關(guān)于單片機串行口紅外通信的設計

1 紅外通信原理

紅外通信是利用波長(cháng)為900nm～1000nm的紅外波作為信息的載體,發(fā)射裝置把二進(jìn)制信號經(jīng)過(guò)高頻調制后發(fā)送出去，接收裝置把接收的紅外高頻信號進(jìn)行解調為原來(lái)信息的一種通信傳輸方式。其中調制方式有脈寬調制（通過(guò)改變脈沖寬度調制信號PWM）和脈時(shí)調制（通過(guò)改變脈沖串之間時(shí)間間隔調制信號PPM）兩種，本文采用PPM脈時(shí)調制方式。

2 串行口紅外通信硬件設計

多費率電能表的紅外發(fā)射和紅外接收電路主要包括新茂單片機SSU7301、日本光電子公司的紅外發(fā)射管SE303和紅外接收管PIC12043，以及驅動(dòng)三極管8550、電阻和電容，紅外通信硬件原理圖見(jiàn)圖1。

2.1 紅外發(fā)射硬件設計

紅外發(fā)射是利用單片機SSU7301的串行數據發(fā)送口TXD(P3.1)控制驅動(dòng)三極管BG1進(jìn)行二進(jìn)制數據“0”和“1”的傳輸(數據由串行發(fā)送緩沖器SBUF中送出)，以及利用P3.4口控制驅動(dòng)三極管BG2進(jìn)行高頻38.4kHz調制（高頻驅動(dòng)信號由定時(shí)器/計數器T0的方式2自動(dòng)重裝模式產(chǎn)生），從而可靠地實(shí)現了紅外發(fā)射管D1在傳輸數據“0”時(shí)進(jìn)行高頻紅外發(fā)射和數據“1”時(shí)被截止的發(fā)射功能。狀態(tài)關(guān)系見(jiàn)表1，波形見(jiàn)圖2。

2.2 紅外接收硬件設計

紅外接收是利用紅接收管PIC12034收到高頻信號輸出低電平確定為數據“0”，而沒(méi)收到高頻信號輸出高電平確定為數據“1”的方式經(jīng)過(guò)解調，把數據通過(guò)單片機SSU7301的串行數據接收口RXD(P3.0)進(jìn)行串行方式接收(接收數據存儲在串行口緩沖器SBUF中)。

3 紅外通信軟件設計

DL/T645-1997《多功能電能表通信》中規定電能表的紅外載波頻率為38kHz±1kHz；初始速率為1200 bps；通信的字節格式為8位二進(jìn)制碼D0～D7，傳輸時(shí)加上一個(gè)起始位(0)，一個(gè)偶校驗位P和一個(gè)停止位(1),共11位，傳輸時(shí)先傳低位，后傳高位，傳輸序列見(jiàn)圖3。根據以上要求，本設計中紅外載波頻率采用38.4kHz，波特率為1200bps，串行口采用模式3為9位異步通信方式，加1位起始位和1位結束位，傳送一個(gè)字節數據為11位。

3.1 紅外載波和定時(shí)器/計數器T0設置

紅外載波頻率f2為38.4kHz，當定時(shí)器/計數器T0模式控制器TMOD中C/T=0和M1M0=10時(shí)，SSU7301的定時(shí)器/計數器T0設置成模式2方式。此時(shí),TL0和TH0預置成1個(gè)可以自動(dòng)重裝的8位的定時(shí)器/計數器。用軟件將TL0和TH0預置相同的初值后，當TL0計數值增1溢出時(shí)，一方面使TF0置1，申請中斷；另一方面產(chǎn)生的溢出脈沖將TH0的數據值自動(dòng)打入到TL0中去，不需要用軟件對TL0重新置初值。系統的晶振f1為11.0592MHz,則TL0和TH0的初值計算如下:

f2=38.4kHz 得T=1/f2=1/38.4k≈26×10-6=26 μs
所以高頻調制反轉的周期TC=T/2=26/2=13μs

即定時(shí)器/計數器T0的初值TL0=TH0=28-(TC×f1)/12=256-(13×10-6×11.0592×106)/12=256-11.9808≈244=0F4H
在定時(shí)器/計數器T0的中斷服務(wù)程序中只用兩條指令即可實(shí)現高頻調制,即 CPL P3.4和RETI。

