無(wú)線多媒體教鞭設(shè)計(jì)
摘要:針對(duì)教學(xué)的電子化,提高教學(xué)質(zhì)量,設(shè)計(jì)適應(yīng)教學(xué)發(fā)展的無(wú)線多媒體教鞭。硬件部分設(shè)計(jì)發(fā)射端的遙控按鍵信號(hào)編碼電路,接收端的解碼電路、無(wú)線射頻接收電路,單片機(jī)通過(guò)USB接口設(shè)備和PC機(jī)間互通數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。軟件部分,給出了單片機(jī)主程序流程。該設(shè)計(jì)具有數(shù)據(jù)傳輸可靠、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn),有很好的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞:無(wú)線教鞭;無(wú)線收發(fā);PT4450;PT4316
無(wú)線教鞭系統(tǒng)由無(wú)線發(fā)送設(shè)備和無(wú)線接收設(shè)備兩大部分組成。工作頻段為315 MHz無(wú)線射頻,因此發(fā)射不存在角度問(wèn)題,全方位發(fā)射,接收端都可以接收到遙控信號(hào),完全解決了紅外遙控的方向性問(wèn)題,通信距離空曠地帶實(shí)測(cè)100 m,那么在教室里面應(yīng)用沒有任何問(wèn)題。發(fā)送端采用12 V專用遙控電池供電,電力強(qiáng)勁,持久耐用,發(fā)送天線為小拉桿天線外引,外觀設(shè)計(jì)優(yōu)美,落落大方。接收端采用USB接口電源供電,接收天線印制,靈敏度高,只要接收設(shè)備插上PC機(jī)USB接口,電腦主動(dòng)識(shí)別設(shè)備,無(wú)需裝驅(qū)動(dòng),即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信,符合即插即用的要求。
1 系統(tǒng)功能框圖
無(wú)線發(fā)送設(shè)備和無(wú)線接收設(shè)備是無(wú)線教鞭的兩大組成部分。其中,無(wú)線發(fā)送設(shè)備由編碼電路和發(fā)送電路組成;無(wú)線接收設(shè)備由接收電路、解碼電路以及USB設(shè)備電路組成。圖1是系統(tǒng)的功能框圖。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 編解碼電路
編碼解碼電路的功能有兩個(gè):一是使編碼芯片的數(shù)據(jù)引腳上的數(shù)據(jù)連同地址碼和同步碼傳送到解碼端,解碼芯片對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳出現(xiàn)同樣的電平;二是為了防止解碼芯片接收到數(shù)據(jù)后,如果發(fā)現(xiàn)其的地址碼與自己的不一樣,則丟棄數(shù)據(jù)不予解碼,當(dāng)多個(gè)收發(fā)設(shè)備同時(shí)工作時(shí),就可以避免相互干擾。
編碼解碼芯片的廠商很多,在此中選用PT2260/2272,其是Princeton Technology Corp.生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗、低價(jià)位通用編解碼電路,PT2262/2272最多可有12位(A0~A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531 441(即312)個(gè)地址碼,PT2262最多可有6位(DO~D5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼以及同步碼從17腳串行輸出,廣泛應(yīng)用于無(wú)線遙控發(fā)射電路,車輛防盜系統(tǒng),家庭防盜系統(tǒng),遙控玩具以及其他電器遙控。對(duì)其工作原理就不在詳細(xì)說(shuō)明。
2.2 發(fā)射電路
該設(shè)計(jì)中的發(fā)射電路采用射頻發(fā)射芯片PT4450來(lái)完成編碼信號(hào)的調(diào)制并發(fā)射出去。采用ASK調(diào)制,穩(wěn)頻措施采用聲表面波諧振器(SAW)取代LC組成的諧振網(wǎng)絡(luò)。在高頻無(wú)線電遙控電路中,一般選用中心頻率為315 MHz或433 MHz的聲表面波諧振器,SAW的優(yōu)點(diǎn)有:
(1)諧振頻率準(zhǔn)確,生產(chǎn)中不需要調(diào)試震蕩頻率,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高;
(2)SAW諧振器Q值高,振蕩不受雜散磁場(chǎng)的影響,雜波、諧波分量小,圖像清晰、層次豐富、色彩鮮艷,圖像質(zhì)量達(dá)到主觀評(píng)價(jià)與相當(dāng)水平;
(3)頻率準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性好,批量產(chǎn)品一致性好。
由上面介紹可知,編碼電路將遙控信號(hào)連同地址碼同步碼輸出給射頻發(fā)射電路,在高電平期間315 MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào);在低電平期間315 MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩,所以高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的第17腳輸出的數(shù)字信號(hào),從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控(ASK調(diào)制)相當(dāng)于調(diào)制度為100%的調(diào)幅。
