【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 l: std_logic_vector ( 1 downto 0) : begin sel=bamp。a: outl= d0 when sel= 00 else dl when sel= 01 else d2 when sel= 1039。 39。 else d3 when sel= l1 else 39。Z39。 : End 如輸入端為低電平 , 則仿真結(jié)果中 temp _high 為 39。039。 ,temp _low 為 39。139。 。 反之， temp high為‘ 1’ temp low 為‘ 0’ 根據(jù) temp_ high 和 temp _low的值來(lái)決定當(dāng)前的工作狀態(tài) , 并給出相應(yīng)的制輸出信號(hào)。 可見(jiàn)程序是相當(dāng)簡(jiǎn)單而且邏輯清晰的 ,這種自頂向下的設(shè)計(jì)方法使一個(gè)大型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)分 解為若干個(gè)可操做的模塊 , 易于分工合作 , 并且可以對(duì)這些模塊分別進(jìn)行模擬仿真。由于設(shè)計(jì)的主要模擬仿真是在高層上實(shí)現(xiàn)的 .所以能及早地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的錯(cuò)誤并改正 , 提高設(shè)計(jì)的效率 。 本章小結(jié) 本章的主要內(nèi)容是對(duì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，給出了函數(shù)的流程圖及部分程序，說(shuō)明了軟件系統(tǒng)在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和作用，主要對(duì) vhdl 語(yǔ)言做了細(xì)致的描述，它的優(yōu)點(diǎn)給本設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的方便。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 3 紅 外 遙 控控制原理 紅外 紅外光的有效傳送距離正比于驅(qū)動(dòng)峰值功率 ,紅外發(fā)射二極管為電流型器件 , 其功率與所通過(guò)的峰值電流成正比 , 為了 增加傳輸距離 , 可加大峰值驅(qū)動(dòng)電流。選用不同功率的發(fā)射管 , 遙控距離可從幾米到幾十米。紅外光發(fā)射的指向性較強(qiáng) , 作用角度較小。其指向性與發(fā)射二極管的封裝形狀也有關(guān)系 , 球面形封裝就比平面形封裝的指向性強(qiáng)。要改善接收范圍 , 在選用合適的封裝形式的器件基礎(chǔ)上 , 還可采用多個(gè)發(fā)射管串聯(lián)或并聯(lián) , 并間隔一定距離并列安裝的方式。 紅外光是波長(zhǎng)比紅色光的波長(zhǎng) ()還長(zhǎng)的光波。將電磁波譜中間隔為 的波譜段稱(chēng)為紅外光譜區(qū)。一般將紅外光譜分為四個(gè)區(qū)域，即近紅外 ()、中紅外()、中遠(yuǎn)紅外 ()、遠(yuǎn)紅外 (201000“ m)區(qū)。目前工業(yè)或民用的紅外光探測(cè)遙控中所使用的紅外光譜主要集中在 [4]。 采用近紅外光作為紅外探測(cè)遙控的光源，主要因?yàn)?: (1) 一般的接收用的光電二極管、光敏三極管大都采用硅半導(dǎo)體材料制作而成，這類(lèi)管子的接收峰值波長(zhǎng)為 780155Onm，即管子對(duì)波長(zhǎng)為 7801550nm 的紅外光的探測(cè)靈敏度最高。 (2) 紅外光發(fā)射器件，其發(fā)射波長(zhǎng)在 880~17O0mn 范圍內(nèi)，這與光電接收器件的響應(yīng)波長(zhǎng)相匹配，使探測(cè)靈敏 度高，工作效率高 [3][8]。 紅外遙控原理 識(shí)碼與編碼 一個(gè)紅外遙控系統(tǒng)一般由紅外遙控器和紅外接收器、微控制器及一些外圍電路組成 [12]。其中紅外發(fā)送器用來(lái)產(chǎn)生與指令 /按鍵對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，并在信號(hào)發(fā)射前預(yù)先對(duì)指令或按鍵信號(hào)進(jìn)行識(shí)別或編碼，并經(jīng)過(guò)調(diào)制以串行數(shù)據(jù)的形式發(fā)送出去。