1 引言

　　在電子消費領域當中，紅外產品的使用較為普遍，它多用于簡單的近距離控制，如家電，玩具，各種抄表系統。本文以Freescale 8位高性能、低功耗單片機MC9S08GT60為載體，詳細介紹紅外通信的硬件和軟件設計過程及通信協議的使用。

　　HCS08系列的MCU是Freescale半導體公司最新推出的8位單片機，具有多種低功耗模式，更高的工作頻率，并集成了片上調試器，而且資源豐富，因此采用了該系列的MC9S08GT60作為載體詳細討論了一個簡單實用的紅外通信開發系統。

　　紅外通信過程主要由紅外發射和紅外接收兩個過程，首先將數字信號送給紅外發射電路，經該電路的調制轉變成紅外光信號在空中傳輸，然后紅外接收電路收到該紅外光信號，經過該電路的解調，將此紅外光信號還原成可被單片機處理的信號，由單片機內部處理得到原來的數據編碼。

　　2 紅外通信協議

　　協議的目的是給收發雙方一個約定，使其能夠進行同步，并正確的收發數據。本設計使用了類同步協議。當紅外接收器未收到信號時，不產生定時操作，否則，首先接收起始位‘0’，并觸發中斷，啟動定時器接收數據，然后判斷是否為起始位，如果是，則繼續接收數據，否則將定時器復位，重新檢測起始位，在接收第二個停止位時，會觸發一次中斷來檢測第一次接收的停止位是否正確，如果不正確，則復位定時器，重新接收，否則已經正確接收該數據段。

　　3 紅外通信的原理分析

　　紅外通信在空中傳輸的是載波信號，當有載波通過時，接收端輸出數字信號‘0’，反之，輸出數字信號‘1’。因此在發射電路發送的功能指令碼，一般采用多位二進制串行碼。本文中，紅外通信數據采用脈沖編碼，就是將每位數據信號用一個脈沖來表示，脈寬為526 μs，兩個這樣的脈沖周期表示‘1’，一個這樣的脈沖周期表示‘0’。這樣的脈沖信號都調制在頻率為38 kHz的載波上再發送出去，調制后在空中傳輸的信號就是具有一定時間間隔的載波信號，其占空比由數據編碼決定。在紅外接收端，數據處理的過程正好相反，在接收紅外光信號之后，會經過整形、放大、濾波、調制等一系列處理，然后在其輸出端輸出一系列的單片機能夠處理的數據信號。

　　4 紅外通信硬件設計原理

　　4.1 發送電路的硬件設計

　　HCS08GT60 單片機內部有兩個TPM模塊，每個模塊有兩個通道，可以用任意一個通道的PWM功能，輸出38 kHz的載波信號，本文編程設計根據實驗條件的要求采用了TPM1通道1中心脈寬輸出功能產生38 kHz紅外載波信號。而PTA7口作為普通的輸入輸出口，產生一定脈寬的方波信號，作為數據編碼信號輸入。硬件原理圖如圖1所示。

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　　原理圖中，電氣節點CODE跟PTA7口相連，產生數據編碼；電氣節點CLK跟TPM1通道1相連，產生38 kHz紅外載波信號。三極管基極串接的電阻和R5起到限流保護的作用，三極管本身則具有信號放大的功能，另外兩個三極管級聯將編碼調制在38 kHz的載波上通過紅外發射器發射出去。當編碼為‘1’時，Q1，Q2截止，紅外發射器上無電流通過，發射低電平信號，當編碼為‘0’時，Q1，Q2導通，此時載波信號通過Q2放大在發射器上體現出38 kHz的載波信號。因此在PTA7端口輸入不同的數據編碼，通過該發送電路，在發射器上會出現具有一定間隔的38 kHz載波信號，經發射器將該載波信號轉化成光信號發射出去。載波脈沖調制信號的時序圖如圖2所示。

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　　4.2 接收電路的硬件設計

　　紅外接收電路中使用了HS0038A接收器，HS0038A的內部邏輯框圖如圖3所示。

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　　由此可看出該接收器內部實現了紅外接收、放大、濾波及解調功能，當收到紅外載波光信號時，紅外接收器輸出低電平，反之紅外接收器輸出高電平，從而可以將時斷時續的紅外光信號調制成連續的方波信號，經單片機內部處理可以將其轉換成原來的數據。

　　硬件原理圖如圖4所示。

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　　由于HS0038A內置濾波并且采用環氧塑封，可以作為紅外濾波器，因此電路中不需要另外增加濾波器，并且HS0038A具備較強的抗干擾能力。

　　紅外接收器輸出引腳RevData連接在TPM2通道0，使用了TPM的輸入捕捉功能，在上升沿時發生輸入捕捉，比較兩次捕捉發生時通道寄存器 TPM2C0V的值，可以得到一個周期脈沖的寬度，根據發射數據的時序圖，就可知道不同的脈沖寬度對應的數據是什么，由此就可將原數據還原出來。