3.2 串行口和定時(shí)器/計數器T1波特率發(fā)生器設置

串行口采用模式3為9位異步通信方式，波特率為1200bps。由串行口控制寄存器SCON的操作模式選擇位SM0、SM1都置1設置為模式3，當定時(shí)器/計數器T1模式控制器TMOD中C/T=0和M1M0=10時(shí)，SSU7301的定時(shí)器/計數器T1設置成模式2方式作為波特率發(fā)生器，其波特率表示為：

波特率=（T1的溢出率）/ n
當SMOD=0時(shí)，n=32；當SMOD=1時(shí)，n=16，（本設計中SMOD=0）則
波特率=（T1的溢出率）×2SMOD / 32
T1的溢出率=（f1/12）/(28-T1初值)
得：波特率=（T1的溢出率）×2SMOD / 32
=[（f1/12）/(28- T1初值)] ×2SMOD / 32
得：定時(shí)器/計數器T1初值
TL1=TH1=28-(f1×2SMOD )/(12×32×波特率)
=256-(11.0592×106)/( 12×32×1200)
=256-24=232=0E8H

3.3 程序設計

根據以上兩點(diǎn)參數的設置,51系列單片機SSU7301的匯編語(yǔ)言程序設計如下:
;以下為參數設置程序
MOV TMOD, #22H ;定時(shí)器/計數器T0方式2自動(dòng)重裝模式用于PWM38.4KHZ調
;制用 , 定時(shí)器/計數器T1方式2自動(dòng)重裝模式用于串行口通訊波特率發(fā)生器
MOV TH1,#0E8H ;波特率1200時(shí),定時(shí)器/計數器T1自動(dòng)重裝初值
MOV TL1,#0E8H
MOV TH0,#0F4H ;38.4KHz高頻頻調制時(shí), 定時(shí)器/計數器T0自動(dòng)重裝初值
MOV TL0,#0F4H
SETB ET0 ; 定時(shí)器/計數器T0溢出中斷允許位
SETB TR1 ; 定時(shí)器/計數器T1開(kāi)始定時(shí)控制位
SETB TR0 ; 定時(shí)器/計數器T0 開(kāi)始定時(shí)控制位
MOV PCON,#00H ;SMOD為0不倍增模式
MOV SCON,#0D0H ;串行口設置為模式3,允許接收
SETB ES ;串行口允許中斷
SETB EA ;開(kāi)總中斷允許位
;以下為定時(shí)器/計數器T0中斷溢出服務(wù)程序
ORG 000BH; 定時(shí)器/計數器T0中斷入口地址
T0SERVE:CPL P3.4 ; 定時(shí)器/計數器T0定時(shí)取反P3.4口進(jìn)行高頻調制
RETI ;中斷返回
;以下為串行口中斷服務(wù)程序,以接收一個(gè)字節數據為例,多字節以此類(lèi)推
ORG 0023H;串行口中斷入口地址
SENDSERVE:NOP
NOP
MOV A,SBUF ;把接收緩沖器的數據送到A寄存器
… ;進(jìn)行數據處理及其它功能操作
RETI ;中斷返回
;以下為串行口發(fā)送程序,以發(fā)送一個(gè)字節數據為例, 多字節以此類(lèi)推
COMSEND: MOV A,#DATAH ;把數據送到A寄存器
MOV C,P ;根據A中數據產(chǎn)生的偶校驗位送到進(jìn)位標志位
MOV TB8,C ;送偶校驗位到發(fā)送的第9位數據
MOV SBUF,A ;送數據到發(fā)送緩沖器
JNB TI,$ ;以查詢(xún)方式等待發(fā)送結束
CLR TI ;清發(fā)送中斷標志位
… ;繼續發(fā)送或其它功能操作
RET 子程序返回

4 結束語(yǔ)

本設計的最大特點(diǎn)在于省略了脈沖振蕩器，而僅僅利用多費率電能表上所帶單片機的串行口和2個(gè)定時(shí)器/計數器，這不僅使多費率電能表在硬件設計上更加簡(jiǎn)單、成本更加低廉，而且在軟件上也更加方便、可靠。同時(shí)這種紅外通信方式也可以應用在帶串行口和定時(shí)器/計數器的單片機應用領(lǐng)域。