基于STC89C52單片機的串行通信發(fā)射機設計

一、項目介紹

串行通信是一種常見的數據傳輸方式，允許將數據以比特流的形式在發(fā)送端和接收端之間傳輸。當前實現基于STC89C52單片機的串行通信發(fā)射機，通過紅外發(fā)射管和接收頭實現自定義協(xié)議的數據無線傳輸。

二、系統(tǒng)設計

2.1 單片機選擇

在本設計中，選擇了STC89C52作為主控芯片。單片機具有較高的性能和豐富的外設資源，適合實現串行通信發(fā)射機功能。

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)送的數據。

2.3 紅外發(fā)射管和接收頭

選擇具有較高發(fā)射功率和較長發(fā)射距離的紅外發(fā)射管，并配合紅外接收頭進行數據傳輸。當紅外接收頭檢測到紅外光時，輸出低電平；沒有檢測到紅外光時，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，實時檢測用戶按鍵狀態(tài)，并將按鍵值保存在變量中供后續(xù)使用。

2.5 數據轉換和紅外發(fā)送

根據自定義的協(xié)議格式，將用戶按鍵值轉換為紅外控制碼。通過IO口驅動紅外發(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)議需要約定以下內容：

• 幀格式：確定每一幀數據的起始標志、數據長度和校驗信息等。常見的幀格式包括起始位、數據位、停止位和校驗位。
• 數據編碼：確定將要發(fā)送的數據轉換為比特流進行傳輸的方式。常見的編碼方式有Manchester編碼和Pulse-Width Modulation（PWM）編碼。
• 校驗機制：確定是否需要添加校驗位，以保證數據傳輸的準確性和完整性。常見的校驗方式有奇偶校驗、循環(huán)冗余校驗（CRC）等。

例如，可以采用以下的幀格式作為示例：

• 幀頭：起始位，一個特定的比特用于標識幀的開始。
• 數據字段：包含要發(fā)送的數據。
• 校驗位：用于檢驗幀數據的準確性。
• 幀尾：停止位，一個特定的比特用于標識幀的結束。

【2】接收原理： 接收端通過紅外接收頭實現對發(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：

• 紅外信號接收：紅外接收頭接收紅外光，并將接收到的光信號轉換為電流信號。
• 弱信號放大：對接收到的電流信號進行放大，以便進行后續(xù)處理。
• 數據解碼：根據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據。
• 校驗校準：對接收到的數據進行校驗和校準，確保數據的準確性。

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)送一幀數據
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)送數據位
    IR_LED = data & 0x01;
    DelayUs(300);
    data >>= 1;
  }

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

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

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

接收端代碼：

#include <reg52.h>

// 定義紅外接收頭IO口
#define IR_RECV P2

// 接收一幀數據
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
void main() {
  unsigned char receivedData;

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

四、代碼實現

下面是基于STC89C52單片機的串行通信發(fā)射機和接收機的整體代碼，其中包括了4x4矩陣鍵盤的讀取和紅外數據傳輸的功能：

發(fā)射機代碼：

#include <reg52.h>

#define IR_LED P1
#define KEYBOARD P2

// 發(fā)送一幀數據
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)送數據位
    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;  // 設置行為高電平，列為低電平

  if (KEYBOARD != 0xF0) {  // 檢測是否有按鍵按下
    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;
    }

    // 根據行列計算鍵值
    return 4 * row + col + 1;
  }

  return 0xFF;  // 返回無效鍵值
}

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

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

接收機代碼：

#include <reg52.h>

#define IR_RECV P3

// 接收一幀數據
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
void main() {
  unsigned char receivedData;

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