红外通信装置软件程序的设计与实现

『壹』 基于单片机的红外遥控收发系统的设计与实现

低频信号发生器的设计
摘 要：
直接数字合成(DDS)是一种重要的频率合成技术，具有分辨率高、频率变换快优点，在雷达及通信等领域有着广泛的应用前景。文中介绍了一种高性能DDS芯片AD9850的基本原理和工作特点，阐述了如何利用此芯片设计一种频率在0—50
kHz内变化、相位正交的信号源，给出了AD9850芯片和MCS51单片机的硬件接口和软件流程。

关键词：直接数字频率合成 信号源 AD9850芯片
概述：
随着数字技术的飞速发展，高精度大动态范围数字／模拟(D，A)转换器的出现和广泛应用，用数字控制方法从一个标准参考频率源产生多个频率信号的技术，即直接数字合成(DDS)异军突起。其主要优点有：(1)频率转换快：DDS频率转换时间短，一般在纳秒级；(2)分辨率高：大多数DDS可提供的频率分辨率在1 Hz数量级，许多可达0．001 Hz；(3)频率合成范围宽；(4)相位噪声低，信号纯度高；(5)可控制相位：DDS可方便地控制输出信号的相位，在频率变换时也能保持相位联系；(6)生成的正弦／余弦信号正交特性好等。因此，利用DDS技术特别容易产生频率快速转换、分辨率高、相位可控的信号，这在电子测量、雷达系统、
调频通信、电子对抗等领域具有十分广泛的应用前景。
1. 低频信号发生器的组成
图2.7为低频信号发生器组成框图。它主要包括主振器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器和指示电压表等。

（1）主振器
RC文氏桥式振荡器具有输出波形失真小、振幅稳定、频率调节方便和频率可调范围宽等特点，故被普遍应用于低频信号发生器主振器中。主振器产生与低频信号发生器频率一致的低频正弦信号。
文氏桥式振荡器每个波段的频率覆盖系数（即最高频率与最低频率之比）为10，因此，要覆盖1Hz～1MHz的频率范围，至少需要五个波段。为了在不分波段的情况下得到很宽的频率覆盖范围，有时采用差频式低频振荡器，图2.8为其组成框图。假设f2=3.4MHz，f1可调范围为3.3997MHz～5.1MHz，则振荡器输出差频信号频率范围为300Hz （3.4MHz-3.3997MHz）～1.7MHz（5.1 MHz-3.4 MHz）。

差频式振荡器的缺点是对两个振荡器的频率稳定性要求很高，两个振荡器应远离整流管、功率管等发热元件，彼此分开，并良好屏蔽。
（2）电压放大器
电压放大器兼有缓冲与电压放大的作用。缓冲是为了使后级电路不影响主振器的工作，一般采用射极跟随器或运放组成的电压跟随器。放大是为了使信号发生器的输出电压达到预定技术指标。为了使主振输出调节电位器的阻值变化不影响电压放大倍数，要求电压放大器的输入阻抗较高。为了在调节输出衰减器时，不影响电压放大器，要求电压放大器的输出阻抗低，有一定的带负载能力。为了适应信号发生器宽频带等的要求，电压放大器应具有宽的频带、小的谐波失真和稳定的工作性能。
（3）输出衰减器
输出衰减器用于改变信号发生器的输出电压或功率，分为连续调节和步进调节。连续调节由电位器实现，步进调节由步进衰减器实现。图2.9为常用输出衰减器原理图，图中电位器RP为连续调节器（细调），电阻R1～R8与开关S构成步进衰减器，开关S为步进调节器（粗调）。调节RP或变换开关S的挡
（4） 功率放大器及阻抗变换器功率放大器用来对衰减器输出的电压信号进行功率放大，使信号发生器达到额定功率输出。为了能实现与不同负载匹配，功率放大器之后与阻抗变换器相接，这样可以得到失真小的波形和最大的功率输出。
阻抗变换器只有在要求功率输出时才使用，电压输出时只需衰减器。阻抗变换器即匹配输出变压器，输出频率为5Hz～5kHz时使用低频匹配变压器，以减少低频损耗，输出频率为5kHz～1MHz时使用高频匹配变压器。输出阻抗利用波段开关改变输出变压器次级圈数来改变。
2. 工作原理及结构
函数信号发生器产生信号的方法有三种：一种是由施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波形；第二种是先产生正弦波再得到方波和三角波；第三种是先产生三角波再变换为方波和正弦波。在此主要介绍第一种方法，即脉冲式函数信号发生器

