基于EDA技术的红外遥控系统设计

1、摘要红外遥控在智能仪器、工业控制等领域的应用越来越广泛。为此, 文中介绍了一种由PT2248作为发送器，MIM-R1AA38KHZ红外一体化接收解调器作为接收器的红外遥控系统的构建方法，着重介绍了基于EDA技术的解码器的设计思路。用该方法所设计的系统原理简单，可靠性及可移植性好, 可应用于很多控制场合。关键词：红外遥控系统；解码；EDA目 录1 1 前言前言.12 2 红外遥控原理红外遥控原理.12.1 识别与编码.12.2 调制.12.3 接收器的调解与解码.23 3 系统的设计系统的设计.23.1 整体结构.23.2 基于 EDA 技术的解码.44 4 课程设计的总结与体会课程设计的总结与

2、体会.6参考文献资料参考文献资料.7l l01 前言红外遥控以其接收和发送方便,结构简单, 功耗低, 抗干扰能力强,可靠性高及成本低等优点而广泛应用于家用电器、工业控制和智能仪器系统中。然而, 市场上的绝大部分遥控器都是针对各自特定的遥控对象,而不能直接应用于通用的智能仪器及更一般的控制场合。为此, 本文探讨了以PT2248为编码/发送部分, 而以MIM-R1AA38KHZ红外一体化接收解调器为接收部分的红外遥控系统的设计方案, 着重讨论了如何运用技术中自顶向下的设计方法来实现自行解码功能的具体方法, 该方案能够及时发现误码, 防止误操作的产生,因而能够通用于各种控制场合。本文的解码方法对接收

3、到的信号的结（编码方式）的依赖程度较低, 因而可移植性好。2 红外遥控原理2.1 识别与编码一个红外遥控系统一般由红外发射器和红外接收器, 微控制器及外围电路组成。其中红外发送器用来产生与指令或按键对应的控制信号, 并在信号发送前预先对指令或按键信号进行识别与编码, 并经过调制以串行数据的形式发送出去。常用的识别与编码方法有两种：即频分制和码分制。频分制就是以不同频率的信号代表不同的指令或按键。遥控信号的频率范围在几百赫兹到几十千赫兹之间。这种识别与编码方式可以使发送出去的遥控信号抗干扰能力较强。但是由于不同的指令按键要占用不同的频带, 所以在遥控指令集比较复杂的场合, 它需要较多的遥控通道,

4、 也就是要占用更多的频率资源。因而这种方法只适合指令集简单的场合。当指令集较复杂时, 则一般采用码分制。码分制红外遥感是以不同的脉冲或者脉冲组合来代表不同的指令或按键。与频分制相比, 码分制电路简单, 使用灵活, 在实际应用中多采用这种方式。下面将要用到的PT2248就是种方式。编码方式主要有频率调制(FM)、脉宽调制(PWM)和脉位调制(PPM), 实际上,各种红外系统的主要区别就在于信号的编码方式不相同。2.2 调制对于码分制识别与编码的发送器,由于其编码频率很低(周期在毫秒级), 因此, 若将编码后的基带信号直接发送, 则其抗干扰能力不高。故实际应用中应在发送器中加人调制电路以保证系统的

5、抗干扰能力。目前常用的频率有30 kHz,38 kHz,40 kHz及56kHz等几种。2.3 接收器的调解与解码红外接收器的主要功能是接收来自发送器的红外信号, 并对接收到的信号进行放大、检波、整形, 直至从载波上解调出基带信号。对于专用设备, 还包括基带信号的解码过程。但是对于独立研发生产, 则可按照编码方式自行解码。接收器的结构功能很大程度上决定于发送器的结构及对信号的处理方式。因而产生了专用的解码芯片和自行设计的解码芯片。3 系统的设计3.1 整体结构本文选取PT2248作为构成发送器的芯片。整个系统框图及外围电路如图1所示。其中两个电容均为120pF,晶振频率为455kHz。PT22

6、48最大可用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电路。故在设计时, 只需外接3x6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功能。由于PT2248采用了38kHz载波振荡及脉码调制电路, 因而接收端采用频率与之对应的MIM-R1AA38KHZ红外一体化接收解调器。而解调出来的基带信号解码则由CPLD来实现。PT2248的编码方式采用脉位调制(PPM)方式来将遥控指令编码成脉冲序列, 然后再调制以高频信号, 最后以红外光的形式发送出去。其遥控指令的1 用占空比为3/4的正脉冲表示, 0 则用空比为1/4的正脉冲表示, 如

