基于軟件載波的學(xué)習(xí)型遙控器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引 言

紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控方式，由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于彩電、空調(diào)機(jī)、CD/ VCD、錄像機(jī)家用電器設(shè)備及其工業(yè)控制中。隨著現(xiàn)在人們生活中家電日益增加的需要，使用紅外遙控器也越來(lái)越頻繁。因其各種紅外遙控器編碼格式不同[1 ] ,使得各種紅外遙控器不能兼容。經(jīng)常需要更換遙控器，這也給人們生活帶來(lái)了不便。

目前國(guó)內(nèi)學(xué)習(xí)型遙控器大多采用復(fù)制遙控器紅外波形達(dá)到學(xué)習(xí)目的，其方法簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較方便。但其采用專用遙控集成的芯片，導(dǎo)致設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高，并且遙控器的紅外信號(hào)形成都是采用紅外線遙控發(fā)射芯片產(chǎn)生，其集成度高，但價(jià)格昂貴。而紅外遙控器離不開(kāi)紅外線接收頭。

在此介紹一種基于以A T89S52 為核心的學(xué)習(xí)型紅外遙控器，通過(guò)測(cè)量紅外一體化接收頭輸出信號(hào)，并原樣地記錄其輸出脈沖寬度[ 2 ] ,然后保存在E2 PROM ,最后利用單片定時(shí)器中斷產(chǎn)生38 kHz 載波信號(hào)，以軟件代替了硬件，節(jié)約了資源。該學(xué)習(xí)型紅外遙控器能成功地學(xué)習(xí)各種紅外遙控設(shè)備的編碼，并通過(guò)38 kHz 載波發(fā)送學(xué)習(xí)到的記憶信號(hào)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種各樣紅外遙控的學(xué)習(xí)，從而變成了真正的自學(xué)習(xí)遙控器。

1 學(xué)習(xí)型紅外遙控器系統(tǒng)

1. 1 學(xué)習(xí)型紅外遙控器的原理

從家用萬(wàn)能學(xué)習(xí)型紅外遙控一般原理出發(fā)，其可以分為2 類：固定碼式學(xué)習(xí)遙控器和波形拷貝式學(xué)習(xí)遙控器[3 ] .前者，主要通過(guò)收集各種不同種類的遙控器信號(hào)，然后分而治之。這種學(xué)習(xí)型遙控器對(duì)硬件要求相對(duì)簡(jiǎn)單，控制器的工作頻率不高，存儲(chǔ)容量大，其缺點(diǎn)是對(duì)未知遙控器無(wú)效。后者，主要是把原始遙控器所發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行完全拷貝，而不管遙控器是什么格式，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s后，存儲(chǔ)在ROM 存儲(chǔ)器中，當(dāng)發(fā)射時(shí)，只需將儲(chǔ)存器中讀出的遙控編碼，還原成原始信號(hào)，便完成了學(xué)習(xí)功能。此學(xué)習(xí)型遙控器對(duì)MCU 的主頻要求高，RAM 要求大，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)任何一種紅外遙控器可以進(jìn)行學(xué)習(xí)。下面主要以第二種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1. 2 學(xué)習(xí)型紅外遙控器基本硬件組成

學(xué)習(xí)型紅外遙控器由單片機(jī)、紅外發(fā)射電路、紅外一體化接收頭、E2 PROM 存儲(chǔ)電路，矩陣鍵盤及L ED指示燈構(gòu)成[4 ] ,如圖1 所示。單片機(jī)A T89S52 構(gòu)成紅外遙控的處理器，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM（258 B） 用來(lái)存儲(chǔ)學(xué)習(xí)過(guò)程中編碼信號(hào)的脈沖寬度；紅外發(fā)射電路：用遙控脈沖信號(hào)調(diào)制38 kHz 方波，經(jīng)過(guò)三極管放大后，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，其中38 kHz 載波由A T89S52 定時(shí)器T0 產(chǎn)生。紅外一體化接收頭：紅外接收頭輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)檢波、整形、放大、解調(diào)38 kHz 載波信號(hào)，其輸出信號(hào)為TTL 高低電平。外接E2 PROM 存儲(chǔ)器：存放學(xué)習(xí)到的高低電平信號(hào)的脈寬值。

