IR與RS-232的匹配技術(shù)

現代電子設備通常包含最新的數據通信接口，以實(shí)現更高的數據率或增進(jìn)用戶(hù)的便利性。紅外技術(shù)(IR)是數據通信接口的一個(gè)很好例子，但有時(shí)單獨使用這種最新接口還是不夠的，設備還需要與采用傳統接口如RS-232的老設備兼容才會(huì )被用戶(hù)所接受。因此，常見(jiàn)的紅外技術(shù)和RS-232共存于同一設備中。
數據通信接口可以分成三個(gè)基本層：物理層、協(xié)議層和應用層。物理層主要定義硬件的電氣特性和通信速度。協(xié)議層定義數據格式。應用層利用數據格式在特定設備中執行特定的工作。例如，在由紅外數據協(xié)會(huì )(IrDA)所定義的協(xié)議中，應用層IrTran-P用于在成像設備如數碼相機中傳遞圖片。
RS-232只是一個(gè)物理層，而IR包括全部三個(gè)層?；贗rDA的IR也有多個(gè)物理層：115Kb/s的SIR、1Mb/s的MIR、4Mb/s的FIR以及16Mb/s的VFIR。由于RS-232和SIR使用相同的數據成幀器，通常稱(chēng)為一個(gè)UART。
RS-232是異步串行通信最常用的物理層，并將繼續在多類(lèi)終端設備中得到廣泛應用，諸如網(wǎng)絡(luò )、工業(yè)控制設備和POS系統等。而IR得到了各類(lèi)電子設備的支持，如筆記本電腦、手機、數碼相機和PDA等。

傳統解決方案
在僅有一個(gè)UART的系統中實(shí)現IR和RS-232匹配通常需要4個(gè)IC——雙SPDT模擬開(kāi)關(guān)、編解碼器(ENDEC)、RS-232收發(fā)器和IR收發(fā)器(見(jiàn)圖1)。模擬開(kāi)關(guān)引導發(fā)射(Tx)和接收(Rx)信號往返于相應的收發(fā)器。來(lái)自微處理器(或微控制器)的通用輸出控制模擬開(kāi)關(guān)。
對于IR操作，Tx信號必須通過(guò)ENDEC的編碼器部分。這將傳統的UART NRZ信號壓縮成IR收發(fā)器滿(mǎn)足IrDA SIR標準所要求的RZ脈沖。Rx正好相反，需要由IR收發(fā)器發(fā)送通過(guò)ENDEC的解碼器部分(見(jiàn)圖2a)。解碼器將單一脈沖展寬為傳統的NRZ信號，從而被UART識別。IR收發(fā)器的工作隨后只在IR頻譜內接發(fā)信息(見(jiàn)圖2b)。
RS-232的操作更直接。模擬開(kāi)關(guān)引導Tx和Rx信號往返于RS-232收發(fā)器。RS-232收發(fā)器不需要ENDEC，使之能夠接受TTL/CMOS信號，直接往返于UART。RS-232只不過(guò)是一個(gè)電平轉換器，通過(guò)使用內部電荷泵將TTL/CMOS電平轉換為小于+5V而大于-5V的電平。
另一種普遍的折衷做法是去除模擬開(kāi)關(guān)。用這種方法在僅有一個(gè)UART的系統中實(shí)現IR和RS-232匹配只需要3個(gè)IC——ENDEC、RS-232收發(fā)器和IR收發(fā)器。將IR和RS-232兩收發(fā)器的Tx線(xiàn)連到一起，去除模擬開(kāi)關(guān)。兩收發(fā)器的Rx線(xiàn)采取同樣的連接。
由于兩收發(fā)器的Tx線(xiàn)連結在一起，因而數據同時(shí)發(fā)送到兩個(gè)發(fā)送器。在同一時(shí)間通過(guò)IR和RS-232發(fā)送器發(fā)送相同數據，會(huì )浪費功耗，不適合大多數應用。因此，許多系統設計師在這種情況下都將電源從不用的收發(fā)器中去除，以節省電力。但是，由于不用的收發(fā)器將通過(guò)一個(gè)內部保護二極管由發(fā)送器輸入線(xiàn)上的電壓來(lái)供電，因些，這種方法實(shí)際上達不到節電的目的。
這種折衷方案不比傳統的解決方案簡(jiǎn)單，因為它要求兩發(fā)送器都要經(jīng)過(guò)仔細選擇。因此，采用這種做法時(shí)，需要確保兩個(gè)收發(fā)器在無(wú)需去除電源的情況下，具有滿(mǎn)意的關(guān)斷特性(見(jiàn)圖3)。

改進(jìn)的解決方案
在僅有一個(gè)UART的系統中實(shí)現IR和RS-232不再需要3或4個(gè)IC。相反地，前面所討論的傳統解決方案用一個(gè)IC(見(jiàn)圖4)就可實(shí)現。本例中的MAX3130就是這樣一種IC，它將全部四項功能包含在一個(gè)28引腳的SSOP封裝內。其內部的雙SPDT模擬開(kāi)關(guān)通過(guò)改變IC的/IR-MODE腳上的邏輯狀態(tài)來(lái)實(shí)現控制。內部的雙SPDT模擬開(kāi)關(guān)在/IR-MODE為高電平時(shí)引導信號往返于RS-232收發(fā)器。/IR- MODE為低電平時(shí)，信號被引導往返于IR收發(fā)器。內部的ENDEC在由UART波特輸出信號所提供的Baud16時(shí)鐘的幫助下對信號進(jìn)行壓縮和展寬。
當前，許多處理器均帶有多個(gè)內部UART。當設計所選用的處理器擁有兩個(gè)可用UART時(shí)，雙SPDT模擬開(kāi)關(guān)便不再需要。
有些微控制器所擁有的內部UART不包含或不能提供像工業(yè)標準16550 UART那樣與波特輸出等效的信號。波特輸出信號只不過(guò)是一個(gè)比選定波特率快16倍的時(shí)鐘。所有ENDEC在某些時(shí)候都需要這種Baud16時(shí)鐘來(lái)生成。
創(chuàng )建支持9600波特以外波特率的Baud16時(shí)鐘不是一項簡(jiǎn)單的工作。首先，Baud16時(shí)鐘需要在開(kāi)展任何通信之前就存在，且首次通信需在9600波特下進(jìn)行。首次通信時(shí)，兩IR連接系統就每一系統所支持的最快速率達成一致。這些完成以后，需要適當增大Baud16時(shí)鐘，以使所有的新通信都被限定在更快的現行波特率上。換言之，不能僅有一個(gè)晶體振蕩器、并用觸發(fā)器和跳線(xiàn)進(jìn)行分割。必須通過(guò)軟件來(lái)控制Baud16時(shí)鐘。
雖然帶多個(gè)內部UART的微處理器很平常，但系統設計師必須采用一種可能沒(méi)有兩個(gè)內部UART的特殊處理器。在這種情況下，對于要求每個(gè)接口都時(shí)時(shí)與其自身的UART相連接的設計來(lái)說(shuō)，工作會(huì )變得復雜。更為嚴峻的是，如果8個(gè)I/O引腳沒(méi)辦法與一個(gè)并行UART連接，那么設計師將很難有更多的選擇余地?！?(鋤禾譯)