3. 低频信号发生器的主要工作特性
目前，低频信号发生器的主要工作特性如下：
①频率范围 一般为20Hz～1MHz，且连续可调。
②频率准确度 ±（1～3）%。
③频率稳定度 一般为（0.1～0.4）%/小时。
④输出电压 0～10V连续可调。
⑤输出功率 0.5～5W连续可调。
⑥非线性失真范围 （0.1～1）%。
⑦输出阻抗 50Ω、75Ω、150Ω、600Ω、5kΩ等几种。
⑧输出形式 平衡输出与不平衡输出。
4. 低频信号发生器的使用
低频信号发生器型号很多，但它们的使用方法基本类似
（1）了解面板结构
使用仪器之前，应结合面板文字符号及技术说明书对各开关旋钮的功能及使用方法进行耐心细致的分析了解，切忌盲目猜测。信号发生器面板上有关部分通常按其功能分区布置，一般包括：波形选择开关、输出频率调谐部分（包括波段、粗调、微调等）、幅度调节旋钮（包括粗调、细调）、阻抗变换开关、指示电压表及其量程选择、电源开关及电源指示、输出接线柱等。
5. AD9850 芯片介绍
AD9850是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器(DAC)和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成，并具有时钟产生功能。AD9850的DDS系统包括相位累加器和正弦查找表，其中相位累加器由一个加法器和一个32位相位寄存器组成，相位寄存器的输出与外部相位控制字(5位)相加后作为正弦查找表的地址。正弦查找表实际上是一个相位／幅度转换表，它包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中0。一360。范围的一个相位点。查找表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动10bit的DA变换器，输出2个互补的电流，其幅度可通过外接电阻进行调节。AD9850还包括—个高速比较器，将DA变换器的输出经外部低通滤波器后接到此比较器上即可产生一个抖动很小的方波，这使得AD9850可以方便地用作时钟发生器。AD9850包含40位频率／相位控制字，可通过并行或串行方式送人器件：并行方式指连续输入5次，每次同时输入8位(1个字节)；串行方式则是在—个管脚完成40位串行数据流的输入。这40位控制字中有32位用于频率控制，5位用于相位控制，1位用于掉电(powerdown)控制，2位用于选择工作方式。在并行输入方式下，通过8位总线D0一D7将外部控制字输入到寄存器，在W—CLK(字输入时钟)的上升沿装入第一个字节，并把指针指向下一个输入寄存器，连续5个W—CLK的上升沿读入5个字节数据到输入寄存器后，W—CLK的边沿就不再起作用。然后在rQ—UD(频率更新时钟)上升沿到来时将这40位数据从输入寄存器装入到频率／相位寄存器，这时DDS输出频率和相位更新一次，同时把地址指针复位到第一个输入寄存器以等待下一次的频率／相位控制字输入。
6 硬件设计
要产生两路相位正交、频率可由外部控制的正弦信号，必须通过单片机编程来完成外部输入的频率数据(3个字节)与DDS38芯片(AD9850)内部频率相位控制字(5个字节)间的转换。单片机8051与AD9850芯片的接口既可采用并行方式，也可采用串行方式，本设计采用的是8位并行接口方式。由于需要产生VQ两路正弦信号，因此使用了2片AD9850芯片，这两路的频率相同，相位差90。。单片机8051的P1口(P1．0一P1．7脚)用作外部控制字输入，通过中断1和中断0读入外部频率数据，连续读3次，对应频率值的二进制数；单片机的P0口(P0．0一P0．7脚)用作频率／相位控制字输出，通过8位缓冲器74LS244作数据缓冲后加到2片AD9850芯片的8位控制字输入端(DO—D7脚)，同时产生相应的DDS时序控制信号(一路复位reset1、二路复位reset2、一路字输入时钟W1、二路字输入时钟W2、一路频率更新时钟FU1、二路频率更新时钟FU2)加到AD9850芯片的对应管脚。AD9850的外部参考时钟信号(dk4Om)频率为40 MHz，由晶体振荡器产生。单片机8051的复位信号(reset)、中断0和中断1控制信号(intO、int1)由外部控制系统给出，从而实现两路相位正交、频率可控的正弦信号。该DDS信号源的硬件接口电路如图1所
图1 DDS信号源硬件接口电路
7. 软件控制
此程序的功能就是要将外部输入的频率数据按照一定协议和算法变换成DDS芯片(AD9850)所能接受的格式，并送出相应的频率相位控制信号，从而使AD9850能产生两路相位正交、频率可控的正弦信号。下面给出程序设计输入、输出、变换算法。
(1) 输入
数据同步：上升沿时读人1个字节的频率数据，作为intl中断输入；
数据写入：上升沿时频率更新1次，作为intO中断输入；
8位数据：输入的频率字节。分3次输入，如图2所示。

(2)输出
单片机控制程序将产生下述输出信号加到DDS芯片(AD9850)的对应脚：
reset1：一路DDS复位(一路AD9850第22脚)；
reset7．：二路DDS复位(-路AD9850第22脚)；
w1：一路数据同步(一路AD9850第7脚)；
w2：二路数据同步(二路AD9850第7脚)；
ful：一路数据写入(一路AD9850第8脚)；
fu2：二路数据写入(二路AD9850第8脚)；
P0口(P0．0一P0．7)：8位频率／相位数据输出(AD9850的DO—D7脚)。
(3)算法：程序中单片机输入频率数据F(3个字节)与输出频
率数据△P(4个字节)间的变换算法见式(2)
其中CLKIN为外部参考时钟(40 M Hz)。
(4)程序流程：整个程序由主程序、中断0子程序、中断1子
程序三部分构成。流程图略。
8 结论
对设计的信号源在不同频率下的输出波形进行了测试，结果完全能达到所要求的性能指标。而且AD9850工作可靠，对参考时钟波形要求不高，输出信号稳定且信噪比高，是一种性价比很高的芯片，正广泛应用于电子测量、跳频通信、雷达系统等领域。
9 致谢
通过对低频信号发生器的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧
参考文献：
【1】高卫东．等．AD9850 DDS芯片信号源的研制【J】．实验室研究与探
索，2000，(5)．
【2】石雄．等．DDS芯片AD9850的工作原理及其与单片机的接口【J】．国
外电子元器件，2001。(5)．
(上

