在現(xiàn)代電子通信領(lǐng)域，數(shù)據(jù)傳輸方式多種多樣，紅外通訊和串口通信都占據(jù)著重要的地位。紅外通訊作為一種數(shù)據(jù)傳輸手段，憑借其短距離傳輸?shù)谋憬菪?，在眾多?chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。例如在家電產(chǎn)品、娛樂設(shè)施的紅外遙控，以及水、電、煤氣耗能計(jì)量的自動(dòng)抄表等方面，都能看到紅外通訊的身影。特別是在電子電力行業(yè)，使用紅外技術(shù)進(jìn)行通訊的產(chǎn)品日益增多，人們可以利用紅外技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行短距離抄控，操作簡(jiǎn)潔方便。而串口則是計(jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議，大多數(shù)計(jì)算機(jī)都包含一個(gè)基于 RS 232 的串口。串口通信按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)，本文所涉及的通信使用 3 根線完成，分別是地線、發(fā)送線和接收線。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。下面，我們將詳細(xì)剖析基于 RS232 串口轉(zhuǎn)紅外通訊的電路原理。

電平轉(zhuǎn)化

由于 RS 232 信號(hào)的電平和單片機(jī)串口信號(hào)的電平不一致，因此必須進(jìn)行二者之間的電平轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換芯片是 MAX232，它可以實(shí)現(xiàn) RS232/TTL 電平轉(zhuǎn)化。MAX232 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由三個(gè)部分組成：

1. 電荷泵電路：由 1 - 6 引腳和 4 個(gè)電容搭建組成。電荷泵電路的作用是產(chǎn)生 RS 232 所需的正負(fù)電壓，為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供合適的電壓環(huán)境。
2. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道：由 7 - 14 管腳組成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。RS 232 數(shù)據(jù)從 R1in，R2in 輸入，經(jīng)過芯片內(nèi)部的轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換成 TTL/COMS 數(shù)據(jù)從 R1out，R2out 輸出；反之，TTL/COMS 數(shù)據(jù)從 T1in，T2in 輸入，轉(zhuǎn)換成 RS 232 數(shù)據(jù)從 T1out，T2out 送到電腦 DB9 口。
3. 外部供電電路：外部供電利用電腦 USB 輸出 +5 V 電源作為有效電源，這樣不僅節(jié)約了該電路的設(shè)計(jì)篇幅，而且在實(shí)際制作時(shí)能夠節(jié)約體積。其電路原理如圖 1 所示。

紅外發(fā)射部分

紅外發(fā)射端在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)將待發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)調(diào)制成一系列的脈沖串信號(hào)后發(fā)射出去。這里的紅外載波為頻率 38 kHz 的方波。紅外載波的實(shí)現(xiàn)方式有多種，可以使用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器的 PWM 功能，也可以通過外圍硬件電路實(shí)現(xiàn)。在本電路中，采用 38 kHz 晶振產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩信號(hào)，然后使用 CD4069 非門電路通過一系列轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)方波振蕩信號(hào)。該方波振蕩信號(hào)與經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后的 COMS 數(shù)據(jù)信號(hào)疊加，以此來驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，從而使 TSAL6200 紅外發(fā)射二極管將周期的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成一定頻率的紅外光信號(hào)發(fā)出，具體如圖 2 所示。

紅外接收部分

紅外接收采用 HS0038B 紅外接收器。其工作原理是：當(dāng)接收到 38 kHz 的載波信號(hào)時(shí)，HS0038B 接收器會(huì)輸出低電平，否則輸出高電平。通過這種方式，可以將紅外光信號(hào)解調(diào)成一定周期的連續(xù)方波信號(hào)，再經(jīng)過單片機(jī)處理，便可以恢復(fù)出原數(shù)據(jù)信號(hào)。HS0038B 是一種能夠接收紅外信號(hào)的小型化接收器件，它的環(huán)氧包裝可以作為紅外過濾器，因此不需要再加紅外過濾裝置。其最大的優(yōu)點(diǎn)是，在干擾很強(qiáng)的環(huán)境中輸出也很穩(wěn)定。在本電路設(shè)計(jì)中，采用 CD4093 邏輯與非門芯片與 HS0038B 接收器搭建電路輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)利用芯片其他組管腳對(duì) MAX232 輸出的轉(zhuǎn)換電平數(shù)據(jù)進(jìn)行自鎖，避免信號(hào)自發(fā)自收，電路設(shè)計(jì)如圖 3 所示。

電源部分

電源部分通過電解電容低頻濾波和陶瓷貼片電容高頻濾波后，能夠得到比較純正的電源信號(hào)，為整個(gè)電路的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，具體如圖 4 所示。

紅外通訊適合于需要短距離傳輸數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，特別是那些有線通訊實(shí)現(xiàn)困難或者便攜性要求較高的場(chǎng)合。本文所介紹的基于 MAX 232 電平轉(zhuǎn)化芯片和門電路芯片實(shí)現(xiàn) 232 信號(hào)轉(zhuǎn)換紅外通訊的電路設(shè)計(jì)，已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證，并且取得了很好的使用效果。這種電路設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了 RS232 串口與紅外通訊的有效轉(zhuǎn)換，而且在穩(wěn)定性和抗干擾能力方面表現(xiàn)出色，為短距離數(shù)據(jù)傳輸提供了一種可靠的解決方案。