基于STC89C52單片機(jī)的串行通信發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

一、項(xiàng)目介紹

串行通信是一種常見的數(shù)據(jù)傳輸方式，允許將數(shù)據(jù)以比特流的形式在發(fā)送端和接收端之間傳輸。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)基于STC89C52單片機(jī)的串行通信發(fā)射機(jī)，通過紅外發(fā)射管和接收頭實(shí)現(xiàn)自定義協(xié)議的數(shù)據(jù)無線傳輸。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)選擇

在本設(shè)計(jì)中，選擇了STC89C52作為主控芯片。單片機(jī)具有較高的性能和豐富的外設(shè)資源，適合實(shí)現(xiàn)串行通信發(fā)射機(jī)功能。

2.2 矩陣鍵盤

采用4x4的矩陣鍵盤，用于接收用戶輸入的指令。通過掃描矩陣鍵盤的按鍵狀態(tài)，可以獲取用戶需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。

2.3 紅外發(fā)射管和接收頭

選擇具有較高發(fā)射功率和較長(zhǎng)發(fā)射距離的紅外發(fā)射管，并配合紅外接收頭進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)紅外接收頭檢測(cè)到紅外光時(shí)，輸出低電平；沒有檢測(cè)到紅外光時(shí)，輸出高電平。

2.4 矩陣鍵盤掃描

利用矩陣鍵盤的行列掃描原理，實(shí)時(shí)檢測(cè)用戶按鍵狀態(tài)，并將按鍵值保存在變量中供后續(xù)使用。

2.5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和紅外發(fā)送

根據(jù)自定義的協(xié)議格式，將用戶按鍵值轉(zhuǎn)換為紅外控制碼。通過IO口驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管發(fā)送紅外控制碼。

三、協(xié)議的約定

【1】自定義發(fā)送協(xié)議： 自定義發(fā)送協(xié)議需要約定以下內(nèi)容：

• 幀格式：確定每一幀數(shù)據(jù)的起始標(biāo)志、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和校驗(yàn)信息等。常見的幀格式包括起始位、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位。
• 數(shù)據(jù)編碼：確定將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為比特流進(jìn)行傳輸?shù)姆绞健３Ｒ姷木幋a方式有Manchester編碼和Pulse-Width Modulation（PWM）編碼。
• 校驗(yàn)機(jī)制：確定是否需要添加校驗(yàn)位，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和完整性。常見的校驗(yàn)方式有奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）等。

例如，可以采用以下的幀格式作為示例：

• 幀頭：起始位，一個(gè)特定的比特用于標(biāo)識(shí)幀的開始。
• 數(shù)據(jù)字段：包含要發(fā)送的數(shù)據(jù)。
• 校驗(yàn)位：用于檢驗(yàn)幀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
• 幀尾：停止位，一個(gè)特定的比特用于標(biāo)識(shí)幀的結(jié)束。

【2】接收原理： 接收端通過紅外接收頭實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)送端發(fā)送的紅外控制碼的接收和解碼。接收原理包括以下步驟：

• 紅外信號(hào)接收：紅外接收頭接收紅外光，并將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。
• 弱信號(hào)放大：對(duì)接收到的電流信號(hào)進(jìn)行放大，以便進(jìn)行后續(xù)處理。
• 數(shù)據(jù)解碼：根據(jù)約定的幀格式和編碼方式，將接收到的比特流解碼為原始數(shù)據(jù)。
• 校驗(yàn)校準(zhǔn)：對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和校準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

下面是發(fā)送端和接收端的代碼：

發(fā)送端代碼：

#include <reg52.h>

// 定義紅外發(fā)射管IO口
#define IR_LED P1

// 發(fā)送一幀數(shù)據(jù)
void sendFrame(unsigned char data) {
  unsigned char i;

  // 發(fā)送起始位
  IR_LED = 0;
  DelayUs(300);

  for (i = 0; i < 8; i++) {
    // 發(fā)送數(shù)據(jù)位
    IR_LED = data & 0x01;
    DelayUs(300);
    data >>= 1;
  }

