紅外遙控發(fā)射電路設(shè)計_圖文

1、 畢業(yè)設(shè)計(論文題 目:紅外遙控發(fā)射電路設(shè)計系:專業(yè)班級:學生姓名:指導教師:20XX 年 X月內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計(論文 紅外遙控發(fā)射電路設(shè)計 紅外遙控發(fā)射電路設(shè)計摘要紅外線遙控具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉、抗干擾能力強、工作可靠性高 等一系列優(yōu)點,是近距離遙控、特別是室內(nèi)遙控的優(yōu)選遙控方式。該文介紹了基于 NEC 協(xié)議的紅外遙控器發(fā)射電路的設(shè)計,用 NEC 協(xié)議將鍵盤采 集到的信號進行編碼。并通過發(fā)送電路將信號發(fā)送出去。遙控發(fā)射器專用芯片很多, 本實驗以 HT6221組成發(fā)射電路,一般家庭用的 DVD 、 VCD 、音響都使用這種編碼方 式。當發(fā)射器按鍵按下后,即有遙控碼

2、發(fā)出,所按的鍵不同遙控編碼也不同。關(guān)鍵詞:紅外線 遙控 NEC 協(xié)議 HT6221目錄第 1章 緒論1.1項目背景紅外通信是利用紅外技術(shù)實現(xiàn)兩點間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。 它一般由紅外 發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對一個紅外輻射源進行調(diào)制后發(fā)射紅外信號,而 接收系統(tǒng)用光學裝置和紅外探測器進行接收,就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。特點:保密性強,息容量大,結(jié)構(gòu)簡單,既可以是室內(nèi)使用,也可以在野外使用, 由于它具有良好的方向性,適用于國防邊界哨所與哨所在之間的保密通信,但在野外使 用時易受氣候的影響。紅外通訊技術(shù)利用紅外線來傳遞數(shù)據(jù),是無線通訊技術(shù)的一種。紅外通訊技術(shù)不需要實體連線,簡單易用且實現(xiàn)成

3、本較低,因而廣泛應(yīng)用于小型移 動設(shè)備互換數(shù)據(jù)和電器設(shè)備的控制中,例如筆記本電腦、PDA、移動電話之間或與電腦 之間進行數(shù)據(jù)交換,電視機、空調(diào)器的遙控等。由于紅外線的直射特性,紅外通訊技術(shù)不適合傳輸障礙較多的地方,這種場合下一 般選用 RF 無線通訊技術(shù)或藍牙技術(shù)。紅外通訊技術(shù)多數(shù)情況下傳輸距離短、傳輸速率 不高。為解決多種設(shè)備之間的互連互通問題, 1993年成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會 (IrDA,Infared Data Association以建立統(tǒng)一的紅外數(shù)據(jù)通訊標準。1994年發(fā)表了 IrDA 1.0規(guī)范。 紅外線通信是一種廉價、近距離、無線、低功耗、保密性強的通訊方案,主要應(yīng)用 于近距離的無線

4、數(shù)據(jù)傳輸,也有用于近距離無線網(wǎng)絡(luò)接入。從早期的 IRDA 規(guī)范 (115200bps到 ASKIR(1.152Mbps,再到最新的 FASTIR(4Mbps ,紅外線接口的速 度不斷提高,使用紅外線接口和電腦通信的信息設(shè)備也越來越多。紅外線接口是使用有 方向性的紅外線進行通訊,由于它的波長較短,對障礙物的衍射能力差,所以只適合于 短距離無線通訊的場合,進行“點對點”的直線數(shù)據(jù)傳輸,因此在小型的移動設(shè)備中獲 得了廣泛的應(yīng)用。紅外線通訊發(fā)展早期存在著規(guī)范不統(tǒng)一的問題, 許多公司都開發(fā)出自己的一套紅外 通訊標準, 但不能與其它公司有紅外功能的設(shè)備進行紅外通訊, 因此缺乏兼容性。 自 1993年起,由

