紅外遙控解碼電路的的CPLD設(shè)計(jì)

1、保密類別       編 號(hào)      武漢大學(xué)珞珈學(xué)院畢 業(yè) 論 文 紅外遙控解碼電路的CPLD設(shè)計(jì)系 別 電子信息科學(xué)系 專 業(yè) 電子信息工程年 級(jí) 2008級(jí)學(xué) 號(hào) 姓 名 張宇 指導(dǎo)教師 曹 華 偉武漢大學(xué)珞珈學(xué)院2012年 5月20日摘要 該文在CPLD紅外遙控原理的基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了在MAX+PLUSII的可編程邏輯設(shè)計(jì)環(huán)境下,用AHDL語言設(shè)計(jì)與仿真CPLD紅外遙控發(fā)射接收硬件電路的方法。文中給出了利用AHDL語言分別實(shí)現(xiàn)紅外遙控發(fā)射模塊的信號(hào)調(diào)制以及接收模塊的信號(hào)解碼或識(shí)別的程序

2、設(shè)計(jì),并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了仿真。通過仿真結(jié)果,可以看出利用CPLD器件完全可以實(shí)現(xiàn)紅外遙控電路的發(fā)射與接收功能。因此,CPLD器件在紅外遙控系統(tǒng)中具有重要的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:復(fù)雜可編程邏輯器件;紅外遙控;調(diào)制;解碼Infrared remote control decoding circuit design of CPLDABSTRACT This paper analyzes the theory of infrared remote control based on CPLD,the method is introduced in detail,which uses AHDL language

3、to design and simulate hardware circuit of sending and receiving for infrared remote control based on CPLD .The program design that utilizes AHDL language to achieve modulating of sending module and decoding or identification of receiving module for infrared remotecontrol is given and the result is

4、simulated.The result of simulation proves that CPLD can achieve function of sending and receiving for infrared remotecontrol circuit totally.So CPLD has an important practical value in infrared remotecontrol system.Keywords: CPLD Infrared remotecontrol Modulating Decoding目 錄第一章 緒論 1.1 課題研究的背景和意義1 1.

5、2 本課題研究的熱點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀1第二章 總體設(shè)計(jì)方案 2.1 總體設(shè)計(jì)思路3 2.2 CPLD 紅外遙控原理3 2.3 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4 2.4 EPM3128ATC100-10復(fù)雜可編程邏輯器件芯片介紹4第三章 紅外遙控器的硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 3.1 紅外遙控電路的工作原理6 3.2 紅外遙控器模塊的原理圖8 3.3 主控制板每個(gè)模塊功能介紹9 3.4 一體化紅外接收頭11 3.5 紅外遙控編碼原理與設(shè)計(jì)12 3.6 紅外遙控解碼原理與設(shè)計(jì)16第四章 HDL語言實(shí)現(xiàn)與仿真結(jié)果 4.1 發(fā)射模塊程序設(shè)計(jì)及仿真18 4.2 接收模塊程序設(shè)計(jì)及仿真20結(jié)語與展望22參考文獻(xiàn)23第一章 緒論1.1 課題研

6、究的背景和意義 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在涉及通信、國防、航天、工業(yè)自動(dòng)化、儀器儀表等領(lǐng)域的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，EDA技術(shù)的含量正以驚人的速度上升，它己成為當(dāng)今電子技術(shù)發(fā)展的前沿之一。EDA (Electronics Design Automation)即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，是指以計(jì)算機(jī)為基本工作平臺(tái)，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)的最新成果而研制成的一整套軟件工具，主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作：IC設(shè)計(jì)，電子電路設(shè)計(jì)，PCB設(shè)計(jì)。沒有EDA技術(shù)的支持，想要完成一些超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)制造是不可想象的。大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD（Complex Programma

7、ble Logic Device）是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的兩類可編程邏輯器件之一，電子設(shè)計(jì)工程師利用它可以在辦公室或?qū)嶒?yàn)室設(shè)計(jì)出所自己所需要的專用芯片和專用產(chǎn)品，從而大大縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間，降低了開發(fā)成本。此外，可編程邏輯器件還具有靜態(tài)可重復(fù)編程和動(dòng)態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改，這樣就極大的提高了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性和通用性。 目前,紅外遙控的發(fā)射與接收一般都是靠單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,但它的有外圍電路一般比較復(fù)雜、編程控制不方便和時(shí)序不精確等缺點(diǎn)。而基于CPLD的紅外遙控發(fā)射接收設(shè)計(jì),克服了一般的基于單片機(jī)的紅外遙控發(fā)射接收系統(tǒng)的諸多缺點(diǎn),具有結(jié)構(gòu)簡單、編程控制簡易、可靠

8、性強(qiáng)、時(shí)序邏輯精確、容易擴(kuò)充新的功能等特點(diǎn)。1.2 本課題研究的熱點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀 PLD生產(chǎn)廠商眾多，有Xilinx、Altera、Actel、Lattic、Atmel等，其中以Xilinx和Altera的產(chǎn)品較有代表性，Xilinx的產(chǎn)品稱為FPGA，Altera的產(chǎn)品稱為CPLD，他們各有特點(diǎn)：1同樣藉由EPROM和SRAM的結(jié)構(gòu)。2Altera CPLD適合完成各類算法和組合邏輯，而Xilinx FPGA更適合于完成時(shí)序較多的邏輯電路。3對(duì)于SRAM結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，Altera公司的PLD的輸出電流可達(dá)25mA，而Xilinx的FPGA只有16mA。4Altera公司的PLD延時(shí)時(shí)間可預(yù)測，彌

