基于IrDA的无线通信研究
基于IrDA的无线通信研究[20200406110452]
摘 要
随着社会经济的飞速发展，信息社会的发展，人类对通信技术标准的不断提高。而IrDA红外通信在近距离的数据传送有很大的特点，可以帮助解决一些有线传输的弊端，因此IrDA无线通信技术被越来越广泛的应用。此次课题使用STM32F103C8T6来当做核心控制芯片，选取HSDL-1000作为红外IrDA模块来完成数据收发，用按键，LED数码管和发光二极管的显示来验证此功能。
本次设计首先阐述了本次设计的背景和目的；然后对本次设计所需要的器件，包括STM32，HSDL-1000等和一些背景知识进行介绍，又简单的介绍了本次设计的硬件电路，包括IrDA红外收发模块，按键模块，串口通讯模块等，和介绍了软件的各个模块，包括按键输入，IrDA发送和输出模块，串口通信模块等程序设计；最后介绍了一些开发环境，包括Keil uVision4开发环境、J-link仿真器和串口通讯助手，通过最终系统调试，来实现IrDA数据传输来实现四位数码管和发光二极管的显示，并且对整个过程中产生的问题的例举并给出相应的解决方案。
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关键字:STM32F103IrDA数码管动态显示
目 录
一 引言 1
1.1课题来源 1
1.2 课题主要研究的内容 1
1.3 IrDA的优势 1
1.4 课题研究的目的及意义 2
1.4.1 课题研究的目的 2
1.4.2 课题研究的意义 2
二 系统设计方案及主要器件介绍 3
2.1硬件设计方案 3
2.2软件设计方案 4
2.3 STM32F103C8T6介绍 4
2.3.1 STM32单片机的选择 4
2.3.2 引脚说明 5
2.4 红外收发器HSDL-1000 5
2.5 IrDA协议 6
三 系统硬件设计 7
3.1 电源模块电路 7
3.2.1 USB供电电路 7
3.2.2 5V降为3.3V电源电路 7
3.2 复位电路 8
3.3 按键输入模块电路 8
3.4 输出显示模块 8
3.4.1发光二极管显示 8
3.4.2 数码管显示电路 9
3.5 IrDA模块电路 10
3.6调试串口通信模块电路 10
3.7 STM32F103端口配置 11
四 系统软件设计 12
4.1 软件设计思路 12
4.2 按键输入模块 12
4.2 IrDA发送端模块 14
4.3 IrDA接收端模块 17
4.4 数码管显示模块 19
4.5 可靠性的措施 20
五 系统调试 21
5.1 调试环境与工具的介绍 21
5.1.1 Keil uVision4调试环境的介绍 21
5.1.2 J-link仿真器简介 21
5.1.3 串口调试助手简介 22
5.2 软硬件调试 22
5.2.1 发送模块 23
5.2.2 接收模快 24
5.2.3红外模块 24
5.2.4 系统调试过程中所存在的问题与解决方法 25
六 收获与展望 26
参考文献 27
致谢 28
一 引言
1.1课题来源
信息之间的交流传递即为通信最简单的解释，从古至今，通信始终存在人类生活的方方面面，从最初的人类通过身体语言，眼神，触碰等方式进行最简单的信息交流，经由古代的烽火报警，飞鸽传书等，到近现代的电报机，电话，网络等，通信技术的革新不断的帮助人类社会文明不断进步，推动社会的不懈发展。
随着人类通信业务的发展，逐步建立起许多通信网络，渗透到人类生活的各个方面。有两种方式在网络中的通信传输方式：有线和无线的方式。有线网络通信系统采用双导线，电缆和光纤作为传输介质的通信系统，有许多不足之处，如布线复杂，工作场所，家庭电缆复杂，不方便移动，无法从移动体访问局域网等。相反，采用无线通信方式的通信系统却不存在这些缺点。无线通信作为近代新兴的通信技术，同样对社会通信也起了极为重要的作用，扮演着通信系统中一个不可或缺的角色，所以，对无线通信的研究与应用也成为了通信发展的必经之路。