其常用的識(shí)別或編碼方式有兩種：即頻分制和碼分制。頻分制就是以不同頻率的信號(hào)代表不同的指令或按鍵。遙控信號(hào)的頻率范圍在幾百赫茲到幾千赫茲之間。這樣識(shí)別編碼方式可以使發(fā)送出去的遙控信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，但由于不同的指令或按鍵要占不 同的頻帶，所以在遙控指令集比較復(fù)雜的場(chǎng)合它需要較多的遙控通道，也就使要占更多的頻率資源。而這種方法只適合指令集簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。當(dāng)指令集復(fù)雜時(shí)，一般采用碼分制。碼分制紅外遙感是以不同的脈沖或者脈沖組合來(lái)代表不同的指令按鍵。與頻分制相比碼分制電路簡(jiǎn)單，使用靈活，在實(shí)際應(yīng)用中多彩用這樣的方式。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 編碼方式主要有頻率調(diào)制、脈寬調(diào)制和脈位調(diào)制，實(shí)際上各種紅外系統(tǒng)的主要區(qū)別在于編碼方式的不同。 為了要達(dá)到遠(yuǎn)距離遙控，除了增加發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率外，還采取了增加發(fā)射扇區(qū)的措施，并對(duì)接收機(jī)接收到的紅外控制信號(hào)進(jìn)行了一定的聚焦處理，使達(dá)到 接收機(jī)較分散的紅外光束能聚焦于一個(gè)較小的面積，以提高接收功率，增強(qiáng)接收效果。 為 了解 決 全自 動(dòng) 生 產(chǎn)線(xiàn) 的控制 問(wèn)題，選用 集 成專(zhuān)用編碼 器件 PT2248 成功地研制出了多信道 紅 外 遙 控系 統(tǒng) 。 該 生 產(chǎn)線(xiàn) 有各種大 電 機(jī) 設(shè)備 ， 環(huán)境電 磁 輻 射 強(qiáng) ，又 處 于南方高 溫 、高 濕地區(qū) ， 對(duì)遙 控系 統(tǒng) 整體性能要求很高。在 綜 合分析的基 礎(chǔ) 上， 我們采 用 紅 外 線(xiàn)編碼 方式 設(shè)計(jì) ，使系 統(tǒng) 具 備 了良好的抗 電 磁干擾的能力。通 過(guò)對(duì) 系 統(tǒng)電 路、 組裝進(jìn) 行的精心 設(shè)計(jì)處 理， 獲 得了 穩(wěn) 定、可靠的使用效果，目前已 經(jīng) 在全自 動(dòng) 生 產(chǎn)線(xiàn)無(wú) 故障 運(yùn) 行。多信道 遙 控系 統(tǒng)由發(fā)射 控制器和接收控制器 組 成，可以 實(shí)現(xiàn) 一 個(gè) 控制 發(fā)射 機(jī) 編碼 控制多 個(gè) 控 制點(diǎn) 的目的，非常適合自動(dòng) 控制的各種 場(chǎng) 合，也可以 應(yīng) 用于防 盜報(bào) 警等，具有 廣泛 的推 廣 使用價(jià)值。 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)類(lèi)電器中得到普遍的應(yīng)用 . 隨著對(duì)電器產(chǎn)品的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)用已開(kāi)始從其傳統(tǒng)的家用電器領(lǐng)域向智慧設(shè)備等新領(lǐng)域擴(kuò)展。 由于集成電路制造工藝和設(shè)計(jì)水平的不斷提高 ,將此類(lèi)傳統(tǒng)的分立電路功能集成到嵌入式的系統(tǒng)中已成為可能。 本文根據(jù)嵌入系統(tǒng)的要求進(jìn)行了紅外遙控器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 設(shè)計(jì)中脈沖信號(hào)調(diào)制采用了 PPM 方式 ,紅外遙控器的控制系統(tǒng)采用了超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言(VeryHigh speed integrated ci rcuit hardware DescriptionLanguage, VHDL ) , 并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)編程門(mén)陣列器件 ( Field Pvogrammable Gate Ar rays , FPGA) 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能。 