无线红外传输设计技术

红外无线是计算机与外设的一种常用连接技术。本文介绍红外编/译码器与主控机和光收发器的连接设计。

MCP2122是一款IrDA标准编/译码器。它有两个接口：主机UART接口与IR接口(图1)，前者与发送与接收数据的主控器接口;后者连接至光收发电路，将电脉冲转换为红外光(编码)，或将红外光变换为电脉冲(译码)。IR光收发电路可以是标准IR光收发器(如TFDU4300)，也可以用分立元件来实现。

MP2122器件内部由三个功能块组成(见图1)：时钟驱动电路(16×CLK)，复位电路以及IR标准编/译码电路。16×CLK提供电路工作所必须的时钟信号;复位电路支持外部复位信号;IR编/译码逻辑是依据IrDA标准物理层规范设计的，编码电路将8位字节数据变换为IrDA标准信号，而译码电路则将IrDA标准信号变换为8位数据字节。

MCP2122的工作需要一个外部时钟信号，16×CLK引脚就是器件时钟输入端，它与主UART接口和IR接口无关。16×CLK确定了器件工作时所有定时关系。16×CLK信号也可称为位时钟(BITCLK)，每位有16个BITCKK，用来产生TXIR和IXIR的位图形。由此可知，MCP2122的波特率是由16×CLK决定的，计算公式为F16×CLK=16*(波特率)。表1示出了几种常用波特率与其相应的16×CLK频率。

IR编译码信号是这样的，如果TX引脚发送的值是个逻辑低信号，TXIR引脚则输出7个时钟周期低电平，3个时钟周期逻辑高电平，其余6个时钟周期保持低;如果发送的值是逻辑高电平，TXIR引脚在整个16位时钟周期内输出一个低电平。译码时，如果接收的值是逻辑低信号，RXIR引脚在开始3位时钟周期内是低电平，其余13位时钟周期是高电平;如果接收的值是逻辑高信号，RXIR引脚在整个16位时钟周期内是高电平。这样，RX引脚电平将处于相应的状态。

MCP2122与主控制器接口有4个信号，TX与RX连接至主控器的UART，这2个信号是有一定波特率的串行信号，由起始位、数据位和终止位组成。RESET引脚用来将MCP2122处于某个确定的状态，该引脚加以低电平时迫使其输出引脚进入默认的状态。16×CLK是器件的工作时钟，其频率应是所需波特率的16倍，为了使器件正常工作，时钟频率必须与波特率相匹配。时钟的信号源可以是：

·电路板系统时钟：这个信号是现成的，可直接连接至16×CLK引脚，唯一要注意的就是与波特率匹配问题。

·主控器I/O引脚上固件产生的时钟。主控器产生时钟信号是一件十分简单的工作，只是会占用MCU的工作时间。以PICmicroMCU为例，可以用BSF指令来产生上升边，BCF指令会产生下降边。两条指令生成一个脉冲信号，其周期(即频率)可根据波特率及指令周期来确定。

·主控器硬件产生时钟：硬件能减少固件的开销，还能使波特率更高。一个典型的PICmicro器件使用CCP模块来生成时钟。在模式初始化配置后无需额外的软件开销，且时钟与UART是同步的。CCP模是可配置成捕捉、比较或PWM工作方式的硬件模块，与主控器的TIME1或TIME2协同工作。产生16×CLK需要PWM模式，用Timer2作为时基。PIC16F877A的CCP模块处于PWM模式时的简化方框图如图2所示。PWM模式充分利用MCU内部Q时钟(一个指令周期4个Q时钟)实现50%的占空比，而最小PWM周期为指令周期。PWM周期为：

T=[(PR2)+1]×4×Tosc(TMR2预设值)

上式中，PR2为寄存器中值，Tosc为时钟振荡器周期。

表1 波特率与16×CLK关系

　　图1 MCP2122简要框图与连接

主控器

UART接口

协议处理器

IR接口

光收发器

编码

译码

时钟

复位逻辑

时钟逻辑

　　图2 CCP模块

空度比寄存器

CCP模块

比较器

比较器

Timer2模块

清定时器强迫CCP管脚高锁定空度比周期

说明：8位定时器与2位内部Q时钟或2位预设定值串连构成10位时基

　　图3 产生的PWR波形

占空比周期=DC*Bg:DC*BO(约为50%)周期

PWM初始化前

第一个PWM周期

相继PWM周期

①空度比值是从空度比暂存器装入空度比从寄存器的。

②Timer2值等于空度比暂存寄存器值。

③Timer2与PR2寄存器相匹配。