紅外控制的RS-485通信系統(tǒng)設計.doc

本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第II頁共II頁目 錄第1章 引 言31.1 RS-485通信技術的發(fā)展31.2 設計任務與方案31.2.1 設計任務31.2.2 系統(tǒng)總體設計方案4第2章 系統(tǒng)硬件設計52.1 硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)52.2 系統(tǒng)部件功能描述52.2.1 AT89C51單片機52.2.2 單片機最小應用系統(tǒng)72.2.3 紅外接收102.2.4 MAX485接口電路112.3 RS-485串口標準13第3章 系統(tǒng)的軟件設計153.1 MCS-51匯編語言簡介153.2 串行通信原理153.2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念153.2.2 串行通信的過程163.2.3 串行通信協(xié)議163.3 串行通信程序設計173.3.1 串行口的結(jié)構(gòu)和功能173.3.2 選擇串行口工作方式183.3.3 串行口波特率的設置183.3.4 初始化串口193.3.5 程序的編制193.4 紅外通信原理203.4.1 紅外發(fā)送原理213.4.2 紅外解碼原理223.5 紅外解碼程序設計223.5.1 延時子程序223.5.2 解碼子程序233.6 RS-485程序設計流程圖253.6.1 數(shù)據(jù)接收部分253.6.2 命令執(zhí)行部分253.6.3 數(shù)據(jù)發(fā)送部分26第4章 系統(tǒng)的調(diào)試284.1 WAVE6000軟件簡介284.2 程序調(diào)試284.3 系統(tǒng)硬件的調(diào)試30總 結(jié)31致 謝32參 考 文 獻33附 錄 一34附 錄 二35本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第45頁共45頁第1章 引 言1.1 RS-485通信技術的發(fā)展單片機技術和PC機技術在現(xiàn)實生活中都起著不可取代的作用，而結(jié)合這兩種技術的應用有著極大的發(fā)展前景。單片機和PC機串行通信技術有著其特有的魅力，現(xiàn)已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研等各個領域廣泛地應用。它憑著成本低、實現(xiàn)簡單等特點，在單片機與PC機的通信中占著一席之地。如今形成了RS-232總線標準、RS-485總線標準、總線、CAN總線、無線通信、USB總線等并行發(fā)展的趨勢。可以預測單片機和PC機串行通信技術的應用將更為廣泛，并隨著其他新技術的發(fā)展而發(fā)展。單片機與微機之間以RS-232通信最為常見，微機對外的兩個串口COM1、COM2都是專門為RS-232通信而設置的。雖然RS-232的通信方式方便，但它也有一些缺點。例如，RS-232只能實現(xiàn)短距離通信，通常只有十余米，要實現(xiàn)長距離通信還得依賴于調(diào)制解調(diào)器。另外，RS-232對地而言是共模傳輸方式，而各種電氣干擾大多也是對地共模方式，它的抗干擾能力不理想。RS-485通信方式與RS-232相比有很多優(yōu)點，首先它的通信距離比RS-232要遠得多，通?？梢宰龅綌?shù)百米甚至千米以上，而且還可以實現(xiàn)多點通信方式，從而可以建立一個小范圍內(nèi)的局域網(wǎng)，因而更有實用價值。RS-485采用差分信號傳輸方式，它的抗干擾能力比RS-232強的多，即便在信號電壓比較小的情況下也能獲得穩(wěn)定的傳輸。所以RS-485通信方式比RS-232應用要廣泛。近年來，紅外遙控技術在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)以及人們的日常生活中的使用越來越廣泛，特別是在家庭生活中，如電視、空調(diào)的遙控器，智能開關，電梯等。利用紅外遙控技術具有的控制簡單、實施方便、傳輸可靠性高的特點，將紅外遙控技術和RS-485通信技術結(jié)合起來，實現(xiàn)基于紅外控制的RS-485通信系統(tǒng)。這個通信系統(tǒng)將更加實用，也更容易實現(xiàn)。研究這個課題對于了解RS-485通信系統(tǒng)、紅外遙控技術都會有幫助。1.2 設計任務與方案1.2.1 設計任務 采用51單片機作為微處理器，設計出紅外控制的RS-485通信系統(tǒng)。要能過實現(xiàn)基于紅外控制的，可靠的RS-485串行通信。1.2.2 系統(tǒng)總體設計方案本次設計采用AT89C51單片機作為微處理器，51系列單片機以其優(yōu)良的性價比，得到了廣泛的應用。其特點主要有以下幾點：1.可靠性高因為芯片是按工業(yè)測控環(huán)境要求設計的，故抗干擾的能力優(yōu)于PC 機。系統(tǒng)軟件(如：程序指令，常數(shù)，表格)固化在ROM 中，不易受病毒破壞。許多信號的通道均在一個芯片內(nèi)，所以運作時系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。2.便于擴展片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件，片外有很多供擴展用的(總線、并行和串行的輸入/輸出)管腳，很容易組成一定規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)。3.控制功能強具有豐富的控制指令。如：條件分支轉(zhuǎn)移指令，I/O 口的邏輯操作指令，位處理指令。4.實用性好體積小，功耗低，價格便宜，易于產(chǎn)品化。整個系統(tǒng)分為兩大部分，第一部分是紅外發(fā)射（紅外遙控器），第二部分是紅外接收電路。