基于Agilent系列芯片的红外通讯接口电路设计

摘要：介绍了红外通讯技术及相关标准，简单描述了红外通讯系统的基本结构，并以Agilent HSDL7001、HSDL3201芯片为例，详细叙述了红外通讯接口电路的实现方法。 关键词：红外通讯；IrDA；HSDL7001；HSDL3201 １ 红外通讯技术简介 红外数据通讯指的是两台设备之间通过红外线进行无线数据传输的一种数据传输方式一般采用红外波段内的近红外线，波长在０．７５μｍ至２５μｍ之间。红外数据协会（ＩｒＤＡ）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通讯效果，将红外数据通讯所采用的光波波长的范围限定在８５０ｎｍ至９００ｎｍ之间。红外通讯的最大特点在于它替代了设备与设备之间传统的线缆连接，进而摆脱了不同平台设备连接时对于特制接口的要求，使得跨平台设备间的数据交换简单到只需彼此相对。 红外通讯技术的特点如下： ●它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持； ●通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线数据收发； ●主要用来取代点对点的线缆连接； ●新的通讯标准兼容早期的通讯标准； ●小角度（３０%26;#176;以内）、短距离、点对点直线数据传输，保密性强； ●传输速率较高，目前４Ｍ速率的ＦＩＲ技术已被广泛使用，１６Ｍ速率的ＶＦＩＲ技术已经发布。 红外通讯技术的缺点如下 ●通讯距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断； ●目前广泛使用的ＳＩＲ标准通讯速率较低（１１５．２ｋｂｉｔ／ｓ）； ●主要用于取代线缆连接进行无线数据传输，功能单一，扩展性差。 ２　红外通讯的协议标准 为了建立一个统一的红外数据通讯标准，１９９３年，由ＨＰ、ＣＯＭＰＡＱ、ＩＮＴＥＬ等二十多家公司成立了红外数据协会Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ ＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＩｒＤＡ，一年以后，第一个ＩｒＤＡ的红外数据通讯标准发布，即Ｉｒ-ＤＡ１．０。 ＩｒＤＡ１．０简称ＳＩＲＳｅｒｉａｌ ＩｎｆｒａＲｅｄ，它是基于ＨＰ－ＳＩＲ的异步、半双工红外通讯方式。ＳＩＲ以系统的异步通讯收发器ＵＡＲＴ为依托，通过对串行数据脉冲的波形压缩和对所接收光信号电脉冲的波形扩展这一编码解码过程３／１６ ＥｎＤｅｃ实现红外数据传输。由于受到ＵＡＲＴ通讯速率的限制，ＳＩＲ的最高通讯速率只有１１５．２Ｋｂｐｓ，即电脑串行端口的最高速率。 １９９６年，ＩｒＤＡ发布了ＩｒＤＡ１．１标准，即Ｆａｓｔ Ｉｎ-ｆｒａＲｅｄ，简称ＦＩＲ。与ＳＩＲ相比，由于ＦＩＲ不再依托ＵＡＲＴ，其最高通讯速率有了质的飞跃，可达４Ｍｂｐｓ。ＦＩＲ采用了全新的４ＰＰＭ调制解调Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，即通过分析脉冲的相位来辨别所传输的数据信息，其通讯原理与ＳＩＲ是截然不同的，但由于ＦＩＲ在１１５．２Ｋｂｐｓ以下速率时依旧采用ＳＩＲ的编码解码过程，所以它仍可以与支持ＳＩＲ的低速设备进行通讯，只有在通讯对方也支持ＦＩＲ时，才将通讯速率提升到更高水平。 ＩｒＤＡ１．２标准为低功耗的ＩｒＤＡ１．０标准，现已普遍应用于手持设备。 随着移动计算设备和移动通讯设备的日益普及，红外数据通讯已经进入一个发展的黄金时期。自１９９３年ＩｒＤＡ成立至今，红外数据协会的会员已经发展到１５０多个，当今在ＩＴ业和通讯业叱咤风云的大公司几乎都在其中，由此可见ＩＲＤＡ标准已经获得了业界的广泛认同和支持。