5、 HP、COMPAQ、INTEL 等多家公司發(fā)起成立了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(InfraredDataAssociation,簡稱 IRDA,建立了統(tǒng)一的紅外數(shù)據(jù)通信標準。一年以后,第一個 IRDA 的紅外數(shù)據(jù)通訊標準IrDA1.0發(fā)布,又稱為 SIR(SerialInfraRed,它是基于 HP 開發(fā)出來的一種異步的、半雙工的紅外通信方式。通過對串行數(shù)據(jù)脈沖和光信號脈沖編 解碼實現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸。IrDA1.0的最高通訊速率只有 115.2Kbps,適應(yīng)于串行端口的 速率。1996年,該協(xié)會發(fā)布了 IrDA1.1標準,即 Fast InfraRed,簡稱為 FIR。FIR 采用 了全新的 4PPM 調(diào)制

6、解調(diào)技術(shù), 其最高通訊速率達到 4Mbps, 這個標準是目前運用得最普 遍的標準, 我們在采購紅外產(chǎn)品時也應(yīng)注意這標準的產(chǎn)品。 繼 IRDA1.1之后, IRDA 又發(fā) 布了通訊速率高達 16Mbps 的 VFIR 技術(shù)(VeryFast InfraRed。不斷提高的速率使紅外 線使它在短距無線通信領(lǐng)域占有一席之地,而不僅是數(shù)據(jù)線纜的替代。紅外線的傳輸距 離為 1100CM,傳輸方向的定向角 30度,點對點直線數(shù)據(jù)傳輸。紅外線 IrDA,簡稱 IR,是一種無線通訊方式,常?？梢允褂眉t外線進行無線數(shù)據(jù) 傳輸,能夠取代復雜的連接線。自 1974年發(fā)明紅外線以來,它已經(jīng)過風風雨雨二十多 年的發(fā)展,如

7、今,已經(jīng)是一種很成熟的傳輸技術(shù)。不光我們可以在手機上找到 IR 口, 我們還可以在一些很普遍的地方找到紅外線, 最好的例子就是電視機或 VCD 機上的遙控。 所謂遙控,就是指對被控對象,按照所規(guī)定的意圖對其內(nèi)部參數(shù)、工作狀態(tài)等進行 遠距離操縱。遙控技術(shù)在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、國防等領(lǐng)域均有非常廣泛的應(yīng)用,隨 著現(xiàn)代科技的發(fā)展,它們的應(yīng)用也越來越普遍。遙控技術(shù)一般應(yīng)用于操作者不能或難以到達受控對象的場合。 而對于移動式的受控 對象,則更不得不使用遙控技術(shù),例如在惡劣環(huán)境下作業(yè)的機器,人難以到現(xiàn)場操作, 就必須使用遙控技術(shù)進行遠距離操縱。遙控的種類有很多,若以遙控信息傳送方式區(qū)分,可以分為有線遙控

8、和無線遙控兩 大類,而無線遙控又包含了紅外線遙控、超聲波遙控和無線電遙控三類。有限遙控和無 線電遙控可以達到很遠的距離,而紅外線和超聲波遙控只能在十幾米之內(nèi),因此多用于 家用電器方面。 1由于紅外線為不可見光,因此對環(huán)境影響很小。由于紅外光波的波長遠小于無線電 波的波長,所以紅外線遙控不會干擾其他家用電器,也不會影響鄰近的無線電設(shè)備。 另外,波長小于 1.5us 的近紅外光,在透明大氣中的傳輸特性要比可見光好的多。 而且由于它靠近可見光的紅光邊緣,其直線傳播、反射、折射和被物質(zhì)吸收等物理特性 與可見光非常相似。因此,它可以使用與可見光類似的聚焦透鏡等光學裝置。紅外線遙控不具有像無線電遙控那樣穿

