通信工程仿真实验报告(模板)

广西大学

通信系统综合设计报告

学院计算机与电子信息学院

专业通信工程

班级通信081班

小组成员曾楷（0807200245）

邢杰（0807200228）

通信系统综合设计报告

一、实验目的

1、单片机串口通信，通过PC机可以获取单片所有IO口状态，PC上位机程序使用串口调试助手或自行编程。

2、设计最简单的无线收发电路，参照2009年全国大学生电子设计竞赛试题（D题：无线环境监测模拟装置），要求通信距离不小于30cm，节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～11111111B。通过无线收发电路传送单片机IO口状态。具体电路班上讨论确定后，元件统一采购。

3、设计最简单的红外收发电路，红外调制、解调方式可使用现有红外标准或自行设计，通过无线收发电路传送单片机IO口状态。

二、实验原理

1．串口通信原理

（1）、数据通信的传输方式

常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工和多工方式。

单工方式：数据仅按一个固定方向传送。因而这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。

半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。

全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送,但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。

多工方式：以上三种传输方式都是用同一线路传输一种频率信号，为了充分地利用线路资源，可通过使用多路复用器或多路集线器，采用频分、时分或码分复用技术，即可实现在同一线路上资源共享功能，我们盛之为多工传输方式。

（2）、串行数据通信两种形式

异步通信

在这种通信方式中，接收器和发送器有各自的时钟，它们的工作是非同步的，异步通信用

一帧来表示一个字符，其内容如下：一个起始位，仅接着是若干个数据位，图2是传输45H 的数据格式。

同步通信

同步通信格式中，发送器和接收器由同一个时钟源控制，为了克服在异步通信中，每传输一帧字符都必须加上起始位和停止位，占用了传输时间，在要求传送数据量较大的场合，速度就慢得多。同步传输方式去掉了这些起始位和停止位，只在传输数据块时先送出一个同步头（字符）标志即可。

2．无线收发原理

电路采用的是调幅电路，当信号输入端输入高电平时，在发射端的谐振电路无法正常工作，此时不产生正弦波；而当信号输入端输入低电平时，输出端的谐振电路产生震荡，有正弦波产生。

（1）、发射电路分析

实际电路图如下图所示：

（2）、接收电路分析

实际电路如下：

在图D-4-6中，左端是高频谐振电路，当接收到与本振频率相同或者相近的无线电波时就会产生谐振，信号的幅度会比谐振前大很多，在经过两级的三极管放大后，在通过选频电路进行选频，这样就可以排除大量的噪声对信号的影响，从而使得信号准确。在经过了选频电路之后是包络检波电路，通过包络检波电路可以把发射的信号检测出来。最后在经过LM358比较器对波形进行整形，这样就更方便单片机对信号进行读取了。

接收电路的谐振电路部分的元器件参数要与发射端的元器件的参数相同，这样就可以保证接收端的谐振电路的本真和发射电路的发射频率相同，方便于接收。

实际原理图和PCB图如下：

3．红外收发原理

红外线的光谱位于红色光之外，波长是0.76～1.5μm，比红光的波长还长。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制方式，红外遥控具有抗干扰，电路简单，容易编码和解码，功耗小，成本低的优点。红外遥控几乎适用所有家电的控制。

红外遥控系统的主要部分为调制、发射和接收，如图1 所示：

图1 红外遥控系统

（1）调制：

红外遥控是以调制的方式发射数据，就是把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这

样既可以提高发射效率又可以降低电源功耗。调制载波频率一般在30khz到60khz之间，大

多数使用的是38kHz，占空比1/3的方波，如图2所示，这是由发射端所使用的455kHz晶

振决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz

≈38kHz。

图2 载波波形

（2）发射：

目前有很多种芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗芯片所用的晶振应该有足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体，一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常一点误差可以忽略不计。红外线通过红外发光二极管(LED)发射出去，红外发光二极管（红外发射管）内部构造与普通的发光二极管基本相同，材料和普通发光二极管不同，在红外发射管两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。

