摘要：利用單片機(jī)的串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t1、紅外發(fā)射管和紅外接收管等簡(jiǎn)單的軟硬件就可靠地實(shí)現(xiàn)了多費(fèi)率電能表的紅外通信功能。本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了串行口紅外通信的軟硬件設(shè)計(jì)方法，并給出了具體的電路原理圖、波形圖和51單片機(jī)程序。
引言
多費(fèi)率電能表是我國目前節(jié)約用電和計(jì)劃用電政策下*的電能計(jì)量產(chǎn)品,多費(fèi)率電能表的通信接口一般兼有紅外接口和rs485接口。紅外通信具有直觀、操作簡(jiǎn)便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是電能表中使用zui為普遍的一種通信方式，是電能表和掌機(jī)之間實(shí)現(xiàn)抄表、編程、校時(shí)、數(shù)據(jù)管理等功能的有效手段。采用新茂單片機(jī)ssu7301（51系列）、日本光電子公司的紅外發(fā)射管se303和紅外接收管pic12043，以及單片機(jī)串行口、2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可以有效地實(shí)現(xiàn)紅外通信功能。
1、紅外通信原理
紅外通信是利用波長為900nm～1000nm的紅外波作為信息的載體,發(fā)射裝置把二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過高頻調(diào)制后發(fā)送出去，接收裝置把接收的紅外高頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)為原來信息的一種通信傳輸方式。其中調(diào)制方式有脈寬調(diào)制（通過改變脈沖寬度調(diào)制信號(hào)pwm）和脈時(shí)調(diào)制（通過改變脈沖串之間時(shí)間間隔調(diào)制信號(hào)ppm）兩種，本文采用ppm脈時(shí)調(diào)制方式。
2、串行口紅外通信硬件設(shè)計(jì)
多費(fèi)率電能表的紅外發(fā)射和紅外接收電路主要包括新茂單片機(jī)ssu7301、日本光電子公司的紅外發(fā)射管se303和紅外接收管pic12043，以及驅(qū)動(dòng)三極管8550、電阻和電容，紅外通信硬件原理圖見圖1。
2.1紅外發(fā)射硬件設(shè)計(jì)
紅外發(fā)射是利用單片機(jī)ssu7301的串行數(shù)據(jù)發(fā)送口txd（p3.1）控制驅(qū)動(dòng)三極管bg1進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)據(jù)“0”和“1”的傳輸（數(shù)據(jù)由串行發(fā)送緩沖器sbuf中送出），以及利用p3.4口控制驅(qū)動(dòng)三極管bg2進(jìn)行高頻38.4khz調(diào)制（高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0的方式2自動(dòng)重裝模式產(chǎn)生），從而可靠地實(shí)現(xiàn)了紅外發(fā)射管d1在傳輸數(shù)據(jù)“0”時(shí)進(jìn)行高頻紅外發(fā)射和數(shù)據(jù)“1”時(shí)被截止的發(fā)射功能。狀態(tài)關(guān)系見表1，波形見圖2。
2.2紅外接收硬件設(shè)計(jì)
紅外接收是利用紅接收管pic12034收到高頻信號(hào)輸出低電平確定為數(shù)據(jù)“0”，而沒收到高頻信號(hào)輸出高電平確定為數(shù)據(jù)“1”的方式經(jīng)過解調(diào)，把數(shù)據(jù)通過單片機(jī)ssu7301的串行數(shù)據(jù)接收口rxd（p3.0）進(jìn)行串行方式接收（接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在串行口緩沖器sbuf中）。
3、紅外通信軟件設(shè)計(jì)
dl/t645-1997《多功能電能表通信》中規(guī)定電能表的紅外載波頻率為38khz±1khz；初始速率為1200bps；通信的字節(jié)格式為8位二進(jìn)制碼d0～d7，傳輸時(shí)加上一個(gè)起始位（0），一個(gè)偶校驗(yàn)位p和一個(gè)停止位（1）,共11位，傳輸時(shí)先傳低位，后傳高位，傳輸序列見圖3。根據(jù)以上要求，本設(shè)計(jì)中紅外載波頻率采用38.4khz，波特率為1200bps，串行口采用模式3為9位異步通信方式，加1位起始位和1位結(jié)束位，傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)為11位。
3.1紅外載波和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0設(shè)置
紅外載波頻率f2為38.4khz，當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0模式控制器tmod中c/t=0和m1m0=10時(shí)，ssu7301的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0設(shè)置成模式2方式。此時(shí),tl0和th0預(yù)置成1個(gè)可以自動(dòng)重裝的8位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。用軟件將tl0和th0預(yù)置相同的初值后，當(dāng)tl0計(jì)數(shù)值增1溢出時(shí)，一方面使tf0置1，申請(qǐng)中斷；另一方面產(chǎn)生的溢出脈沖將th0的數(shù)據(jù)值自動(dòng)打入到tl0中去，不需要用軟件對(duì)tl0重新置初值。系統(tǒng)的晶振f1為11.0592mhz,則tl0和th0的初值計(jì)算如下:
f2=38.4khz得t=1/f2=1/38.4k≈26×10-6=26μs
所以高頻調(diào)制反轉(zhuǎn)的周期tc=t/2=26/2=13μs