9、過遮擋物去控制被控對象的能力。 正是由于 這個特點,工廠設(shè)計生產(chǎn)電視機、錄像機、電風扇等家用電器的紅外線遙控器時,不必 像制作鎖那樣,每套(鎖和鑰匙必須有一種新的結(jié)構(gòu)(否則,鑰匙就變?yōu)橥ㄓ?鎖的 作用便會失去 ;也不必像無線電遙控那樣,每套(發(fā)射器與接收器要有不相同的遙 控頻率或編碼(否則,就會隔墻去控制或干擾鄰居的家用電器 ,所有同類產(chǎn)品的遙控 器可以有相同的遙控頻率或編碼,而不會出現(xiàn)遙控信號“串門”的情況。這對于工廠大 批量生產(chǎn)以及在家用電器上普及紅外線遙控提供了極大的方便。紅外線為不可見光線,具有很強的隱蔽性和保密性,因此,在防盜、警戒等安全保 衛(wèi)裝置中也得到了廣泛的應(yīng)用。1.2紅外遙控

10、的發(fā)展隨著人們生活水平的提高, 人們對生活環(huán)境和生活質(zhì)量的要求也在不斷提高。 空調(diào)、 音響、以及一些電動玩具應(yīng)運而生,與此同時,這些電器都會配備一個遙控器以方便用 戶使用。而紅外遙控在其中扮演了不可或缺的角色。紅外遙控有二十五年的歷史了, 是控制電子設(shè)備的一種經(jīng)濟有效的方法。 60年代初, 一些發(fā)達國家開始研究民用產(chǎn)品的遙控技術(shù),但由于受當時技術(shù)條件的限制,遙控技術(shù) 發(fā)展很緩慢。 70年代末, 隨著大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展, 遙控技術(shù)才得到快 速的發(fā)展。在遙控方式上大體上從有線到無線的超聲波、從振動子到紅外線、再到使用總線的微 機紅外遙控這樣幾個階段。無論你采用何種方式,準確無誤傳輸信

11、號,最終達到滿意的 控制效果是非常重要的。最初的無線遙控裝置采用的是電磁波傳輸信號,由于電磁波容 易產(chǎn)生干擾,也易受干擾,因此逐漸采用超聲波和紅外線媒介來傳輸信號。與紅外線相 比,超聲傳感器頻帶窄,所能攜帶的信息量少,易受干擾而引起誤動作。較為理想的是 光控方式,逐漸采用紅外線的遙控方式取代了超聲波遙控方式,出現(xiàn)了紅外線多功能遙 控器,成為當今時代的主流。由于紅外線在頻譜上居于可見光之外,所以抗干擾性強,具有光波的直線傳播特性,不易產(chǎn)生相互間的干擾,是很好的信息傳輸媒體。1.2項目背景和建設(shè)意義紅外通信是以紅外線作為載體來傳送數(shù)據(jù)信息。它作為無線通信的一種,與無線電 通信相比,由于其性能價格比

12、高,實現(xiàn)簡單,具有抗電磁干擾、便于高速應(yīng)用、空間接 入靈活、經(jīng)濟的特點,可用于室內(nèi)外實現(xiàn)點對點、無線紅外 LAN 通信及軍用紅外引信, 在移動計算和移動通訊的設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。在某些場合,需要數(shù)據(jù)交換但又不是很大,且實時性要求又不是很高的情況下,可以使用紅外通訊方式,這樣既可以得到無繩化通信帶來的便利,又可以避開采用無線電高頻 電路可能引發(fā)的一些問題。譬如用于家用電器的遙控器,計算機的遙控鍵盤和遙控鼠標 以及便攜式數(shù)據(jù)收集裝置(煤水電表的登錄器、報稅機與主機的數(shù)據(jù)交換等。目前,利用紅外線進行無線數(shù)據(jù)通信,無論從小型化、輕量化,還是從安全性等方面考 慮,其可行性都比較高,并且已經(jīng)在無線多信

