基于STM8L單片機(jī)的IrDA紅外通訊設(shè)計(jì)

1、作品簡(jiǎn)介

最近發(fā)現(xiàn)立創(chuàng)商城上有個(gè)IrDA收發(fā)器出現(xiàn)！玩夠了常見(jiàn)的WIFI、藍(lán)牙、GPRS、2.4G nRF24L01電子器件和模塊，筆者對(duì)IrDA還是沒(méi)用過(guò)，決定嘗嘗鮮咯！因此，做了下面這個(gè)IrDA紅外數(shù)據(jù)通訊設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)板外形圖：

PS： 這個(gè)實(shí)驗(yàn)板，因?yàn)殡娐份^簡(jiǎn)單，筆者采用的是立創(chuàng)商城上，下單即可領(lǐng)取的“STM8L051+LT8920+ME6209的評(píng)估板模塊（PCB空板）”進(jìn)行改裝的，該板的編號(hào)是：C94731。

什么是IrDA？ 順此，先給大家簡(jiǎn)單介紹一下：

IrDA是紅外數(shù)據(jù)組織（Infrared Data Association）的簡(jiǎn)稱(chēng)，目前廣泛采用的IrDA紅外連接技術(shù)就是由該組織提出的。到目前為止，全球采用IrDA技術(shù)的設(shè)備超過(guò)了5000萬(wàn)部。 IrDA已經(jīng)制訂出物理介質(zhì)和協(xié)議層規(guī)格，以及2個(gè)支持IrDA標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備可以相互監(jiān)測(cè)對(duì)方并交換數(shù)據(jù)。 初始的IrDA1.0標(biāo)準(zhǔn)制訂了一個(gè)串行，半雙工的同步系統(tǒng)，傳輸速率為2400bps到115200bps，傳輸范圍1 m，傳輸半角度為15度到30度。最近IrDA擴(kuò)展了其物理層規(guī)格使數(shù)據(jù)傳輸率提升到4Mbps。

IrDA數(shù)據(jù)協(xié)議由物理層，鏈路接入層和鏈路管理層三個(gè)基本層協(xié)議組成，另外，為滿足各層上的應(yīng)用的需要，IrDA棧支持IrLAP， IrLMP， IrIAS， IrIAP， IrLPT， IrCOMM，IrOBEX和IrLAN等。

需要特別指出的是：本實(shí)驗(yàn)只是IrDA物理層的通訊實(shí)驗(yàn)。

2、作品亮點(diǎn)

① 所選用的IrDA收發(fā)器TFBS4711是一個(gè)小體積的紅外收發(fā)模組，尺寸6x3x1.9mm。

② 符合IrPHY1.2 標(biāo)準(zhǔn)，IrFM快速鏈接需求。

③ 通信速率：115.2kbs （SIR），支持雙向、全半工的通訊鏈接。

④ 可實(shí)現(xiàn)的直線通訊距離：~1米。

⑤ 使用內(nèi)置支持IrDA底層信號(hào)編碼和解碼的低功耗單片機(jī)STM8L051F3P6做主控。

⑥ 該IrDA模組耗電量極小，關(guān)斷電流只有大概10nA。

⑦ 采用最常用的MicroUSB插座作為電源輸入接口。

⑧ 本實(shí)驗(yàn)所用的IrDA通信具有功耗低、鏈接時(shí)間短、通信安全、無(wú)電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)！

3、硬件原理圖描述

首先，我們先來(lái)這個(gè)實(shí)驗(yàn)電路的構(gòu)架圖：

其中，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的原理圖，可為多個(gè)部分，下面逐個(gè)介紹：

