毕业设计—红外线技术

1、装订线XXXX大学 毕业设计（论文）摘 要在教学、产品演示中，将PPT与投影仪配合使用，有很好的放映效果。针对操作者需要不断在计算机前操作鼠标才能实现幻灯片的放映这一不便之处，本文设计了一种结构简单，成本低廉，性能可靠的红外PPT翻页控制器，可以进行远距离控制PPT的放映。之所以选择红外线技术，是因为红外通信数据传输装置电路简单，易于实现，在一些需要数据交换的场合，当数据量不是很大，实时要求不是很高的情况下，使用红外通信方式，可以完成低误码率、高速率的信息传输。本设计采用单片机来构建红外发射电路和解码电路，采用USB接口芯片PDIUSBD12来实现USB设备的枚举和数据传输，实现与PC机的US

2、B总线通信，进而实现对PPT翻页的控制，且实现了设备的热插拔。该控制器可大大增强PPT演示人员与观众的交流。 关键词：红外编码、红外解码、单片机、PDIUSBD12芯片Abstract In the school teaching and product demonstration,coordination PPT and the projecting apparatus has showed good effect. In view of the inconvenience which the coperator needs to operate the mouse constantly b

3、eside the computer .The paper is designed about the infrared controller which controls PPT remotely ,and is simple mechanism,low cost,and reliable performance. Infrared technology was chosen because infrared communication data transmission device circuit is simple and very easy to realize.In some oc

4、casions where it needs to exchange data and the data capacity is not large and the real-time requirement is not harsh ,the use of infrared communication mode can complete information transmission in the low-error rate and the rate of high-speed way.The design uses a microcontroller to build infrared

5、 transmitter circuit and decoding circuit. PDIUSBD12 which is USB interface chip is used to implement USB device enumeration and data transfer, and realize the USB-bus communication of PC device, so as to realize the control of the PPT page.And it realize the effect of hot-plug. The controller can g

6、reatly enhance the PPT presentation personnel exchanges with the audience.Keyword: IR codes IR decoding SCM PDIUSBD12 chip目录摘要1Abstract21 前言51.1 红外遥控的认识51.1.1 遥控技术51.1.2 红外通信的协议标准51.1.3 红外遥控的基本原理61.1.4 单片机和红外线控制61.2USB接口技术71.2.1 USB技术简介71.2.2 PDIUSBD12芯片特点71.3 论文研究内容和意义71.3.1 研究内容71.3.2 研究意义72 系统分析9

7、2.1 方案论证92.2 总体设计框图113 红外发射电路设计123.1 单片机及其硬件电路设计123.1.1 单片机的介绍123.1.2 振荡电路153.1.3 复位电路153.1.4 按键电路163.1.5 红外发射二极管电路163.2 单片机红外发射电路设计173.2.1 红外编码原理173.2.2 基于字节传输的红外收发数据格式193.3 红外发射总体电路图193.4 红外发射程序流程图204 红外线接收224.1 红外接收头224.2 红外线的的解码224.3 红外接收程序流程图235 单片机与PC机间通信245.1 USB对设备要求的响应245.2 USB芯片PDIUSBD1226

8、5.3 固件程序295.3.1 固件编程的主要工作295.3.2 固件的文件结构305.3.3 描述符315.4 USB电气接口驱动325.4.1 设备驱动程序简介325.4.2 Windows2000驱动程序335.4.3 WDM驱动程序结构模型335.4.4 标准总线驱动程序和类驱动程序355.4.5 WDM驱动程序的结构365.4.6 驱动程序装入的实现365.5 红外接收及USB总线串行通信电路设计385.5.1 电路设计框图385.5.2 红外接收及USB总线串行通信电路设计386 实验调试396.1 红外发射模块通信的调试与测试396.2 红外接收模块通信的调试与测试40结论及心得

9、体会41谢 辞42参考文献43附录441 前言1.1 红外遥控的认识1.1.1 遥控技术远程遥控技术又称为遥控技术，是指实现对被控目标的遥远控制，在工业控制、航空航天、家电领域应用广泛。红外遥控是以红外线作为载体来传送遥控命令的，其波长介于红光和微波之间，0.773.0m为近红外区，3.06.0m为中红区，6.020m为中远红外区，201000m为远红外区。红外遥控技术是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，在通过云雾尘埃等充满悬浮粒子的物质时不易发生散射，有较强的穿透能力，还具有不易受干扰于产生等优点，被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用