9、補(bǔ)了FPGA的缺點(diǎn)。5Altera公司的FLEX10K10E系列的產(chǎn)品具有更大的集成度。 CPLD器件已成為電子產(chǎn)品不可缺少的組成部分，它的設(shè)計(jì)和應(yīng)用成為電子工程師必備的一種技能。 基于PLD的設(shè)計(jì)，有一下幾種較為成熟的設(shè)計(jì)方法：1原理圖設(shè)計(jì)2程序設(shè)計(jì)方3狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)4功能模塊輸入法5IP模塊使用6基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法其中，最為廣泛普遍應(yīng)用的為程序設(shè)計(jì)方法。程序設(shè)計(jì)是使用硬件描述語言（簡稱HDL），在EDA軟件提供的設(shè)計(jì)向?qū)Щ蛘Z言助手的支持之下進(jìn)行設(shè)計(jì)。HDL設(shè)計(jì)是目前工程設(shè)計(jì)最重要的設(shè)計(jì)方法。程序設(shè)計(jì)的語言種類較多，近年來廣泛使用的有AHDL、VHDL和VerilogHDL語言。本次設(shè)計(jì)，主要采

10、用AHDL語言設(shè)計(jì)。AHDL語言是隨著集成電路系統(tǒng)化和高集成化發(fā)展起來的，是一種用于數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和測試方法的描述語言。 CPLD/FPGA的發(fā)展已經(jīng)非常普及，在各個(gè)行業(yè)及領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。2008年6月24日，北京Altrea公司宣布，深圳華禹高科技有限公司在其新的攜式手持機(jī)中選用了MAXIIZ CPLD。之所以選用Altera MAX IIZ CPLD，是因?yàn)樗坏梢匝杆侔踩貙?shí)現(xiàn)新特性和功能，而且還具有最低的功耗和最小的電路板面積。另外，EDA軟件的功能日益強(qiáng)大，原來功能比較單一的軟件，現(xiàn)在增

11、加了很多新用途。 第二章 總體設(shè)計(jì)方案2.1 總體設(shè)計(jì)思路 主要研究基于CPLD的紅外遙控解碼電路設(shè)計(jì)，解碼電路采用AHDL語言編程設(shè)計(jì)來描述和實(shí)現(xiàn)，通過綜合驗(yàn)證來討論紅外遙控通過CPLD來實(shí)現(xiàn)的精確性、簡易性與先進(jìn)性等。主要內(nèi)容工作內(nèi)容是對(duì)紅外遙控解碼電路的深入研究，包括采用可編程邏輯器件的開發(fā)語言AHDL語言設(shè)計(jì)紅外遙控解碼器并實(shí)現(xiàn)在CPLD芯片上的硬件測試。論文還在CPLD紅外遙控原理的基礎(chǔ)上,介紹了用AHDL語言設(shè)計(jì)與仿真CPLD紅外遙控發(fā)射接收硬件電路的方法，并進(jìn)行了仿真。通過仿真結(jié)果,分析基于CPLD的紅外遙控發(fā)射接收設(shè)計(jì)的優(yōu)劣性。2.2 CPLD 紅外遙控原理 CPLD是新型的復(fù)

12、雜可編程邏輯器件,由于它集成度高、工作速度快,加上編程方便、可靠性強(qiáng)、價(jià)格較低,因而在工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。紅外遙控有發(fā)射和接收兩個(gè)組成部分。紅外發(fā)射部分采用CPLD器件將待發(fā)送的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào),通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。紅外接收部分采用價(jià)格便宜,性能可靠的一體化紅外接收頭SM0038接收和解調(diào)發(fā)射脈沖調(diào)制信號(hào),再送給接收部分CPLD,經(jīng)解碼或識(shí)別后去控制相關(guān)對(duì)象,如圖2.1所示。 圖2.1 CPLD紅外遙控過程發(fā)射部分CPLD芯片可以實(shí)現(xiàn)以不同的脈寬寬度進(jìn)行二進(jìn)制信號(hào)的編碼、調(diào)制,它把編碼后的二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制成頻率為38 KHz的間斷脈沖串,即相當(dāng)于用二進(jìn)制信號(hào)

13、的碼乘以頻率為38 KHz的脈沖信號(hào)得到的間斷脈沖串,用于紅外發(fā)射二極管D的發(fā)送信號(hào)。一體化紅外接收頭SM0038完成對(duì)紅外信號(hào)的接收以及對(duì)所接收調(diào)制脈沖信號(hào)的解調(diào)。它對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形,得到TTL電平的編碼信號(hào),經(jīng)處理后可將信號(hào)解調(diào)復(fù)原,它接收信號(hào)頻率為38KHz,周期約26us。SM0038的解調(diào)過程簡單的可理解為:在輸入有脈沖串時(shí),輸出端輸出低電平,否則輸出高電平。接收部分CPLD芯片完成對(duì)二進(jìn)制信號(hào)的解碼或識(shí)別,它把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼波形通過解碼還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù),或者是通過軟件方法來識(shí)別不同的編碼信號(hào)。2.3 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在硬件電路設(shè)計(jì)中,CPLD器件選