『贰』 红外通信协议的典型案例

针对便携产品应用的红外数据通信模块(图)
作者：解放军理工大学刘荣何敏日期：2005-6-1
摘要：红外通信有着成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。目前大多数作为采样数据的终端希望通过串口或红外接口与移动设备（如掌上电脑等）进行通信。和传统的遥控器中采用的红外相比较，红外数据传输的实现方式是不同的。在笔记本电脑，手机，PDA和数码相机上的红外传输均采用红外数据传输。本文介绍了红外数据通信实现的原理，标准和方法。以实现和PDA（奥克码—桑夏PPC2188型）的红外数据通信为例介绍了该模块的实现原理和方法。关键词：IrDA；红外通信；PDA
---传统的红外通信设备主要是指红外遥控器和早期的PDA中采用的38kHz红外调制和解调方式。这种方式实现简单，但是误码率较高，不适合进行数据传输，特别是数据量大的时候。为此，IrDA组织(InfraredDataAssociation)规定了红外数据传输的标准IrDA，它规定了通过红外设备进行无线传输的方法。1994年，第一个IrDA的红外数据通信标准发布，即IrDA1.0。IrDA规范包含两个设备之间通信的标准以及与其他设备进行通信的协议。IrDA标准包含设备之间通信数据的格式以及与其他设备进行通信的协议。目前符合IrDA的设备有：笔记本电脑，手机，掌上电脑，数码相机等。Linux操作系统支持IrDA。目前，很多公司根据该标准生产了各种用于红外数据传输的芯片，如HP公司生产的HSDL-1000、HSDL-4230、HSDL-4220和HSDL-7000，Zilog生产的ZHX1010、ZHX1210、ZHX1810、ZHX1820。在桑夏公司的奥克码—桑夏PPC2188型PDA上采用的就是ZHX1810芯片。下面分别介绍传统的红外通信和红外数据通信的实现原理和方法。
1传统的红外通信---1．1原理---传统的红外设备传输数据时，可以采用38kHz的载波进行调制和解调。采用调幅的方式对数据进行调制，通过发光二极管将数据发送出去；采用专门的解调芯片接受红外发送来的数据。---1．2实现方法---在终端上实现数据的红外通信中，采用了图1中的电路图。
其中IFR_CLK输出频率为38kHz的方波，TXD为待发送的数据，两个信号通过有MC9013组成的电路进行调制，通过TSAL6200调制过的信号发送出去；---SFH5110—38为载波为38kHz的解调芯片，接受外部来的信号，将解调后的数据送到RXD；---在终端中，采用了以上的电路和单片机进行连接，就可以实现传统的载波（38kHz）调制解调的红外通信。其中TXD和RXD分别接在单片机的串口的发送端和接受端，IFR_CLK接在一般的IO口上。---在单片机的软件实现中，最主要的是在需要发送数据的时候用定时器在IFR_CLK口线上产生38kHz的方波。在这里，串口的速率一般较低。
---1．3缺点---（1）采用调幅进行传输，抗干扰能力差；---（2）在发送数据时，输出的功率一定时，用于信号传输的功率小，接收到的数据的信噪比小，容易误判数据；---（3）受到输出功率的影响，数据传输的距离短,速度慢；---（4）受到传输速率的影响，传输的数据量不能太大；---（5）由于没有相应的协议支持，将接收到的所有数据（包括正常的数据和干扰引起的非正常数据）送到RXD。
2红外数据通信---2．1红外数据通信的速率和物理层的数据帧格式---在红外数据传输中，对串口发送的数据采用脉冲进行调制的方式。在IrDA标准1.0中，脉冲的宽度为3/16的BIT占空比或者为固定的1.63μs的脉冲宽度。IrDA1.0简称为SIR，以系统的异步通信收发器(UART)为依托，由于受到UART通信速率的限制，SIR的最高通信速率只有115.2Kbps，也就是大家熟知的电脑串行端口的最高速率。在图2中给出了脉冲调制前的异步串口UART的数据帧格式和进行脉冲调制后的红外IR帧格式，其中，红外脉冲调制中的没有脉冲代表UART中的“1”，红外脉冲调制中有脉冲代表UART中的“0”；在没有串口数据传送时，红外数据帧中没有脉冲。
---1996年，颁布了IrDA标准1.1，即快速红外通信，简称为FIR。与SIR相比，由于FIR不再依托UART，其最高通信速率有了质的飞跃，可达到4Mbps的水平。FIR采用了全新的4PPM调制解调(PulsePositionMolation)，即通过分析脉冲的相位来辨别所传输的数据信息，其通信原理与SIR是截然不同的，但由于FIR在115.2Kbps以下的速率依旧采用SIR的那种编码解码过程，所以它仍可以与支持SIR的低速设备进行通信，只有在通信对方也支持FIR时，才将通信速率提升到更高水平。对4Mbps的速率，需要使用1/4的脉冲的相位进行调制（即所谓的4PPM调制），利用脉冲四个不同的相位（位置）的一个脉冲对两个BIT进行编码。因此，前面利用脉冲有无进行调制，这里利用脉冲及脉冲的位置确定调制和解调的信号。例如，两个BIT00调制为1000(一个BIT，其中第一个1/4BIT时间有脉冲，其他3/4时间无脉冲)，两个BIT01调制为0100(一个BIT，其中第二个1/4BIT时间有脉冲，其他3/4时间无脉冲)。这样，用4个脉冲就可以传输一个字节的数据量。