IrDA所代表的即是红外波的无线传送。现今生活中很多小型移动设备都用到了这种技术，如笔记本电脑，机顶盒，游戏机，移动电话，计算器，寻呼机，仪器仪表，MP3播放器，数码相机，打印机，计算机周边设备等。而高速红外线被广泛的应用于无线抄表，扶梯行业。红外线在短距离数据传输，有一定的优势，成本低，连接方便，较好地解决了传统布线困难，接触问题，它使用方便，结构紧凑，移动方便。相信在不久的将来，红外IrDA技术将得到更普遍的应用。
1.2 课题主要研究的内容
本文主要研究实现使用STM32芯片来完成对红外无线通信功能。一个单片机作为主机，实现数据传输，以及键盘输入电路，串口通信电路，红外通信模块；另一个单片机当做从机，完成数据获取，然后帮助数据完善，然后再发光二极管和LED数码管显示出来。主要实现功能是通过主机键盘按键发送命令， 主从机之间的IrDA模块完成接收与发送功能，通过从机的STM32来控制发光二极管和LED数码管的显示。
1.3 IrDA的优势
( 1 ) 红外通信适合各种短距离的场所;
( 2 ) 红外通信抗干扰性强，其它无线干扰没有影响；
( 3 ) 红外通信的优点是结构简单，功耗低，稳定和高速数据通信的执行，也就是说，只要红外通信模块可安装在便携式信息终端，就算没有携带集成数字解调器和数据网络终端连接到电缆连接器和线,也可以执行高速数据通信;
( 4 ) 可以快速工作的红外发射与接收器很廉价；
( 5 ) 红外透明性差，不能通过墙，所以在室内红外传输。这种限制导致传输过程中不容易被窃听和运输方便，可避免工作的不同房间之间的通信线路的干扰。
1.4 课题研究的目的及意义
1.4.1 课题研究的目的
随着人们对生活要求的不断提高，无线通信的快捷与便利慢慢开始取代了一些有线通信，而基于IrDA的红外无线通信由于其性价比高，实现简单，抗电磁干扰,能够很快的使用,对空间的限制小、物美价廉等优点,十分有利用点对点的连接。
1.4.2 课题研究的意义
通信的发展对人类文明的进步起着不可磨灭的作用，也越来越伴随着人们生活水平的提高而深入人心。近几年来,红外通信技术在日常生活中越来越广泛。红外通信设备体积小、功耗低、功能强大、成本低。目前红外通信控制组件的应用已经渗透到车辆防盗警报系统、彩电、录像机、录音机、音响设备、空调等。工业设备，红外通信在高压力，辐射，有毒气体，粉尘的环境，能有效隔离的电气干扰。日常生活和工业、农业、交通、国防建设等许多领域广泛使用红外通信技术,大大方便了用户的操作和使用。
二 系统设计方案及主要器件介绍
2.1硬件设计方案
此次设计选用STM32F103C8T6单片机，其引脚相对简单，且有IrDA标准，其拥有红外接口，十分方便就能够驱动红外收发器，发射器的全部需要都在包含在了芯片上的其它资源，性价比高，耗能低。
本次设计主要包含接收和发送两个模块。发送端是用简单的键盘按键输入，每次/每个按键代表一次命令的发送，通过核心控制STM32F103，经由发送端红外模块HSDL-1000发送数据；同样，接收机可以使用红外模块HSDL-1000接收数据，通过STM32F103的处理，采用数码管和发光二极管显示接收到的命令。
结构图：
图2-1 系统硬件结构图
2.2软件设计方案
图2-2 软件总系统图
上图为软件方案流程图，左图为发送模块，右图为接收模块。
左图中，程序初始化开始执行主程序，当产生外部中断时，开始进入外部中断函数。当按键S1输入有效时，会有外部中断输入EXIT0，发送出数据0x01,；同理，当按键S2输入有效时，会有外部中断输入EXIT1，发出数据0x02。当S1，S2同时按下时，外部中断将输入EXIT0。
右图接收模块中，主程序初始化之后每隔10ms会进入定时器中断，不断更新显示最新的数值。当主程序收到外部数据时，，就会进入串口中断程序，当获取到的数据为0x01即按下S1时，LED数码管开始工作；当获取到的数据为0x02时即按下S2时，LED数码管显示累计数值加1。
摘 要