設(shè)計(jì)方案 方案一 : 該系統(tǒng)選取 PT2248 作為構(gòu)成發(fā)送器的芯片 [7]。 大可用作 18 路紅外遙控系統(tǒng)的編碼 ,只需外接 3 6 的矩陣式按 鍵、紅外發(fā)光二極管及其驅(qū)動(dòng)電路等少量元器件便可完成編碼發(fā)送的功能。有 2 個(gè)電容均為 120 pF ,晶振頻率為 455 kHz。另外 , PT2248 內(nèi)部己集成了 38 kHz 的紅外載波振蕩及相應(yīng)的數(shù)字脈碼調(diào)制電路 ,他的編碼方式采用脈位調(diào)制 ( PPM) ,將遙控指令編碼成脈沖序列 ,然后再調(diào)制以高頻信號(hào) ,最后以紅外光的形式發(fā)送出去。其遙控指令的‘ 1’是以占空比為 3/4 的正脈沖表示 ,‘ 0’則用占空比為 1/4 的正脈沖表示 ,其中一個(gè)為位碼周期的 1/4 ,一個(gè) a 占有的時(shí)間長(zhǎng)度為 PT2248 內(nèi)部紅外載波振蕩周期的 16 倍 ,即 a = 16/(38 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 kHz) 。由于 PT2248 采用了 38 kHz 載波振蕩及脈碼調(diào)制電路 ,因而接收端采用頻率與之對(duì)應(yīng)的 MIMR1AA 紅外一體化接收解調(diào)器。 MIM R1AA 對(duì)接收到的信號(hào)除了進(jìn)行了放大、限幅、檢波 ,直至得到遙控指令的脈沖信號(hào)外 ,還對(duì)解調(diào)出的信號(hào)進(jìn)行了整形和反向輸出 [10]。 方案二 ： 選用 集成專(zhuān)用編譯碼器件 ED5026，此器件 成功地研制出了多通道紅外遙控系統(tǒng)。 專(zhuān)用芯片設(shè)計(jì)制作紅外發(fā)射和接收，并實(shí)現(xiàn)編譯碼功能， 該電路為 CMOS 大規(guī)模數(shù)字集成多路編譯碼器 。 其中 ED5026 為編碼器 。 該生產(chǎn)線(xiàn)有各種大電機(jī)設(shè)備，環(huán)境電磁輻射強(qiáng)，又處于南方高溫、高濕地區(qū)，對(duì)遙控系統(tǒng)整體性能要求很高。在綜合分析的基礎(chǔ)上，我們采用紅外線(xiàn)編碼方式設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具備了良好的抗電磁干擾的能力。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)電路、組裝進(jìn)行的精心設(shè)計(jì)處理，獲得了穩(wěn)定、可靠的使用效果，目前已經(jīng)在全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)無(wú)故障運(yùn)行 。 編碼器 ED5026 可作三態(tài)編碼，也可以作四態(tài)編碼。譯碼器 部分 有相應(yīng)的 12 位編碼線(xiàn)。發(fā)射控制器由電源部分、 PLC編碼控制器、光電隔離電路、集成編碼器、振蕩電路及紅外發(fā)射管組成。 基于對(duì)以上兩種方案的分析 ，本 課題決定選用方案一 。因?yàn)榉桨付粌H設(shè)計(jì)起來(lái)便捷，在技術(shù)方面也遠(yuǎn)超乎于方案一。 紅外發(fā)送系統(tǒng)的基本組成 整體結(jié)構(gòu) PT2248 作為構(gòu)成發(fā)送器的芯片。整個(gè)系統(tǒng)框圖及外圍電路中，兩個(gè)電容均為 120pF，晶振頻率為 455kHz。 PT2248 最大可用作 18 路紅外遙控系統(tǒng)的編碼，其內(nèi)部已集成了 38kHz 的紅外載波振蕩及相應(yīng)的數(shù)字脈碼調(diào)制電路。故在設(shè)計(jì)時(shí)，只需外接 3 6 的矩陣式按鍵、紅外發(fā)光二極管及其驅(qū)動(dòng)電路等少量元器件便可完成編碼發(fā)送功能。由于 PT2248 采用了 38kHz載波振蕩及脈碼調(diào)制電路，因而接收 端采用頻率與之相應(yīng)的 MIMRIAA 紅外一體化接受解調(diào)器。而解調(diào)出來(lái)的基帶信號(hào)解碼則由 CPLD 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 PT2248 的編碼方式采用脈位調(diào)制（ PPM）方式來(lái)將遙控指令編碼成脈沖序列，然后再調(diào)制以高頻信號(hào)，最后一紅外光的形式發(fā)送出去。