基于RS232及紅外接口的多功能通訊實(shí)驗板設計
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計算機控制系統中經(jīng)常采用多機系統進(jìn)行通信，在由PC機和單片機構成的分布式控制系統中，往往以PC機為上位機完成較為復雜的數據處理和對前沿機的監督管理，以及對下位機進(jìn)行多機協(xié)調，單片機主要執行上位機的命令，對來(lái)自微機串行口的命令進(jìn)行操作，完成對被控對象的直接控制，并把被控對象的信息上報給上位機，異步串行通信是一種常用的多機通信手段，本文介紹一種將RS232，RS485，及紅外接口集成在一起的PC機--單片機多功能通訊實(shí)驗板，用于實(shí)現PC機與單片機間的串口通信、紅外通信及PC機與PC機間的通訊實(shí)驗。
2 實(shí)驗板的組成原理與設計
2.1 串行通信
串行通信是指通信的發(fā)送方和接收方之間數據信息的傳輸是在單根數據線(xiàn)
2.2 AT89C51微控制器
AT89C51單片機系統具有設計簡(jiǎn)單、性能可靠、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，它為用戶(hù)預留下足夠的軟硬件資源，可供用戶(hù)進(jìn)行再開(kāi)發(fā)應用，該系統除內部已有的4K FLASH存儲器外，還可以擴展選址64K ROM區和64K RAM區，供用戶(hù)使用，用戶(hù)在系統開(kāi)發(fā)時(shí)，可以將自己的數據塊和程序段、數據表，以若干控制子程序、數據塊形式存放于A(yíng)T89C51單片機的擴展ROM或RAM區中，以便系統工作時(shí)重復使用和反復調用。
2.3 RS232C通信接口
RS232C是一種電壓型總線(xiàn)標準，可用于設計計算機接口與終端或外設之間的連接，以不同的極性的電壓表示邏輯值。-3～-25V表示邏輯"1"。+3～+25V表示邏輯"0"。其電平與TTL和CMOS電平是不同的，所以在通信時(shí)必須進(jìn)行電平轉換。
2.4 MAX232芯片
MAXIM公司的MAX232/MAX232A接收/發(fā)送器是MAXIM公司特別為滿(mǎn)足EIA/TEA2232E的標準而設計的，他們在EIA/TIA2232E標準串行通信接口中日益得到廣泛的應用，他們具有功耗低、工作電源為單電源、外接電容僅為0.1μF或1μF，采用雙列直插封裝形式、接收器輸出為三態(tài)TTL/CMOS等優(yōu)越性，為雙組RS 232接收發(fā)送器，工作電源為+5V，波特率高，僅需外接0.1μF或1μF的電容，其價(jià)格低，可在一般需要串行通信的系統中使用，MAX232外圍需要4個(gè)電解電容，是內部電源轉換所需電容，其取值均為1μF/25V宜選用鉭電容并且應盡量靠近芯片。如圖1所示。
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2.5 紅外發(fā)送、接收電路
紅外通訊以紅外線(xiàn)作為通訊載體，通過(guò)紅外光在空中的傳播來(lái)傳輸數據，他由紅外發(fā)射器和紅外接收器來(lái)完成，在發(fā)射端，發(fā)送的數字信號經(jīng)過(guò)適當的調制編碼后，送入電光變換電路，經(jīng)紅外發(fā)射管轉變?yōu)榧t外脈沖發(fā)射到空中；在接收端，紅外接收器對接收到的紅外光脈沖進(jìn)行光電變換，解調譯碼后恢復出原信號。
紅外發(fā)送電路中采用的紅外發(fā)射器件是塑封的TSAL6200紅外發(fā)射二極管，他將周期的電信號轉變成一定頻率的紅外光信號，他是一種時(shí)斷時(shí)續的高頻紅外脈沖信號，但脈沖串時(shí)間長(cháng)度是恒定的，根據脈沖串之間的間隔大小，表示傳輸的是數據"0"還是"1"。紅外接收器對接收到的紅外光脈沖進(jìn)行光電變換，解調譯碼后恢復出原信號。紅外載波為頻率38KHz的方波，采用脈寬調制PWM方式發(fā)送，通過(guò)待發(fā)送二進(jìn)制數據的"0"或"1"控制兩個(gè)脈沖串之間的時(shí)間間隔，即PWM的占空比。
