1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于 FPGA 的红外遥控器设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 红外遥控器成本低廉、功耗低、连接方便、简单易用，在很多小型移动设备中得到了广泛的应用。目前，红外遥控器已经成为家用电 器的标准部件。电视机、录像机、 DVD、音频功放、空调等设备的几乎所有功能都可以通过红外遥控器来控制。 本文介绍了红外遥控的设计以及完整的软件解码方案、源程序、应用方法。并且探讨了了一种较为典型的红外遥控系统的设计思路，介绍了由 PT2248作为发送器，用 VHDL编写程序，运用 FPGA实现，下载到 EDA实
2、验板上实现解码的设计方法。为各类遥控器的开发应用提供了一个非常有用的参考。系统原理简单，可靠性好，能够及时发现误码，防止误操作的产生。可应用于一般控制场合。该实现方法，外部电路连接简单，操作方便。已在实际中得到 应用。 关键词： 红外遥控嚣； FPGA； VHDL； PT2248 - 2 - Abstract Infrared remote control and low cost, low power consumption, easy connection, easy to use, in many small mobile devices have been widely used. A
3、t present, the infrared remote control has become a standard part of household appliances. TV, VCR, DVD, audio amplifier, air conditioning and other equipment for virtually all functions can be controlled by infrared remote control. This tent introduces the design of the in frared remote control sys
4、tem and intact software decode scheme,source code and application method.At 1ast it offers a practicaal reference for a11 kinds of infrared remete controller.The implementation method, the external circuit connection is simple, easy to operate. Introduced by the PT2248 as a transmitter, VHDL program
5、ming, the use of FPGA, EDA downloaded to the experimental board design to achieve decoding. For all types of development and application of remote control provides a very useful reference. System is simple in principle, reliability, ability to detect errors, to prevent misuse of the production. Can
6、be applied to control applications.Has been applied in practice. Key Words: remote control； VHDL； FGPA； PT2248； - 3 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 遥控器的发展历程 . 1 1.2 遥控器的种类及应用 . 2 1.3 论文的研究内容及安排 . 4 2 红外遥控的方法 . 6 2.1 发射系统 . 6 2.2 接收系统 . 7 2.3 红外原理 . 7 3 基于 FPGA 的红外遥控器的实现 . 9 3.1 设计要求 . 9 3.2 设计分析与设计思路 . 9 3.3 遥控器
7、原理 . 10 3.4 各模块的设计与实现 . 15 4 波形仿真与分析 . 19 4.1 解码器 . 20 4.2 译码器 . 20 4.3 键盘扫描模块 . 21 4.4 动态扫描显示模块 . 21 4.5 用户显示模块 . 22 4.6 整体设计、仿真 . 22 结论 . 24 致 谢 . 24 参考文献 . 25 - 1 - 1 引言 IT技术的快速发展使得越来越多的新生家电走向市场。国内经济的迅速提高更使得居民有能力购买各式各样的家电。因此常常要因为操控不同的家电而更换不同的遥控器，这让用户倍感不便。能够用一个遥控器控制不同家电的多功能遥控器，就应允而生。本文运用 FPGA设计 了一
8、种红外遥控器。操作简单方便，并且功能强大。 1.1 遥控器的发展历程 遥控器是一种用来远控机械的装置。现代的遥控器，主要是由集成电路电板和用来产生不同讯息的按钮所组成。 到底是谁发明了第一个遥控器已无可考证了。但最早的遥控器之一，是一个 叫尼古拉特斯拉 (Nikola Tesla)(1856 1943)的发明家 (他曾经为爱迪生工作，同样被誉为天才发明家 )在 1898年时开发出来的 (美国专利 613809号 )，叫做“ Method of and Apparatus for Controlling Mechanism of Moving Vehicleor Vehicles”。到了 6 0