在和终端进行通信的设备中，数据的传输通常以系统的异步通信收发器(UART)为依托，我们只需要采用符合IrDA标准1.0的红外器件。目前，红外数据传输芯片包括两种，一种以HP公司HSDL-1000芯片为代表，HSDL-1000的一端输入为符合IrDA1.0标准的红外数据，一端为异步通信(UART)数据，可以直接用在终端中作为UART和红外数据的转换器。另外一种以Zilog生产的ZHX1810为代表，只是将红外信号转换为电信号，或将电信号转换为红外信号的红外收发器件，这种芯片在终端设备中需要应用时，需要将脉冲转换为异步通信的数据，或将异步通信的数据转换为脉冲信号方可使用。---2．2采用脉冲进行调制的原因---红外接收器需要一种方式来区分周围的干扰,噪声和信号。为了这个目的，通常利用尽可能高的输出功率:高的功率表示在接收器中的大电流，有好的信噪比。然而,IR-LED（红外灯）不可能在全部的时间连续的以高功率进行数据的发送。因此,使用每个BIT只有3/16或1/4脉冲宽度的信号进行传输。这样，输出的功率可以达到IR-LED（红外灯）连续闪烁的最大功率的4～5倍。另外,传输的途径不会携带直流成分(由于接收器连续的适应周围的环境,只检测环境变化),这样必须利用脉冲调制。---2．3红外数据通信的协议---在红外数据通信中，很容易受到外界的干扰，只有符合一定格式的数据才是正确的数据。为此，IrDA标准指定三个基本的规范和协议，包括：物理层规范()，连接建立协议(LinkAccessProtocol:IrLAP)和连接管理协议（LinkManagementProtocol:IrLMP)。物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，IrLAP和IrLMP为两个软件层，负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P等。它们之间的关系如图3所示。
---奥克码—桑夏PPC2188型PDA的操作系统为桑夏2000操作系统，该操作系统为嵌入式的中文操作系统，其中有支持红外通信的IrDA红外通信协议栈。终端需要和PDA进行红外通信的时候，也需要有支持红外通信的IrDA红外通信协议栈。有了支持红外通信的IrDA红外通信协议栈，终端不仅可以和PDA进行通信，也可以同带有红外通信口的笔记本电脑、手机、掌上电脑、数码相机等进行红外通信。
3实现终端与PDA的红外通信---在终端设备中，要实现和PDA的红外通信，除了要实现将红外数据转换为UART数据，还需要编制IrLAP和IrLMP层的协议。为了降低成本，我们直接采用了红外收发器件ZiLOG生产的红外收发器作为物理层的部分器件，而将脉冲和UART之间的数据转换用软件来实现。目前，实现了以下的硬件和软件的研制和测试，这种终端与PDA的红外通信是可靠的。---3．1ZHX1810
---ZiLOG为OEM客户和最终用户提供了完整的红外数据收发方案。ZiLOG的红外收发器被广泛的应用于各种PDA产品，移动电话以及相关领域中。---最新公布的几款红外收发器ZHX1403，ZHX3403，以及ZHX1203，他们都具有极小巧的外型尺寸，ZiLOG称之为Ultraslim结构。此外ZHX1403和ZHX3403还具有AlwaysOn技术，使得长时间的红外功能开启成为了可能，这无疑为红外设备的应用增加了更多的可能性。---在本系统的设计中，采用了ZiLOG的ZHX1810。由于红外收发器也可以接收到自己发出的数据，实现的红外数据通信是半双工的。---在图4中给出了ZHX1810的内部结构。---LEDA：通过一个外接的电阻接到电源上，给LED提供电流。---TXD：用来传输串行数据。通过一个电阻接到地上，当关闭模式时处于开路状态。---RXD：用来接收串行数据（在关闭模式时处于三态），不需要外接电阻。---SD：用来将内部的电路控制在关闭模式。---在Vcc和GND之间接一个0.33μF的电容。---3.2硬件组成---为了使终端的功能和红外通信之间相对独立，我们利用了单独的单片机AT89C2051实现红外协议栈中的相关协议。AT89C2051接收到TXD发来的数据，进行处理之后将UART数据转换为对应的脉冲数据，通过ZHX1810发送出去；AT89C2051接收到ZHX1810发送来的脉冲数据，根据IrDA的相关协议栈进行解释后，将数据通过RXD以UART数据形式发送出去。从而实现红外通信。---图5中的硬件电路是实现红外通信的最低硬件配置。如果需要适应不同的波特率，需要在硬件图中加跳线来识别。如果需要实现完整的IrDA协议栈，需要在电路中加上IIC总线的存储单元；或者采用带有数据总线和地址总线的单片机，加上RAM（如HM6116）来实现。---在这里，由于桑夏公司的奥克码—桑夏PPC2188型PDA可以跳过IrDA协议栈中的连接建立协议层和连接管理协议层，只需要实现物理层的部分功能，终端采用如下的电路图就可以实现和奥克码—桑夏系列的PDA之间的红外通信。
---3．3软件实现的功能和流程---软件实现的功能如下。---软件的编写是终端和PDA进行红外通信的重点，考虑到软件的可移植性和程序执行的速度，采用了C语言进行编写，主要需要实现的功能如下：---（1）根据跳线识别不同的波特率，支持的波特率的传输范围为1200bps～57600bps；---（2）由于设置红外默认的状态为接收状态；---（3）物理层判断红外口有无接收到脉冲数据，将接收到的脉冲进行解释后送到红外数据接收缓存区；---（4）实现连接建立协议层IrLAP，和PDA建立连接；注意，这种建立的连接是单工的，只有在该次通信完成时才建立下次的连接；---（5）实现连接管理协议层IrLMP的功能；---（6）将从红外接收的数据通过RXD送到终端的异步串口接收端；---（7）从终端的异步串口发送端接收数据，根据IrDA协议栈，和PDA建立连接后，将从终端接收到的数据通过红外发送到PDA；---在软件的实现中，对终端的数据传输而言，数据是进行半双工的透明的传输。---软件的流程如图6所示。
4总结---为了便于将这样的模块应用于各种带有红外的移动终端设备的红外数据通信，我们采用了单独的MCU来实现串口数据和红外数据之间的转换。由于波特率的传输范围为1200～57600bps，我们只实现了目前广泛使用的SIR标准通信。该模块已经应用在和PDA红外通信的电路中，性能稳定。
参考文献1何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社，HX1810SlimLine(tm)SIRTransceiver

