IrDA是一種標準化的無線紅外數據通信方法。現代產品通常支持RS-232和IrDA，滿足傳統要求。本應用筆記描述了使用單個UART實現兩個接口的方法。

背景

術語數據通信接口是模棱兩可的，但它可以解析為三個易于理解的層：物理層定義電氣特性和硬件通信速度，協議層定義數據格式，應用層使用這種數據格式在給定設備中執行任務。例如，IrDA中的應用層IrTran-P用于數碼相機和其他成像設備中以傳輸圖像。

RS-232僅包含物理層，但IrDA包含所有三個層（物理，協議和應用）。IrDA包括幾個不同的物理層：SIR（115kbps），MIR（1Mbps），FIR（4Mbps）和VFIR（16Mbps）。由于RS-232和IrDA SIR使用相同的數據成幀器（通常稱為UART），因此本文僅考慮RS-232和IrDA SIR物理層。

由于RS-232（直到最近）在過去三十五年中幾乎包含在每臺計算機中，因此它是異步串行通信中使用最廣泛的物理層。大多數個人計算機正在用通用串行總線（USB）取代RS-232，但RS-232在網絡設備、工業控制設備和銷售點設備中仍然很常見（表1）。

紅外數據協會（IrDA）成立于1993年，其目標是定義一個允許紅外設備之間通信的3層接口。IrDA SIR成立于1994年，此后不久，微軟在Windows 95中增加了對IrDA的支持。IrDA現在可用于筆記本電腦，手機，數碼相機，個人數字助理（PDA）和尋呼機等設備。表 2 列出了對 IrDA SIR 物理層重要的一些規格。??

傳統方法

在只有一個UART的系統中實現IrDA和RS-232通常需要四個IC：雙通道SPDT模擬開關、編碼器/解碼器（ENDEC）、RS-232收發器和IR收發器（圖1）。表3顯示了適合所得電路的IC。

圖1.這種傳統的單UART方法使用四個IC實現IrDA和RS-232。

模擬開關由 μP 或 μC 的通用輸出控制，并將發送 （TX） 和接收 （RX） 信號引導至相應的收發器或從相應的收發器發出。為了滿足 IrDA SIR 操作的標準，TX 信號必須通過 ENDEC 的編碼器部分，該部分將傳統的 UART NRZ 信號壓縮為 IR 收發器所需的單個 RZ 脈沖（圖 2-3）。RX信號需要相反的處理，因此從紅外收發器路由到ENDEC的解碼器部分。解碼器將單個脈沖拉伸為UART可以識別的傳統NRZ信號。然后，紅外收發器僅在紅外光譜中發送和接收信息。

圖2.編碼器（脈沖壓縮機）前的UART幀。

圖3.編碼器（脈沖壓縮機）之后的紅外幀。

更直接的是RS-232操作，其中模擬開關將TX和RX信號引導到RS-232收發器或從RS-232收發器引出。由于RS-232收發器不需要ENDEC，因此可以直接接受進出UART的TTL/CMOS信號。RS-5收發器只不過是一個電平轉換器，其中TTL/CMOS電平反轉，然后使用內部電荷泵轉換為大于+5V和小于-<>V的電平。

替代方法

圖1的常用替代方案是無需使用模擬開關。這種方法也在單UART系統中實現了IrDA和RS-232，只需要三個IC：編碼器/解碼器（ENDEC），RS-232收發器和IR收發器。IR 和 RS-232 收發器的 TX 線連接在一起，因此無需模擬開關。類似的連接適用于兩個收發器的 RX 線路。

通用TX線同時向IR和RS-232變送器傳輸數據，但同時激活兩個變送器會浪費功率，并且在應用中很少需要。許多設計人員試圖通過以電子方式斷開未使用的收發器的電源來解決這個問題，但這種安排是無效的，因為未使用的收發器仍然通過內部保護二極管由發射器輸入線路上的電壓供電。因此，替代方法需要仔細選擇兩種發射器，使其不如傳統方法萬無一失。因此，您應確保圖 232 中的 IR 和 RS-4 收發器具有關斷功能，無需斷開電源即可啟用（圖 4）。表4列出了適合該電路的IC。