本次設計所采用的紅外遙控器是現(xiàn)成的，里面的發(fā)射芯片是LC7461。紅外接收電路包括紅外接收和MAX485接口兩部分。當紅外遙控器有鍵按下時，紅外接收器接收到來自遙控發(fā)射器的紅外信號，將收到的紅外遙控信號轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)放大、調(diào)解、濾波后，經(jīng)紅外接收器將原編碼輸入到AT89C51的外部中斷0的引腳，然后由AT89C51對接收到的原編碼信號進行判斷、識別，然后做出相應判斷。PC機通過MAX485芯片實現(xiàn)和單片機的通信，紅外信號經(jīng)過解碼以后，按遙控器不同的鍵，在串口調(diào)試助手窗口會有不同的數(shù)字顯示。第2章 系統(tǒng)硬件設計2.1 硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)整個硬件系統(tǒng)是由紅外接收模塊和MAX485接口電路兩大部分組成，紅外接收模塊的作用是將接收的紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大、調(diào)解、濾波后，輸入到AT89C51，然后由AT89C51對所接收的原編碼信號進行判斷、識別、然后做出相應的處理。MAX485接口電路負責傳送數(shù)據(jù)。2.2 系統(tǒng)部件功能描述2.2.1 AT89C51單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖2.1所示為AT89C51的引腳圖，它的主要功能引腳有：1) 電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）:電源端，為+5V。Vss（20腳）:接地端。2) 外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL2（18腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在89C51片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。若須采用外部時鐘電路，則該引腳懸空。要檢查89C51的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脈沖信號輸出。XTAL1（19腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。3) 控制信號引腳RST RST（9腳）：RST是復位信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持兩個機器周期（24個時鐘振蕩周期）的高電平時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。4) 輸入/輸出端口P0、P1、P2和P3P0端口(P0.0P0.7,3932 腳)：P0口是一個漏極開路的8位準雙向I/O端口。作為漏極開路的八路輸出端口，每次能驅(qū)動8個LS型TTL負載。當P0口作為輸入口使用時，應先向口鎖存器(地址80H)寫入全1，此時P0口的全部引腳懸空，可作為高阻抗輸入。P1端口(P1.0P1.7,18 腳)：P1口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(吸收或輸出電流方式)4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P1作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流()。P2端口(P2.0P2.7,2128 腳)：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（）。P3端口(2128 腳)：P3口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。P3口與其它的I/O口有很大區(qū)別，它除作為般準雙向I/O口外，每個引腳還具有專門的功能，見表2.1。圖2.1 AT89C51引腳圖 表2.1 端口引腳功能端口引腳第二功能P3.0 (串行輸入口)P3.1 (串行輸出口)P3.2 (外中斷0)P3.3 （外中斷1）P3.4 （定時/計數(shù)器0）P3.5 （定時/計數(shù)器1）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）2.2.2 單片機最小應用系統(tǒng)單片機最小應用系統(tǒng)是指僅使用單片機內(nèi)部資源輔以必需的外圍電路所構(gòu)建的簡單的應用系統(tǒng)。它包括：單片機的選擇和單片機最小應用系統(tǒng)的設計。通過單片機的選擇，最大限度滿足應用系統(tǒng)對硬件資源的要求，本次課程設計選用AT89C51單片機。最小應用系統(tǒng)設計則是指單片機最基本的、最常用的外圍電路設計。時鐘電路和復位電路就可以構(gòu)成一個最小系統(tǒng)。1) 時鐘電路 時鐘電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。單片機工作時，是在統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下一拍一拍地進行著，這個脈沖是由時序電路發(fā)出的。時鐘信號可以由兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生時鐘信號；另一種為外部方式，時鐘信號由外部引入。AT89C51單片機有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。外接石英晶體和陶瓷晶體構(gòu)成自激振蕩器。這種方式稱為內(nèi)部時鐘方式，如圖2.2所示。