基于Alter的EP1C6Q240C8的红外遥器的设计

基于Altera的EP1C6Q240C8的红外遥控器摘要：基于Altera的EP1C6Q240C8的红外遥控器的扩展部分的制作，能使学生理解EDA技术中模块化编程方法！使其对EDA技术有更加深入的了解！是培养学生熟习VHDL语言的一个重要部分。该遥控器的红外发射部分实现与遥控集成芯片PT2248相同的功能。数字调制方式采用PWM调制，在接收端利用一体化红外接收器对信号进行解调，利用FPGA进行解码，检错及相应的I/O操作。若把发射和接收编码稍加修改，加上PS/2键盘口和液晶模块，便可实现红外传输双机数据通信系统。关键词模块化编程；红外发射与接收；一体化红外发射器；脉宽调制1引言EDA技术的发展迫切的要求当代电子类的大学生熟练掌握该技术的理论和了解VHDL语言的编写方法。红外遥控器的设计，能够使学生通过对程序的编写，了解到模块化的编写方式。对学生学习FPGA/CPLD设计方法有很大的帮助！2结果与讨论2.1红外遥控器的模块划分2.1.1遥控器的主要组成部分红外遥控系统由发射编码和接收解码两个部分组成，具体说明如下：1、发射编码部分发射编码部分要求使用指定的元器件在万用板上完成红外遥控器的制作，该部分电路原理图参照PT2248数据手册，制作参考了红外遥控器制作说明，制作时要求元器件在万用板上排列整齐，布局合理，焊接良好，各按键功能正常，均能发送编码。原理图如下2、接收解码部分接收解码用VHDL语言编写程序，在EDA实验板上实现解码（1）基本要求：（a）将一体化红外接收解调器的输出信号解码（12个单击键、6个连续键，单击键编号为718，连续键编码为16），在EDA实验板上用七段数码管显示出来；（b）当按下遥控器16号连续键时，在EDA实验板上用发光二极管点亮作为连续键按下的指示，要求遥控器上连续键接下时指示灯点亮，直到松开按键时才熄灭，用于区别单击键。（c）EDA实验板上设置四个按键，其功能等同于遥控器上的14号按键，当按下此四个按键时七段数码管分别对应显示“1”、“2”、“3”、“4”。（d）每当接收到有效按键时，蜂鸣器会发出提示音。该部分的原理图如下：2.1.2主要划分的模块及对应功能1、红外发射编码模块此模块是由芯片PT2248进行红外编码和发射。PT2248最大可用作18路红外遥控系统的编码，其内部己集成了38kHz的红外载波振荡及相应的数字脉码调制（PCM）电路，只需外接36的矩阵式按键、红外发光二极管及其驱动电路等少量元器件便可完成编码发送的功能。2降频模块由于核心板采用的频率是20MHz，红外遥控器的解码模块并不能在那么高的频率上正常工作，因此，必须编写降频程序！改程序主要由计数器来实现！3红外接收编码及解码模块在开发板上有一个38kHz一体化红外接收解调器，对PT2248发射过来的编码进行解调。解调出来的编码输入到开发板上的CPLD的50号管脚，作为红外编码的输入。该信号输入到CPLD内先转换为12位二进制数，经检验无错则存入寄存器，等待解码和译码。如有错则丢弃此编码。4译码模块此模块把寄存器内的12位二进制数译成其所代表的键码，用BCD码表示，并译出其相应的信息（用户码及是否连续键等），送入显示模块进行相应的显示。5显示模块此模块对解码译码模块所送进来的相应信息，控制数码管、蜂鸣器和LED，显示相关的键码和用户码，连续键等信息。2.1.3详细的系统实施方案（一）系统的接收部分1性能级描述功能描述：从红外一体化接收器接收信号，经过CPLD解码，分析。在数码管显示按下的键码，发出提示音，利用LED显示用户码。若接收到连续键，则在相应LED上连续显示。功能部件:MIM-R1AA38红外接收器LED,数码管，蜂鸣器输入信号：串行编码信号输出信号：2位7段数码管，蜂鸣信号，3位用户码LED,6位连续键LED2功能级描述解码模块：解码计时器ir_timer信号采样及串转并模块ir_captureI/O控制模块：键码分析及输出key_analyzer数码管扫描输出器digit_ctrl整系统系统框图说明：1、IR_INPUT是38kHz一体化红外接收解调器输入到CPLD中的串行信号。1、CLK_INPUT是的系统时钟信号。2、RESET_INPUT是系统复位信号，高电平有效。3、KEY_INPUT是小键盘输入的信号。4、BELL_OUT是控制蜂鸣器信号，根据电路原理图，其低电平有效5、LIGHTm_OUT是LED灯控制信号，用来显示用户码和连续键6、LIGHTk_OUT是LED灯控制信号，用来区分小键盘的按键。