『叁』 设计一个简易红外通信系统

其实作为简易系统，你的要求就是个设计大纲了。对于实现细节可根据实际情况丰富。内不敢说设计，提几点容建议。
1.关于技术上的指标，必须参考国际标准做。我想你不可能自己研发个红外的接收装置吧。而且这种新硬件高与国际标准不同。现在的电子产品根据标准来做，其目的起码有三：1.不用制定新标准，减少投资成本。2.保证兼容性。3.采用通用元器件，节省生产成本。既然是大家都使用通用标准，你去查查标准就行了，最起码要选若干产品，筛选出符合要求的硬件。
2.对于程序上的设计，必须要得到厂家的接口说明，参考国际标准。这种属于程序开发范畴，不在赘述。
3.你给出的图不完全吧?试想什么系统都是有终端组成呢！
4.对于你的提问我看无人给出确定的答案，因为这种系统具有非通用性。和你选择的硬件，软件有直接关系。在不确定硬件和软件的基础上无人能做出完整的设计。
希望我的回答给你些帮助。找标准请访问IRDA官方网站，www.irda.org

『肆』 什么是IrDA及其应用

IrDA器件及其应用电路设计
摘要：简要介绍IrDA红外数据传输的特征；详细说明各种常见IrDA类型器件的构成；重点阐述常用红外数据传输电路的设计及其注意事项。

本文就IrDA红外数据传输、各种IrDA器件的构成及其不同类型的红外通信电路设计进行综合阐述。

1 红外数据传输及其规范简介

红外数据传输，使用传播介质——红外线。红外线是波长在750nm~1mm之间的电磁波，是人眼看不到的光线。红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75μm~25μm之间。红外数据协会成立后，为保证不同厂商的红外产品能获得最佳的通信效果，限定所用红外波长在850nm~900nm。

IrDA是国际红外数据协会的英文缩写，IrDA相继制定了很多红外通信协议，有侧重于传输速率方面的，有侧重于低功耗方面的，也有二者兼顾的。IrDA1.0协议基于异步收发器UART，最高通信速率在115.2kbps，简称SIR(Serial Infrared，串行红外协议)，采用3/16 ENDEC编/解码机制。 IrDA1.1协议提高通信速率到4Mbps，简称FIR(Fast Infrared，快速红外协议)，采用4PPM (Pulse Position Molation，脉冲相位调制)编译码机制，同时在低速时保留1.0协议规定。之后，IrDA又推出了最高通信速率在16Mbps的协议，简称VFIR(Very Fast Infrared，特速红外协议)。

IrDA标准包括三个基本的规范和协议：红外物理层连接规范IrPHY(Infrared Physical Layer Link Specification)，红外连接访问协议IrLAP (Infrared Link Access Protocol) 和红外连接管理协议IrLMP(Infrared Link Management Protocol)。IrPHY规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求；IrLAP和IrLMP为两个软件层，负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P等等。[1~3]

红外传输距离在几cm到几十m，发射角度通常在0~15°，发射强度与接收灵敏度因不同器件不同应用设计而强弱不一。使用时只能以半双工方式进行红外通信。

在此把符合IrDA红外通信协议的器件称为IrDA器件，符合SIR协议的器件称为SIR器件，符合FIR协议的器件称为FIR器件，符合VFIR协议的器件称为VFIR器件。

2 红外数据传输的基本模型

红外数据传输可用图1简单表示。

3 IrDA器件的类型划分[3~8]

根据图1所述模型，把IrDA器件划分类型，如图2所示。

根据传输速率的大小，可以把IrDA器件区分为SIR、FIR、VFIR类型。如Vishay的红外收发器，TFDU4300是SIR器件，TFDU6102是FIR器件，TFDU8108是VFIR器件。

根据应用功耗的大小，可以把IrDA器件区分为标准型和低功耗型。低功耗型器件，通常使用1.8~3.6V电源，传输距离较小(约20cm)，如Agilent的红外收发器HSDL-3203。标准型器件，通常使用DC5V电源，传输距离大(在30cm~几十m)，如Vishay的红外接收器TSOP12xx系列，配合其发射器TSAL5100，传输距离可达35m。

使用上述三种分类方法，可以清晰地表明一个IrDA红外器件的性能。如Agilent的SIR标准型红外收发器HSDL-3000。

4 IrDA器件的构成及其使用[3~8]

4.1 红外发送器件

红外发送器大多是使用Ga、As等材料制成的红外发射二极管，其能够通过的LED电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大；发射强度越大，红外传输距离就越远，传输距离正比于发射强度的平方根。有少数厂商的红外发送器件内置有驱动电路。该类器件的构成如图3所示。

红外发送器件在使用时通常需要串联电阻，用以分压限流。

4.2 红外检测器件

红外检测器件的主要部件是红外敏感接收管件，有独立接收管构成器件的，有内含放大器的，有集成放大器与解调器的。后面两种类型的红外检测器件构成如图4所示。

接收灵敏度是衡量红检测器件的主要性能指标，接收灵敏度越高，传输距离越远，误码率越低。

内部集成有放大与解调功能的红外检测器件通常还含有带通滤波器，这类器件常用于固定载波频率(如40kHz)的应用。

4.3 红外收发器件

红外收发器件集发射与接收于一体。通常，器件的发射部分含有驱动器，接收部分含有放大器，并且内部集成有关断控制逻辑。关断控制逻辑在发送时关断接收，以避免引入干扰；不使用红外传输时，该控制逻辑通过SD引脚接受指令，关断器件电源供应，以降耗节能。使用器件时需要在LED引脚接入适当的限流电阻。大多数红外收发器件带有屏蔽层。该层不要直接接地，可以通过串联一磁珠再接地，以引入干扰影响接收灵敏度。红外收发器件的构成如图5所示。