14、用EPM3128ATC100-10,它是一顆可擦寫的可編程邏輯器件,屬于Altera公司的MAX3000A系列器件,它有2500個(gè)可用門,包括128個(gè)宏單元和8個(gè)邏輯陣列塊,最大用戶I/O可達(dá)100個(gè)。選用的晶振頻率為2MHz。CPLD紅外遙控發(fā)射接收硬件電路如圖2.2所示。 圖2.2 CPLD紅外遙控發(fā)射接收硬件電路圖在圖2.2(a)中,可通過兩個(gè)開關(guān)電路控制K0,K1來選擇不同脈寬寬度的編碼信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),K0、K1端口的輸入為1,閉合時(shí)輸入為0;SE303是紅外發(fā)射二極管,當(dāng)端口OUT有編碼調(diào)制脈沖輸出時(shí),SE303通電發(fā)射紅外線,實(shí)際上發(fā)射的是頻率為38KHz的脈沖串;圖2

15、.2(b)中,一體化紅外接收頭SM0038的圓形面為紅外接收面,它與SE303紅外發(fā)射管的有效收發(fā)直射距離可達(dá)35米,在接收電路的輸出端連有兩只發(fā)光二極管LED1和LED2,以便于直觀的識(shí)別開關(guān)電路所選擇的不同脈寬的調(diào)制脈沖。2.4 EPM3128ATC100-10復(fù)雜可編程邏輯器件芯片介紹EPM3128ATC100-10是ALTERA公司MAX3000A CPLD系列中的一種。MAX3000A系列的CPLD采用成本優(yōu)化的0.3um，四層金屬生產(chǎn)工藝，提供32到512個(gè)宏單元。3.3V的MAX3000A CPLD系列提供商業(yè)級(jí)和工業(yè)級(jí)常用的速度等級(jí)和封裝，是那些對(duì)成本敏感，大批量應(yīng)用的企業(yè)的理

16、想選擇方案。 MAX3000A系列產(chǎn)品的特性： 表2.1MAX3000a系列產(chǎn)品特性 EPM3128ATC100-10特點(diǎn)：邏輯門：2500邏輯陣列塊（LAB）：8宏單元（Macrocells）：128用戶IO口：76非用戶IO口：20JTAG 下載口：4合計(jì)：100封裝：TQFP圖2.3 EPM3128ATC100-10 封裝 芯片中包含四個(gè)專用輸入口（GCLK1,OE1,GLCRn,OE2(GCLK2)，分別為是全局時(shí)鐘、全局使能、全局清零、全局時(shí)鐘/使能信號(hào)，這幾個(gè)信號(hào)有專用的連線與CPLD內(nèi)部的每個(gè)宏單元相連，信號(hào)到每個(gè)宏單元的延時(shí)相同且延時(shí)最短，如果不用這些引腳可以將其接地。 第三章

17、 紅外遙控器的硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)3.1 紅外遙控電路的工作原理 紅外遙控作為一種單向紅外通訊技術(shù)，因其具有性能穩(wěn)定、使用方便以及成本低廉等特點(diǎn)，已經(jīng)在消費(fèi)電器中得到了普遍的應(yīng)用。隨著對(duì)電器產(chǎn)品智能化和使用便利性要求的進(jìn)一步提高，紅外遙控的應(yīng)用已經(jīng)從傳統(tǒng)家電領(lǐng)域向智能設(shè)備等新領(lǐng)域擴(kuò)展。由于集成電路制造工藝的設(shè)計(jì)水平的不斷提高，將此類分立電路功能集成到嵌入式系統(tǒng)中已成為可能。本文設(shè)計(jì)脈沖信號(hào)調(diào)制采用了PPM方式，紅外遙控系統(tǒng)采用了AHDL語言編寫，來實(shí)現(xiàn)該電路的功能。市場上的紅外遙控器種類繁多，一般有這些類型uPD6121、TC9012、M50560-001、SA3010等等不管遙控器的種類如何，其編

18、碼方式大多類似，本文以比較典型的uPD6121為例，要想用可編程邏輯器件編寫其內(nèi)部電路模塊，首先得了解整個(gè)電路的工作原理，以下是uPD6121紅外遙控器的主要原理。載波波形如圖3.1所示。圖 3.1 紅外載波波形使用455kHZ晶體，經(jīng)內(nèi)部分頻電路、信號(hào)被調(diào)制在37.91kHZ的頻率上，占空比為:1/3，1/3的占空比有助于提高紅外線的發(fā)射效率。數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)格式包括了引導(dǎo)碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼，編碼總占32位。數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼反向后的編碼，編碼時(shí)可用于對(duì)數(shù)據(jù)糾錯(cuò)。（注：第二段用戶碼也可以在遙控應(yīng)用電路中被設(shè)置成第一段用戶碼的反碼。）圖 3.2 uPD6121編碼前數(shù)據(jù)格式使用455kH

19、Z晶體時(shí)各代碼所占用的時(shí)間 圖3.3 uPD6121編碼后數(shù)據(jù)格式 位定義：用戶碼或者數(shù)據(jù)碼中的每一位可以是位0，也可以是位1。區(qū)分0和1是利用脈沖的時(shí)間間隔來區(qū)分，這種編碼方式稱為脈沖位置調(diào)制方式，英文簡稱PPM。圖 3.4 uPD6121的位定義uPD6121G按鍵輸出波形有兩種方式：一種是每次按鍵都輸出完整的一幀數(shù)據(jù)；另一種是按鍵按下相同的按鍵后每發(fā)送完整的一幀數(shù)據(jù)后，再發(fā)送重復(fù)碼，直到按鍵松開。重復(fù)碼波形如圖3.5所示。圖 3.5 uPD6121重復(fù)碼波形單一按鍵波形如圖3.6所示。 圖3.6 uPD6121單一按鍵波形連續(xù)按鍵波形如圖3.7所示。 圖3.7 uPD6121連續(xù)按鍵波形