目前已经开发生产出来的具备红外通讯能力的设备已有一百种之多，红外模块的年装机量已达一亿五千万套，并以每年４０％的速度高速增长。尽管现在有了同样用于近距离无线通讯的蓝牙技术，但红外通讯技术以其成本低廉和广泛的兼容性等优点，势必会在将来很长的一段时间内在近距离无线数据通讯领域扮演重要角色。 ３　红外通讯系统结构 红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲信号，再通过红外发射管发射红外信号。 串行红外传输采用特定的脉冲编码标准，这种标准与ＲＳ２３２串行传输标准不同。若两设备之间进行串行红外通讯，就需要进行ＲＳ２３２编码和ＩｒＤＡ编码之间的转换。红外通讯接口由红外收发器和红外编码解码器构成。 红外收发器包括发送器和接收器两部分。发送器（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）将从Ｉ／Ｏ或ＥＮＤＥＣ接收来的位调制后的脉冲转换为红外脉冲发出。接收器（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）检测到红外光脉冲，并将其转换为ＴＴＬ或ＣＭＯＳ电脉冲。红外通讯系统结构如图１所示。４　红外通讯接口电路 现以Ａｇｉｌｅｎｔ公司的ＨＳＤＬ７００１和ＨＳＤＬ３２０１芯片为例，详细说明红外通讯接口电路的实现方法。 ４．１ ＨＳＤＬ７００１芯片简介 ＨＳＤＬ７００１为红外编码解码芯片其特性如下： ●适应ＩｒＤＡ１．０物理层规范； ●接口与ＳＩＲ收发器相兼容； ●可与标准的１６５５０ＵＡＲＴ连接使用； ●可发送／接收１．６３μｓ或３／１６脉冲形式； ●内部或外部时钟模式； ●波特率可编程； ●工作电压范围为２．７～５．５Ｖ； ●采用１６脚ＳＯＩＣ封装。 ＨＳＤＬ７００１的引脚定义如图２所示列。 ４．２ ＨＳＤＬ－３２０１芯片简介 ＨＳＤＬ－３２０１是一种廉价的红外收发器模块，工作电压为２．７～３．６Ｖ。由于发光二极管的驱动电流是内部供给的恒流３２ｍＡ，因此确保了连接距离符合ＩｒＤＡ１．２（低功耗）物理层规范。 ＨＳＤＬ－３２０１与ＩｒＤＡ１．２低功耗器件通信的连接距离为２０ｃｍ，与ＩｒＤＡ１．２标准器件通信的连接距离为３０ｃｍ。 ＨＳＤＬ－３２０１的特性如下： ●超小型表面封装； ●最小高度：２．５ｍｍ； ●发光二极管电压范围２．７～６．０Ｖ； ●温度范围：－２５～８５℃； ●发光二极管驱动电流３２ｍＡ； ●边缘检测输入：避免发光二极管的开启时间过长。 ＨＳＤＬ－３２０１的引脚定义如图３所示。 ４．３ 红外通讯接口电路 基于ＨＳＤＬ７００１与ＨＳＤＬ３２０１的红外通讯接口电路如图４所示。其中ＴＴＬ电平或ＣＯＭＳ电平串行信号的发送与接收分别与Ｕ２ＨＳＤＬ７００１的引脚２、３相连。三路编码接Ｕ２的引脚４、５、６，用来设置通讯波特率。Ｔ１为３．６８６４ＭＨｚ晶振。Ｃ３、Ｃ４为１５ｐＦ谐振电容。Ｒ１为１Ｍ谐振电阻。红外收发器Ｕ１ＨＳＤＬ３２０１在每发送一字节数据的同时，会将该数据通过接收器数据输出（引脚６）反馈进行校验。这个校验码对于某些通讯系统来讲意义不大，因此可采用回馈码消除电路来消除回馈校验码。图中Ｕ３是单稳态多谐振荡器，与逻辑或门Ｕ４组合可达到消除回馈校验码的目的。在单片机系统中，可以在发送数据的同时将串口接收中断关闭，这样就可不受回馈校验码的影响。如果需要启用该回馈码来进行校验，则可不用Ｕ３、Ｕ４，而直接将Ｕ２的引脚１０、１１与Ｕ１的引脚６、７相连。 图4 该电路可实现ＴＴＬ电平或ＣＯＭＳ电平的串行数据与ＩｒＤＡ１．２标准红外信号的相互转换，从而实现ＳＩＲ红外通讯接口。 ５　结束语 本文介绍了红外通讯技术及相关标准，简述了红外通讯系统结构，并以ＨＳＤＬ７００１、ＨＳＤＬ３２０１芯片为例，详细叙述了红外通讯接口电路的实现。该红外通讯接口电路基于低功耗ＩｒＤＡ１．２红外通讯标准，适用于所有低功耗设备（如便携设备）的红外通讯功能的实现。