如果振蕩器已啟振，則在XTAL2引腳上輸出3V左右的正弦波。振蕩器的頻率取決于晶振的頻率。電容C1和C2主要作用是幫助啟振（諧振），其值的大小對振蕩頻率也有影響。因此常用調(diào)節(jié)C1或C2的容量大小對頻率進行微調(diào)，電容容量通常在20pF100pF之間選擇，當時鐘頻率為12MHz時其典型值為30pF。本次設計就是采用內(nèi)部時鐘方式。圖2.2 內(nèi)部振蕩電路如果從外部時鐘頻率驅(qū)動器件，XTAL2可以不接，而從XTAL1接入，如圖2.3所示。對外部振蕩器的信號沒有特殊的要求，一般為0.512MHz的方波，方波的波形應盡量規(guī)范。 圖2.3 外部振蕩電路2) 復位電路復位是單片機的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，也須按復位鍵重新啟動。除PC之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響。復位是由外部復位電路來實現(xiàn)的，可分為上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。a) 上電自動復位上電自動復位電路只需在RST端接一個電容至Vcc和一個電阻至Vss即可，如圖2.4所示。上電復位的工作過程是在加電時，復位電路通過電容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。電路中，時間常數(shù)RC越大，上電時保持高電平的時間越長，當震蕩頻率為12MHz時，典型值C=10, R=8.2，當時鐘頻率選用6MHz時，C=22, R=1。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復位，RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，只要電源Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復位初始化。在圖2.4的上電復位電路中，當Vcc掉電時，必然會使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個負電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。本次設計就是采用上電自動復位電路。若上電復位失效，用戶上電后CPU從一個隨機狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)則不能正常工作。上電復位后，RAM單元數(shù)據(jù)是隨機的。圖2.4 上電復位電路b) 手動復位除了上電復位外，有時還需要手動復位。所謂手動復位，是指通過接通一按鈕開關，使單片機進入復位狀態(tài)。其電路圖如圖2.5所示。按一下開關就會在RST端出現(xiàn)一段時間的高電平，使單片機復位。圖2.5 手動復位電路2.2.3 紅外接收接收電路可以使用紅外接收器，一般不需要任何外接元件就能完成從紅外接收到輸出TTL電平兼容信號的所有工作，注意選擇接收器件時要保證接收器件的中心頻率與發(fā)射信號的中心頻率相匹配。本次設計紅外接收芯片采用LT0038。LT0038是塑封一體化紅外線接收器，它是一種集紅外線接收、放大、整形于一體的集成電路，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作，沒有紅外遙控信號時為高電平，收到紅外信號時為低電平，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。接收器對外只有3個引腳：Vcc、GND和1個脈沖信號輸出OUT，與單片機接口非常方便。脈沖信號輸出接AT89C51芯片的外部中斷0引腳，數(shù)據(jù)由紅外接收頭接收后，經(jīng)過單片機AT89C51進行解碼，數(shù)據(jù)由P1口輸出，因為P1口通常做通用的I/O口使用，所以在結(jié)構(gòu)上有其自身的特點；另外電路的內(nèi)部有上拉電阻，這些電阻與場效應管共同組成輸出驅(qū)動。為此，P1口作為輸出使用時，已能向外提供推拉電流負載，而無需再接上拉電阻。P1口出來的數(shù)據(jù)經(jīng)電阻分壓后直接接到發(fā)光二極管上，8個發(fā)光二極管對應8位的數(shù)據(jù)碼，當數(shù)據(jù)碼為“1”時亮，為“0”時暗，圖2.6所示是一個紅外遙控器的接收電路。采用這種連接方法,軟件解碼既可以工作于查詢方式，也可以工作于中斷方式。在實際應用中，還可以進一步增加抑制干擾電路和提高驅(qū)動能力電路，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。例如將遙控器的數(shù)字“1”按下時，則圖2.6中的紅外接收器接收來自遙控發(fā)射器的紅外信號，將接收的紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大、調(diào)解、濾波后，經(jīng)紅外接收器的第2腳(OUT)將原編碼輸入到AT89C51的12腳(外部中斷0)，然后由AT89C51對所接收的原編碼信號進行判斷、識別、然后做出相應的處理。圖2.6 紅外接收電路2.2.4 MAX485接口電路 MAX485芯片是用于RS-485通信的低功率收發(fā)器，芯片中包含有一個驅(qū)動器和一個收發(fā)器，它的電氣特性如表2.2所示。表2.2 MAX485芯片的電氣特性通信方式數(shù)據(jù)率/Mbps轉(zhuǎn)換率限制低功耗關機接收器/驅(qū)動器使能靜態(tài)電流/mA總線上收發(fā)器數(shù)目管腳數(shù)半雙工2.5NONOYES300328 MAX485芯片由八個引腳組成，圖2.7為其引腳圖，芯片各個引腳功能如下所示。1)腳(接收器輸出端)：若比大200 mV，為高；若比小200 mV，為低。