20、3.2紅外遙控器模塊的原理圖紅外遙控模塊的硬件部分原理圖較為簡單，該電路主要由鍵盤掃描電路和紅外發(fā)射部分組成，而編碼調(diào)制部分由軟件部分負(fù)責(zé)。圖3.7 紅外遙控發(fā)射電路圖由于ALTERA公司的3.3V/2.5V的MAX3000A芯片的IO腳兼容5V，所以鍵盤掃描電路的上拉電阻可以接5V電源。D1為紅外發(fā)射管，D2為紅外發(fā)射指示燈。3.3主控制板每個(gè)模塊功能介紹主控制板電路除了CPLD的最小系統(tǒng)之外，主要有雙門限電壓比較電路、數(shù)碼管掃描顯示電路、按鍵脈沖發(fā)生電路、紅外接收電路以及一些接插件等。CPLD的最小系統(tǒng)主要是電源電路、程序的下載電路以及時(shí)鐘輸入電路（作為純組合邏輯時(shí)可不接）幾部分組成。電源

21、電路如圖3.8。采用5V電源適配器供電經(jīng)AMS1117穩(wěn)壓后產(chǎn)生3.3V電壓給CPLD供電。CPLD的每個(gè)電源引腳均要接濾波電容，典型值0.1uF。圖 3.8 電源部分 電容C5C12為芯片的每個(gè)電源引腳的旁路濾波電容，起電荷池作用，以平滑電流變化引起的電源電壓的波動(dòng)，當(dāng)芯片電流突然增大時(shí)，旁路濾波電容放電以降低芯片的電壓波動(dòng)。旁路濾波電容通常選用10100nF的瓷片電容，瓷片電容的特點(diǎn)是：電感小，等效串聯(lián)電阻低，用作旁路濾波電容非常合適。下載電路：ALTERA公司提供了多種編程下載電纜，如ByteBlasterMV、ByteBlaster 并行下載電纜，目前更好的選擇是采用USB接口的USB

22、-Blaster下載電纜。USB-Blaster電纜與ALTERA器件的接口一般是10芯的接口，其信號(hào)定義見表3.1。表3.1 USB-Blaster電纜與ALTERA器件的接口信號(hào)定義：引腳12345678910JTAG模式TCKGNDTDOVCCTMSTDIGND圖3.8 10芯接口引腳圖下載電路原理圖如圖3.9所示。圖3.9 下載電路時(shí)鐘電路：CPLD的主時(shí)鐘采用25MHZ有源晶振，電路圖3.10如下。圖3.10 時(shí)鐘電路3.4 一體化紅外接收頭以前的紅外接收頭主要由CX20106、uPC1373等集成電路加電容元件、紅外接收管、濾光片（防光干擾）、金屬屏蔽罩（防電磁干擾）組成，體積較大

23、。這里我們使用HS0038A2接收頭。圖3.11是它的原理圖。圖3.11 一體化紅外接收頭原理圖由圖3.11可知，HS0038A2系列是紅外線遙控系統(tǒng)的小型化接收器。它將接收頭、輸入給定信號(hào)、自動(dòng)增益控制、控制電路、帶通濾波器、解調(diào)器、三極管放置在金屬屏蔽盒內(nèi)。僅有電源、接地和輸出三個(gè)管腳。它將紅外接收電路簡單化，使用也非常方便。僅將輸出接到適當(dāng)位置即可。電源與接地分別接到電源端與地端。當(dāng)一體化紅外接收頭接收到紅外信號(hào)，由接收頭內(nèi)部的自動(dòng)增益控制器自動(dòng)放大紅外信號(hào)到一個(gè)信號(hào)范圍內(nèi)，使紅外裝置可以很容易的實(shí)現(xiàn)控制，再通過帶通濾波電路，它的中心頻率是38KHz，所以中心頻率附近的頻率將被保存。然后

24、再輸出到三極管，由三極管判斷輸出高低電平。如果三極管基極為高電平，則輸出的是低電平；反之，基極為低電平，則輸出為高電平。3.5 紅外遙控編碼原理與設(shè)計(jì)由于EPM3128A芯片的宏單元數(shù)量的有限性，在編寫紅外編碼發(fā)射電路時(shí)，不得不考慮芯片資源的節(jié)約問題，所以本設(shè)計(jì)編寫的紅外遙控編碼原理與uPD6121稍微有所差別，uPD6121格式中數(shù)據(jù)碼和用戶碼均為8bit，這樣編碼或者解碼時(shí)會(huì)占用很多的寄存器，及占用CPLD內(nèi)部很多的可編程觸發(fā)器。而本文設(shè)計(jì)的遙控器只有16個(gè)按鍵，沒有那么多種數(shù)據(jù)要編碼發(fā)射，且EPM3128A芯片資源也是有限的，所以對(duì)用戶碼和數(shù)據(jù)碼均設(shè)定義為4bit。本文設(shè)計(jì)的紅外編碼采用

