微型计算机原理课程设计报告

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1、 微型计算机原理课程设计 李焕富 11003311 /14 18-1-29 5:45微型计算机原理课程设计报告摘要：重点研究微型计算机的短距离红外无线通信技术，设计红外接口和数字录音接口电路，编写应用程序， 实现文本、图形和语音数据的 红外无线传输。1 设计任务及要求（1）微机红外接口的设计与调试在异步串行通信接口芯片8250的基础上，按照IRDA物理层协议，采用RZI(反相归零 )调制方法，设计一个红外接口，其中的脉冲调制发射电路，将串行数字信号转换为红外光脉冲，其中的脉冲解调接收电路，将红外广脉冲转换为串行数字信号，再通过编程实现双机短距离无线通信。（2）微机文件数据的红外无线传输先编程实

2、现文本和图形文件的读出（显示）和保存；再通过红外接口编程实现文本和图形文件的短距离无线发送和无线接收。（3）微机语音数据的红外无线传输设计并调试一个数字录音接口电路，其中包括A/D转换电路和D/A 转换电路，先编程实现语音信号的输入和保存和读出回放，再通过红外接口编程实现语音信号的短距离无线发送和无线接收，并且回放出声音。2 方法论证目前微型计算机的短距离联接大都还是有线（电缆）联接，微机之间以及微机与外设之间的联线往往造成麻烦。个人通信是人类通信的最高目标，其目的是实现任何人（Whoever ）在任何时间（When ever）、任何地点（Wherever），能够向任何其他人（Whomever

3、 ）传送任何信息（Whatever）的通信（即5W）。 为此，就要充分利用现有的各种网络和技术，根据 业务 不同的特点选择不同的网络。在近距离室内通信中，蓝牙技术和红外无线接入技术使无线通信变得十分容易，将计算机技术与通信技术更紧密地结合在一起，人们可以随时随地进行信息的交换与传输。正是因为如此蓝牙技术和红外无线接入技术受到了极大的重视，得到广泛的 应用。 短距离联接到发展必然要走向无线联接，目前主要的短距离无线联接技术有红外通信技术和蓝牙通信技术，前者采用红外线，后者 则采用无线电波作 为信息传输的媒介。这两种技术各有所长。红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于

4、可见光，是一种人的眼睛看不到的光线。红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。由于红外线的波长较短， 对障碍物的衍射能力差，所以更适合于 应用在需要短距离无线通信的场合， 进行点对点的直线 数据传输。3 两种技术的标准化进程 (1)蓝牙技术标准化进程 微型计算机原理课程设计 李焕富 11003312 /14 18-1-29 5:45蓝牙无线通信技术作为一个技术规范出现的，该规范由爱立信公司于 1994 年提出是蓝牙特别兴趣小组（Bluetooth SpecialInterest Group，SIG）中许多公司合作的结果。SIG 于 1999 年 7 月颁布了蓝牙技

5、术的第一个完整的规范，即规范的版本 10，该版本卷 1 是核心规范，卷 2 是协议子集。由于版本 10 推迟了一些重要应用模式的开发，随着蓝牙技术的发展和版本 10 的产品化，不断涌现出大量的新想法，2000 年，在爱立信和诺基亚的领导下，成立了制定版本 20 的工作小组，在版本10 的基础上提高数据速率、改善基带功能及支持漫游切换等。目前制定工作尚未完毕，这里以版本 10 为蓝牙标准。 (2)红外无线接入技术标准化进程 红外无线接入技术是以红外线作为通信媒质的特定应用，也是一个技术规范。相比之下，红外无线技术比蓝牙技术更加成熟，其 标准化进程相对要早了许多，最早是 1979 年 IBM 公司

6、的 FRGfeller 发表了一篇较有影响的关于室内红外无线通信设计与实验的论文，引起业界的关注， 1993 年，红外数据 协会（IrDA ）制定了第一个标准称之为 IrDA10，这比蓝牙技术的第一个规范要早 6 年时间，在蓝牙规范第一次发布之时，红外无线技术已经广泛应用。 红外数据协会又于 1995 组织、制定了新的规范，Ir DA11，它允许数据传输速率达到 4Mbps。这里以版本 IrDA11 为标准。 4、两种技术特点的介绍(1)蓝牙技术 蓝牙是一种开放的技术规范，其目的是为了在世界上任何一个地方，实现短距离无线语音、视频和 数据通信。具体特点如下： （1）使用 24GHz 的 ISM

7、 公用频段，可不必申请专用许可证；（2）以时分双工进行全双工通信，理想通信距离 为 10 厘米到 10 米，配置功率放大器可使通信距离进一步增加；（3）采用快跳频、短分组 和前向纠错技术，可有效降低干扰，提高通信的安全性；（4）采用 FM 调制方式，使设备变得更加简单可靠，使终端更加轻便；（5）业务分配灵活，可以支持一个异步数据通道，或者 3 个并发的同步语音通道， 微型计算机原理课程设计 李焕富 11003313 /14 18-1-29 5:45或者一个同时传送异步数据和同步话音的通道；（6）每一话音通道可支持速率 64kbps 的同步话音，异步通道可支持前向速率721kbps，反向速率 5

8、76kbps 的非对称连接，或者速率 4326kbps 的对称连接。其 单向最高数据传输速率目前可达 2Mbps。(7)蓝牙系统支持点 对点以及点对多点通信。几个相互独立、以特定方式连接在一起的微微网构成分布式网络，各微微网由不同的跳频序列来区分。在同一微微网中，所有的用户均用同一跳频序列同步。拓扑结构如图 1 所示。 图 1 分布式网络 (2)红外无线接入技术 红外无线接入技术是以红外线作为通信媒质的特定应用。其工作频段为34093.529 10 5GHz，红外数据协会制定了一种标准的红外通信方法。这种方法包括通常用在移动电话、笔记本电脑和掌上电脑中。IrDA也是被设计用于短距离、低功率、无