13、道室內(nèi)話音系統(tǒng),無繩電話以及鍵盤和終 端間的短距離無線連接中得到了應(yīng)用。所有這些應(yīng)用中的工作帶寬遠低于 WLAN 需要的 帶寬?，F(xiàn)代遙控技術(shù)也十分普遍的應(yīng)用于各類家用電器中,例如電視遙控、電燈遙控、電 風扇遙控、空調(diào)器遙控等。這類應(yīng)用提高了家電的功能和檔次,更重要的是給使用者帶 來極大的方便。 設(shè)有遙控功能的電視機使用者不必離開座位只需使用手持紅外遙控器就 可以進行節(jié)目切換,以及對音量、對比度、亮度等的調(diào)節(jié)。在這些應(yīng)用中,操作者與受 控者之間并非“遙” ,也非“難以到達” ,僅為方便而已,因此對“遙控”的定義,應(yīng)廣 義的理解為操作者沒有直接對受控對象進行操作。遙控的種類有很多,若以遙控信息傳送

14、方式區(qū)分,可以分為有線遙控和無線遙控兩 大類,而無線遙控又包含了紅外線遙控、超聲波遙控和無線電遙控三類。有限遙控和無 線電遙控可以達到很遠的距離,而紅外線和超聲波遙控只能在十幾米之內(nèi),因此多用于 家用電器方面。 1本設(shè)計基于對現(xiàn)今市面上主流的紅外遙控編碼格式進行學習, 最終從近百個編碼協(xié) 議中選取最為高效的 RC5編碼規(guī)范協(xié)議,并通過廣播和電視向外擴散,使得產(chǎn)品在短時 間內(nèi)的到廣大消費者的認可,和引來大量的用戶。第二章 幾種常用紅外遙控器協(xié)議2.1NEC 協(xié)議NEC 協(xié)議特征:八位地址碼和八位數(shù)據(jù)碼載波頻率為 38k hz脈沖寬度調(diào)制 地址碼和數(shù)據(jù)碼發(fā)兩次,以增加可靠性圖 2-1NEC 紅外協(xié)

15、議編碼效果圖由上圖可知, 0.56ms 的載波隨后 0.56ms 的低電平的電平組合, 代表的是信號 0;0.56ms 的載波隨后 1.69ms 的低電平的電平組合,代表信號 1。NEC 的紅外編碼格式如下圖所示:圖 2-2NEC 紅外編碼協(xié)議格式圖首先,一條完整的 NEC 協(xié)議,包括引導碼、8位地址碼、8位地址反碼、8位數(shù)據(jù)碼 和 8位數(shù)據(jù)反碼。 引導碼位 9毫秒的持續(xù)脈沖和 4.5毫秒的空脈沖序列。 隨后是 8bit 的 地址碼和 8bit 地址反碼,8bit 的數(shù)據(jù)碼與 8bit 的數(shù)據(jù)反碼。數(shù)據(jù)碼和地址碼,都是先發(fā)最低有效位 LSB,再發(fā)最高有效位 MSB。2.2Nokia NRC1協(xié)

16、議特征:8bit 數(shù)據(jù)碼,4bit 地址碼 4bi t 替代碼載波頻率為 38k hz二相編碼傳送一位的時間為 1ms圖 2-3諾基亞紅外協(xié)議編碼效果圖由上圖可知, 500us 的載波隨后 500us 的低電平的電平組合, 代表的是信號 1; 500us 的低電平隨后 500us 的載波的電平組合,代表信號 0。 諾基亞的紅外編碼格式如下圖所示:圖 2-4諾基亞紅外編碼協(xié)議格式圖首先,一條完整的 NEC 諾基亞協(xié)議,包括引導碼、8位數(shù)據(jù)碼、4位地址反碼、4位替代碼。引導碼位 0.5us 的持續(xù)脈沖和 3毫秒的空脈沖序列。隨后是 8bit 的數(shù)據(jù)碼 和 4bit 地址碼,4bit 的替代碼。數(shù)據(jù)