25、PPM編碼方式，下面是其編碼信息。載波信號(hào)：f=38khz；占空比1/3;位定義：a為一個(gè)時(shí)間單位時(shí)間長度是38kHZ的16個(gè)時(shí)鐘周期，即a=1÷38kHZ×16=0.421ms（這樣有助于時(shí)鐘分頻，減少觸發(fā)器使用的數(shù)量）圖3.12 位定義數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)格式中包含了引導(dǎo)碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼、用戶碼、用戶碼，除引導(dǎo)碼外其余均為4bit，編碼總占16bit。其中引導(dǎo)碼的高電平6.74ms=16a，低電平3.37ms=8a。圖3.13 編碼前數(shù)據(jù)格式每按一次按鍵發(fā)送一幀數(shù)據(jù)圖 3.14 編碼后數(shù)據(jù)格式紅外遙控編碼的主要電路有，鍵盤掃描電路、PPM編碼電路、時(shí)鐘分頻電路、以及調(diào)制電

26、路等組成。時(shí)鐘分頻電路：產(chǎn)生整個(gè)電路所需要的所有時(shí)鐘頻率；鍵盤掃描電路：產(chǎn)生4位鍵值信號(hào)；PPM編碼電路：對(duì)要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼后發(fā)送；調(diào)制電路：38kHZ的頻率與PPM編碼后的串行輸出信號(hào)進(jìn)行相與即可。很明顯電路的關(guān)鍵是對(duì)要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行PPM編碼，為了充分利用EPM3128A有限的宏單元，選擇一個(gè)良好的PPM編碼的實(shí)現(xiàn)方式顯的非常的重要。下面是兩種PPM編碼方式：有PPM編碼的位定義可知，原碼 11000 010方案1：首先在PPM編碼過程中省去了引導(dǎo)碼（方案2同樣），只對(duì)要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行PPM編碼論述。由編碼格式可知，要發(fā)送的數(shù)據(jù)的有效信號(hào)位數(shù)長短不一，不能用簡單的邏輯變換將原信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

27、要發(fā)送的PPM編碼信號(hào)后再移位輸出。數(shù)據(jù)必須按照順序裝載在移位寄存器的前半部分。將數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼、用戶碼、用戶碼分別裝入16位緩沖寄存器中，用38kHZ、占空比為1/3的頻率（頻率不固定，其周期最好大于時(shí)間a）對(duì)這16位緩沖寄存器進(jìn)行逐位采樣，當(dāng)待譯碼為1時(shí)采樣得到的信號(hào)為1000，當(dāng)待譯碼為0時(shí)得到的信號(hào)10，并依次裝入64位移位寄存器，移位寄存器若有空余位，則全部補(bǔ)零。當(dāng)裝載完成后，移位寄存器進(jìn)行移位，在移位的過程中，需要對(duì)移位的位數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)移位寄存器寄滿64位時(shí)停止移位。實(shí)際應(yīng)用時(shí)最好在移位寄存器前加一個(gè)輸出位。該方案的實(shí)現(xiàn)方法較為簡單，但是會(huì)浪費(fèi)系統(tǒng)很多的資源，僅僅這兩個(gè)寄存器就

28、需占用80個(gè)可編程觸發(fā)器，當(dāng)要發(fā)送的數(shù)據(jù)過長，用這樣的方法編碼簡直就是不切實(shí)際的。其邏輯框圖如圖3.15所示。圖 3.15 方案1 編碼原理框圖方案2：當(dāng)鍵盤掃描模塊得到穩(wěn)定鍵值數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼、用戶碼（用戶碼可以設(shè)定為4bit常量）分別裝載于寄存器中。并且啟動(dòng)PPM編碼發(fā)送電路。數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼。用戶碼、用戶碼分時(shí)裝載于緩沖寄存器（4bit）中，再由緩沖寄存器裝載于移位寄存器（5bit、右移）的4個(gè)高位中，及移位寄存器的最低位（輸出位）不裝載。自由計(jì)數(shù)器是兩位模值可控計(jì)數(shù)器，當(dāng)移位寄存器的移出位是0時(shí)，自由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值由“00” “01” “00”變化，當(dāng)移位寄存器輸出位是1時(shí)，自

29、由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值由“00” “01” “10” “11” “00”變化。自由計(jì)數(shù)器每次清零時(shí)，產(chǎn)生移位時(shí)鐘，以對(duì)移位寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行移位。當(dāng)移位滿4位時(shí)，產(chǎn)生地址時(shí)鐘信號(hào)，以對(duì)地址發(fā)生器做加1處理。地址發(fā)生器由兩位計(jì)數(shù)器構(gòu)成，地址時(shí)鐘信號(hào)每來一次脈沖，計(jì)數(shù)器加1，四位地址分別為“00”“01”“10”“11”。分別對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼、用戶碼、用戶碼。比較器的功能是，將自由計(jì)數(shù)器的輸出值與“01”比較，當(dāng)自由計(jì)數(shù)器輸出“01”時(shí)，比較器輸出為1，其余數(shù)值時(shí)比較器輸出0。這樣當(dāng)移位寄存器的輸出位是1時(shí)，比較器就按順序輸出1000，當(dāng)移位寄存器輸出位是0時(shí)，比較器就按順序輸出10。圖 3.16方案