4.4 红外编/解码器件

编/解码，英文简称ENDEC，即实现调制/解调。编/解码机制，SIR器件多采用3/16 ENDEC，FIR器件多采用4PPM ENDEC。在此解释一下3/16 ENDEC，其它可参阅有关资料。3/16 ENDEC，即把一个有效数字位(bit)时间段，划分为16等分小时间段，以连续3个小时间段内有无脉冲表示调制/解调信息。红外编/解码器件，需要从外部接入时钟或使用自身的晶体振荡电路，进行调制或解调。

红外编/解码器件，有单独编码的集成器件，如键盘遥控红外编码器Mitsubishi的M50462AP；也有集编码/解码于一体的，这类器件较为多见，其构成如图6所示。

4.5 红外接口器件

红外接口器件，实现红外传输系统与微控制器、PC机或网络系统的连接。设计中经常使用的器件有UART串行异步收发器件、USB接口转换器件等。

USB接口器件，实现红外收发与PC机的USB连接。集成度较高的USB接口器件如SigmaTel的STIr4200。STIr4200全兼容IrDA1.3和USB1.1，IrDA速率在2.4k~4Mbps，内含有红外编/解码器和4KB的FIFO缓存，20/28脚封装，可直接相联标准的IrDA收发器件，其构成如图7所示。

5 常用红外数据传输电路设计[3~9]

5.1 家电红外遥控收发电路的设计

彩电、空调、VCD等家用电器的遥控收发，是单向传输，通信距离通常在3~5m，调制/解调的载波频率通常在36~40kHz，可用“集成键盘编码IC+带驱动的红外发射管”构成发射遥控器，用“带放大与解调功能的红外检测器”构成接收端，接收后的信息可直接送给简易单片机(如AT89C2051)，由单片机通过软件进行遥控功能识别并产生相应动作。

图8是一个通用的家电遥控收发电路框图。

5.2 PC机简易红外收发装置设计

现在的笔记本电脑、掌上电脑、移动手机等，常常集成有含编/解码功能(38kHz载波)的5针红外接口；可以很容易地设计电路，给PC机配上红外收发装置，无须考虑调制/解调。

5针红外接口插座引脚定义了：一对电源脚Vcc和GND，一对收发接口IrTx(红外发射端)和IrRx(红外接收端)，有一针NC未定义。

根据IrDA异步串行通信有关标准，IrTx引脚能提供 >6.0mA的输出电流，IrRx引脚在吸收<1.5 mA电流时就能对输入信号作出反应。依此可以设计出如图9(a)所示的简易红外收发装置。为进一步提高收发传输能力，可在发射端增加驱动，在接收端增加放大。这样做，分立元件过多，电路不够简洁。为简化电路，可以使用带有驱动和放大能力的红外收发器件。图9(b)就是用Zilog的红外收发器ZHX1010构成的简易收发装置。

给PC机加上红外收发装置后，需要对系统做如下设置：在BIOS中打开红外线接口，在使用时于设备管理器中启动“红外线监视器”。通常，PC机红外接口与其COM2口共用同一地址和中断，打开了红外接口，COM2口就不能再使用了。

5.3 RS232-IrDA红外收发电路设计

这种类型电路工作在异步串行通信方式下，可以直接采用“UART电平转换器件 + 红外编/解码器件 + 红外收发器件”构成。图10是一个设计举例，图中器件使用了Maxim的MAX232。MAX232完成RS232信号电平到标准数字信号电平(如5V系统)的转换，HSDL-7000是红外编/解码器。

5.4 USB-IrDA红外收发电路设计

设计这种类型的电路，最简捷的途经就是使用USB-IrDA接口器件。图11是采用SigmaTel的STIr4200接口器件的一个设计举例。STIr4200有一个可选择的外部增强性发射端口，如果要增强红外传输能力(如传输距离)，可在该端口增加发射管。对于STIr4200，SigamTel提供有各种Windows版本的驱动程序，使用十分方便。

5.5 微控制器-IrDA红外收发电路设计

现在很多微控制器，内部集成有UART单元及其接口，支持IrDA标准，并可以直接与红外收发体系连接。图12是这类电路设计的一个举例。图中MCP2120是Microchip的红外可编程波特率编/解码器件。

有些微控制器，如80C51单片机，虽然内含有UART，却不支持IrDA标准或高速通信，不能直接相连红外收发体系。还有些微控制器，虽然所含的UART可以直接连接红外收发体系，但UART已用于其它目的。此时，可以选用UART接口器件。图13是80C51通过Maxim的MAX3110连接红外收发体系的，80C51单片机没有SPI接口。这里使用其I/O口，通过软件模拟SPI工作机制。MAX3110有一个收发传输中断脚，十分有利于软件编制。

6 红外数据传输电路设计的注意事项

① 要做好红外器件的选型。要求传输快速时，可选择FIR、VFIR收发器与编/解码器。要求长距离传输时，可选择大LED电流、小发射角发射器和灵敏度高的接收检测器。低功耗场合应用时，可选取低功耗的红外器件。要注意低功耗与传输性能之间存在着矛盾：通常低功耗器件，传输距离很小。这一点在应用时应该综合考虑。

② 红外数据传输是半双工性质的。为避免自身产生的信号干扰自身，要确保发送时不接收，接收时不发送，可以着眼于软件设计，使软件在一种状态时暂不理会另一种状态；同时要合理设置好收发之间的时间间隔,不立即从一种方式转入另一种方式。

③ 要合理设计好各种红外器件的供电电路，选择适当的DC-DC器件，恰当地进行电磁抑制，做好电源滤波。同时还要注意尽可能减少功耗，不使用红外电路时要在软件上能够控制关闭其供电。很多厂家对自己推出的红外器件都有推荐的电路设计，要注意参考并实验。