10、，并越来越多的应用到计算机系统等遥控装置中。 红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为0.76m1.5m。用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件与红外接收器件的发光与受光峰值波长一般为0.8m0.94m，因此，红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通讯效果，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。在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。 1.1.2 红外通信的协议标准为了建立一个统一红外数据通信标准，1993年由HP、COMPAQ、INTEL等二十多家公司

11、成立了红外数据协会。一年后，第一个IrDA的红外数据通信标准发布，即Ir-DA1.0。Ir-DA1.0简称STR Serial Infrared，它是基于HP-SIR的异步、半双工红外通信方式。STR以系统的异步通信收发器UART为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接受光信号电脉冲的波形扩展这一编码解码过程3/16EnDec实现红外数据传输。由于受到UART通信速率的限制，STR的最高通讯速率只有115.2Kbps，及电脑串行端口的最高速率。1996年，IrDA发布了Ir-DA1.1标准，即Fast In-frared，简称FIR。与SIR相比，由于FIR不在依托UART，其最高通信速率

12、有了质的飞跃，可达4Mbps。FIR采用了全新的4PPM调制解调，即通过分析脉冲的相位来辨别所传输的数据信号，其通信原理与SIR是截然不同的，但由于FIR在115，Kbps一下速率是依旧采用SIR的编码解码过程，所以它仍然可以与支持SIR的低速设备进行通信。IrDA1.2标准为低功耗的IrDA1.0标准，现已普遍应用于手持设备。随着移动计算机设备和移动通信设备的日益普及，红外数据通信已经进入一个发展的黄金期。自1993年IrDA成立以来，红外数据协会的会员已经发展到150多个，当今在IT业和通信业叱咤风云的大公司几乎都在其中，由此可见IrDA标准已经获得了业界的广泛认同和支持。目前已经开发生产

13、出来的具体红外通信能力的设备已经有一百多种，红外模块的年装机量已经达到一亿五千万套，并以每年40%的速度高速增长。尽管现在有了同样用于近距离通的蓝牙技术，但红外通信技术以其成本低廉和广泛的兼容性等优点，势必会在将来很长一段时间内在近距离无线通信领域扮演重要角色。1.1.3 红外遥控的基本原理红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波，通常采用调制载波脉冲发射方式，有利于提高峰值功率，减小驱动电流的平均值，提高发光效率和抗干扰能力。发射机一般由指令键、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载体

14、进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定指令编码信号。红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由单片机传送给USB芯片PDIUSBD12，再经过USB接口的D-和D+引脚与PC机进行通信，控制PPT的翻页。1.1.4 单片机和红外线控制传统

15、的遥控器大多数采用了无线电遥控技术，但是随着科技的进步，红外线遥控技术的成熟，红外也成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。由于红外线抗干扰能力强，且不会对周围的无线电设备产生干扰电波，同时红外发射接收范围窄，安全性较高。红外遥控虽然被广泛应用，但各产商的遥控器不能相互兼容。当今市场上的红外线遥控装置一般采用专用的遥控编码及解码集成电路，由于其灵活性较低，应用范围有限，所以采用单片机进行遥控系统的应用

16、设计，遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、功耗低、功能强、成本低、可靠性高等特点，因此采用单片机的红外遥控技术具有广阔的发展前景。1.2 USB接口技术1.2.1 USB技术简介随着数字化的广泛应用，数据采集也越来越重要，传统的外设与主机的通信口一般采用ISA、PCI、C PCI、1394等标准，基于这些接口的产品，安装麻烦，价格昂贵，并受计算机插槽数量、地址中断资源限制，且可扩展性差，USB的出现，很好地解决了以上问题。 USB作为一种新型的串口通信标准，具有较高的传输速率，支持热插拔和即插即用，可扩展性好，采用总线供电，使用灵活。它共有4种传输模式：控制传输、同步传输、中断传输