7、图2(a)、(b)所示。其中a为位码周期的1/4, 一个a占有的时间长度为PT2248内部红外载波振荡周期的16倍, 即a=16/(38kHz)。另外, MIM-R1AA38KHZ对接收到的信号除了进行放大、限幅、检波, 直至得到遥控指令的脉冲信号外, 还会对解调出的信号进行整形和反向输出。因此, 图2(c)、(c)所示的信号才是我们真正需要用CPLD自行识别的信号。一般遥控器的每个按键编码都由12位遵照以上编码规则所代表的“0” 、“1” 组成，时间长度为12x4a=48a。这样, 当按下遥控器的7到18号单击按键时, 系统将以12位为一组(48a)发送两次编码, 具体方式如图3(a)所示。

8、其中60a为自按下按键到发送编码的等待时间, 80a是重复发送12位48a编码的间隔时间, 接收解调器在此时的输出和没有收到红外编码一样(为高电平)。而7到18号单击按键无论发送端按键时间持续多长, 都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, 编码按图3（b）所示格式连续发送。具体每个位的串行编码规则如图4所示：图4的C1、C2、C3为用户码，T1、T2、T3与CODE之间分别接IN4148二极管时分别代表C1、C2、C3为1 , 否则为0。按照图1中PT2248的接法,C1C2C3=111，H、S1、S2为单击或连续按键的标志位（相当于列坐标），D1至D6为按键输

9、人码（相当于行坐标）。各按键除C1、C2、C3以外的低九位的编码如表1所列（按HS1S2D1D2D3D4D5D6排列）：3.2 基于 EDA 技术的解码有了对以上情况的了解, 就可以利用EDA技术对CPLD进行编程烧制,从而实现对MIM-R1AA的输出信号的自行解码。在用VHDL语言进行功能级描述时, 可以把信号的解码过程看成free、sone、stwo、sthree、sfour五个状态的转换过程。这五个状态在解码过程中对应的时间段如图3(C)所示。由图3(C)可以看出, 在接收器没有接收到信号的时间段, 以及同一键号发送的两次编码的间隔时间为80a, 和连续按键的PAUSE时间段为208a的

10、时间内, 输出均为高电平, 为free状态, 而真正接收信号时, 对输出的处理可看成sone、stwo、sthree、sfour这四个状态的转换。每到一个状态接收一个电平值, 并在sfour状态对接收到的四个电平进行识别。从而驱动需选取的一个与（38/16）kHz同步的时钟, 其转换机制如图5所示：图6所示是在MAXPLUS环境下的仿真波形：由图6可以看出, 在系统复位后,dati 收到1号按键的编码信息后, 会在48a后得到dtmp信息F20H,并将其解码成01H即1号按键。如果信号中途受到干扰, 接收到的dtmp信息则为非法码, 即在表1中查不到, 但此时应及时判别, 以防止误操作。实际上

11、, 连接好外围电路, 并配置好器件, 再将引脚分配程序下载到CPLD, 该系统就构建成功了。在VHDL的解码设计中, 时钟的同步与对MIM-R1AA输出信号的采集时机选择是解码成功的关键。选择CPLD输人时钟时, 一般由晶体振荡器产生并整形就可得到矩形波(上图中对应为clk), 该频率要远远高于(38/16)kHz(图中的clkoo频率),因而需要对clk进行分频。分频系数的计算方式如下:N=。/(38/16)clkfkHz式中, N不是整数时的取值，用舍去法或进一法均可。本文用的舍去法, 但是在N取不到整数的情况下,clk的频率要远远高于(38/16)kHz, 这样可以使得在48a的时间段内

12、的积累误差尽量减小。在图6中, clkoo是驱动状态转换的时钟。在VHDL设计中, 系统将在clkoo的上升沿完成状态转换。为了可靠, 一般不能就在此时对dati进行采集。而且在本文中, 一个状态对dati的采集至多一次, 这样可以避免clkoo时钟与dati相位不同而产生的混乱。4 课程设计的总结与体会通过这次课程设计使我充分理解了以PT2248发送器, MIM-R1AA38kHz红外一体化接收解调器,以及自行设计的CPLD解码器构成的红外遥控系统的原理及设计过程。由于在设计CPLD解码器时, 是先接收数据, 然后再识别键号。因而对于接收信号编码格式的依赖性低, 所以具有比较强的可移植性。此外, 解码器还能及时判别误码, 以防止误操作, 而且可靠性好,可以应用到一般的遥控场合。在此次设计中，使自己多年来所学的理论知识和实践做到有机的结合，进一步深化巩固自己的理论知识。在此我非常要感谢的是我的指导老师*老师，感谢老师的细心认真的辅导，教给我许多原来不知道的知识。这次课程设计能够顺利的完成，有我个