其遙控 指令‘ 1’以占空比為 3/4 的正脈沖表示，‘ 0’則用占空比為 1/4 的正脈沖表示。其中 a 為位碼周期的 1/4，一個(gè) a 占空的時(shí)間長(zhǎng)度為 PT2248 內(nèi)部紅外載波振蕩周期的 16 倍，即 a=16/（ 38kHz）。另外， MIMRIAA 對(duì)接收到的信號(hào)除了進(jìn)行放大、限幅、檢波， 甚至 知道了遙控指令 的脈沖信號(hào)外，還會(huì)對(duì)解調(diào)出的信號(hào)進(jìn)行整形和反向輸出。 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 一般，遙控器的每個(gè)按鍵編碼都是由 12 位遵照以上編碼規(guī)則所代表的“ 0” 、 “ 1” 組成，時(shí)間長(zhǎng)度為 12 4a=48a。這樣，當(dāng)按下遙控器的 7 到 18 號(hào)單擊按鍵時(shí)，系統(tǒng)將以 12 位為一組發(fā)送兩次編碼，其中 60a 為自按下按鍵到發(fā)送編碼的等待時(shí)間， 80a 是重復(fù)發(fā)送 12位 48a編碼的間隔時(shí)間，接收解調(diào)器在此時(shí)的輸出和沒(méi)有收到紅外編碼一樣（為高電平）。而 7 到18 號(hào)單擊按鍵無(wú)論發(fā)送端按鍵時(shí)間持續(xù)多長(zhǎng)，都只發(fā)送一次這樣形式的兩組相同的 12 位編碼。當(dāng)按下 1 到 6 號(hào)連續(xù)按鍵時(shí)，編碼格 式連續(xù)發(fā)送。 紅外發(fā)射方式 紅外遙控信號(hào)的發(fā)射由編程控制器、指令編碼、信號(hào)的調(diào)制及紅外發(fā)射四部分組成。每一部分既可由具有相應(yīng)功能的芯片分步完成 , 也可以由專(zhuān)用芯片或 MCU 一次完成 [2]。 使用發(fā)光二極管獲得紅外光是相當(dāng)簡(jiǎn)便的。紅外發(fā)光二極管是一種 NP 結(jié)構(gòu)成的注入電流型發(fā)光器件，加上合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定波長(zhǎng)的近紅外光。根據(jù)電流驅(qū)動(dòng)方式可分為 : (1) 平均發(fā)射方式 :通過(guò)啟動(dòng)直流供電電源直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管發(fā)出恒定的外光。紅外發(fā)光二極管的功率一般比較小，而平均發(fā)射方式的功耗較大，且 抗干擾能力較差。 (2) 脈沖發(fā)射方式 :采用脈沖電流驅(qū)動(dòng)方式，發(fā)出一定占空比的脈沖信號(hào)。 射脈沖編碼信號(hào)可降低功耗，提高發(fā)射效率。 紅外接收 電路的設(shè)計(jì) 接收解碼部分用 CPLD 通過(guò) VHDL 實(shí)現(xiàn)，使用的 CPLD 為 ALTERA 公司的 MAX7128SLC8415芯片。本紅外遙控解碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，具體模塊的劃分 為： ? 解碼控制、串行轉(zhuǎn)并行移位寄存器 ? 數(shù)據(jù)同步控制計(jì)數(shù)器 ? 譯碼器、誤碼辨別器 ? 輸出鎖存器 ? 蜂鳴驅(qū)動(dòng)器 ? 按鍵消抖電路 ? 按鍵譯碼器 模塊有三個(gè)輸入端，分別為 CLK 系統(tǒng)時(shí)鐘， DATAIN 數(shù)據(jù) 輸入端 ,異步清零端，分別接有源晶振、紅外接收解調(diào)器輸出和來(lái)自數(shù)據(jù)同步控制計(jì)數(shù)器的清零信號(hào)，三個(gè)輸出分別為長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 DATAOUT 12 位并行解碼輸出、 CON 數(shù)據(jù)接收指示端、 READ 輸出鎖存器 DFF_PR 的觸發(fā)信號(hào)。該模塊把來(lái)自紅外接收解調(diào)器的信號(hào)解碼成“ 0”和“ 1”，通過(guò)移位寄存器把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成并行數(shù)據(jù)輸出，在接收數(shù)據(jù)其間 CON 間歇性地輸出高電平（