基于FPGA的家居遙控設(shè)計(jì)

　　3.1 學(xué)習(xí)器

　　學(xué)習(xí)器是硬件電路的主要部分，兼有學(xué)習(xí)與遙控的功能，它以FPGA為核心，外圍電路力求簡(jiǎn)單，主要由鍵盤(pán)、存儲(chǔ)器、接收電路和發(fā)射電路組成，考慮到用純硬件來(lái)控制LCD顯示的困難較大 ，決定采用微控制器協(xié)助FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里的接收電路與后面要講的接收器不同，它專(zhuān)為學(xué)習(xí)功能設(shè)置，負(fù)責(zé)接收已有遙控器的紅外信號(hào)并送至FPGA內(nèi)部進(jìn)行識(shí)別、譯碼以及存儲(chǔ)，發(fā)射電路由驅(qū)動(dòng)電路和紅外發(fā)光二極管兩部分電路組成，負(fù)責(zé)將編碼信號(hào)以紅外光的形式發(fā)射出去。

　　總體原理框圖如圖2所示：

圖2.學(xué)習(xí)器硬件結(jié)構(gòu)

　　3.1.1 FPGA的設(shè)計(jì)

　　包括鍵盤(pán)模塊、發(fā)射編碼調(diào)制模塊、接收譯碼存儲(chǔ)模塊三個(gè)模塊，另外還有一個(gè)總控制模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3.FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　總控制模塊是一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)其他各個(gè)模塊的工作并提供與顯示電路和存儲(chǔ)器的接口；鍵盤(pán)模塊接收用戶(hù)的按鍵信息，并編碼輸出給總模塊，這些信息包括按鍵的地址，按鍵的類(lèi)型和用戶(hù)選擇要遙控的器件編碼；接收譯碼存儲(chǔ)模塊由計(jì)數(shù)器記錄接收信號(hào)高低電平的寬度，并將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器相應(yīng)地址中，存儲(chǔ)時(shí)序由狀態(tài)機(jī)來(lái)控制；發(fā)射編碼調(diào)制模塊負(fù)責(zé)由存儲(chǔ)器中讀取當(dāng)前按鍵的數(shù)據(jù)信息，產(chǎn)生與學(xué)習(xí)到的信號(hào)相似的高低變化的電平，并以38kHz的載波調(diào)制輸出。

　　3.1.2 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的LCD顯示電路

　　顯示電路采用RT12864M-2型液晶顯示器，由我們較為熟悉的單片機(jī)控制液晶來(lái)顯示遙控器所處的狀態(tài)并提示用戶(hù)進(jìn)行正確的操作。

　　3.2 教練器

　　教練器的作用是產(chǎn)生種類(lèi)足夠多的編碼信號(hào)供學(xué)習(xí)器來(lái)學(xué)習(xí)，進(jìn)而控制不同的接收器。

　　SC2262是一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編碼電路，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531441地址碼， SC2262最多可有6位（D0-D5）數(shù)據(jù)端管腳，其編碼方式如圖4所示。

圖4.SC2262的編碼脈沖

　　3.3 接收器

　　SC2272 是與SC2262 配對(duì)使用的一塊遙控解碼專(zhuān)用集成電路。它可支持多達(dá)531441個(gè)地址的編碼，極大的減少了碼的沖突。SC2272 對(duì)從Din（14腳）端子送入的信號(hào)進(jìn)行解碼。解碼出來(lái)的地址碼與所設(shè)置地址輸入端進(jìn)行比較。如果所設(shè)置的地址與連續(xù)2個(gè)字碼匹配，則SC2272 做以下動(dòng)作：

　　a）當(dāng)解碼得到有“1”數(shù)據(jù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出端為高電平；

　　b）驅(qū)動(dòng)VT （17腳）輸出為高電平。

　　將SC2272與繼電器結(jié)合就可以控制電燈、電扇等用電器的電源開(kāi)關(guān)，再加上小型直流電動(dòng)機(jī)就可控制窗簾等機(jī)械裝置。

　　3.4 與主機(jī)接口

　　為了能使此遙控器控制電腦就須將紅外信號(hào)送入主機(jī)內(nèi)，有兩種可行的接口，分別為電視卡的紅外接收頭和串口。

　　3.4.1電視卡的紅外接收頭

　　現(xiàn)在的電視卡很多都帶有紅外遙控器，這樣的遙控器除了可以控制電視的播放外，通過(guò)適當(dāng)?shù)能浖€可以控制音頻、視頻播放、圖片瀏覽程序及電腦的關(guān)機(jī)等，實(shí)現(xiàn)真正的電腦遙控功能。這種方法的缺點(diǎn)是需要購(gòu)買(mǎi)電視卡，成本較高，不予采用。

　　3.4.2 串口

　　現(xiàn)在流行的有半軟半硬和全軟兩種方案，半軟半硬方案在紅外接收頭與串口間加入了數(shù)據(jù)預(yù)處理電路，使數(shù)據(jù)符合串口規(guī)范，降低了編程難度，減少了CPU占用率；而全軟方案則是直接把紅外接收頭收到的數(shù)據(jù)送入串口，完全由軟件處理，其編程難度和CPU占用率偏大，但硬件電路非常簡(jiǎn)單。圖5是“軟”方案的硬件電路。

圖5.串行紅外接口電路

　　由于目前應(yīng)用串口的技術(shù)比較成熟，網(wǎng)上有很多現(xiàn)成的插件可以借鑒，因此我們決定采用串口的方式實(shí)現(xiàn)。