④ PCB设计时，要合理布局器件。滤波电感、电容等要就近器件放置，以确保滤波效果；红外器件与系统的地线要分开布置，仅在一点相连；晶体等振荡器件要靠近所供器件，以减少辐射干扰。

⑤ 增大红外传输距离、提高收发灵敏度的方法：增加发射电路的数量，使几只发射管同时启动发送；在接收管前加装红色滤光片，以滤除其它光线的干扰；在接收管和发射管前面加凸透镜，提高其光线采集能力等等。

『伍』 红外线通信的原理

大气对红外线辐射的吸收，主要是由大气中的水蒸汽、二氧化碳和高层大气中的臭氧分子造成的。这些大气分子的强烈吸收使大气对红外线辐射的大部分区域是不透明的，只有在某些特定的波长区，红外线辐射才能透过。这些特定的波长区称为红外线辐射的“大气窗口”，它们几乎都集中在25μm以下的近红外和中红外区域，即1.15～1.35，1.45～1.8，1.9～2.5，3.05～4.1，4.5～5.5，7.9～13.2、17～28μm。另外，在波长为300、600μm附近区域，大气也呈现出某些透过特性。
散射是大气对红外线辐射的另一种重要作用。散射有两种不同的类型，即瑞利散射和弥散射。瑞利散射是由大气分子引起的，它对红外线辐射的影响并不特别重要，对于波长大于lμm的辐射的影响常可被忽略。弥散射是由大气中的悬浮粒子如雨、雪、雾、云、灰尘和烟的微粒造成的，这对红外线传输过程中的衰减有重要作用。
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。
简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
红外线通信可用于沿海岛屿间的辅助通信，室内通信，近距离遥控，飞机内广播和航天飞机内宇航员间的通信等。
特点
红外线具有容量大，保密性强，抗电磁干扰性能好，设备结构简单、体积小、重量轻、价格低；但在大气信道中传输时易受气候影响的特点。红外线波长范围为0.70μm～lmm，其中300μm～lmm区域的波也称为亚毫米波。大气对红外线辐射传输的影响主要是吸收和散射。
红外线通信系统
红外线通信系统一般由红外线发射系统和接收系统组成。对于客机内的红外线通信系统，采用低功率的近红外线（波长为0.72～1.5μm）传送信号，对人体健康尤其对人的眼睛无任何伤害作用，也不会干扰飞机与陆地之间的无线电通信。其工作过程是：音频信号先被转换成数字信号，再调制在红外线上，通过特制的红外线发射器，使载有音频信号的红外线充满机舱内的每一个角落。每个座位上备有的一副“耳机”，实际上是一只红外线接收机，它能将红外线信号变为电信号，再进而还原成声音；用电池工作，不需要任何外部连线。旅客只要载上这副“耳机”，开启电源，拨动相应的选择开关，就可收听到各种不同的节目。
技术标准
红外线通讯技术包含下列规格：IrPHY、IrLAP、IrLMP、IrCOMM、TinyTP、IrOBEX、IrLAN以及IrSimple。
IrDA1.0标准简称SIR（SerialInfrared，串行红外协议），它是基于HP-SIR开发出来的一种异步的、半双工的红外通信方式，它以系统的异步通信收发器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，UART)）依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收的光信号电脉冲的波形扩展这一编解码过程（3/16EnDec）实现红外数据传输。SIR的最高数据速率只有115.2kbps。在1996年，发布了IrDA1.1协议，简称FIR（FastInfrared，快速红外协议），采用4PPM（PulsePositionMolation，脉冲相位调制）编译码机制，最高数据传输速率可达到4Mbps，同时在低速时保留1.0标准的规定。之后，IrDA又推出了最高通信速率在16Mbps的VFIR（VeryFastInfrared）技术，并将其作为补充纳入IrDA1.1标准之中。
IrDA标准都包括三个基本的规范和协议：红外物理层连接规范IrPHY（）、红外连接访问协议IrLAP（InfraredLinkAccessProtoco1）和红外连接管理协议IrLMP（）。IrPHY规范制订了红外通信硬件设计上的目标和要求；IrLAP和IrLMP为两个软件层，负责对连接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IrDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P和IrBus等等。
IrPHY：是指红外线通信的最低层，物理层。其中重要的规格如下：
距离(标准：1米，低功率传输至低功率：0.2米，标准至低功率：0.3米)
角度(最小圆锥状+-15°)
速度(2.4千位元/秒至16百万位元/秒)
调变(基频带，无载波)
红外线过滤视窗
红外线通信收发器借由一束圆锥状光束范围内的红外线脉波传输，其圆锥状光束自中心算起最小有15度的范围。
红外线通信物理层规范需要至少在一米外还能辨识的光信号的最小光量。
同时，规范中也定义两通讯装置接近时不会过量的最大光量。
在实用阶段，市场上有些装置没有做到一米的传输距离。
同时也有些装置没有预留非常接近时的容忍值。
红外线通信的典型甜区为距离收发器5厘米至60厘米范围之中，在圆锥状光束的中心点处。
红外线通信的资料通讯作动在半双工模式，这是因为装置在发射时会被自己的接收器接收到，因此全双工变得不可行。
两装置间借由快速切换连接便可模拟全双工。
主要装置端控制着连接的时序，但双边可依照实际情况将传输速度切换至最高。
传输速率落在三大分类：SIR、MIR以及FIR。
SIR的速度范围包含了RS-232的速度定义(9600位元/秒，19.2千位元/秒，38.4千位元/秒，57.6千位元/秒，115.2千位元/秒)
装置最常见的传输速率为9600位元/秒，因此此一传输速率为所有在discovery状态与negotiation状态的速率。
MIR(中速率红外线)不是官方名词，有时用来表示0.576百万位元/秒至1.152百万位元/秒的速率范围。
FIR为IrDA物理层标准陈废的名词，虽然如此这个名词却也常用在表示4百万位元/秒速率。
FIR有时也用来表示所有大于SIR标定速率以上的速率。
然而，MIR与FIR使用不同的编码方式，与不同的封包架构。
因此，这两个非官方用词分别了两种不同的物理层实作方式。
未来有更快的传输速率(目前有VFIR)，可支援到16百万位元/秒。
有VFIR的商品可用例如TFDU8108可操作在9.6千位元/秒至16百万位元/秒。
UFIR协定正在发展中。此一协定将可支援100百万位元/秒。