第一部分： 單片機(jī)主控部分

備注說(shuō)明： 上圖采用ST公司的低功耗單片機(jī)STM8L051F3P6進(jìn)行設(shè)計(jì)，該單片機(jī)的PC5和PC6分別鏈接到IrDA收發(fā)器TFBS4711的TX和RX端口，而單片機(jī)的PB4用來(lái)控制TFBS4711的電源使能端，當(dāng)PB4=0的時(shí)候，IrDA收發(fā)器才可正常工作，反之PB4=1，那么IrDA收發(fā)器關(guān)斷，此時(shí)的耗電量極少噢！D1和D2是工作狀態(tài)指示燈，分別連接到PC0、PC1。

第二部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)外圍部分

備注說(shuō)明： 如上圖所示，P2是SWIM接口，單片機(jī)STM8L051F3P6的程序，可通過(guò)ST-LINK/V2 開(kāi)發(fā)工具對(duì)該芯片下載或仿真。而S1~S4是輕觸按鍵，本實(shí)驗(yàn)電路，只焊接安裝了S4按鍵，因?yàn)槠渌存I用不到。

第三部分：系統(tǒng)的供電電源部分

備注說(shuō)明： 如上圖所示，F(xiàn)1是可恢復(fù)保險(xiǎn)絲（0.2A）， U3是3.3V的LDO。D3是電源指示燈。

第四部分：IrDA模組TFBS4711的相關(guān)簡(jiǎn)介

TFBS4711是一個(gè)小體積的紅外收發(fā)模組，它支持半雙工的IrDA紅外通信，傳輸速率可達(dá)115 .2kbit/s（SIR）。 模組內(nèi)部包含了一個(gè)PIN類(lèi)型的光電二極管、一個(gè)紅外發(fā)射管（IRED）和一個(gè)低功耗的CMOS控制芯片。它是為低功耗的IRDA標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)，直線通信高達(dá)至1米。支持低功耗模式，當(dāng)SD引腳有效的時(shí)候，這個(gè)模組的電流消化才10nA左右。相比一般的無(wú)線電傳輸（藍(lán)牙、WIFI、2.4G nRF24系列等等），紅外傳輸具有無(wú)電磁干擾、通信距離短但安全性高、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，比如STM8或者STM32一般都集成了IrDA的硬件支持單元，結(jié)合使用TFBS4711即可快速建立起一個(gè)基于光技術(shù)的“無(wú)線”數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

4、材料清單（BOM列表）

以下是這個(gè)電子制作的BOM列表，器件是在立創(chuàng)商城（http://www.szlcsc.com）中采購(gòu)的，PCB板的制造在深圳嘉立創(chuàng)完成。

5、軟件部分的描述

本實(shí)驗(yàn)的主控單片機(jī)stm8L051F3P6 使用IAR公司的編譯器進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，結(jié)合ST官方網(wǎng)站可下載的stm8L函數(shù)驅(qū)動(dòng)庫(kù)，進(jìn)行coding。軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能是，按鍵S4觸發(fā)后，兩塊同樣配置和固件的PCBA板之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換，驅(qū)動(dòng)LED等等。如下是實(shí)驗(yàn)代碼的關(guān)鍵片段：

5-1、單片機(jī)stm8L051F3P6的IrDA 初始化片段

5-2、主控程序片段

PS： 篇幅有限，該實(shí)驗(yàn)的完整軟件、工程源碼請(qǐng)參閱立創(chuàng)社區(qū)。

6、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)圖

7、總結(jié)

相比一般的無(wú)線電傳輸（藍(lán)牙、WIFI、2.4G nRF24系列等等），紅外傳輸具有無(wú)電磁干擾、通信距離短但安全性高、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，STM8或者STM32一般都集成了IrDA的硬件支持單元，操作IrDA就像操作串口一樣簡(jiǎn)單！結(jié)合使用IrDA器件TFBS4711即可快速建立起一個(gè)基于光技術(shù)的“無(wú)線”數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。后續(xù)，我們將通過(guò)光纖的引入，進(jìn)一步來(lái)介紹TFBS4711的高級(jí)應(yīng)用，比如可隔離數(shù)萬(wàn)伏高電壓的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信或完整的IrDA協(xié)議棧功能應(yīng)用等。