图3a 简单驱动电路图3b 射击输出驱动电路

如图3a和图3b是LED的驱动电路，图3a是最简单电路，选用元件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到LED的正向电流和反向漏电流，一般流过LED的最大正向电流为100mA，电流越大，其发射的波形强度越大。图3a电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过LED的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。图3b所示的

射极输出电路可以解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1.2V左右，因此三级管发射极电压固定在0.6V左右，发射极电流IE基本不变，根据IE≈IC,所以流过LED的电流也基本不变，这样保证了当电池电压降低时还可以保证一定的遥

控距离。

（3）接收

红外信号收发系统的典型电路如图１所示，红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流

信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高接收的灵敏度。一体化红外接收头，如图5a、5b 所示：

图5a 小体积接收头IRM38B引脚图5b大体积接收头IRM38A引脚

红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电脚，接地和信号输出脚。根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上须加上滤波电容，一般在22uf以上。有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻，进一步降低电源干扰。红外发射器可从遥控器厂家定制，也可以自己用单片机的PWM产生，家庭遥控推荐使用红外发射管

(L5IR4-45)的可产生37.91KHz的PWM, PWM占空比设置为1/3, 通过简单的定时中断开关PWM, 即可产生发射波形。

由于红外接收头对38K频率的信号比较容易接收，因此可以在发送信号的时候发送38K 频率的方波，由于要在接收端识别发送过来的0,1信号，因此发送0和发送1的时候38K

频率方波的时间的长短不一样，在接收端可以根据在接收到信号后的某一个时间作为判决门限，那样就可以识别出0和1了。

2/3T 1/3T 1/3T 2/3T

4．单片机系统版原理

（1）键盘输入部分

键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘.而靠软件编程来识别的称为非编码键盘；在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。也有用到编码键盘的。非编码键盘有分为：独立键盘和行列式（又称为矩阵式）键盘。

在此，我们既用到了独立键盘。他们的电路图如下图所示：

按键在闭合和断开时，触点会存在抖动现象。所以，在程序的编写中要注意按键的抖动，好的去抖动程序能够是按键更加灵敏。下图为按键的抖动原理：

（2） 液晶显示部分

液晶采用Nokia5510液晶屏，Nokia5510液晶是一款48X84点矩阵LCD ，48 行，84 列输出显示，芯片集成了LCD 电压发生器（也可以使用外部电压供应）、LCD 偏置电压发生器、振

荡器不需要外接元件（也可以使用外部时钟）。具有外部RES （复位）输入引脚，串行界面最高4.0Mbits/S ，CMOS 兼容输入混合速率：48，该款液晶具有低功耗、关于VLCD 的温度补偿等多项优点。液晶与单片机连接图如下：

（3） 串口收发部分

STC12C5A60S2系列单片机具有2个采用UART（Universal Asychronous Receiver Transmitter）工作方式的全双工串行通信接口（串口1和串口2）。每个串行口由2个数据缓冲器、一个移位寄存器、一个串行控制寄存器和一个波特率发生器等组成。每个串行口的数据缓冲器由2个互相独立的接收、发送缓冲器构成，可以同时发送和接收数据。发送缓冲器只能写入不能读出，接收缓冲器只能读出不能写入，因而两个缓冲器可以共用一个地址码。串行口1的两个缓冲器共用地址码99H；串行口2的两个缓冲器共用的地址码是9BH。串行口1的两个缓冲器统称串行通信特殊功能寄存器SBUF；串行口2的两个缓冲器统称串行通信特殊功能寄存器S2BUF。这两个通信口既可以用于网络通信，亦可实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。如果在传行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可方便地构成标准的RS-232接口。

STC12C5A60S2系列单片机的两个串行口都有4种工作方式，其中两种方式的波特率是可变的，另两种是固定的，以供不同应用场合选用。用户可用软件设置不同的波特率和选择不同的工作方式。主机可通过查询或中断方式对接收/发送进行程序处理，使用十分灵活。

