基于CPLD/VHDL語言的紅外遙控解碼器設(shè)計(jì)

侯繼紅

（廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 511442）

0 引言

由于紅外遙控其體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，在日常的家電（如電視、音響設(shè)備、空調(diào)、電風(fēng)扇等）都采用紅外線遙控[1-2]。在有輻射、高壓、有毒氣體等危險(xiǎn)環(huán)境下工作的工業(yè)設(shè)備普遍采用紅外線遙控來完成設(shè)備的操作[3]。紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。

近幾年隨著可編程邏輯器件性能的快速提高，它廣泛應(yīng)用于各個(gè)電子信息領(lǐng)域的前沿，已經(jīng)由傳統(tǒng)的通信應(yīng)用領(lǐng)域向消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域發(fā)展，電子工程師對(duì)它的認(rèn)知度越來越高[4-5]。因此，采用可編程邏輯器件的開發(fā)語言VHDL語言設(shè)計(jì)紅外遙控解碼器，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。文章分析了由創(chuàng)芯微電子有限公司設(shè)計(jì)的用于紅外遙控系統(tǒng)中的專用發(fā)射集成電CX6122的編碼原理，并針對(duì)其編碼原理提出用VHDL語言編程設(shè)計(jì)解碼電路，該電路已通過綜合驗(yàn)證，并在 CPLD芯片（EPM3128ATC100）的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)板上通過硬件測(cè)試，工作穩(wěn)定，解碼準(zhǔn)確，不會(huì)出現(xiàn)誤碼。

1 CX6122芯片的紅外遙控器的編碼原理分析

CX6122 是一塊用于紅外遙控系統(tǒng)中的專用發(fā)射集成電路。CX6122 所發(fā)射的一幀碼含有一個(gè)引導(dǎo)碼，16 位的用戶編碼和8 位的鍵數(shù)據(jù)碼及數(shù)據(jù)碼的反碼構(gòu)成。幀碼的結(jié)構(gòu)如圖1[6]示。

圖1 CX6122發(fā)射的幀碼結(jié)構(gòu)

引導(dǎo)碼由一個(gè) 9 ms 的載波波形和4.5 ms 的關(guān)斷時(shí)間構(gòu)成，它作為隨后發(fā)射的碼的引導(dǎo)。這樣當(dāng)接收系統(tǒng)是由微處理器構(gòu)成的時(shí)候，能更有效地處理碼的接收與檢測(cè)及其它各項(xiàng)控制之間的時(shí)序關(guān)系。當(dāng)一個(gè)鍵按下時(shí)間超過36 ms 后，輸出一幀包含引導(dǎo)碼、用戶碼和數(shù)據(jù)碼的幀，超過108 ms 后，輸出連發(fā)碼的數(shù)據(jù)幀。遙控發(fā)射的波形如圖2[6]示。圖2中的第一段波形就是第一幀的數(shù)據(jù)編碼部分的波形；第二段是第一幀完整的波形；第三段是連碼幀的波形。這種遙控編碼也是采用PPM， 以脈寬為0.56 ms、間隔0.565 ms、周期為1.125 ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.56 ms、間隔1.69 ms、周期為2.25 ms的組合表示二進(jìn)制的“1”。如圖3所示[6]。

圖2 CX6122發(fā)射的波形[6]

圖3 CN6122遙控的編碼原理[6]

2 用VHDL語言設(shè)計(jì)紅外遙控解碼器

紅外信號(hào)的接收使用的是一體化紅外接收器HS0038，此接收器的功能是完成紅外線的接收、放大及解調(diào)[7]，還原成同發(fā)射格式相同，但相位相反的脈沖信號(hào)。紅外線一體化接收頭輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)CPLD的其中一個(gè)I/O腳輸入到內(nèi)部由VHDL語言設(shè)計(jì)的解碼電路解出數(shù)據(jù)碼。

2.1 解碼電路的設(shè)計(jì)原理

識(shí)別引導(dǎo)碼方法很簡單，只需要兩段延時(shí)即可。數(shù)據(jù)解碼的核心是如何識(shí)別二進(jìn)制數(shù)碼“0”和“1”。從上述可知紅外線接收頭輸出的電平信號(hào)相位相反，即以0.56 ms的低電平和0.565 ms高電平組合表示“0”；以0.56 ms的低電平跟1.69 ms高電平組合表示“1”，它們都是以0.56 ms的低電平開始，以不同的高電平寬度來區(qū)分“0”和“1”。如果從0.56 ms低電平過后，開始延時(shí)0.565 ms，隨后檢測(cè)輸入的狀態(tài)，若讀到的為低電平，則說明該位為“0”，反之則為“1”，為了可靠起見，延時(shí)時(shí)間應(yīng)該大于0.565 ms，但不能超過1.125 ms，否則如果該位為“0”，讀到的已是下一位的高電平，因此取（1.125 ms+0.56 ms）/2=0.842 ms最為可靠，一般取0.84左右即可[8]。因此，可以用VHDL語言的有限狀態(tài)機(jī)來檢測(cè)輸入電平，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換和判斷，并結(jié)合延時(shí)電路來識(shí)別“0”和“1”。