17、碼和地址碼,都是先發(fā)最低有效位 LSB,再發(fā)最高有效位 MSB。2.3Philips RC-5協(xié)議特征:5bit 地址碼和 6bit 的命令碼二相編碼(曼切斯特編碼載波頻率 36k hz傳發(fā)送一位的時間 1.778ms圖 2-5RC-5紅外協(xié)議編碼效果圖由上圖可知, 500us 的載波隨后 500us 的低電平的電平組合, 代表的是信號 1; 500us的低電平隨后 500us 的載波的電平組合,代表信號 0。RC-5 的紅外編碼格式如下圖所示:圖 2-6RC-5紅外編碼協(xié)議格式圖首先,一條完整的 RC-5協(xié)議,包括引導碼、5位地址碼、6位數(shù)據(jù)碼。2.4ITT 協(xié)議ITT 是最早的一種紅外線傳

18、輸協(xié)議。該協(xié)議不像其他紅外線信號傳輸協(xié)議那樣用載 波頻率來傳輸紅外線信號,而是用寬度為 10us 的 14個脈沖來傳送遙控命令,通過改變 脈沖 I 間距來對命令編碼。用 ITT 協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)非常可靠,而且功耗極低。在歐洲,包 括 ITT(國際電話電報公司 、Greatz、Schaub-Lorenz、Finlux、Nokia 等在內(nèi)的很多 公司均采用此協(xié)議來做用戶電子標簽。(1主要特性每條信息只有 14個非常窄的脈沖(脈寬 10us, 不對信號進行調(diào)制 ;采用脈沖距離編碼;電池壽命極長;4位地址碼、6位命令碼;帶時間自校準,發(fā)送器中可使用 RC 振蕩器;6 通信速度快, 發(fā)送一條信息只需 1.7

19、ms-2.7ms;(2協(xié)議14個脈沖傳送 1條紅外信息, 每個脈沖寬 10us,用三種不同的脈沖周期來區(qū)別每位 所表達的內(nèi)容:10us 表示二進制的“0”,200us 表示“1” ,300us 表示預備脈沖或結(jié)束 脈沖。圖 2-1是 ITT 的“0”和“1”的表示方法示意, 圖 10b 是用 ITT 傳送的命令的格 式。圖 2-7ITT紅外編碼協(xié)議格式圖 圖 2-8ITT 紅外編碼協(xié)議格式圖預備脈沖的作用是讓接收器設(shè)置放大器的增益, 其后是 30us 的引入延時。然后是 起始脈沖, 起始脈沖的周期為 100us,即邏輯 “0” ,起始脈沖可以用于接收器的時間校準。 起始脈沖的后面是 4位地址碼

20、(高位在前,接著是 6位命令碼(高位在前,命令碼后面 緊跟著一個尾脈沖。最后是 300us 的引出延時及結(jié)束脈沖。接收軟件從兩方面來驗證接收信息的有效性:一是引出延時必須是起始脈沖的周 期的 3倍,而起始脈沖的周期為 10us;二是邏輯 0的空號時間誤差不得超過起始脈沖的 周期的+20%,邏輯 1的空號時間是起始脈沖的周期的 2倍。 另外,接收尾脈沖到收到結(jié)束 脈沖的等待時間不超過 360us, 超過 360us, 則可能是信號傳送中斷或沒傳送。預備脈 沖僅作自動增益調(diào)整用, 接收軟件可以對其不予理會。信息的解碼從起始脈沖開始?？刂菩畔⒎殖?4位地址和 6位命令兩部分, 地址范圍從 015,命

21、令范圍從 063。 地址成對使用,一組地址從 07,一組是其反碼 158。按鍵時第一次發(fā)出的信息中的地 址是低地址,而后續(xù)發(fā)送的信息中的地址則是第一次所發(fā)地址的反碼, 直到該按鍵被釋 放, 這就允許接收器中止對重復碼的接收。 在按鍵沒有釋放之前, 每 130ms 將重復發(fā)送 一次控制信息。2.5Sharp 協(xié)議Sharp協(xié)議用于Sharp的VCR中。 (1主要特性8位命令、5位地址;PWM脈沖寬度編碼方式;載波頻率38kHz;一位用時1ms或2ms。 (2協(xié)議協(xié)議采用PWM脈沖寬度編碼方式,傳號時間320us,載波頻率38kHz(約12個周期 , 推薦的載波占空比為1/4或1/3。邏輯“1”占