7、LED_OUT是数码管控制信号，接到4511芯片的ABCD端。8、ENm_OUT是数码管选择使能端，显示红外键码。10、ENk_OUT是数码管选择使能端，显示小键盘键码。注：系统的输入输出端口都是接到CPLD相应的IO口。该系统建立在频率降低为38KHz的基础上3.系统结构级设计3.1PWM信号解码从一体化红外接收器输出的信号为PWM编码信号，其规则如下：1个a的低电平，3个a的高电平表示编码“0”3个a的低电平，1个a的高电平表示编码“1”其中a为一个时间单位，时间长度是38kHz的16个时钟周期，即a138kHz160.4218ms检测原理：当接收信号跳变为低电平时触发ir_timer开始计时，延时2a时间后产生一个脉冲信号通知ir_capture进行采样，ir_capture从ir_data中采样并取反则可检测出二进制信息。由于ir_timer采用电平检测，因此产生采样脉冲后需延时1.5a，等待下一个低电平到来图1-2ir_timer仿真波形图timeout=0ir_input延时2atimeout=1延时1.5aidle10图1-3ir_timer的ASM图3.2键码读取模块遥控器的每个按键编码由12位按以上编码规则所代表的“0”、“1”组成，时间长度为48a，当按下遥控器的7到18号单击按键，则以12位为一组（48a）发送两次编码，如下图所示：图1-4PT2248单击键发送格式60a为自按下按键到发送编码的等待时间，80a是前后两次发送12位48a编码的高电平时间间隔。7到18号单击按键无论发送端按键时间持续多长只发送一次这样形式的两组相同的12位编码。当按下1到6号连续按键时，编码按如下格式连续发送：图1-5PT2248连续键发送格式接收到的串行二进制信号必须经过串并转换。串行转并行部分由一个12位移位寄存器组成，每当接收到一位数据后往左移一位（PT2248发送顺序为从高位到低位）,直至12位满为止。接收完第一个12位码后存放在寄存器中，等待至第二个12位码接收完毕。两次接收的码进行校验，如果相等便把键码输出，并产生脉冲通知I/O控制模块3.3错误检测（1）校验。PT2248把12位信号码两次，通过比较两次接收的码是否相同，可以判断是否发生传输误差。若两次码值不相等，则丢弃*（2）超时处理a.位间超时检测正常情况下，12位码位应该是连续发送的，若发送途中发生位丢失，则处理机可能处于永久等待中。在此引入超时机制，利用计时器检测每位码之间的等待时间，若超过某一值，则丢弃此数据码，返回到空闲状态。b.码间超时检测发送方在发送第一次键码后经过80a发出第二次相同的键码。若中途发生错误，使第二个键码丢失，同样会令处理机陷入永久等待中。在此处同样引入一个超时检测机制，若经过120a以后仍接收不到第二次键码，则丢失此数据，返回空闲状态。cnt=cnt+1cnt清0，接收新数据超时？等待接收有否新数据？丢弃，idleyesnoyn图16超时检测部分ASM图*注：长时间计时器需要占用大量资源，因此在本设计的最终版本中没有加入超时处理代码。整个键码读取过程的仿真波形如下，两次接收结果一致，输出Pick_ready脉冲通知I/O控制器两次接收的结果不一致，丢弃此次数据图1-7ir_capture模块仿真结果数据清0ir_clk等待接收移位cnt=cnt+1接收第一位cnt=11?ir_clkcnt清0ir_clk等待接收移位cnt=cnt+1接收第一位cnt=11?ir_clk两次相等?输出ir_vector输出rx_doneidlescheck图1-8IR_capture模块的ASM图3.4键码分析与输出(1)键码分析每个12位的串行编码规则如下：C1、C2、C3为用户可通过在遥控器发射电路中是否接入IN4148二极管决定其为“0”或“1”，这里取“111”，H、S1、S2为单击连续按键的标志位，相当于列坐标，D1至D6为按键输入码，相当于行坐标，低9位的按键编码如下表所示：低9位编码按键HS1S2D1D2D3D4D5D611001000002100010000310000100041000001005100000010610000000170101000008010010000901000100010010000100110100000101201000000113001100000140010100001500100100016