2.2 解碼電路設(shè)計(jì)過程

該控制電路采用VHDL語言的有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法來描述和實(shí)現(xiàn)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4所示。復(fù)位信號(hào)RES有效時(shí)，電路進(jìn)入系統(tǒng)初始狀態(tài)S0，在S0狀態(tài)下時(shí)鐘信號(hào)CLK，以一定的頻率采樣跟紅外線接收頭輸出相連的CPLD I/O口輸入信號(hào)Din，如果采樣到Din=“1”，則沒有接受到紅外信號(hào)，即遙控按鍵沒有操作，停留在S0狀態(tài)，并繼續(xù)采樣Din輸入信號(hào)的狀態(tài)，一旦采樣到輸入信號(hào)Din= “0”，則遙控信號(hào)輸出引導(dǎo)碼低電平部分，并轉(zhuǎn)入S1狀態(tài)，在S1狀態(tài)下經(jīng)過9 ms延時(shí)轉(zhuǎn)入狀態(tài)S2，在S2狀態(tài)下如果檢測(cè)到Din=“1” 則引導(dǎo)碼進(jìn)入的高電平部分，并轉(zhuǎn)入狀態(tài)S3，在S3狀態(tài)下延時(shí)，當(dāng)時(shí)間到4.5 ms時(shí)轉(zhuǎn)入狀態(tài)S4，從S4開始狀態(tài)機(jī)進(jìn)入數(shù)據(jù)解碼狀態(tài)，在S4下檢測(cè)到Din=“0”，可知遙控編碼信號(hào)輸出正是PPM編碼的0.56 ms的脈寬（0.56 ms載波），然后轉(zhuǎn)入狀態(tài)S5，用S5來判斷0.56 ms的脈寬是否已結(jié)束，如果Din=“1”則脈寬已結(jié)束，轉(zhuǎn)入狀態(tài)S6，在S6狀態(tài)下延時(shí)0.84 ms ，然后轉(zhuǎn)入S7狀態(tài)，在狀態(tài)S7下判斷該位是“0”，還是“1”，如果Din=“0” 則確定該位是“0”，否則是“1”，并使解碼位數(shù)計(jì)數(shù)器CNT32加1，隨后進(jìn)入S8狀態(tài)，在S8下將解出的數(shù)據(jù)移入32位移位寄存器，并通過解碼位數(shù)計(jì)數(shù)器CNT32的值判斷遙控信號(hào)的32位數(shù)據(jù)是否解碼完，如果CNT32＜33則仍未解完，轉(zhuǎn)入S9狀態(tài)，在S9下判斷遙控信號(hào)PPM編碼的下位0.56 ms的脈寬，當(dāng)Din=“0”時(shí)，則是下一位數(shù)據(jù)脈寬，隨即轉(zhuǎn)回狀態(tài)S5，又通過S5、S6、S7、S8、S9狀態(tài)完成數(shù)據(jù)的解碼；如果在S8狀態(tài)下CNT32＞33，則32位數(shù)據(jù)已解碼完，轉(zhuǎn)入狀態(tài)S10，在狀態(tài)S10進(jìn)行解碼數(shù)據(jù)的輸出，并轉(zhuǎn)入狀態(tài)S11，在狀態(tài)S11延時(shí)20 ms，然后返回狀態(tài)S0，至此完成一個(gè)數(shù)據(jù)幀解碼過程。

圖 4紅外遙控解碼器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

3 結(jié)語

詳細(xì)地分析了用VHDL語言有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)紅外遙控解碼器的原理和方法，并在CPLD器件上通過硬件測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明這種解碼方法可靠。隨著FPGA/CPLD器件的性能不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，這種方法在要求紅外控制的可編程邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有一定的應(yīng)用價(jià)值。

[1] 張建軍,穆遠(yuǎn)祥, 韓江洪. 一種16位碼紅外遙控器解碼方法[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2008(02)：171-174.

[2] 錢敏.基于 FPGA/HDL 的紅外遙控接收信號(hào)解碼器設(shè)計(jì)[J].通信技術(shù),2009,42(08)：219-224.

[3] 丁躍華,陳艷峰. 基于 EDA技術(shù)的紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子元器件應(yīng)用,2006(09)：78-80.

[4] 黃如建.紅外遙控器解碼設(shè)計(jì)[J]. 電子元器件應(yīng)用,2006(07)：90-92.

[5] 廖超平.EDA技術(shù)與 VHDL實(shí)用教程[M]. 北京：高等教育出版社,2007.

[6] 無錫創(chuàng)芯電子有限公司.CX6122-001產(chǎn)品手冊(cè). [DB/OL] (2009-05-04)[2009-09-10].http：//www.si- core.com/product/remote.htm.

[7] 潘松,黃繼業(yè). EDA技術(shù)與VHDL[M].北京：清華大學(xué)出版社,2005.

[8] 戴培山,馮成德.基于Keilc51的紅外遙控器解碼設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表, 2003(06)：11-13.