圖4.這種替代的單UART方法使用三個IC實現IrDA和RS-232。

更好的方法

在只有一個UART的系統中實現IrDA和RS-232不再需要三個或四個IC。相反，圖1中的傳統電路現在可以通過單個IC實現（圖5）。該IC （MAX3130）在單個28引腳SSOP封裝中包含了四個必要的功能。施加到/IRMODE引腳的邏輯信號控制雙通道SPDT型的內部模擬開關。該開關在高電平時將信號引導至 RS-232 收發器/從 RS-16 收發器引導信號，在低電平時將信號引導至 IR 收發器。內部 ENDEC 借助 UART 的 BAUDOUT 信號提供的波特 232 時鐘壓縮和拉伸這些信號。獨立的RS-3130和IR關斷電路可在不使用時關閉IC的某些部分，從而延長便攜式應用中的電池壽命。MAX4與圖1所示的<>-IC電路相當，因為它還包括邊緣檢測電路，用于監測未使用接口上的活動。

圖5.更好的單UART方法僅使用一個IC實現IrDA和RS-232。

改進了其他常見問題的解決方案

當今的許多微處理器和微控制器（μP和μC）都包含多個內部UART，如果系統處理器中有兩個UART可用，則不需要雙SPDT模擬開關。對于此類系統，MAX3131在單個232引腳SSOP封裝中集成了ENDEC、IR收發器和RS-28收發器，具有獨立的關斷電路（無模擬開關）（圖6）。這種方法不需要μP I/O引腳，因為它不包括要控制的模擬開關。

圖6.更好的雙UART方法僅使用一個IC實現IrDA和RS-232。

某些μC內部的UART無法提供與行業標準16550 UART產生的BAUDOUT信號等效的信號。（波特率信號只是一個比所選波特率快 16 倍的時鐘。所有 ENDEC 在某個時候都需要這個波特 16 時鐘，為 9600 波特以外的速率創建這樣的時鐘并非易事。首先，在任何通信之前都必須存在波特16時鐘，并且第一次通信是9600波特。當時，兩個連接的 IrDA 系統就每個系統支持的最快數據速率達成一致。然后必須相應地調整（增加）波特16時鐘，以更快和當前的波特率構建所有新通信。您不能簡單地用一些觸發器和跳線來劃分晶體振蕩器信號;系統必須通過軟件控制波特16時鐘。

圖7所示為配置MAX3100和現有SPI的方法?端口，因此只需使用一個額外的 I/O 引腳 （/CS16） 即可通過軟件修改 Baud2 時鐘。作為世界上最小的帶有SPI前端的UART，MAX3100還可以通過SPI端口產生軟件可調的波特16時鐘。看起來很奇怪，但時鐘實際上是從MAX3100的/RTS引腳中產生的。圖7所示為MAX3100向MAX16發送波特3131字節時鐘，但其它需要波特16字節時鐘的ENDEC IC（包括MAX3130）也可以。

圖7.MAX3100電路僅需一個額外的μC I/O即可實現軟件可調波特16時鐘發生器。

某些應用要求每個通信接口使用單獨的UART，但設計人員可能迫于成本或現有設計限制，只能使用一個內部UART的μP。這種情況會產生一個昂貴而復雜的系統。更糟糕的是，如果μP上沒有八個I/O引腳來連接到第二個并行硬件UART，則選項很快就會耗盡。圖8顯示了世界上最小的硬件UART（MAX3100）如何通過SPI端口連接到1P或1C，從而提供第二個UART。

圖8.世界上最小的硬件UART（MAX3100）通過SPI端口連接到微處理器（或微控制器），以提供第二個UART。

結論

電子設備通常包含多個數據通信接口，將IrDA SIR添加到已經支持RS-232的設備中可以增加便利性，而不會增加太多成本。另一方面，將RS-232添加到僅支持IrDA的系統中，使該系統與其他類型的設備兼容。此外，已經支持RS-232和IrDA的舊系統是升級以減少關鍵電路板空間和成本的絕佳前景。因此，在將RS-232和IrDA SIR設計到單個設備中時，了解模塊如何組合在一起以及您的選擇會非常有幫助。

審核編輯：郭婷