随着社会经济的飞速发展，信息社会的发展，人类对通信技术标准的不断提高。而IrDA红外通信在近距离的数据传送有很大的特点，可以帮助解决一些有线传输的弊端，因此IrDA无线通信技术被越来越广泛的应用。此次课题使用STM32F103C8T6来当做核心控制芯片，选取HSDL-1000作为红外IrDA模块来完成数据收发，用按键，LED数码管和发光二极管的显示来验证此功能。
本次设计首先阐述了本次设计的背景和目的；然后对本次设计所需要的器件，包括STM32，HSDL-1000等和一些背景知识进行介绍，又简单的介绍了本次设计的硬件电路，包括IrDA红外收发模块，按键模块，串口通讯模块等，和介绍了软件的各个模块，包括按键输入，IrDA发送和输出模块，串口通信模块等程序设计；最后介绍了一些开发环境，包括Keil uVision4开发环境、J-link仿真器和串口通讯助手，通过最终系统调试，来实现IrDA数据传输来实现四位数码管和发光二极管的显示，并且对整个过程中产生的问题的例举并给出相应的解决方案。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:STM32F103IrDA数码管动态显示
目 录
一 引言 1
1.1课题来源 1
1.2 课题主要研究的内容 1
1.3 IrDA的优势 1
1.4 课题研究的目的及意义 2
1.4.1 课题研究的目的 2
1.4.2 课题研究的意义 2
二 系统设计方案及主要器件介绍 3
2.1硬件设计方案 3
2.2软件设计方案 4
2.3 STM32F103C8T6介绍 4
2.3.1 STM32单片机的选择 4
2.3.2 引脚说明 5
2.4 红外收发器HSDL-1000 5
2.5 IrDA协议 6
三 系统硬件设计 7
3.1 电源模块电路 7
3.2.1 USB供电电路 7
3.2.2 5V降为3.3V电源电路 7
3.2 复位电路 8
3.3 按键输入模块电路 8
3.4 输出显示模块 8
3.4.1发光二极管显示 8
3.4.2 数码管显示电路 9
3.5 IrDA模块电路 10
3.6调试串口通信模块电路 10
3.7 STM32F103端口配置 11
四 系统软件设计 12
4.1 软件设计思路 12
4.2 按键输入模块 12
4.2 IrDA发送端模块 14
4.3 IrDA接收端模块 17
4.4 数码管显示模块 19
4.5 可靠性的措施 20
五 系统调试 21
5.1 调试环境与工具的介绍 21
5.1.1 Keil uVision4调试环境的介绍 21
5.1.2 J-link仿真器简介 21
5.1.3 串口调试助手简介 22
5.2 软硬件调试 22
5.2.1 发送模块 23
5.2.2 接收模快 24
5.2.3红外模块 24
5.2.4 系统调试过程中所存在的问题与解决方法 25
六 收获与展望 26
参考文献 27
致谢 28
一 引言
1.1课题来源
信息之间的交流传递即为通信最简单的解释，从古至今，通信始终存在人类生活的方方面面，从最初的人类通过身体语言，眼神，触碰等方式进行最简单的信息交流，经由古代的烽火报警，飞鸽传书等，到近现代的电报机，电话，网络等，通信技术的革新不断的帮助人类社会文明不断进步，推动社会的不懈发展。
随着人类通信业务的发展，逐步建立起许多通信网络，渗透到人类生活的各个方面。有两种方式在网络中的通信传输方式：有线和无线的方式。有线网络通信系统采用双导线，电缆和光纤作为传输介质的通信系统，有许多不足之处，如布线复杂，工作场所，家庭电缆复杂，不方便移动，无法从移动体访问局域网等。相反，采用无线通信方式的通信系统却不存在这些缺点。无线通信作为近代新兴的通信技术，同样对社会通信也起了极为重要的作用，扮演着通信系统中一个不可或缺的角色，所以，对无线通信的研究与应用也成为了通信发展的必经之路。