17、、批量传输，以适应不同设备的需要。信息技术与电子技术的迅猛发展，使得计算机和外围设备也得到飞速发展和应用。过去人们单纯追求计算机与外设之间的传输速度，现在纠错能力和操作安装的简易性也成为人们关注的目标。USB通讯技术的出现，使高传输速度、强纠错能力、易扩展性、方便的即插即用，有机的结合在一起。采用PDIUSBD12芯片和89C51单片机设计的基于USB总线的数据采集系统，具有可靠性高、数据不丢失、抗干扰性强、便于数据传输和处理等优点，可在信号测试、信号采集场合广泛使用。1.2.2 PDIUSBD12芯片特点PDIUSBD12是一个性能优化的USB器件，通常用于基于微控制器的系统，并通过高速通用

18、并行接口与微控制器进行通信，而且支持本地DMA传输。该器件采用模块化的方法实现一个USB接口，允许在众多可用的微控制器中选择最合适的作为系统微控制器，允许使用现存的体系结构使固件投资减到最小。这种灵活性减少了开发时间、风险和成本。该器件使开发成本低且高效的USB外围设备的一种有效途径。PDIUSDB12完全符合USB1.1规范，也能适应大多数设备类规范的设计，如成像类、大容量存储类、通信类、打印类和人工输入设备等。因此，PDIUSBD12非常适合做很多外围设备。现在很多用SCSI实现的很多设备如果用USB来实现可以直接降低成本。PDIUSBD12还集成了SoftConnect、GoodLink

19、、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等特性。所有这些特性都能在系统实现时节省成本，同时在外围设备上很容易实现更高级的USB功能。1.3 论文研究内容和意义1.3.1 研究内容本设计主要研究并设计一个基于单片机的红外遥控系统，并实现对PPT翻页的控制。本控制系统主要是由AT89C51系列单片机、电源电路、红外编码发射电路、红外解码接收电路、USB芯片控制电路等部分组成。单片机编码发射遥控信号经红外接收处理传送给单片机，单片机经过解码后把不同的信息码传输给PDIUSBDI2芯片，最后经过PDIUSBDI2芯片的处理把信息码传输给USB接口，与PC机进行交流，从而控制PPT的翻页。1.3.2 研究意

20、义PPT在多媒体媒体、工作汇报、广告宣传、产品演示等方面应用广泛，成效显著。但是，在使用该软件时，操作人员需要不断地再计算机前通过操作鼠标来实现幻灯片的连续放映，给操作人员带来很多不便。并且对于学生来说，由于老师只能在讲台处讲课，教室后排的一些同学会出现不认真听课的现象，并且老师的肢体语言教学受到限制。通过本系统可以使操作人员离开PC机，增强演示场合的人机交互性能，具有重要的现实意义。2 系统分析2.1 方案论证 （1）单片机控制器模块 方案一：采用目前比较通用的51系列单片机。 此单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大，市场上比较多见价格便宜且技术比较成熟容易实现。 方案二：采用凌阳16

21、 位单片机SPCE061A 作为控制核心。 与51单片机相比，SPCE061A具有更加丰富的资源，有32个可编程的I/O口，14个中断源。但考虑到本设计没有用到如此多资源且价格贵，市场比较少见，技术不稳定。 综合分析考虑，选择方案一。 （2）38kHz载波实现 利用载波对信号进行调制从而减少信号传输过程中的光波干扰,提高数据传输效率。以下是对产生38kHz载波的单片机软件与硬件电路进行比较。 方案一：单片机T0定时产生38KHz载波 电路原理:AT89C51定时器T1产生周期性的26.3us的矩形脉冲,即每隔13us，定时器T1产生中断输出一个相反的信号使输出端产生周期的38kHz脉冲信号。计

22、算公式如2-1所示，脉冲图如图2.1所示。 图2.1 38kHz载波信号方案二：硬件晶振电路产生38kHz载波 电路分析: 晶振Y1，电容C1、C2、U1A、R2 、R3组成38kHz载波振荡电路，MC14011是逻辑与非门。U1B对38KHz的振荡信号取反，同时隔离前后级的信号干扰。如图2.2所示。P11属于单片机P1口用于单片机对受控对象控制信号处理后的数据输出口，数据与38kHz信号与P11端数据逻辑或非门输出，完成信号的调制。图2.2 脉冲产生的硬件电路图对于产生38kHz脉冲信号的软、硬件电路的实现进行比较选择，软件实现经济有利于产品开发使用，加密性强，电路板元件少，经济实用，便于产