2)腳(接收器輸出使能端)：為低時，有效；為高時，成高阻狀態(tài)。3)腳(驅(qū)動器輸出使能端)：若為高，驅(qū)動輸出和有效；若為低，它們成高阻狀態(tài)，若驅(qū)動器輸出有效，器件作為線驅(qū)動器用；若為高阻狀態(tài)時，為低，它們作線接收器用。4)腳 (驅(qū)動器輸入)：為低，將迫使輸出為低，為高；若為高，將迫使輸出為高，為低。5)腳：接地。6)腳：反相接收器輸入和反相驅(qū)動器輸出。7)腳：同相接收器輸入和同相驅(qū)動器輸出。8)：電源正極4.755.25V。圖2.7 MAX485芯片引腳圖MAX485芯片的引腳的邏輯關系如表2.3、表2.4所示。表2.3 MAX485發(fā)送邏輯關系輸入端輸出端X1101X101000X高阻抗高阻抗10X關閉關閉表2.4 MAX485接收邏輯關系輸入端輸出端00100000輸入端開路110高阻抗由于PC機的接口采用的是RS-232串行通信標準接口，所以MAX485芯片不可以直接與PC機串口相連，需要一個RS232-485轉(zhuǎn)換器，把RS-232信號電平轉(zhuǎn)換成RS-485的信號電平，然后再將RS-485電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，并在合適的通信協(xié)議和合理的通信程序支持下，完成PC機與單片機的長距離、抗干擾能力強的串行數(shù)據(jù)通信任務。MAX485芯片與PC機和AT89C51的接口電路如圖2.8所示。圖2.8 PC機與單片機接口電路2.3 RS-485串口標準單片機串行口的輸入輸出為TTL電平，抗干擾性較差，只能在幾米的范圍之內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。為了提高串行通信的可靠性，增強抗干擾性，增加傳輸距離，必須采用標準串行總線接口將串行口的輸入輸出電平進行轉(zhuǎn)換。目前流行的標準串行總線接口有RS-232C, RS-422A、RS-485等，它們各有優(yōu)缺點。RS-232C是最早的串行接口標準，在短距離(15m)，較低波特率串行通信當中得到了廣泛應用。RS-422A接口是對RS-232C接口的改進，它采用平衡傳輸電氣標準，輸入/輸出均采用差分驅(qū)動，因此具有更強的抗干擾能力，傳送速率也大大提高，它向外部的連接器采用9針“D”型插頭。RS-232C和RS-422A雖然應用廣泛，但有明顯的不足，主要體現(xiàn)為:接口的信號電平值較高，易損壞接口的電路芯片；必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路相連；傳輸速率較低；對噪聲的抗干擾性弱；傳輸距離有限。RS-485以良好的抗干擾性、長距離傳輸特性和多站能力等優(yōu)點成為用戶首選的串行接口。1) 性能特點a) RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（26）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（26）V表示。接口信號電平比RS-232C降低了，就不易損壞接口電路的芯片,且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。 b) RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。 c) RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。 d) RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達到3000米，另外RS-232C接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發(fā)器，即具有多站能力。RS-485接口所組成的半雙工網(wǎng)絡一般只需要兩根連線， RS-485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。RS-485接口連接器采用DB9插頭座。2) 與其他標準接口的對照表2.5是RS-485與其他標準接口的對照表。表2.5 標準串行接口的對照表RS-232CRS-422ARS-485工作方式邏輯“0”電平邏輯“1”電平節(jié)點數(shù)最大傳輸距離最大傳輸速率驅(qū)動器加載輸出電壓接收器輸入電阻抗干擾能力單端315V-15-3V1發(fā)1收50英尺20Kb/s5 15V37弱差分26V-6-2V1發(fā)10收400英尺10Mb/s2V4（最?。姴罘?(26)V+(26)V1發(fā)32收400英尺10Mb/s1.5V12強所以時至今日，雖然工業(yè)以太網(wǎng)、CAN等現(xiàn)場總線，ZIGBEE等傳感器網(wǎng)絡，USB等接口，IEEE802等無線網(wǎng)絡等都提供全面的配置，但是由于RS-485串行通信兼容性好，簡單易用，成本低，在工業(yè)通信上使用最廣泛的仍然是RS-485串行通信。第3章 系統(tǒng)的軟件設計3.1 MCS-51匯編語言簡介匯編語言是面向機器的程序設計語言。在匯編語合中，用助記符代替操作碼，用地址符號或標號代替地址碼。這樣用符號代替機器語言的二進制碼，就把機器語言變成了匯編語言。于是匯編語言亦稱為符號語言。使用匯編語言編寫的程序，機器不能直接識別，要由一種程序?qū)R編語言翻譯成機器語言，這種起翻譯作用的程序叫匯編程序，匯編程序是系統(tǒng)軟件中語言處理系統(tǒng)軟件。匯編程序把匯編語言翻譯成機器語言的過程稱為匯編。匯編語言是一種功能很強的程序設計語言，也是利用計算機所有硬件特性并能直接控制硬件的語言。匯編語言，作為一門語言，對應于高級語言的編譯器，需要一個“匯編器”來把匯編語言原文件匯編成機器可執(zhí)行的代碼。