圖1學(xué)習(xí)型紅外遙控器基本硬件組成

1. 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)型遙控器的設(shè)計(jì)性能及實(shí)現(xiàn)與其軟件設(shè)計(jì)編寫具有密切的關(guān)系，特別是碼寬計(jì)數(shù)的采集周期及計(jì)數(shù)器采用的位數(shù)都關(guān)系到能否精確采集到遙控編碼信號(hào)。編碼寬度計(jì)數(shù)的采樣周期在編程中須經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試才能決定。該設(shè)計(jì)讀碼采樣周期大約為12μs.

讀遙控編碼的計(jì)數(shù)器采用16 位計(jì)數(shù)器，采樣時(shí)間在0~786. 432 ms 之間。其值保存在設(shè)定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，然后寫入到外部E2 PROM 存儲(chǔ)器中，發(fā)射過(guò)程再?gòu)耐獠康腅2 PROM 存儲(chǔ)器讀出，通過(guò)38 kHz 載波發(fā)送編碼信號(hào)。

2 紅外遙控編碼學(xué)習(xí)與軟件載波的發(fā)射

2. 1 紅外遙控信號(hào)編碼結(jié)構(gòu)分析

紅外遙控器發(fā)射的遙控編碼脈沖由起始碼、系統(tǒng)碼、功能碼、功能碼的反碼組成[5 ] ,如圖2 所示。起始碼是1 個(gè)遙控碼的起始部分，由1 個(gè)高電平和1 個(gè)低電平組成， 作為接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備脈沖。這些編碼是經(jīng)38 kHz的載波脈沖調(diào)制后發(fā)射出去。

圖2遙控器編碼結(jié)構(gòu)

通過(guò)分析大量不同類型的紅外遙控碼波形，遙控碼的數(shù)據(jù)幀間歇寬度均為10 ms 以上，起始碼的高電平均為5 ms 以上，通常為9 ms 左右。編碼位在10 μs~5 ms之間，在設(shè)計(jì)中，只考慮遙控器發(fā)射信號(hào)的高低電平寬度，不考慮其編碼方式，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)[ 6 ] .

2. 2 紅外遙控信號(hào)編碼學(xué)習(xí)軟件設(shè)計(jì)

一般紅外遙控器的的紅外信號(hào)都是通過(guò)38 ~40 kHz （周期大約為26. 3μs） 進(jìn)行載波調(diào)制而成的，經(jīng)過(guò)載波后信號(hào)的脈沖寬度與單片機(jī)的指令周期時(shí)間（12 MHz晶振的指令周期為1μs） 數(shù)量級(jí)差不多。如果直接記錄載波信號(hào)的脈沖寬度，這樣誤差很大，必須對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后，方可記錄此時(shí)遙控編碼信號(hào)的脈沖寬度。

在設(shè)計(jì)中采用計(jì)數(shù)器對(duì)信號(hào)高低電平計(jì)時(shí)的方法來(lái)采集數(shù)據(jù)并保存。當(dāng)系統(tǒng)識(shí)別到起始碼的低電平時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)設(shè)計(jì)的采集信號(hào)對(duì)低電平進(jìn)行采集，同時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)起始碼的低電平結(jié)束時(shí)，并保存計(jì)數(shù)器此時(shí)的值，記錄下起始碼的低電平信號(hào)脈沖寬度值。然后依次保存采集到的編碼信號(hào)脈沖寬度值，如果采集到編碼信號(hào)位數(shù)大于設(shè)定值M （程序中設(shè)定值） ,就認(rèn)為編碼采集已經(jīng)結(jié)束，學(xué)習(xí)子程序結(jié)束，如圖3 所示：

圖3紅外信號(hào)的自學(xué)習(xí)