23、品的推广。因而采用方案一，即用软件定时产生38KHz的载波信号。 （3）红外解码电路的比较 方案一：采用单片机加专用解码芯片 其优点是软件设计简单，但增加了外围电路的设计，使得单片机的IO口减少不利于多路开关电路的扩展。 方案二：采用单片机软件解码 其外围电路简洁，空出的IO口多，利于单片机扩展多路开关电路的设计，而编程就会复杂些。 根据实际情况进行选择，采用方案二。 （4）驱动与开关 方案一：采用晶闸管直接驱动发光二极管。 其优点是体积小，电路简单，外围元件少。但控制电流小，大电流晶闸管成本高，并且隔离性能差。 方案二：采用三极管驱动发光二极管。 其体积大，外围元件多。优点是控制电流大，隔离

24、性能好。 根据实际情况，拟采用方案二（5）独立按键与矩阵按键方案一：独立按键编程简单，但一个按键对应一个IO口，浪费IO口，毕竟单片机系统的IO资源很有限。方案二：矩阵按键节省IO口，可实现较多的功能，但是编程复杂。由于本系统只实现PPT的上翻和下翻，所以选择方案一。2.2 总体设计框图 按照系统设计的功能要求，结合上述方案的论证，初步确定设计的系统主要由发射部分、接收部分和USB接口部分组成：发射部分键盘采用独立按键，单片机的P1.6、P1.7口为数据采集入口，P3.0口为数据输出口。根据扫描到不同的接口输入，经过AT89C2051的分析，P3.0输出不同的信号值，按照数据处理要求从P3.0

25、输出控制脉冲与T1产生的38KHz的载波（周期是26.3s）进行调制，经NPN三极管对信号放大驱动红外发光管将控制信号发送出去。红外数据接收则是采用HS0038一体化接收头，内部集成遥控信号的接收、放大、检波、整形的功能，红外信号经过HS0038的处理变成电信号，传给AT89C51单片机进行解码，根据不同的解码结果，单片机给PDIUSBD12不同的指令，指令经PDIUSBD12处理把不同的信号通过USB接口与PC机进行交流。整个总体设计框图如图2.3所示。单 片 机单 片 机PC 机USB接口PDIUSBD12红外接收头红外发射电路独立按键图2.3 总体设计框图3 红外发射电路设计3.1 单片

26、机及其硬件电路设计3.1.1 单片机的介绍（1）AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。a. 主要特性：与MCS-51 兼容，4K字节可编程闪烁存储器，寿命：

27、1000写/擦循环，数据保留时间：10年，全静态工作：0Hz-24Hz，三级程序存储器锁，1288位内部RAM，32可编程IO线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。 图3.1 AT89C51引脚图b.管脚说明： P0口：P0口为一个8位漏级开路双向IO口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电

28、阻的8位双向IO口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向IO口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数

29、据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向IO口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口， P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLAS

30、H编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，

31、则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。c.振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的

32、高低电平要求的宽度。d.芯片擦除： 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。（2）AT89C2051单片机 AT89C2051是由ATMEL公司推出的一种小型单片机。95年出

33、现在中国市场。其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接受，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。 AT89C2051共有20条引脚，2051继承了8031最重要引脚：P1口共8脚，准双向端口。P3.0P3.6共7脚，准双向端口，并且保留了全部的P3的第二功能，如P3.0、P3.1的串行通讯功能，P3.2、P3.3的中断输入功能，P3.4、P3.5的定时器输入功能。在引脚的驱动能力上面，AT89C2051具有很强的下拉能力，P1，P3口的下拉能力均可达到20mA.相比之下，AT89C51的端口下拉能力每脚最大为15

34、mA。但是限定9脚电流之和小于71mA.这样，引脚的平均电流只有9mA。AT89C2051驱动能力的增强，使得它可以直接驱动LED数码管，如图3.2所示。图3.2 AT89C2051引脚图3.1.2 振荡电路AT89C51内部有一个用于构成片内振荡器的高增益反相放大器, 振荡器产生的信号送到CPU, 作为CPU的时钟信号,驱动CPU产生执行指令功能的机器周期。引脚XTAL1和XTAL2是此放大器的输人端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器, 振荡电路的连接如图所示图3-3所示，外接石英晶体以及电容C1和C2构成并联谐振电路, 接在放大器的反馈回路