高級的匯編器如MASM，TASM等等為我們寫匯編程序提供了很多類似于高級語言的特征，比如結(jié)構(gòu)化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類同于高級語言?，F(xiàn)在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級，即使全部用匯編語言來編寫windows的應用程序也是可行的，但這不是匯編語言的長處。匯編語言的長處在于編寫高效且需要對機器硬件精確控制的程序。3.2 串行通信原理3.2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念在實際工作中，計算機的CPU與外部設備之間常常要進行信息交換，一些計算機與其他計算機之間也往往要交換信息，所有這些信息交換均可稱為通信?；镜耐ㄐ欧椒ㄓ胁⑿型ㄐ藕痛型ㄐ艃煞N。一組信息（通常是字節(jié)）的各位數(shù)據(jù)被同時傳送的通信方法稱為并行通信。并行通信依靠并行I/O接口實現(xiàn)。并行通信速度快，但傳輸線根數(shù)多，只適用于近距離（相距數(shù)公尺）的通信。一組信息的各位數(shù)據(jù)被逐位順序傳送的通信方式稱為串行通信。串行通信可通過串行接口來實現(xiàn)。它的突出優(yōu)點是只需一對傳輸線，這樣就大大降低了傳送成本，特別適合遠距離通信，其缺點是傳送速度較低。串行通信的傳送方式通常有3種：單向（或單工）配置，只允許數(shù)據(jù)向一個方向傳送；半雙工（或半雙工）配置，允許數(shù)據(jù)向兩個方向中的任一方向傳送，但每次只能有一個站點發(fā)送；全雙向（全雙工）配置，允許同時雙向傳送數(shù)據(jù)，因此，全雙工配置是一對單向配置，它要求兩端的通信設備都具有完整和獨立的發(fā)送和接收能力。3.2.2 串行通信的過程兩個通信設備在串行線路上成功地實現(xiàn)通信必須解決兩個問題：一是串并轉(zhuǎn)換，即如何把要發(fā)送的并行數(shù)據(jù)串行化；二是設備同步，即同步發(fā)送設備和接收設備的工作節(jié)拍，以確保發(fā)送數(shù)據(jù)在接收端被正確讀出。1) 串并轉(zhuǎn)換串行通信是將計算機內(nèi)部的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，將其通過一根通信線傳送，并將接收的串行數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)送到計算機中。在計算機串行發(fā)送數(shù)據(jù)之前，計算機內(nèi)部的并行數(shù)據(jù)被送入移位寄存器，并一位一位地移出，將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)。在接收數(shù)據(jù)時，來自通信線路的串行數(shù)據(jù)被送入移位寄存器，滿8位后并行送到計算機內(nèi)部。在串行通信控制電路中，串并、并串轉(zhuǎn)換邏輯被集成在串行異步通信控制器芯片中。89C51單片機的串行口和IBM-PC機中的8250芯片都可實現(xiàn)這一功能。2) 設備同步進行串行通信的兩臺設備必須同步工作，才能有效的檢測通信線路上的信號變化，從而采樣傳送數(shù)據(jù)脈沖。設備同步對通信雙方有兩個共同要求：一是通信雙方必須采用統(tǒng)一的編碼方法；二是通信雙方必須能產(chǎn)生相同的傳送速率。采用統(tǒng)一的編碼方法確定了一個字符二進制表示值的位發(fā)送順序和位串長度，當然還包括統(tǒng)一的邏輯電平規(guī)定，即電平信號高低與邏輯1和邏輯0的固定對應關系。通信雙方只有產(chǎn)生相同的傳送速率，才能確保設備同步，這就要求發(fā)送設備和接收設備采用相同頻率的時鐘。發(fā)送設備在統(tǒng)一的時鐘脈沖上發(fā)送數(shù)據(jù)，接收設備才能正確檢測出與時鐘脈沖同步的數(shù)據(jù)信息。3.2.3 串行通信協(xié)議通信協(xié)議是對數(shù)據(jù)傳送方式的規(guī)定，包括數(shù)據(jù)格式定義和數(shù)據(jù)位定義等。通信雙方必須遵守統(tǒng)一的通信協(xié)議。串行通信協(xié)議包括同步協(xié)議和異步協(xié)議兩種，在此只討論異步串行通信協(xié)議和異步串行協(xié)議規(guī)定的字符數(shù)據(jù)的傳送格式。1) 起始位通信線上沒有數(shù)據(jù)被傳送時處于邏輯1狀態(tài)。當發(fā)送設備要發(fā)送一個字符數(shù)據(jù)時，首先發(fā)送一個邏輯0信號，這個邏輯低電平就是起始位。起始位通過通信線傳向接收設備，接收設備檢測到這個邏輯低電平后，就開始準備接收數(shù)據(jù)位信號。起始位所起的作用就是設備同步，通信雙方必須在傳送數(shù)據(jù)位前協(xié)調(diào)同步。2) 數(shù)據(jù)位當接收設備收到起始位后，緊接著就會收到數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位的個數(shù)可以是5、6、7或8.IBM-PC中經(jīng)常采用7位或8位數(shù)據(jù)傳送，89C51串行口采用8位或9位數(shù)據(jù)傳送。這些數(shù)據(jù)位被接收到移位寄存器中，構(gòu)成傳送數(shù)據(jù)字符。在字符數(shù)據(jù)傳送過程中，數(shù)據(jù)位從最低有效位開始發(fā)送，依次順序在接收設備中被轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。3) 奇偶校驗位數(shù)據(jù)位發(fā)送完之后，可以發(fā)送奇偶校驗位。奇偶校驗用于有限差錯檢測，通信雙方須約定一致的奇偶校驗方式。如果選擇偶校驗，那么組成數(shù)據(jù)位和奇偶位的邏輯1的個數(shù)必須是偶數(shù)；如果選擇奇校驗，那么邏輯1的個數(shù)必須是奇數(shù)。