30、2 編碼原理框圖了解數(shù)據(jù)發(fā)送的基本結(jié)構(gòu)后，在程序編寫時(shí)，關(guān)鍵是在無“時(shí)間縫隙”的情況下，分別將數(shù)據(jù)調(diào)制發(fā)送出去，所以把握好整個(gè)電路中的每一個(gè)時(shí)鐘的上升沿和下降沿顯的非常的重要。方案2雖然在結(jié)構(gòu)上貌似麻煩了一點(diǎn)，但是它可以節(jié)約芯片的資源，而且當(dāng)數(shù)據(jù)量越大時(shí)效果越明顯。無疑對(duì)于像觸發(fā)器比較匱乏的MAX3000A系列的CPLD來實(shí)現(xiàn)類似于NEC的uPD6121的編碼規(guī)則，是一個(gè)良好的實(shí)現(xiàn)方案。遙控器除了遙控編碼當(dāng)然還有鍵盤掃描電路。鍵盤是4*4鍵盤，行線接的電阻是上拉電阻，阻值一般為幾個(gè)K，作用是限流。CPLD循環(huán)輸出行信號(hào)（KX3.0）“1110”“1101”“1011”“0111”，當(dāng)沒有按鍵按

31、下時(shí)，CPLD的列輸入信號(hào)(KY3.0)為“1111”。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，例如，按下1鍵，此時(shí)KX3.0行信號(hào)輸出為“0111”，輸入端KY3.0檢測到的信號(hào)將是“0111”?？梢栽诰帉懗绦驎r(shí)，將輸出信號(hào)KX3.0與輸入信號(hào)KY3.0同時(shí)判斷，如剛剛舉的例子，可以認(rèn)為當(dāng)數(shù)據(jù)“KX&KY”為“01110111”時(shí)，可以譯成數(shù)據(jù)1，同理可得其它按鍵的編碼。鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)思想：循環(huán)輸出行信號(hào)“1110”“1101”“1011”“0111”。檢測列信號(hào)輸入，將行、列信號(hào)相并“K_CODE<=KX_TEMP&KY”。譯鍵值，將行、列相并的信號(hào)“K_CODE”譯成“0000”“000

32、1”“0010”“0011”“0100”“0101”“0110”“0111”“1000”“1001”“1010”“1011”“1100”“1101”“1110”“1111”，并且鎖存。去抖動(dòng)，在譯每一個(gè)鍵值后，為了防止按鍵抖動(dòng)，加了一個(gè)計(jì)數(shù)環(huán)節(jié)，一旦檢測到列信號(hào)后就譯碼，緊跟著進(jìn)入計(jì)數(shù)環(huán)節(jié)，此時(shí)鍵抖動(dòng)不會(huì)進(jìn)入其它環(huán)節(jié)，這樣可以防止鍵的抖動(dòng)。3.6紅外遙控解碼原理與設(shè)計(jì)紅外接收器接收到的紅外信號(hào)后，輸出電平與信號(hào)的有無一般是反向的，但是在硬件電路連接時(shí)，在其輸出腳接了PNP管，信號(hào)從三極管的集電極輸出至CPLD。所以，CPLD需要解碼的數(shù)據(jù)與其發(fā)射時(shí)數(shù)據(jù)的相位是同相的。一般文獻(xiàn)在介紹紅外解碼時(shí)，

33、選用VHDL語言的有限狀態(tài)機(jī)對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解碼，用有限狀態(tài)機(jī)解碼的優(yōu)點(diǎn)有很多，本文不再冗述。本文主要是基于寄存器或者計(jì)數(shù)器的狀態(tài)對(duì)整個(gè)電路的解碼流程進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)流描述，這樣可以更好了解電路的硬件結(jié)構(gòu)以節(jié)約整個(gè)電路資源。下面就以其發(fā)射時(shí)的波形對(duì)紅外解碼電路進(jìn)行闡述。圖 3.17編碼后數(shù)據(jù)格式解碼流程結(jié)構(gòu)圖如圖3.18所示。圖3.18 紅外解碼流程結(jié)構(gòu)圖解碼電路：輸入信號(hào) Din、時(shí)鐘信號(hào)38khz和輸出信號(hào)code7.0。流程1：當(dāng)紅外信號(hào)的第一個(gè)上升沿來臨時(shí)，鎖存器鎖存輸出至1，開始起始碼解碼過程，當(dāng)起始碼解碼完成后，對(duì)輸出標(biāo)志位至1，啟動(dòng)數(shù)據(jù)碼解碼過程。（起始碼電路后面詳細(xì)闡述）流程2：當(dāng)

34、紅外信號(hào)的第二個(gè)上升沿來臨時(shí)，位地址加1。流程3：當(dāng)紅外信號(hào)的第二個(gè)下降沿（及數(shù)據(jù)碼的第一個(gè)下降沿），延時(shí)計(jì)數(shù)器復(fù)位，開始倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)（實(shí)際為下降沿后一個(gè)很短的低電平信號(hào)對(duì)延時(shí)計(jì)數(shù)器復(fù)位）。流程4：延時(shí)計(jì)數(shù)器為模值為24的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器為1是，輸出為1，即產(chǎn)生clk脈沖。延時(shí)計(jì)數(shù)器的模值計(jì)算：當(dāng)數(shù)據(jù)碼的下降沿來臨時(shí)開始延時(shí)，延時(shí)的時(shí)間寬度最好在1.5a，a是數(shù)據(jù)碼最小脈沖的寬度。也就是說，當(dāng)下一位數(shù)據(jù)為0時(shí)，延時(shí)后的脈沖信號(hào)要對(duì)準(zhǔn)下一位數(shù)據(jù)碼的高電平的中間部分，這樣即使編碼器的晶振時(shí)鐘與解碼器的晶振時(shí)鐘有所誤差也不會(huì)產(chǎn)生解碼錯(cuò)誤。至于延時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率，最好遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紅外信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸速