2. 3 紅外遙控信號(hào)的發(fā)射

由軟件實(shí)現(xiàn)遙控信號(hào)的載波合成，用定時(shí)中斷0 產(chǎn)生38 kHz 的載波信號(hào)，用學(xué)習(xí)到的遙控編碼信號(hào)的低電平去控制載波的輸出，此時(shí)定時(shí)器0 定時(shí)長(zhǎng)度由相應(yīng)的遙控信號(hào)低電平寬度計(jì)數(shù)值確定，即如果需發(fā)射的遙控信號(hào)為高電平時(shí)，關(guān)定時(shí)中斷0 ;如果為低電平，則開(kāi)定時(shí)中斷0 .輸出38 kHz 載波信號(hào)到紅外發(fā)射控制腳（P3. 7） ,從而實(shí)現(xiàn)遙控信號(hào)的脈寬調(diào)制發(fā)射。不考慮紅外信號(hào)的編碼方式，只采集其高低電平寬度的方法，如圖4 所示。發(fā)射時(shí)并不需要用到38 kHz 載波電路，而是采用以單片機(jī)的定時(shí)器T0 產(chǎn)生載波，程序代碼[7 ]如下所示：

TMOD = 0X02 ;/ / 定時(shí)器0 工作于方式2
TH0 = 0XF3 ;
/ / 定時(shí)器0 定時(shí)26. 3μs ,以產(chǎn)生38 kHz 載波
TL0 = 0XF3 ;
EA = 1 ;/ / 開(kāi)總中斷允許
ET0 = 1 ;/ / 開(kāi)定時(shí)器1 中斷允許
TR0 = 1 ;/ / 開(kāi)定時(shí)器0 ,產(chǎn)生38 kHz 載波
void timer0 (void) interrupt 1
{remoteout = ～remoteout ;}
/ / 遙控信號(hào)38 kHz 載波輸出

用學(xué)習(xí)到的脈沖高低電平（0 和1 信號(hào)） 來(lái)控制38 kHz的輸出，然后經(jīng)三極管放大信號(hào)，編碼信號(hào)經(jīng)二極管以38 kHz 載波形式發(fā)射，這樣以軟件替代硬件，使電路簡(jiǎn)化，有效實(shí)現(xiàn)了紅外遙控信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。如圖5 所示。

圖4紅外信號(hào)的發(fā)射

圖538 kHz 載波的軟件實(shí)現(xiàn)

2. 4 紅外編碼脈沖

學(xué)習(xí)型紅外遙控器對(duì)微處理器的頻率要求比較高，選擇單片機(jī)的晶振頻率12 MHz ,其頻率大小直接影響到遙控器的學(xué)習(xí)效果。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的遙控器學(xué)習(xí)效果優(yōu)良，能學(xué)習(xí)到的各種紅外脈沖。

圖6 以Ht6221 標(biāo)準(zhǔn)紅外遙控器為例，其波形為"1"鍵的紅外編碼脈沖。圖6 （a） 的編碼脈沖是學(xué)習(xí)型紅外遙控器學(xué)習(xí)到的，圖6 （b） 的編碼脈沖是Ht6221 標(biāo)準(zhǔn)紅外遙控器發(fā)射出的，學(xué)習(xí)到的"1"號(hào)鍵完全能取代原始的遙控器的"1"號(hào)鍵。遙控器發(fā)射電路中的38 kHz載波用單片機(jī)中的定時(shí)器產(chǎn)生，這樣節(jié)約了硬件資源，簡(jiǎn)化了電路。

圖6紅外編碼脈沖

3 結(jié) 語(yǔ)

該次設(shè)計(jì)中紅外遙控器，可以準(zhǔn)確采集到紅外編碼脈沖信號(hào)，并將原始的紅外編碼信號(hào)保存，發(fā)送，能成功學(xué)習(xí)各種不同家用紅外遙控器，對(duì)各種家用紅外遙控器進(jìn)行控制，解決了家庭用戶眾多遙控器的煩勞。

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