35、中。对外接电容C1和C2的值虽然没有严格的要求, 但电容的大小多少会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振圈内部振荡的接法的快速性和温度稳定性。外接石英晶体时, C1和C2一般取20-30pF。本系统的石英晶振为12MHz，电容取30pF。 图3.3 晶振电路3.1.3 复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态, 并从这个状态开始工作。无论是在单片机刚开始接上电源时, 还是断电后或者发生故障后都要复位。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输人到芯片的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时, 且振荡器稳定后, 如果RST引脚有一个高电平并维持2个机器周

36、期（24个振荡周期）, 则CPU就可响应并且将系统复位。复位分为手动复位和上电复位。本设计系统采用的是手动复位, 当按下按钮时, 即使人的动作很快, 也会使按钮保持通达数十毫秒，所以, 手动复位能确保复位时间要求。复位电路连接如图3.4所示。图3.4 复位电路3.1.4 按键电路按键K1、K2分别与单片机的引脚P1.7和P1.6连接，上拉电阻起到抗干扰和增强高电平的作用。当按键没有按下时，IO与Vcc相等为高电平1。当K1或K2被按下时，引脚P1.7或P1.6与GND连通，而Vcc与GND之间有10K的电阻，不至于造成短路，此时IO口上的电平与GND相等为低电平0。图3.5 按键电路3.1.5

37、 红外发射二极管电路 红外发射二极管电路是红外通信系统中一个用来发射信号的一个非常重要的元件，虽然它看起来比较小，不太明显，但是没有它，红外通信就只能是一句空话。它是实现红外通信的桥梁，其重要性就好像灯泡在照明系统中一样，使整个红外通信系统的焦点。常用的红外发光二极管（如SE303、PH303），其外形和发光二极管LED相似，发出红外光（近红外线约0.93m）。管压降约1.4V，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。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。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光的有效传送距离与

38、脉冲的峰值成正比，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，就是减少脉冲占空比，即压缩脉冲宽度T。根据系统设计要求，红外发送、接收距离大于等于10米，即要提高红外线作用距离，那么就应该提高发射管的瞬时发射功率，降低其平均功率。而采用一定的占空比的脉冲发射是解决发射功率与作用距离的有效途径。同时，加装聚光透镜，以改善其发射指向性能，提高作用距离。红外光束编码收发系统的有效作用距离是由馈送进发射LED的电流峰值所决定的，电流平均值越小，其功率越高。如下图3-6，改变R2的值，可以改变发射的距离。对下面的电路， ， （2.1）为电路工作电压，为管的工作电压，为发射管的正向电流，

39、为发射管的耗损功率。SE304红外发射管特性：耗损功率：=100mW； 正向电流：=50mA； 反向电压：=5V;结温：Tj=100C； 存放温度：Tstg=-40C+100C。在红外数据发射过程中，由于发送信号时的最大平均电流需几十毫安（对应mW级发射功率），所以需要三极管放大后去驱动红外光发射二极管（又称电光二极管）。软件编程将数据从P3口第6脚（P3.7）将数据输出。图3.6 红外发射二极管电路3.2 单片机红外发射电路设计3.2.1 红外编码原理本设计系统采用不同的脉宽宽度来实现二进制信号的编码，可由发送单片机来完成。用图3-7表示二进制信号中的高电平1，其特征是脉冲中低电平与高电平的

40、宽度均等于026ms，相当于10个26us 的宽度；用图2-12(b)表示二进制信号中的低电平0，其特征是脉冲中高电平的宽度等于026ms，而低电平的宽度是高电平的二倍，等于052ms，相当于20个26us 的宽度。上述l0个和20 个脉冲宽度还可适当调整，以适应不同数据传输速度的需要。在数据传输前先开始一段引导码，引导码由15个脉冲的低电平和15个脉冲的高电平组成。（a）高电平“1”的表示 （b）低电平“0”的表示（c）引导码的表示图3.7 二进制信号的编码二进制信号的调制仍由发送单片机来完成，它把编码后的二进制信号调制成频率为38KHz的间断脉冲串，相当于用二进制信号的编码乘以频率为38K