4) 停止位在奇偶校驗位位或數(shù)據(jù)位(當無奇偶校驗時)之后發(fā)送的是停止位。停止位是一個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標志，可以是1位、1.5位或2位的高電平。接收設備收到停止位之后，通信線路上便又恢復邏輯1狀態(tài)，直至下一個字符數(shù)據(jù)的起始位到來。5) 波特率設置通信線上傳送的所有位信號都保持一致的信號持續(xù)時間，每一位的信號持續(xù)時間都由數(shù)據(jù)傳送速度確定，而傳送速度是以每秒多少個二進制位來衡量的，這個速度叫波特率。如果數(shù)據(jù)以每秒300個二進制位在通信線上傳送，那么傳送速度為300波特，通常記為300b/s。3.3 串行通信程序設計3.3.1 串行口的結(jié)構(gòu)和功能AT89C51單片機有一個全雙工異步串行I/O口，占P3.0(串行數(shù)據(jù)接收端RXD)和P3.1(串行數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD)兩個引腳，是P3口的第二個功能。該接口不僅能同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可以作為一個同步移位寄存器使用。串行口的工作過程可概括為如下。1)用戶通過串行口的初始化操作規(guī)定串行口的工作方式。2)串行口自動完成發(fā)送和接收。a發(fā)送：將待發(fā)送的數(shù)據(jù)由A送入SBUF(以指令“MOV SBUF,A”實現(xiàn))，在發(fā)送控制器的控制下組成幀結(jié)構(gòu)，并自動以串行方式發(fā)送到TXD端。在發(fā)送完畢后自動將TI置1，向CPU申請中斷。b接收：先用指令(SETB REN)置位接收允許才能開始串行接收操作。在接收控制器的控制下，通過移位寄存器將串行數(shù)據(jù)送入SBUF中。在接收完畢后自動將RI置1，向CPU申請中斷。3.3.2 選擇串行口工作方式AT89C51單片機串行口有四種工作方式，用特殊功能寄存器SCON中的SM0、SM1兩位進行設定，如表3.1所示。表3.1 串行口的工作方式SM0 SM1 工作方式說明波特率0 0方式0同步移位寄存器 0 1方式110位異步收發(fā)由定時器控制 1 0方式211位異步收發(fā)或 1 1方式311位異步收發(fā)由定時器控制本次設計采用串行口工作方式1。方式1真正用于串行發(fā)送或接收，為10位通用異步接口。TXD與RXD分別用于發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。收發(fā)一幀數(shù)據(jù)的格式為1位起始位、8位數(shù)據(jù)位（低位在前）、1位停止位，共10位。在接收時，停止位進入SCON的RB8，此方式的波特率可調(diào)。3.3.3 串行口波特率的設置波特率(Baud rate)，即數(shù)據(jù)傳送速率，表示每秒傳送二進制代碼的位數(shù)，它的單位是b/s。波特率對于CPU與外界的通信是很重要的。假設數(shù)據(jù)傳送率是120字符/s，而每個字符格式包括包含10個代碼位(1個起始位、1個終止位、8個數(shù)據(jù)位)。這時，傳送的波特率為：10b/字符120字符/s=1200b/s每一位代碼的傳送時間為波特率的倒數(shù)。=1/1200=0.833ms國際上規(guī)定了一個標準波特率系列，標準波特率系列為110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600和19200。標準波特率也是最常用的波特率，大多數(shù)CRT終端都能夠按1109600b/s范圍中的任何一種波特率工作。大多數(shù)接口的接收波特率和發(fā)送波特率可以分別設置，而且可通過編寫程序來指定。由上表可以看出串行通信的波特率取決于串行口的工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的；而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時器T1的溢出率來決定。本設計選擇串行口工作方式1，波特率由下式確定：波特率=（T1溢出速率）定時器T1用作波特率發(fā)生器時，通常選用定時器模式2（自動重裝初值定時器）比較實用，此時，T1溢出速率為(X為TH1和TL1定時計數(shù)初值)：T1溢出速率=波特率=本次設計中波特率取4800b/s。3.3.4 初始化串口串行口初始化應該包括對SCON、PCON和T1的初始化，也包括TMOD寄存器初始化（將T1設置為波特率發(fā)生器）、根據(jù)波特率求解時間常數(shù)，并對TH1和TL1賦值、啟動T1等過程。已知本次設計中，波特率為4800b/s，SMOD=0, =11.059MHz，于是可得出定時器T1模式2的初始值X：該串行口初始化格式如下：ORG 0000HMOV SCON,#50H ; 設置串行口工作于方式1MOV TMOD,#20H ; 波特率發(fā)生器T1工作在模式2上MOV PCON,#00H ; 波特率不翻倍 MOV TH1,#0FAH ; 預置初值(按照波特率4800bps預置初值)MOV TL1,#0FAH ; 預置初值(按照波特率4800bps預置初值)SETB TR1 ; 啟動定時器T13.3.5 程序的編制圖3.1所示為串口通信流程圖。圖3.1 串口通信流程圖以下為串口通信部分程序：WAIT1: JB P3.6,$ ;判斷K1是否按下,如果沒有按下就等待ACALL DELAY10;延時10毫秒消觸點抖動JB P3.6,WRIT1;去除干擾信號JNB P3.6,$ ;等待按鍵松開MOV A,#0A5H ;將16進制的字符A5發(fā)送到串口去MOV SBUF,A ;將A5通過串口發(fā)送出去WAIT2: JBC TI, WAIT1AJMP WAIT2;10毫秒延時子程序DELAY10:MOV R4, #20D2: MOV R5, #248 DJNZ R5, $ DJNZ R4, D23.4 紅外通信原理紅外遙控系統(tǒng)一般由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)組成。