即定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0的初值tl0=th0=28-（tc×f1）/12=256-（13×10-6×11.0592×106）/12=256-11.9808≈244=0f4h
在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0的中斷服務(wù)程序中只用兩條指令即可實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)制,即cplp3.4和reti。
3.2串行口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t1波特率發(fā)生器設(shè)置
串行口采用模式3為9位異步通信方式，波特率為1200bps。由串行口控制寄存器scon的操作模式選擇位sm0、sm1都置1設(shè)置為模式3，當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t1模式控制器tmod中c/t=0和m1m0=10時(shí)，ssu7301的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t1設(shè)置成模式2方式作為波特率發(fā)生器，其波特率表示為：
波特率=（t1的溢出率）/n
當(dāng)smod=0時(shí)，n=32；當(dāng)smod=1時(shí)，n=16，（本設(shè)計(jì)中smod=0）則
波特率=（t1的溢出率）×2smod/32
t1的溢出率=（f1/12）/（28-t1初值）
得：波特率=（t1的溢出率）×2smod/32
=[（f1/12）/（28-t1初值）]×2smod/32
得：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t1初值
tl1=th1=28-（f1×2smod）/（12×32×波特率）
=256-（11.0592×106）/（12×32×1200）
=256-24=232=0e8h
3.3程序設(shè)計(jì)
根據(jù)以上兩點(diǎn)參數(shù)的設(shè)置,51系列單片機(jī)ssu7301的匯編語言程序設(shè)計(jì)如下:
;以下為參數(shù)設(shè)置程序
movtmod,#22h;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0方式2自動(dòng)重裝模式用于pwm38.4khz調(diào)
;制用,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t1方式2自動(dòng)重裝模式用于串行口通訊波特率發(fā)生器
movth1,#0e8h;波特率1200時(shí),定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t1自動(dòng)重裝初值
movtl1,#0e8h
movth0,#0f4h;38.4khz高頻頻調(diào)制時(shí),定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0自動(dòng)重裝初值
movtl0,#0f4h
setbet0;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0溢出中斷允許位
setbtr1;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t1開始定時(shí)控制位
setbtr0;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0開始定時(shí)控制位
movpcon,#00h;smod為0不倍增模式
movscon,#0d0h;串行口設(shè)置為模式3,允許接收
setbes;串行口允許中斷
setbea;開總中斷允許位
;以下為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0中斷溢出服務(wù)程序
org000bh;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0中斷入口地址
t0serve:cplp3.4;定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t0定時(shí)取反p3.4口進(jìn)行高頻調(diào)制
reti;中斷返回
;以下為串行口中斷服務(wù)程序,以接收一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)為例,多字節(jié)以此類推
org0023h;串行口中斷入口地址
sendserve:nop
nop
mova,sbuf;把接收緩沖器的數(shù)據(jù)送到a寄存器
…;進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及其它功能操作
reti;中斷返回
;以下為串行口發(fā)送程序,以發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)為例,多字節(jié)以此類推
comsend:mova,#datah;把數(shù)據(jù)送到a寄存器
movc,p;根據(jù)a中數(shù)據(jù)產(chǎn)生的偶校驗(yàn)位送到進(jìn)位標(biāo)志位
movtb8,c;送偶校驗(yàn)位到發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)
movsbuf,a;送數(shù)據(jù)到發(fā)送緩沖器
jnbti,$;以查詢方式等待發(fā)送結(jié)束
clrti;清發(fā)送中斷標(biāo)志位
…;繼續(xù)發(fā)送或其它功能操作
ret子程序返回
4、結(jié)束語
本設(shè)計(jì)的zui大特點(diǎn)在于省略了脈沖振蕩器，而僅僅利用多費(fèi)率電能表上所帶單片機(jī)的串行口和2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，這不僅使多費(fèi)率電能表在硬件設(shè)計(jì)上更加簡(jiǎn)單、成本更加低廉，而且在軟件上也更加方便、可靠。同時(shí)這種紅外通信方式也可以應(yīng)用在帶串行口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。