9、许可证的通信。 IrDA也定义了物理层和实现互操作通信的软件协议栈。其具体特点如下：（1）工作在850880nm的红外波段，发射器信号强度为10mW左右，有效范围为30度，接收器可探测4500Wcm 2的光信号，有效范围为30度锥角；（2）采用半双工技术，通信距离1m左右；（3）其信源编码技术主要采用脉冲位置调制（PPM）；（4）链路接入协议与半双工链路控制协议类似，提供3种数据帧，U帧用于建立或去除连接，I信息帧，S帧用于数据传输控制；（5）链路管理协议用于维护打印、传真、 调制解调以及发现碰撞、链路管理等功能。 微型计算机原理课程设计 李焕富 11003314 /14 18-1-29 5:

10、455、两种技术特点的比较 蓝牙技术和红外无线接入技术都是短距离的无线接入技术，而且都能实现安全、可靠、低功耗、低成本的话音，数据及 视频的传输。虽然都是无线接入技术，但是由于两种技术采用的电磁波频段不同，因此具有完全不同的信号传播特性。这也导致了两种技术在特点上的差异。6、红外通信的基本原理目前计算机领域广泛采用 IRDA（Infrared Date Association）协议作为无线传输标准。IRDA 标 准包括三个基本的规范和协议：物理层规范，连接建立协议和连接管理协议。其中物理层规范制定了红外通信硬件设计上的目标和要求， IRDA 物理层协议提出了对工作距离、工作角度（视角）、光功率

11、、数据速率不同品牌设备互联时抗干扰能力的建议。当前红外通信距离最长为 3 米，接收角度大于 30 度。图 1 给出了 IRDA 物理层的方框图。数据速率小于 4Mb/s 时，使用 RZI（归零反转）调制；而在 4Mb/s 的数据速率 时，使用 4PPM（脉冲位置）调制。IRDA 要求的 RZI（反向归零）调制度编码效果如图 2 中的 IR 帧数据所示，最大脉冲宽度是 3/16 位宽或 1.6us 宽（1.6us 是最高位速率 115.2kbps 的位宽的 3/16）。逻辑 0由一个光脉冲代表，0 位的开始对应脉冲的上升沿，而逻辑 1 由无光脉冲代表。I 微型计算机原理课程设计 李焕富 1100

12、3315 /14 18-1-29 5:45传统的方法采用RS-232口进行通信，传输速率十分国有限，难以对告诉、批量的数据进行快速响应。随着通用串行总线（USB ）技术的不断完善，采用 USB接口来替换RS-232就看，从而使上述问题得以有效解决。USB是种应用在PC领域的新型总线接口技术，由Intel、Microsoft、 NEC等公司共同提出。 这是一种新规格的外接串行口，提出该规格的厂商希望用USB 来取代现有的外接设备接口，它 还具有连接单一化、软件自动侦测以及热插拔的功能，即插即用。它具有如下特点：使用方便、速度更快（最新的2.0版本已经达到480Mbps）、独立供 电 等。但由于

13、USB的驱动程序属于WDM型。WDM（Windows Driver Model），即 Windows驱动程序模型，开发较为麻烦，故仍然采用传统的RS-232口进行通信。传统方式的PC端涉及的通信 软件一般采用8086汇编语 言或C语言提供的端口读写语句来实现。在Windows环境下， VB和VC可以很方便地调用MSComm（MicrosoftCommunicationControl）控件，它提供了事件驱动和查询两种方法。在事件驱动法中，每当有新字符到达端口， ，MSComm控件将出发OnComm时间。这样，应 用程序可以通过检查 MSComm控件的CommEvent属性采取响应当操作，他累死于

14、汇编语言中的中断方式；较小的应用程序可以采用查询发，也就是应用程序不断检查MSComm的CommEvent属性并采取响应当操作，它类似于汇编中的查询法。在本设计中采用MASM32开发通信软件，他可以很方便地调用WINDOWS API和插入汇编语言。可方便地开 发出界面友好的GUI图形界面。7 设计过程与步骤1、编一简单程序使8250A 重复送出同一字符代码。2、通过示波器管程8250A 的有关输出信号。3、设计并链接红外接口脉冲调制发射电路。4改变字符代码，5调试红外接口脉冲调制发射电路。 微型计算机原理课程设计 李焕富 11003316 /14 18-1-29 5:456、设计并连接红外接口

15、脉冲调制接收电路。7 改变字符代码，8、调试红外接口脉冲解调接收电路。9编程实现单机自发自收，10键盘字符，接受后显示出来。11编程实现双机无线通信，一机键盘字符在另一机屏幕显示出来。（二）微机文件数据的红外无线传输1、编程实现文本文件的读出（显示）和保存。2、编程实现图形文件的读出（显示）和保存。3、将文本文件读出（显示），通过红外接口发送给另一机。4、通过红外接口接受文本数据，显示并保存。5、将图形文件读出（显示），通过红外接口发送给另一机。6、通过红外接口接受图形数据，显示并保存。（三）微机语音数据的红外无线传输1、设计并调试数字录音A/D 转换接口电路。2、设计并调试数字录音D/A 转换接口电路。3、将语音信号通过数字录音接口电路输入并保存为文件。4、将