41、Hz的脉冲信号得到的间断脉冲串，即是调制后用于红外发射二极管发送的信号。如图3-8所示，A是二进制信号的编码波形，B是频率为38KHz(周期为26s )的连续脉冲串，c是经调制后的间断脉冲串(相当于C=AB)，用于红外发射二极管发送的波形。图3-8中，待发送的二进制数据为101。图3.8 二进制信号的调制3.2.2 基于字节传输的红外收发数据格式在发送字节的开始先通过单片机发送20个脉冲宽度(每个脉冲周期26us)的高电平作为传输开始，接着发送8位数据(字节高位在前，低位在后)，最后发送10个脉冲宽度的低电平作为传输结束，如图3-9所示。 图3.9 基于字节传输的红外收发数据格式3.3 红外发

42、射总体电路图 将指令脉冲编码信号调制在载波振荡器产生的载波上（也称脉码调制），然后用这脉码调制信号去驱动红外发光二极管，以发出经过调制的红外光波，其红外遥控系统电路框图如图3-10所示。AT89C2051按键开关红外发射驱动电路调制38KHz载波图3.10 红外线遥控系统框图根据以上的分析，红外发射部分总体电路图如图3-11所示。图3.11红外发射部分总体电路图3.4 红外发射程序流程图图3.12 发射主流程图 图3.13 键盘扫描子流程图图3.14 编码、发送子程序具体程序设计见附录1。4 红外线接收4.1 红外接收头二进制信号的解调由红外接收电路一体化的红外接收头HS0038来完成，一体化

43、的红外接收头HS0038的外部结构如图4.1所示，1脚GND接电源地，2脚VCC接+5V，3脚OUT为数据输出端(TTL电平，反相输出)，可直接与单片机相联。 HS0038 黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。它能与TTL、COMS 电路兼容。HS0038 为直立侧面收光型。它接收红外信号频率为38 kHz,周期约26 s。HS0038将红外信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL 信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。本系统中，它把收到的红外

44、信号经内部处理并解调复原，输出图4-1中波形E(正好是对图3.8中波形A的取反)，HS0038的解调可理解为：在输入有脉冲串时，输出端输出低电平，否则输出高电平。图4.1 HS0038的外观及其内部结构图4.2 红外线的的解码 二进制信号的解码由接收单片机来完成，它把红外接收头送来的二进制编码波形通过解码，还原出发送端发送的数据。如图4.2，把波形D解码还原成数据信息101。图4.2 HS0038的输入输出波形平时发射电路无键按下，红外发射二极管不发出信号，遥控接收头输出为高电平。有键按下时，信号输出引脚首先输出一个0.39ms的高电平和0.39ms的低电平引导码，此时与HS0038相连的单片

45、机某个IO口的电平被拉低。当0.39ms的低电平过后读到0.26ms的高电平和0.26ms的低电平，则表示“1”，当读到0.52ms的高电平和0.26ms的低电平相连的信号则表示“0”。4.3 红外接收程序流程图图4.3 红外接收程序流程图具体程序设计见附录25 单片机与PC机间通信5.1 USB对设备要求的响应 USB设备插入PC机USB接口之后，PC机要分若干步骤向USB设备发出设备要求，索要设备的各项描述符。只有当设备正确回应了主机的所有设备要求之后，设备列举完成，设备才能正常工作；否则，要么主机认为该设备是“未知设备”，要么显示该设备“工作不正常”。可见正确响应主机的设备要求是一个US

46、B设备应该首先完成的功能。 所有类的USB设备都必须对Get_Descriptor、Set_Address、Get_Configuration等标准设备要求做出响应，如表5.1所示。表5.1 USB设备作出的响应要求类型要求值索引长度传输数据00000000B00000001B00000010BClear_Feature（01H）特征选择器0接口端点0无10000000BGet_Configuration(08H)001设定值10000000BGet_Descriptor(06H)描述符类型描述符指数0或语言ID描述符长度各描述符10000001BGet_Interface0A(H)0接口1切

47、换接口10000000B10000001B10000010BGet_statue(00H)00接口端点2设备接口端点状态00000000BGet_Address(05H)设备新地址00无00000000BSet_Configuration(09H)设定值00无00000000BSet_Descriptor(07H)描述符类型描述符指数0或语言ID描述符长度各描述符00000000B00000001B00000010BSet_Feature(03H)特征选择器0接口端点0无00000001BSet_Interface(0BH)切换的特定接口0无10000010BSync_Frame(0CH)0端

