳送一幀信息為11位，其中1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位可編程數(shù)據(jù)位，1位停止位，工作方式的選擇由芯片內(nèi)的特殊功能寄存器SCON（串行口控制寄存器）來(lái)設(shè)備。

1.3 接口電路
為了能使單片機(jī)與PC進(jìn)行通信，必須使其遵循相同的通信協(xié)議。由于89C51的串行口輸入/輸出為TTL邏輯電平，高電平為3.8V左右，低電平為0.3V左右，因而這種以TTL電平傳送數(shù)據(jù)的方式的抗干擾性較差。而計(jì)算機(jī)內(nèi)部的RS-232C串行口用±12V和-12V電平方式，這種方式中，信號(hào)0和信號(hào)1的電平差別增大，從而增強(qiáng)了抗干擾性。但是，為了解決這種電平不一致的矛盾，必須采用一個(gè)RS-232C電平轉(zhuǎn)換器，文中采用的MAX232自身帶有電源電壓變換器，可把+5V電壓變換成RS-232輸出電平所需的±10V電壓，因而采用這種方式進(jìn)行串行通信具有較好的性能和低廉的價(jià)格。如果通信距離較遠(yuǎn)，還可以通過(guò)增加MAX485轉(zhuǎn)換器來(lái)連接MAX232以滿足要求。其硬件接口電路原理如圖2所示。
2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 紅外遙控編碼及傳送格式
紅外通信的基本原理是在發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，然后通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。常用的有通過(guò)脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈寬調(diào)制（PWM）和通過(guò)脈沖串之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈沖調(diào)制（PPM）兩種方式。本系統(tǒng)采用的是脈時(shí)調(diào)制方法。在調(diào)制脈沖寬度編碼方式下，“0”是由時(shí)間間隔為T的一串38.5kHz載波脈沖后加時(shí)間間隔壁為T0的無(wú)載波脈沖的空閑狀態(tài)來(lái)表示；而“1”是由時(shí)間間隔壁為T的一串38.5kHz載波脈沖后加時(shí)間間隔為T1的無(wú)載波脈沖的空閑狀態(tài)來(lái)表示，其中T1大于T0。

圖2

為了提高抗干擾能力和通訊可靠性，多數(shù)紅外遙控發(fā)射器在發(fā)送二進(jìn)制編碼前要插入各種引導(dǎo)碼，以便接收器識(shí)別。為了區(qū)分不同類型的遙控器，還需要發(fā)送地址碼和校驗(yàn)碼，另外不同遙控器所發(fā)送的碼長(zhǎng)也不相同。一般的傳送格式如圖3所示。
2.2 單片機(jī)的軟件編程
單片機(jī)（下位機(jī)）部分的編程主要是完成單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的串行通訊。該軟件主要由串口初始化子函數(shù)、單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器T0中斷子函數(shù)、紅外信號(hào)發(fā)送子函數(shù)等3大模塊組成。其具體程序如下：
#include>at89x52.h)
#define byte unsigned char
#define WAR_0 P1_1 //定義接收引腳
#define LED_RECEIVE P1_0 //定義指示燈引腳
//晶振 22.1184MHz
//波特率=((xtal/12/t1_over_rate)/32)*2^pcon
byte bdata buffer=0;
sbit way0=buffer^0;
byte i=0;
bit start=0;
void send char(unsigned char word)//串口發(fā)送子函數(shù)
{
TI=0;
SBUF=word;
While(TI==0);
TI=0;
}
void t0_service(viod) interrupt 1 using 1//T0中斷子函數(shù)
{
wa