IrDA所代表的即是红外波的无线传送。现今生活中很多小型移动设备都用到了这种技术，如笔记本电脑，机顶盒，游戏机，移动电话，计算器，寻呼机，仪器仪表，MP3播放器，数码相机，打印机，计算机周边设备等。而高速红外线被广泛的应用于无线抄表，扶梯行业。红外线在短距离数据传输，有一定的优势，成本低，连接方便，较好地解决了传统布线困难，接触问题，它使用方便，结构紧凑，移动方便。相信在不久的将来，红外IrDA技术将得到更普遍的应用。
1.2 课题主要研究的内容
本文主要研究实现使用STM32芯片来完成对红外无线通信功能。一个单片机作为主机，实现数据传输，以及键盘输入电路，串口通信电路，红外通信模块；另一个单片机当做从机，完成数据获取，然后帮助数据完善，然后再发光二极管和LED数码管显示出来。主要实现功能是通过主机键盘按键发送命令， 主从机之间的IrDA模块完成接收与发送功能，通过从机的STM32来控制发光二极管和LED数码管的显示。
1.3 IrDA的优势
( 1 ) 红外通信适合各种短距离的场所;
( 2 ) 红外通信抗干扰性强，其它无线干扰没有影响；
( 3 ) 红外通信的优点是结构简单，功耗低，稳定和高速数据通信的执行，也就是说，只要红外通信模块可安装在便携式信息终端，就算没有携带集成数字解调器和数据网络终端连接到电缆连接器和线,也可以执行高速数据通信;
( 4 ) 可以快速工作的红外发射与接收器很廉价；
( 5 ) 红外透明性差，不能通过墙，所以在室内红外传输。这种限制导致传输过程中不容易被窃听和运输方便，可避免工作的不同房间之间的通信线路的干扰。
1.4 课题研究的目的及意义
1.4.1 课题研究的目的
随着人们对生活要求的不断提高，无线通信的快捷与便利慢慢开始取代了一些有线通信，而基于IrDA的红外无线通信由于其性价比高，实现简单，抗电磁干扰,能够很快的使用,对空间的限制小、物美价廉等优点,十分有利用点对点的连接。
1.4.2 课题研究的意义
通信的发展对人类文明的进步起着不可磨灭的作用，也越来越伴随着人们生活水平的提高而深入人心。近几年来,红外通信技术在日常生活中越来越广泛。红外通信设备体积小、功耗低、功能强大、成本低。目前红外通信控制组件的应用已经渗透到车辆防盗警报系统、彩电、录像机、录音机、音响设备、空调等。工业设备，红外通信在高压力，辐射，有毒气体，粉尘的环境，能有效隔离的电气干扰。日常生活和工业、农业、交通、国防建设等许多领域广泛使用红外通信技术,大大方便了用户的操作和使用。
二 系统设计方案及主要器件介绍
2.1硬件设计方案
此次设计选用STM32F103C8T6单片机，其引脚相对简单，且有IrDA标准，其拥有红外接口，十分方便就能够驱动红外收发器，发射器的全部需要都在包含在了芯片上的其它资源，性价比高，耗能低。
本次设计主要包含接收和发送两个模块。发送端是用简单的键盘按键输入，每次/每个按键代表一次命令的发送，通过核心控制STM32F103，经由发送端红外模块HSDL-1000发送数据；同样，接收机可以使用红外模块HSDL-1000接收数据，通过STM32F103的处理，采用数码管和发光二极管显示接收到的命令。
结构图：
图2-1 系统硬件结构图
2.2软件设计方案
图2-2 软件总系统图
上图为软件方案流程图，左图为发送模块，右图为接收模块。
左图中，程序初始化开始执行主程序，当产生外部中断时，开始进入外部中断函数。当按键S1输入有效时，会有外部中断输入EXIT0，发送出数据0x01,；同理，当按键S2输入有效时，会有外部中断输入EXIT1，发出数据0x02。当S1，S2同时按下时，外部中断将输入EXIT0。
右图接收模块中，主程序初始化之后每隔10ms会进入定时器中断，不断更新显示最新的数值。当主程序收到外部数据时，，就会进入串口中断程序，当获取到的数据为0x01即按下S1时，LED数码管开始工作；当获取到的数据为0x02时即按下S2时，LED数码管显示累计数值加1。
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