35、率。當(dāng)然，頻率越高，計(jì)數(shù)器的模值就越大，適當(dāng)就好。38k頻率時(shí)鐘的周期t=1/16a，所以選擇了模值為24的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器。流程5：clk時(shí)鐘根據(jù)位地址將Din反向后裝載于code7，上升沿觸發(fā).流程6：再重復(fù)整個(gè)數(shù)據(jù)解碼過程7次，解出所有數(shù)據(jù)碼及其反碼。后八位在實(shí)際測試時(shí)未解碼，讀者可以適當(dāng)修改電路后再解碼。當(dāng)完成整個(gè)解碼過程后要產(chǎn)生一個(gè)使能信號(hào)，一個(gè)脈沖沿，還有四位有效數(shù)據(jù)。解起始碼部分如圖3.19所示。圖3.19 起始碼解碼框圖起始碼部分由16a的高電平和8a的低電平組成，用38khz的頻率對(duì)紅外信號(hào)Din進(jìn)行采樣。起初，當(dāng)采樣信號(hào)為1時(shí)累加器1加一處理，如果其中有一次為0，則對(duì)累加器清零

36、。直到采滿15次連續(xù)的1信號(hào)后，再對(duì)Din信號(hào)的低電平采樣，同理采滿連續(xù)7個(gè)0信號(hào)后，輸出起始碼有效信號(hào)。如果連續(xù)的0信號(hào)中出現(xiàn)一個(gè)或者多個(gè)高電平信號(hào)，則對(duì)累加器1和累加器2全部清零，恢復(fù)初始解碼狀態(tài)。比較器的大小并無固定的值，根據(jù)采樣時(shí)鐘而定，允許累加器的數(shù)值有所偏差，采樣頻率越高，越是能夠采得比較精確的起始碼，但頻率越高，累加器位數(shù)也越多，適可而止即可。 第四章 HDL語言實(shí)現(xiàn)與仿真結(jié)果 本設(shè)計(jì)的軟件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)使用的是Altera公司的MAX +PLUS II開發(fā)系統(tǒng),它是一個(gè)完全集成化、易學(xué)易用的可編程邏輯設(shè)計(jì)環(huán)境,可以在多種平臺(tái)上運(yùn)行,它具有較高的靈活性和高效性。而AHDL是一種模塊化的

37、硬件描述語言,它完全集成于MAX+PLUS II系統(tǒng)之中,特別適于描述復(fù)雜的組合邏輯、狀態(tài)機(jī)和真值表。AHDL文件作為一種文本文件,它既可以用MAX+PLUS II提供的文本文件編輯器來建立文本(.TDF,AHDL Text Design File),也可以用其它文本編輯器建立文本文件,設(shè)計(jì)者可以方便地應(yīng)用MAX +PLUS II對(duì)AHDL進(jìn)行文本編輯、編譯、調(diào)試等工作,尤其是在消息處理器中對(duì)錯(cuò)誤自動(dòng)定位的功能使調(diào)試十分方便。4.1 發(fā)射模塊程序設(shè)計(jì)及仿真 因SM0038的紅外接收頻率為38KHz,所以載波信號(hào)應(yīng)采用38KHz的矩形脈沖波,矩形波周期t=2 。載波信號(hào)的產(chǎn)生和采用不同脈寬編碼調(diào)

38、制的AHDL語言實(shí)現(xiàn)程序如下:SUBDESIGN TRANSMIT(CLK,KO,K1:INPUT;-定義K0、K1開關(guān)脈沖輸入信號(hào),且為0有效OUT:OUTPUT;-定義OUT為脈沖調(diào)制輸出信號(hào))VARIABLEsa7.0,OD,ELA11.0,ELB11.0,RES:DFF;-定義內(nèi)部寄存器BEGINOD.CLK :CLK;-給內(nèi)部寄存器定義時(shí)鐘SH.CLK = CLK;RES.CLK = CLK:ELA.CLK = CLK;ELB.CLK = CLK;IF(SH:= B“00011010”)THEN -產(chǎn)生38kHz的脈沖序列SH.D =0;OD.D = !OD.Q;ELSESH.D :

39、SH+1;OD.D = OD.Q;END IF;IF(!K0)THEN-開關(guān)K0控制程序段IF(ELA =H“1FF”)THEN-當(dāng)KO為O輸入時(shí)。調(diào)制脈寬ELA.D = 0;-為H“1FF”個(gè)基本時(shí)鐘脈沖。記為ARES.D = !RES.Q;ELSEELA.D = ELA+1;RES.D = RES.Q;END IF;ELSERES.D = GND:END IF;IF(!K1)THEN -開關(guān)K1控制程序段IF(ELB = H“3FF”)THEN-當(dāng)K1為O輸入時(shí),調(diào)制脈寬ELB.D =0;-為H“3FF”個(gè)時(shí)鐘脈沖,記為BRES.D = !RES.Q;ELSEELB.D = ELB+1;R