『陆』 简易红外线通信电路的设计制作

简易红外线通信电路的设计，首先将需要发射的语音信号调制到载波信号中，然后以红外反射管发射出去。另一端用光敏电阻或二极管接收，并解调。可以使用555实现调制和解调。

『柒』 关于红外通信的问题（程序）

startflag 是接受红外起始标志，红外信号由起始信号，数据码，停止信号组成

判断符合起始信号后，startflag置1，标志后面接收的为数据。

『捌』 基于pic单片机的红外通信模块的设计与实现

pic单片机的红外通信模块的设计与实现
这个开发平台你怎样选择,我才好安排,你懂我意思的

『玖』 红外通信的标准帧包括什么

红外通信协议是一种基于红外线的传输技术。基于红外线的传输技术最近几年有了很大发展。广泛使用的家电遥控器几乎都是采用的红外线传输技术。作为无线局域网的传输方式，红外线方式的最大优点是不受无线电干扰，且它的使用不受国家无线管理委员会的限制。但是，红外线对非透明物体的透过性较差，导致传输距离受限制。
中文名
红外通信协议
类别
协议
内容
红外通信
专业
通信
协议背景基本结构IRDA标准基本原理电路设计红外发送器软件设计最新进展嵌入式的实现典型案例TA说
协议背景
红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，其频率高于微波而低于可见光，是一种人的眼眼看不到的光线。无线电波和微波已被广泛应用在长距离的无线通信中，但由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离无线通信场合点对点的直接线数据传输。为了使各种设备能够通过一个红外接口进行通信，红外数据协议（InfraredDataAssociation，简称IRDA）发布了一个关于红外的统一的软硬件规范，也就是红外数据通讯标准。
基本结构
红外数据通讯标准包括基本协议和特定应用领域的协议两类。类似于TCP-IP协议，它是一个层式结构，其结构形成一个栈，如图1所示。
其中基本的协议有三个：①物理层协议（IrPHY），制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，包括红外的光特性、数据编码、各种波特率下帧的包括格式等。为达到兼容，硬件平台以及硬件接口设计必须符合红外协议制定的规范。②连接建立协议（IRLAP）层制定了底层连接建立的过程规范，描述了建立一个基本可靠连接的过程和要求。③连接管理协议（IrLMP）层制定了在单位个IrLAP连接的基础上复用多个服务和应用的规范。在IrLMP协议上层的协议都属于特定应用领域的规范和协议。④流传输协议（TingTP）在传输数据时进行流控制。制定把数据进行拆分、重组、重传等的机制。⑤对象交换协议（IrOBEX）制定了文件和其他数据对象传输时的数据格式。⑥模拟串口层协议（IRCOMM）允许已存在的使用串口通信的应用像使用串口那样使用红外进行通信。⑦局域网访问协议（IrLAN）允许通过红外局域网络唤醒笔记本电脑等移动设备，实际远程摇控等功能。
整个红外协议栈比较庞大复杂，在嵌入式系统中，由于微处理器速度和存储器容量等限制，不可能也没必要实现整个的红外协议栈。一个典型的例子就是TinyTP协议中数据的拆分和重组。它采用了信用片（creditcard）机制，这极大地增加了代码设计的复杂性，而实际在红外通信中一般不会有太大数据量的传输，尤其在嵌入式系统中完全可以考虑将数据放入单个数据包进行传输，用超时和重发机制保证传输的可靠性。因此可以将协议栈简化，根据实际需求，有选择地实现自己需要的协议和功能即可。
IRDA标准
包括三个基本的规范和协议：
物理层规范()、链接建立协议(LinkAccessProtocol:IrLAP)和链接管理协议（LinkManagementProtocol:IrLMP)。
物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求，IrLAP和IrLMP为两个软件层，负责对链接进行设置、管理和维护。在IrLAP和IrLMP基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IRDA还陆续发布了一些更高级别的红外协议，如TinyTP、IrOBEX、IrCOMM、IrLAN、IrTran-P和IrBus等等
基本原理
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端采用脉位调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。
简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
电路设计
单片机本身并不具备红外通信接口，但可以利用单片机的串行接口与片外的红外发射和接收电路，组成一个应用于单片机系统的红外串行通信接口，如图1所示。
红外发送器
实例一
红外发送器电路包括脉冲振荡器、驱动管T1和T2、红外发射管D1和D2等部分。其中脉冲振荡器由NE555定时器、电阻（R1、R2）和电容（C1、C2）组成，用以产生38kHz的脉冲序列作为载波信号；红外发射管D1和D2选用Vishay公司生产的TSAL6238，用来向外发射950nm的红外光束。
红外发送器的工作原理为：串行数据由单片机的串行输出端TXD送出并驱动T1管，数位“0”使T1管导通，通过T2管调制成38kHz的载波信号，并利用两个红外发射管D1和D2以光脉冲的形式向外发送。数位“1”使T1管截止，红外发射管D1和D2不发射红外光。若传送的波特率设为1200bps，则每个数位“0”对应32个载波脉冲调制信号的时序，如图2所