發(fā)射系統(tǒng)由專用芯片產(chǎn)生指令代碼，經(jīng)載波調(diào)制后驅(qū)動紅外發(fā)射器件，發(fā)射紅外控制信號。紅外信號的指令代碼均為二進制碼，編碼調(diào)制由專用芯片完成，編碼的方法有多種，不同芯片的編碼方法和代碼長度有所不同。指令信號常用的編碼調(diào)制方法有脈沖寬度調(diào)制和脈沖位置調(diào)制兩種。紅外遙控信號被紅外接收頭接收后，經(jīng)放大、檢波、整形，得到TTL電平的代碼信號，再送給編碼電路，經(jīng)譯碼并執(zhí)行，實現(xiàn)遙控功能。3.4.1 紅外發(fā)送原理紅外遙控發(fā)射的整體過程如圖3.2所示，當不同的指令鍵被按下時，指令信號電路產(chǎn)生不同的脈沖編碼的指令信號，然后經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制，變成編碼脈沖調(diào)制信號，再由驅(qū)動電路驅(qū)動紅外發(fā)射器發(fā)射紅外信號。圖3.2 紅外發(fā)射流程圖本次設計所用的紅外遙控器是現(xiàn)成的，里面的發(fā)射芯片用的是LC7461。當發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同，遙控編碼也不同。這種遙控碼采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”。上述“0”和“1”組成的42位二進制碼經(jīng)38KHz的載頻進行二次調(diào)制后可提高發(fā)射效率，從而達到降低電源功耗的目的。LC7461產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的42位二進制碼組。其中前26位為客戶識別碼，也可以稱為客戶碼和客戶反碼，能區(qū)別不同的紅外遙控設備，防止不同機種遙控碼互相干擾，后16位為8位的數(shù)據(jù)碼和8位的數(shù)據(jù)反碼用于核對數(shù)據(jù)是否接收準確。當遙控器上任意一個按鍵按下超過36ms時，LC7461芯片的振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一個特定的同步碼頭，對于接收端而言就是一個9ms的低電平，和一個4.5ms的高電平，這個同步碼頭以后可以開始接收數(shù)據(jù)。3.4.2 紅外解碼原理脈沖波形進入一體化接收頭（這里紅外接收器采用芯片LT0038）以后，因為接收頭要進行解調(diào)、信號放大和整形，所以要注意在沒有紅外信號時，其輸出端為高電平，有信號時為低電平，故其輸出信號正好和發(fā)射端相反。解碼的關鍵是如何識別“0”和“1”，“0”、“1”均以0.56ms的低電平開始，不同的是高電平的寬度不同，“0”為0.56ms,“1”為1.68ms,所以必須根據(jù)高電平的寬度來區(qū)別“0”和“1”。如果從0.56ms低電平過后，開始延時，0.56ms以后，若讀到的電平為低，說明該位為“0”，反之則為“1”，為了準確起見，延時必須比0.56ms長些，但又不能超過1.12ms,否則如果該位為“0”，讀到的已是下一位的高電平，因此?。?.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最為可靠，一般取0.84ms左右即可。3.5 紅外解碼程序設計3.5.1 延時子程序以下為紅外解碼的延時子程序。YS1: MOV R4,#20 ;延時子程序1，精確延時882微秒D1: MOV R5,#20 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D1RETYS2: MOV R4,#10 ;延時子程序2，精確延時4740微秒D2: MOV R5,#235 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D2RETYS3: MOV R4,#2 ;延時程序3，精確延時1000微秒D3: MOV R5,#248 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D3RET3.5.2 解碼子程序圖3.3為紅外遙控解碼流程圖，以下程序為紅外解碼的子程序。圖3.3 紅外遙控流程圖INT: CLR EA ;暫時關閉CPU的所有中斷請求 MOV R6,#10SB: ACALL YS1; JB P3.2,EXIT; DJNZ R6, SB;JNB P3.2, $ ; ACALL YS2 ;延時4.74毫秒避開4.5毫秒的結(jié)果碼MOV R7,#26 ;忽略前26位系統(tǒng)識別碼JJJJA: JNB P3.2,$ ;等待地址碼第一位的高電平信號 LCALL YS1 ;高電平開始后用882微秒的時間尺去判斷信號此時的高低電平狀態(tài) MOV C,P3.2 ;將P3.2引腳此時的電平狀態(tài)0或1存入C中 JNC UUUA ;如果為0就跳轉(zhuǎn)到UUUA LCALL YS3 ;檢測到高電平1的話延時1毫秒等待脈沖高電平結(jié)束UUUA: DJNZ R7,JJJJA MOV R1,#1AH ;設定1AH為起始RAM區(qū) MOV R2,#2 ;接收從1AH到1BH的2個內(nèi)存,用于存放操作碼和操作反碼PP: MOV R3,#8 ;每組數(shù)據(jù)為8位JJJJ: JNB P3.2,$ ;等待地址碼第一位的高電平信號 LCALL YS1; MOV C,P3.2; JNC UUU ;如果為0就跳轉(zhuǎn)到UUU LCALL YS3 ;檢測到高電平1的話延時1毫秒等待脈沖高電平結(jié)束UUU: MOV A,R1 ;將R1中地址的給A RRC A; MOV R1,A; DJNZ R3,JJJJ; INC R1 ;對R1中的值加1，換下一個RAM DJNZ R2,PP MOV A,1AH CPL A ;對1AH取反后和1BH比較 CJNE A,1BH,EXIT;如果不等表示接收數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤,放棄MOV P1,1AH; CLR P2.5; LCALL YS2 LCALL YS2 LCALL YS2 SETB P2.5 ;蜂鳴器停止EXIT: SETB EA ;允許中斷 RETI ;退出解碼子程序3.6 RS-485程序設計流程圖整個通訊程序分為3 個部分：數(shù)據(jù)接收部分、命令執(zhí)行部分、數(shù)據(jù)發(fā)送部分。