40、ES.D = RES.Q;END IF;ELSERES.D = GND;END IF;OUT = RES&OD;-編碼調(diào)制信號(hào)輸出END ;其仿真圖如圖4-1所示。 圖4.1紅外遙控信號(hào)發(fā)射仿真圖 在仿真圖4-1中,K0為O有效,則端口OUT輸出編碼調(diào)制信號(hào)的脈寬為A。當(dāng)K1為O有效。則端口OUT輸出編碼調(diào)制信號(hào)的脈寬為B。4.2 接收模塊程序設(shè)計(jì)及仿真 我們可以簡單的用兩只發(fā)光二極管LED1和LED2來表示解碼信號(hào)的識(shí)別,當(dāng)K0為O有效時(shí),端口LAMP1有編碼脈沖信號(hào)輸出,則LED1閃爍發(fā)光;當(dāng)K1為O有效時(shí),LAMP2閃爍發(fā)光。具體AHDL程序如下:SUBDESIGN RECEIV

41、E(CLRN,CLK :INPUT;LAMP1.LAMP2 :OUTPUT;)VARIABLECOU11.0,Q11.O,REG ,OUT1,OUT2 ,F,G:DFF;-定義內(nèi)部寄存器BEGINCOU.CLRN =CLRN;COU.CLK =CLK;-給內(nèi)部寄存器定義時(shí)鐘F.CLK = CLK:G.CLK = CLK:REG.D = CLRN;REG.CLK = CLK;IF(REG.D =0)THENCOU= GND;ELSIF(REG.D = = 1)THENCOU.D =COU.Q+1;ELSIF(REG.Q :=0)THENCOU.D =COU;END IF;-脈沖計(jì)數(shù)Q.CLK =

42、CLK;Q=COU.Q;IF (Q = H“1FF”)AND(!CLK) AND(!CLRN)THENF = VCC;ELSIF (Q = = H“3FF”)AND(1CLK) AND(!CLRN)THENG = VCC;END IF;OUT1.CLK = F:OUT1.D = !OUT1.Q:LAMP1 = OUT1;LAMP2 = GND;OUT2.CLK = G:OUT2.D = !OUT2.Q;-脈寬解碼識(shí)別LAMP2 = OUT2 ;LAMP1 = GND;-并用輸出端口LAMP1,LAMP2標(biāo)識(shí)END;其仿真圖如圖4-2所示。 圖4.2 紅外遙控信號(hào)接收仿真圖圖4-2仿真了發(fā)射部分

43、端口OUT輸出編碼調(diào)制信號(hào)的脈寬選擇為A和B時(shí),一體化紅外接收頭SM0038的端口3將解調(diào)后的信號(hào)輸入到接收部分CPLD的端口CLRN,經(jīng)解碼識(shí)別后,輸出端口LAMP1和LAMP2將會(huì)有相應(yīng)的不同脈沖信號(hào)輸出。 結(jié)語與展望 基于CPLD的紅外遙控發(fā)射接收設(shè)計(jì)不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、外圍電路少、抗干擾能力強(qiáng)、功耗小、可靠性高、速度快、反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn),而且由于采用了AHDL語言和EDA工具強(qiáng)大的仿真功能,使大部分的電路設(shè)計(jì)工作在計(jì)算機(jī)上完成,這樣就大幅度地縮短了相應(yīng)產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間,提高了工作效率。又由于CPLD的最大特點(diǎn)是可通過軟件編程對(duì)器件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu),因此可隨時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整而滿足更多功

44、能的需要。2012年3月，我開始了我的畢業(yè)論文，時(shí)至今日，論文已經(jīng)完成。從最初的茫然，再到對(duì)思路逐漸地清晰，整個(gè)寫作過程難以用語言來表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕。回想這段日子的經(jīng)歷和感受，我真是感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，也擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。從最初的課題選定，再到搜集相關(guān)的資料，撰寫文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告，最后到畢業(yè)論文，期間遇到了很多的困難，在這兒我要感謝一下我的指導(dǎo)老師，都是因?yàn)樵谒膸椭拢也拍苷莆崭鞑糠值闹攸c(diǎn)和方法，并克服了一個(gè)個(gè)的困難。當(dāng)我終于完成了所有打字、排版、校對(duì)的任務(wù)后整個(gè)人都很累，但同時(shí)看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計(jì)稿件我的心里是甜

45、的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識(shí)。我不會(huì)忘記這難忘的幾個(gè)月的時(shí)間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找資料的日子里，面對(duì)無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時(shí)的激動(dòng)和興奮；為了論文我曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只有喜悅毫無疲憊。這段旅程看似荊棘密布，實(shí)則蘊(yùn)藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中掌握了紅外遙控器的知識(shí)，并且讓我對(duì)當(dāng)今紅外遙控器的最新發(fā)展有所了解。在整個(gè)過程中，我學(xué)到了新知識(shí)，增長了見識(shí)。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。腳踏實(shí)地，認(rèn)真

46、嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。在此要感謝我的導(dǎo)師，是你的細(xì)心指導(dǎo)，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。參考文獻(xiàn)1 張毅.紅外遙控編碼的軟件識(shí)別接收法J.重慶郵電學(xué)院學(xué)報(bào),2001,6:8486.2 曾智剛,等.一種紅外遙控信號(hào)的發(fā)送與接收J(rèn).國外電子元器件,2003,2:1719.

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