这里我们使用的是串口2，下面是需要设置的有关寄存器：

三、实验内容

1、制作无线收发模块电路

利用老师提供的元件，自己画原理图和PCB图，焊接好实验电路，然后调试好电路，使其能够正常的发送接收数据，焊接的时候一定要有耐心。

2、编写STC12C5A60S2单片机程序

在给STC12C5A60S2单片机编写程序时，跟51单片机一样，我们使用Keil uVision3 对其进行编译。

具体程序见【附件一】

四、实验总结

通过自己动手制作这个课程设计，使我们掌握了一定的单片机编程能力，以及如何通过单片机控制外围电路。也使我们掌握的一些基础的高频电子线路的知识。以前我们所学的都是一些书本上的东西，并不能体会其中的实际意义。通过我们的动手实践，使我们对模拟电路这门课程有了更加深入的认识，也进一步提高了我们的动手实践能力。当然，在进行这个试验的时候，有以下我们需要注意的问题：

1、最基本的我们需要注意的就是如何焊接电路，虽然发射和接收电路的原理图相对来说很简单，而且所用到的元件也不多，做板想多来说容易。但是在焊接过程中一定要小心，防止虚焊和漏焊的情况发生，改覆铜的地方要覆铜。

2、在编写程序的过程中，思路一定要清晰，最好能够形成模块化设计的思路。试验可以分为哪几个模块进程，各个模块又有什么联系，这些在我们一开始编程是就应该有个大概的思路。调试的过程中，一个模块一个模块进行测试，最后再将各个模块整合起来。这样就便于我们检查错误，修改起来也更加方便。而不是将整个程序都写出来了，再拿去调试，这样到时候哪里出错都很难找到。在编写程序的过程中，注释是很有必要的。各个文件、各个模块、各个函数以及各个变量是干什么用的，都应当有一些注释。这样有助于提高程序的可读性，即使时间长了也不至于忘记。程序写好后，在使用USB串口线下载程序时（使用STC_ISP4.0软件），遇到问题不外乎以下三种情况：第一，单片机型号没选对，我们使用的是STC12C5A60S2单片机，所以在选择单片机的时候一定要对应；第二，端口号设置错误，端口号是我们一开始安装USB驱动是的端口号，可进入设备管理器查看；第三，波特率设置不正确，太高的波特率可能使烧写程序的时候出错，所以波特率设低点比较保险。

【附件一】（各模块主要函数）

void init_Uart2(void)

{

#if (PARITYBIT == NONE_PARITY)

S2CON = 0x5a; //8位可变波特率(无校验位)

#elif (PARITYBIT == ODD_PARITY) || (PARITYBIT == EVEN_PARITY) || (PARITYBIT == MARK_PARITY)

S2CON = 0xda; //9位可变波特率,校验位初始为1 #elif (PARITYBIT == SPACE_PARITY)

S2CON = 0xd5; //9位可变波特率,校验位初始为0 #endif

BRT = -(FOSC/32/12/BAUD); //设置独立波特率发生器的重载初值

AUXR = 0x10; //独立波特率发生器工作在12T模式

IE2 = 0x01; //使能串口2中断

EA = 1; //开总中断

}

void SendData(unsigned char dat)

{

while (busy); //等待上个数据发送完成

ACC = dat; //取得偶校验位P

if (P) //根据P来设置串口数据的校验位

{

#if (PARITYBIT == ODD_PARITY)

S2CON &= ~S2TB8; //置校验位为0

#elif (PARITYBIT == EVEN_PARITY)

S2CON |= S2TB8; //置校验位为1

#endif

}

else

{

#if (PARITYBIT == ODD_PARITY)

S2CON |= S2TB8; //置校验位为1

#elif (PARITYBIT == EVEN_PARITY)

S2CON &= ~S2TB8; //置校验位为0

#endif

}

busy = 1;

S2BUF = ACC; //发送数据

}

void Uart2() interrupt 8 using 1

{

static uchar i;

if (S2CON & S2RI)