22、用時間為2ms,邏輯“0”占用時間為1ms, 如圖所示。圖是其傳送命令的格式示意圖,5位地址碼和8位命令碼,均是低位在前,命 令碼后面是擴展位(Exp和檢測位(Chk ,分別用邏輯“1”和邏輯“0”表示,最后 是一個320us的尾脈沖。圖中的地址碼和命令碼分別是03H和11H。 圖 2-9sharp紅外編碼協(xié)議圖 圖 2-10sharp 紅外編碼協(xié)議格式圖如圖17所示,每條完整的遙控命令由兩部分信息組成,兩部分信息之間間隔40ms, 兩者的地址碼完全相同,但后者傳的命令碼、擴展位、檢測位則是前者的反碼。接收器 可以據(jù)此判斷所接收的數(shù)據(jù)是否有效。第三章 紅外遙控發(fā)射電路3.1HT6221芯片介紹

23、本設(shè)計選用的紅外發(fā)射芯片為 HT6221,該芯片特征如下:特征:工作電壓:1.8V3.5VDout 輸出 38KHz 最小發(fā)射字:一個字 一個 455KHz 的陶瓷或晶體 16位地址碼 8位數(shù)據(jù)碼 最大活動鍵 HT6221:32鍵 HT6222:64鍵主要應(yīng)用場景:電視和錄像錄音機控制器 夜盜警報系統(tǒng) 煙火警報系統(tǒng) 車門控制器 汽車警報系統(tǒng) 安全系統(tǒng) 其它遙控系統(tǒng)HT6221/HT6222能編碼 16位地址碼和 8位數(shù)據(jù)碼, HT6221/HT6222包含 32鍵(K1K32和 64鍵(K1K64圖 3-1HT6221引腳圖-20 DIP/SOPHT6221VSS X1X2D7VDD DOUT

24、 R4R3R2R11098765432116151413121117181920LEDC8C7C6C5C4C3C2C1AIN R2R1AINC1C2C3C4C5C6C7C8LED R3R4R5R6R7R8DOUT VDD D7X2X1VSS13141516HT6222-24 DIP/SOPHT6221內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下所示:圖 3-2HT6221內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖HT6221引腳說明如下所示:表 3-1紅外引腳說明表引腳號 引腳名稱 I/0描述16R3R8輸入 鍵盤行控制 , 高電平有效輸出 串行數(shù)據(jù)輸出引腳 , 38KHz 發(fā)射頻率 DD 輸入 1.8V 3.5V輸入 最重要數(shù)據(jù)位 (DT代碼設(shè)置 輸出

25、 455KHz 振蕩器輸出 輸入 455KHz 振蕩器輸入 12V SS 輸入 地 輸出 發(fā)射輸出 1421C8C1輸入 /輸出 鍵盤列控制 輸入 低 8位地址碼輸入 2324R1R2輸入鍵盤行控制 , 高電平有效3.2HT6221應(yīng)用電路HT6221芯片在實際使用時, 需要接入 455KHZ 的時鐘信號, 為此需要需要采用 455KHZ 的晶振提供時鐘振蕩源。同時,該芯片還需要接入電源,本設(shè)計采用 3V 紐扣電池供電, 實現(xiàn)芯片正常工作。 在正常工作模式下,按下一個按鍵,HT6221獲取按鍵按下信息,并 輸出與之配套的紅外發(fā)射數(shù)據(jù),通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去。HT6221實際電路如下所示:& BufferCircuit1 of 24 Decoder& RegistersData RomCircuitGate Matrix &DividerOscillatorDOUT LEDVSSAIN D7R1R8X1X2. . . . . 圖 3-3HT6221典型