  // 發(fā)送停止位
  IR_LED = 1;
  DelayUs(300);
}

// 主函數(shù)
void main() {
  unsigned char sendData = 0x55;  // 要發(fā)送的數(shù)據(jù)

  while (1) {
    sendFrame(sendData);  // 發(fā)送一幀數(shù)據(jù)
    DelayMs(1000);
  }
}

接收端代碼：

#include <reg52.h>

// 定義紅外接收頭IO口
#define IR_RECV P2

// 接收一幀數(shù)據(jù)
unsigned char receiveFrame() {
  unsigned char i;
  unsigned char data = 0;

  while (IR_RECV);  // 等待起始位

  DelayUs(150);

  for (i = 0; i < 8; i++) {
    DelayUs(300);
    data >>= 1;
    if (IR_RECV) {
      data |= 0x80;
    }
  }

  return data;
}

// 主函數(shù)
void main() {
  unsigned char receivedData;

  while (1) {
    receivedData = receiveFrame();  // 接收一幀數(shù)據(jù)
    // 處理接收到的數(shù)據(jù)
  }
}

四、代碼實(shí)現(xiàn)

下面是基于STC89C52單片機(jī)的串行通信發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的整體代碼，其中包括了4x4矩陣鍵盤的讀取和紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽?/p>

發(fā)射機(jī)代碼：

#include <reg52.h>

#define IR_LED P1
#define KEYBOARD P2

// 發(fā)送一幀數(shù)據(jù)
void sendFrame(unsigned char data) {
  unsigned char i;

  // 發(fā)送起始位
  IR_LED = 0;
  DelayUs(300);

  for (i = 0; i < 8; i++) {
    // 發(fā)送數(shù)據(jù)位
    IR_LED = data & 0x01;
    DelayUs(300);
    data >>= 1;
  }

  // 發(fā)送停止位
  IR_LED = 1;
  DelayUs(300);
}

// 讀取矩陣鍵盤
unsigned char readKeyboard() {
  unsigned char row, col, keyVal;

  KEYBOARD = 0xF0;  // 設(shè)置行為高電平，列為低電平

  if (KEYBOARD != 0xF0) {  // 檢測(cè)是否有按鍵按下
    keyVal = KEYBOARD;
    switch (keyVal) {
      case 0xE0: row = 0; break;
      case 0xD0: row = 1; break;
      case 0xB0: row = 2; break;
      case 0x70: row = 3; break;
      default: return 0xFF;
    }

    KEYBOARD = 0x0F;  // 設(shè)置列為高電平，行為低電平
    keyVal = KEYBOARD;
    switch (keyVal) {
      case 0x0E: col = 0; break;
      case 0x0D: col = 1; break;
      case 0x0B: col = 2; break;
      case 0x07: col = 3; break;
      default: return 0xFF;
    }

    // 根據(jù)行列計(jì)算鍵值
    return 4 * row + col + 1;
  }

  return 0xFF;  // 返回?zé)o效鍵值
}

// 主函數(shù)
void main() {
  unsigned char sendData;

  while (1) {
    sendData = readKeyboard();  // 讀取鍵盤數(shù)據(jù)
    if (sendData != 0xFF) {
      sendFrame(sendData);  // 發(fā)送一幀數(shù)據(jù)
    }
  }
}

接收機(jī)代碼：

#include <reg52.h>

#define IR_RECV P3

// 接收一幀數(shù)據(jù)
unsigned char receiveFrame() {
  unsigned char i;
  unsigned char data = 0;

  while (IR_RECV);  // 等待起始位

  DelayUs(150);

  for (i = 0; i < 8; i++) {
    DelayUs(300);
    data >>= 1;
    if (IR_RECV) {
      data |= 0x80;
    }
  }

  return data;
}

// 主函數(shù)
void main() {
  unsigned char receivedData;

  while (1) {
    receivedData = receiveFrame();  // 接收一幀數(shù)據(jù)
    // 處理接收到的數(shù)據(jù)
  }
}