PT4450是基于聲表面波諧振器,ASK調(diào)制的射頻發(fā)射IC,廣泛應(yīng)用在無(wú)線遙控,無(wú)線進(jìn)出系統(tǒng),報(bào)警系統(tǒng),汽車門遙控系統(tǒng)以及無(wú)線傳感系統(tǒng)。具有集成度高,工作電壓低(2.6~3.6 V),頻率范圍寬(250~500 MHz),外圍器件少,成本低且引腳簡(jiǎn)潔等優(yōu)秀特點(diǎn)。發(fā)射端電路由RC振蕩器和多階逐減計(jì)數(shù)器組成。由編碼電路過(guò)來(lái)的信號(hào)經(jīng)由DIN腳輸入.當(dāng)DIN腳為高電平時(shí)觸發(fā)電路,單觸發(fā)電路打開功率放大器和SAW振蕩器,高頻振蕩信號(hào)輸出給功率放大器,從第3腳輸出,經(jīng)天線匹配網(wǎng)絡(luò)。由天線發(fā)射出去。當(dāng)DIN腳從高轉(zhuǎn)為低時(shí),功率放大器關(guān)閉,但是SAW諧振器保持振蕩.同時(shí),計(jì)數(shù)器加載預(yù)置值,RC振蕩器啟動(dòng)振蕩遞減計(jì)數(shù)器的值至零,當(dāng)計(jì)數(shù)器值遞減到零時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)脈沖關(guān)閉RC振蕩器和SAW振蕩器。從最后數(shù)據(jù)的下降邊沿到停止振蕩,這個(gè)過(guò)程的延遲時(shí)間大約是50 ms。
第1,6腳之間接的是聲表面波諧振器,取代傳統(tǒng)的LC振蕩網(wǎng)絡(luò)。具有很高的頻率穩(wěn)定性。圖2為發(fā)射端電路原理圖。
2.3 接收電路
本設(shè)計(jì)中的接收電路采用射頻接收放大處理于一體的芯片PT4316。發(fā)射電路將遙控信號(hào)通過(guò)ASK調(diào)制,通過(guò)無(wú)線電波短距離發(fā)射出來(lái)后,接收電路將其通過(guò)放大,混頻,中放,以及ASK解調(diào),還原成編碼后的信號(hào),然后送到由2272組成的解碼電路解碼,恢復(fù)出發(fā)送端的遙控信號(hào),最后送給單片機(jī),使之執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。
PT4316是一款工作在甚高頻低功耗超外差式無(wú)線接收芯片.常用于解調(diào)315 MHz或者433 MHz的ASK調(diào)制遙控信號(hào)。它內(nèi)部集成低擬基帶數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。當(dāng)射頻輸入信號(hào)大于-60 dBm, PT4316應(yīng)用獨(dú)立的一階自動(dòng)增益控制電路降低低噪聲放大器的增益達(dá)20 dB。
PT4316超外差式接收機(jī)提供了從天線輸入射頻信號(hào)到數(shù)字信號(hào)輸出完整的接收鏈路。適當(dāng)?shù)男盘?hào)功率和外圍元件的選擇可以使得數(shù)據(jù)速率達(dá)到50 Kb/s。
由PT4316芯片以及外圍電路組成的解調(diào)電路解調(diào)出ASK調(diào)制的編碼遙控信號(hào),輸出給解碼電路,由解碼電路解出相應(yīng)的遙控信號(hào),送給單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。圖3為接收電路圖。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
前面講述了無(wú)線教鞭系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)全過(guò)程,并給出各個(gè)部分的電路圖。在該設(shè)計(jì)中選用CH372作為組成USB口設(shè)備的主要芯片。無(wú)線教鞭系統(tǒng)中,無(wú)線發(fā)送和接收部分沒有涉及到軟件,單片機(jī)和CH372芯片組成的USB口設(shè)備電路就需要單片機(jī)I/O口模擬出相應(yīng)的時(shí)序操作CH372芯片。
主機(jī)通過(guò)識(shí)別描述符從而認(rèn)識(shí)設(shè)備,認(rèn)識(shí)設(shè)備數(shù)據(jù)通信格式,從而才能正常進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和接收。由于CH372的INT#引腳與單片機(jī)的INT0腳連接,所以對(duì)應(yīng)程序是用在中斷子程序中。 PageUp和PageDown為無(wú)線教鞭鍵盤上的上/下翻兩個(gè)鍵。首先當(dāng)然要初始化CH372,包括HID(人機(jī)接口)設(shè)備描述符,配置描述符的枚舉,然后單片機(jī)和PC機(jī)之間才能進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和下傳。
單片機(jī)本地端主程序流程圖,如圖4所示。
4 結(jié) 語(yǔ)
無(wú)線教鞭在日常的教學(xué)中的使用越來(lái)越有必要,尤其頻繁地用于幻燈片的播放。無(wú)線教鞭在多媒體的教學(xué)中會(huì)首先普及,漸漸的也會(huì)普及到會(huì)議、演講的場(chǎng)合。該設(shè)計(jì)具有數(shù)據(jù)傳輸可靠、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn),使用方便,有很好的發(fā)展前景。