48、点2帧号码表中，设备要求的BmRequestType域表示的是数据传输方向、要求类型以及接受对象的类型等信息，对每个设备要求来说是固定的；BmRequestType域与BmRequestType域配合起来就决定了一个具体的设备要求是什么，其他3个域包含了各个设备要求不同的具体参数，定性的就是要求传输的数据长度。除了标准设备要求之外，对不同的设备类，还可能有各自一些特殊的设备要求。表5.2中列出了HID设备特有的要求。表5.2 HID设备特有要求要求类型要求值索引长度传输数据10100001Get_report报告类型报告ID接口报告长度报告00100001Set_report报告类型报告ID接

49、口报告长度报告10100001Get_Idle0报告ID接口1闲置率00100001Set_Idle闲置间隔报告ID接口0无可用数据10100001Get_Protocol0接口10=Boot1=Report00100001Set_Protoco0=Boot1=Report接口0无可用数据当USB设备接收到主机发来的设备要求之后，它必须在一段时间内对这个要求做出响应。典型的设备列举过程如图5.1所示。图5.1 USB设备的典型列举过程由此可见，USB设备的一个基本特征就是能够正确相应主机的各种设备要求，但并不是所有USB设备都支持所有的设备要求，事实上也没有任何一种设备能够支持USB规范中定义

50、的所有设备要求。每种USB设备只需支持设备列举所必需的几个标准设备要求，就可以是主机成功识别设备，而设备实现的其他功能通常还需要支持一些其他的标准设备要求，以及类专有设备要求。有了这2部分功能，设备就可以正常工作了。以至于什么样的USB设备具体需要支持哪些设备要求，则要参考USB-IF关于不同USB设备类的定义文档。5.2 USB芯片PDIUSBD12PDIUSBD12 是一款性价比很高的USB 接口芯片器件，它通常用作微控制器系统中实现与微控制器进行通信的高速通用并行接口，也支持本地的DMA传输。这种实现USB接口的标准组件使得设计者可以在各种不同类型微控制器中选择出最合适的微控制器。这种灵

51、活性减小了开发的时间风险、以及费用，从而用最快捷的方法实现最经济的USB 外设的解决方案。PDIUSBD12 完全符合USB1.1版的规范，它还符合大多数器件的分类规格：成像类、海量存储器件、通信器件、打印设备以及人机接口设备。同样地，PDIUSBD12 理想地适用于许多外设，例如打印机、扫描仪外部的存储设备和数码相机等等，它使得当前使用SCSI 的系统可以立即降低成本。PDIUSBD12 所具有的低挂起功耗连同LazyClock输出可以满足使用ACPI、OnNOW和USB电源管理的要求。低的操作功耗可以应用于使用总线供电的外设。此外它还集成了许多特性，包括SoftConnet 、GoodLi

52、nk、 可编程时钟输出、低频晶振和终止寄存器集合。所有这些特性都为系统显著节约了成本，同时使USB 功能在外设上的应用变得容易。PDIUSBD12的引脚定义和内部结构框图如图5.2和图5.3所示。图5.2 PDIUSBD12的引脚图5.3 PDIUSBD12的内部结构框图表5.3 PDIUSBD12引脚定义管脚符号类型描述1DATAIO2双向数据位02DATAIO2双向数据位13DATAIO2双向数据位24DATAIO2双向数据位35GNDP地6DATAIO2双向数据位47DATAIO2双向数据位58DATAIO2双向数据位69DATAIO2双向数据位710ALEI地址锁存使能在多路地址/数据

53、总线中下降沿关闭地址信锁存。将其固定为低电平用于单地址/数据总线配置11CS_NI片选（低有效）12SUSPEND IOD4 器件处于挂起状态13CLKOUTO2可编程时钟输14INT_NOD4中断（低有效）15RD_NI读选通（低有效）16WR_NI写选通（低有效）17DMREQO4DMA请求管脚符号类型描述18DMACK_NIDMA应答（低有效）19EOT_NIDMA 传输结束（低有效），EOT_N 仅当DMACK_N 和RD_N或WR_N 一起激活时才有效20RESET_NI复位（低有效且不同步），片内上电复位电路，该管脚可固定接VCC21GL_NOD8GoodLink指示器（低有效）22XTAL1I晶振连接端1（6MHz）23XTAL2O晶振连接端2（6MHz）,如果采用外部时钟信号取代晶振可连接XTAL1 XTAL2 应当悬空