{

S2CON &= ~S2RI; //清除接收完成标志

//显示串口数据，在此添加自己的代码

paritybit_2 = (S2CON & S2RB8); //显示校验位

}

if (S2CON & S2TI)

{

S2CON &= ~S2TI; //清除发送完成标志

busy = 0;

}

}

/********************************************************** ** 函数名称：Read_IO

** 函数功能：读取IO口的状态

**********************************************************/ void Read_IO(void)

{

IO_P[0] = P0;

IO_P[1] = P1;

IO_P[2] = P2;

IO_P[3] = P3;

}

/********************************************************** ** 函数名称：display_IOstate

** 函数功能：在LCD5510液晶上显示IO口的状态

**********************************************************/ void display_IOstate(uchar IO,uchar temp)

{

static uchar i = 0;

static bit state = 0;

for(i = 0;i < 8;i++)

{

state = temp & 0x80;

if(state)

LCD5110_Drv_DispOneChar(IO+2,18+i*6,0,'1');

else

LCD5110_Drv_DispOneChar(IO+2,18+i*6,0,'0');

temp <<= 1;

}

}

/********************************************************** ** 函数名称：UART2_TX_mode

** 函数功能：串口发送部分代码

**********************************************************/ void UART2_TX_mode(void)

{

//串口收发模式

static uchar i;

if(key_value == 1)

{

key_value = 0;

for(i = 0; i < 4; i++)

{

T_buf[i] = IO_P[i];

SendData(T_buf[i]);

}

LCD5110_Drv_clear();

LCD_Drv_DispOneAnyString(0,10,"串口发送");

LCD5110_Drv_DispOneCharString(2,0,0,"P0:");

display_IOstate(0,IO_P[0]);

LCD5110_Drv_DispOneCharString(3,0,0,"P1:");

display_IOstate(1,IO_P[1]);

LCD5110_Drv_DispOneCharString(4,0,0,"P2:");

display_IOstate(2,IO_P[2]);

LCD5110_Drv_DispOneCharString(5,0,0,"P3:");

display_IOstate(3,IO_P[3]);

}

}

/********************************************************** ** 函数名称：radio_TX_mode

** 函数功能：无线发送部分代码

** 入口参数：无

** 出口参数：无

**********************************************************/ void radio_TX_mode(void)

{

//无线收发模式

static uchar i;

if(key_value == 2)

{

key_value = 0;

SendData(A_addr); //发送节点地址

for(i = 0; i < 4; i++)

{

T_buf[i] = IO_P[i];

SendData(T_buf[i]);

}

LCD5110_Drv_clear();

LCD_Drv_DispOneAnyString(0,10,"无线发送");

LCD5110_Drv_DispOneCharString(2,0,0,"P0:");

display_IOstate(0,IO_P[0]);

LCD5110_Drv_DispOneCharString(3,0,0,"P1:");

display_IOstate(1,IO_P[1]);

LCD5110_Drv_DispOneCharString(4,0,0,"P2:");

display_IOstate(2,IO_P[2]);

LCD5110_Drv_DispOneCharString(5,0,0,"P3:");

display_IOstate(3,IO_P[3]);

}

}

/********************************************************** ** 函数名称：RX_update

** 函数功能：接收部分函数

**********************************************************/ void RX_update(void)

{

if(R_buf[0] == 0x0f)

{

LCD5110_Drv_clear();

LCD_Drv_DispOneAnyString(0,10,"无线接收");

LCD5110_Drv_DispOneCharString(2,0,0,"P0:");

display_IOstate(0,R_buf[1]);

LCD5110_Drv_DispOneCharString(3,0,0,"P1:");

display_IOstate(1,R_buf[2]);

LCD5110_Drv_DispOneCharString(4,0,0,"P2:");

display_IOstate(2,R_buf[3]);

LCD5110_Drv_DispOneCharString(5,0,0,"P3:");

display_IOstate(3,R_buf[4]);

}

else

{

LCD5110_Drv_clear();

LCD_Drv_DispOneAnyString(1,18,"error!");

}

}