紅外載波可以使用單片機內部的定時(shí)器的PWM功能實(shí)現，也可以通過(guò)外圍硬件電路實(shí)現，紅外接收采用HS0038B紅外接收器，當接收收到38KHz的載波信號時(shí)，HS0038B接收器會(huì )輸出低電平，否則輸出高電平，從而可以將"時(shí)斷時(shí)續"的紅外光信號解調成一定周期的連續方波信號，經(jīng)單片機處理，便可以恢復出原數據信號。
2.6 設計思路
本實(shí)驗板選用的ATMEL公司的AT89C51單片機為核心，RS232C接口選用9芯接頭，電平轉換芯片選用MAX232A，用來(lái)實(shí)現232電平與TTL電平的轉換，RS485接口芯片選用65LBC184，他使用單一電源，電壓在+3
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紅外接收芯片HS0038B是能夠接收紅外信號的小型化接收器，通過(guò)外圍的自激振蕩電路產(chǎn)生38KHz的載波頻率。為了及時(shí)顯示各接口發(fā)送、接收數據的狀態(tài)，在實(shí)驗板上還設置了狀態(tài)顯示電路，由接口信號通過(guò)放大電路驅動(dòng)相應發(fā)光二極管，例如，當232芯片接收到PC機的數據時(shí)，232芯片的接收端會(huì )使相應的二極管閃爍，紅外發(fā)送電路在發(fā)送數據時(shí)，其相應的發(fā)光管也會(huì )及時(shí)閃爍，而PC機上的串口通信程序使用一個(gè)叫做串口助手的程序，他可以設置串口，波特率，并發(fā)送/接收串口數據，故本文只介紹單片機部分的通信程序。
2.7 單片機軟件設計
在實(shí)驗板上還集成了51單片機來(lái)組成最小控制系統，所選用的AT51單片機的串口有4種工作方式，用于多機異步通信時(shí)選用方式2或方式3，數據幀格式為：1位起始位，8位數據位，1位停止位，進(jìn)行串行通信前要對串口進(jìn)行初始化，設置波特率和串行口工作模式，設定單片機的地址碼為F1H1，在傳送數據前先聯(lián)絡(luò )地址碼，如地址碼正確則傳送數據，否則繼續聯(lián)絡(luò )地址碼，數據的通信采用累加和校驗的方法，即每傳送一組數據（個(gè)數自定，設為100個(gè)），校驗一次累加和是否正確，正確則回送00H，否則回送FFH1，通信可以由中斷傳送方式和查詢(xún)方式，本文采用查詢(xún)方式，選擇波特率為1200b/s，定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，選用晶振為12MHz，定時(shí)器T1工作于模式2，定時(shí)器初值為0E6H，AT89C51單片機的通信程序框圖如圖2。
2.8 通訊實(shí)驗示例
實(shí)驗1 利用RS232接口及MAX232電平轉換芯片來(lái)實(shí)現PC機與單片機的串口通信。
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實(shí)驗2 首先通過(guò)RS232接口將PC機1與實(shí)驗板1連接，將232電平轉換為T(mén)TL電平，然后通過(guò)RS485接口把TTL電平轉換為485電平并連接到實(shí)驗板2上，再通過(guò)RS232實(shí)現與PC機2的串口通信。
實(shí)驗3 通過(guò)RS232接口將PC機1與實(shí)驗板1連接，將232電平轉換為T(mén)TL電平，然后通過(guò)紅外發(fā)送電路將信號無(wú)線(xiàn)傳送到實(shí)驗板2上，再通過(guò)安裝在實(shí)驗板2上的RS232接口與PC機2完成通信。
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3 結語(yǔ)
本文利用RS232，RS485接口芯片，紅外發(fā)送/接收電路設計了PC機與單片機及PC機之間的通訊實(shí)驗板，該系統硬件結構簡(jiǎn)單，功能可靠，硬件與軟件均調試通過(guò)，在實(shí)際現場(chǎng)的應用中具有一定的實(shí)用價(jià)值，對于為了解并掌握多機間串行通信，紅外通信的初學(xué)者是一個(gè)理想的實(shí)驗工具。
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