3.6.1 數(shù)據(jù)接收部分數(shù)據(jù)接收程序主要接收一幀正確的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)幀錯誤的判斷符合以下原則：1) 有一個字節(jié)偶校驗錯誤，數(shù)據(jù)幀錯誤。2) 數(shù)據(jù)幀格式不正確，數(shù)據(jù)幀錯誤。3) 數(shù)據(jù)幀校驗碼不正確，數(shù)據(jù)幀錯誤。整個程序是在接收中斷服務程序中執(zhí)行的。圖 3.4 接收程序流程圖3.6.2 命令執(zhí)行部分這一部分是主程序執(zhí)行部分，是從機接收一幀正確數(shù)據(jù)后，通過地址域判斷RS-485 總線中主控器是否呼叫本從機，如果是則所有接收到的從機都應響應命令，同時通過密碼的方式，可以設置權(quán)限，密碼和地址是保存在E2PROM 中。在地址和密碼判斷正確的時候，程序進行命令譯碼，對要求的命令執(zhí)行相應的操作，同時如果要通過總線發(fā)送數(shù)據(jù)，應準備好發(fā)送數(shù)據(jù)緩存器的內(nèi)容，啟動發(fā)送程序，發(fā)送完畢時清除接收事件發(fā)生標志。圖 3.5 命令執(zhí)行流程圖3.6.3 數(shù)據(jù)發(fā)送部分本程序的數(shù)據(jù)發(fā)送部分是在主程序中執(zhí)行的。圖 3.6 發(fā)送程序流程圖第4章 系統(tǒng)的調(diào)試4.1 WAVE6000軟件簡介本次軟件調(diào)試可以采用WAVE6000軟件（keil51也可），WAVE6000是一款功能強大的優(yōu)秀的單片機程序編輯、調(diào)試、仿真中文Windows軟件。該軟件可以配合硬件進行單片機的硬件仿真，也可以單獨進行單片機的軟件仿真。利用該軟件進行單片機軟件的編輯調(diào)試和模擬仿真，結(jié)合一臺寫碼器，就可進行低投入的單片機的開發(fā)工作。WAVE6000編譯軟件，采用中文界面。用戶源程序大小不受限制，有豐富的窗口顯示方式，能夠多方位、動態(tài)地展示程序的執(zhí)行過程。其項目管理功能強大，可使單片機程序化大為小，化繁為簡，便于管理。另外，其書簽、斷點管理功能以及外設管理功能等為51單片機的仿真帶來極大的便利。圖4.1為WAVE6000的調(diào)試軟件界面。圖4.1 wave 調(diào)試軟件界面4.2 程序調(diào)試1)打開WAVE編譯軟件，打開“文件”菜單，選擇“新建文件”，在出現(xiàn)的文本編輯區(qū)，編寫相應的實驗程序。注意程序編寫時，輸入法必須切換成英文模式。2)打開“文件”菜單，選擇“新建項目”。依次加入模塊文件，加入包含文件（如果沒有包含文件，按取消鍵），保存項目。3)打開“仿真器”菜單，選擇“仿真器設置”。對各個選項進行設置。4)點擊“項目”菜單選擇“編譯”或點擊快捷鍵“F9”。打開“窗口”菜單選擇“信息窗口”觀察程序編譯是否出錯。如有出錯“X”號提示，鼠標雙擊信息窗口中“”號行找到對應指令，進行修改，直至編譯正確為止。5)單步調(diào)試程序以及全速執(zhí)行程序。觀察分析程序執(zhí)行過程中各個窗口數(shù)據(jù)變化，如有錯誤，修改程序重新執(zhí)行。程序調(diào)試結(jié)果如圖4-2、4-3所示。 按照上面所示步驟進行調(diào)試，圖4.2為紅外遙控解碼程序的調(diào)試結(jié)果，圖4.3為串口通信程序的調(diào)試結(jié)果。圖4.2 紅外遙控解碼程序調(diào)試結(jié)果圖4.3 串口通信程序調(diào)試結(jié)果4.3 系統(tǒng)硬件的調(diào)試將調(diào)試好的程序載入各自對應的芯片中，按下遙控器不同的按鍵，在串口調(diào)試助手頁面中就會顯示不同的數(shù)字。圖4.4所示為串口調(diào)試的窗口。圖4.4 串口調(diào)試窗口 總結(jié)在整個畢業(yè)設計過程中，我對大學所學的知識有了一個系統(tǒng)的認識和理解，尤其是對本課題所用到串行通信系統(tǒng)和紅外控制技術相關知識有了進一步的掌握，對單片機串口通信編程、紅外解碼以及對整個系統(tǒng)的分析和問題的解決有了深刻的認識和切身的體會。正所謂學以致用，在此實踐過程中我增長了知識、豐富了經(jīng)驗，提高了解決實際問題的能力。對整個系統(tǒng)的分析與設計過程是對學習的總結(jié)過程，更是進一步學習和探索的過程。在實際操作中必須嚴格按照系統(tǒng)的分析、設計、系統(tǒng)的實施、系統(tǒng)的運行與調(diào)試的過程來進行。系統(tǒng)的分析和設計是項很重要的工作，同時也充滿了難度。在設計過程中，要邊學習，邊實踐，遇到問題就要不斷探索，努力找到問題的解決方法。另外也要細心，堅決避免一些低級的錯誤的發(fā)生。在設計初期，結(jié)合理論知識，提出不同的設計方案，經(jīng)過對比，找到一個最方便最適合的解決方案。設計中還要廣泛收集資料，多翻閱一些相關書籍，對所用知識要做到心中有數(shù)。和指導老師要保持聯(lián)系，遇到自己解決不了的問題或者一些疑問，要及時向老師