9、年代初，一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术，但由于受当时技术条件的限制，遥控技术发展很缓慢。 7 0年代末，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，遥控技术才得到快速发展。在遥控方式上大体经历了从有线到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控这样几个阶段。无论采用何种方式，准确无误地传输信号，最终达到满意的控制效果是非常重要的。最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干扰，也易受干扰，因此逐渐采 用超声波和红外线媒介来传输信号。与红外线相比，超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。较为理想的是光控方式，采用红外线的遥控方式逐渐取代了超
10、声波遥控方式，出现了红外线多功能遥控器，并且成为当今时代的主流 1。 由于红外线在频谱上位于可见光之外，所以抗干扰性强，具有光波的直线传 播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。信息可以直接对红外光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的强弱进行传输，也可以用红外线产生一定频率的载波，再用信息对载波进调制，接收端再去掉载波，取到信息。 - 2 - 从信息的可靠传输来说，后一种方法更好，这就是目前大多数红外遥控器所采用的方法。 红外遥控技术在这十年来得到了迅猛发展，在家电和其他电子领域都得到了 广泛应用。随着生活水平的提高，人们对产品的追求是使用更方便、更具智能化， 红外遥控技术正是
11、一个重点的发展方向。 各类遥控器功能大致相同。大多都有数字键、启动停止键、前进键、快进键和后退键。现实生活中，由于用户的需求差异，特殊功能键的使用频率很低，甚至部分用户自始至终就从未使用过这类按键。因此，这些按键完全可以简化和归类使用。对于那些不宜简化和归类的少量特殊功能键 ，可以通过开辟自定义按键区的方法予以解决。 目前国外（主要是欧美市场）的遥控器几乎都是多功能遥控器，它们能够控制全球的绝大部分的视频设备甚至包括空调器。这些遥控器一般由 MCU 进行控制，其价格一般比较贵，至少上百美金。值得一提的是，目前全球的遥控器的80%是由中国大陆代工贴牌生产的，但是关键芯片是别人的。国外的遥控器主要
12、通过超市等渠道进行销售，消费者可以根据自己的需求进行选择，其发展趋势是根据家庭的需要遥控器拥有更多的功能和更人性化的设计 8。 而在国内市场，遥控器绝大部分是单一型的遥控器，也就是一个遥控器 控制一个视频设备，这与我国经济状况和消费习惯有关。多功能（万能）遥控器只是单一型的遥控器的补充，在一般的主流渠道是没有多功能遥控器销售的，许多消费者也就不知道如何购买多功能遥控器，因此多功能遥控器的销量是相对很少的。 1.2 遥控器的种类及应用 （ 1） 红外遥控器 红外遥控器（ IR Remote Control）是利用波长为 0.76 1.5m 之间的近红外线来传送控制信号的遥控设备。常用的红外遥控系
13、统一般分发射和接收两个部分。 红外遥控无法穿透墙壁，故不 同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰 ， 因 此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于 10 米）遥控中得到了广泛的应用 。 - 3 - 图 1-1 红外遥控器 （ 2） 无线遥控器 无线电遥控器（ RF Remote Control）是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后再由这些机械进行需要的操作。作为一种与红外遥控器相补充的遥控器种类，在车库门、电动门、道闸遥控控制，防盗
14、报警器，工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。 图 1-2 无线遥控器 （ 3）超声波 遥控器 超声波遥控是利用超声波来传送指令的遥控，可以应用于需要遥控、遥测的场合。采用 AX5326 与 AX5327 构成的遥控系统具有体积小、功耗低、功能强大、抗干扰能力强、成本低等优点。 （ 4）智能遥控器 为了减少家庭中红外线遥控器的数目 , 已经有很多厂家设计和生产了一种称为万能遥控器的红外线遥控装置 . 万能遥控器具有接收、存储和发送红外线编码的功能 , 通过对不同普通遥控器发出的红外线编码进行学习和存储 , 万能遥- 4 - 控器可以对多个家用电器进行遥控 , 从而可以减少家庭中遥控器
15、的数目。 红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式，在车载影音导航系统也被广泛的应用。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其他电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。因此，现在红外遥控在家用电器、近距离 (小于 10米 )遥控中得到了广泛的应用 2。 自 2005年起，台湾与中国大陆遥控设备产量约占全球 总产量的 80，且受 海外市场对家用自动化与娱乐应用产品需求的快速增长的刺激，其
16、出口总值仍在 上升。近年来，随着遥控制造产业的不断成熟，遥控器市场竞争十分激烈，遥控 器的价格也出现下滑趋势，但高端产品的价格上升势头较好，因此，在未来一两 年内，国内供应商主要生产中低端红外产品，而技术较强的台湾同行则将把重点 集中在高端红外线或转向射频遥控器。由于国内及香港供应商可提供多种规格的 红外线遥控器，而台湾制造商则转向采用更新的技术，因此，中国制造商可为海 外买家提供各种规格的遥控器。 除了国外市场，国内自身的需求 量也十分巨大。就拿福建省来说，福建是国 内的电子大省之一，厦华、厦新、万利达和灿坤等电子厂商对红外遥控设备需求 量十分巨大，而省内主要的红外遥控设备厂商是厦门华联，其
17、每年对红外遥控芯 片的需求量在两千万以上，如果能研制出一款同等类型的芯片，不但能带来可观 的利润，更能完善红外遥控设备的相关产业链，促进整个行业的发展。 1.3 论文的研究内容及安排 本文主要对于基于 FPGA的红外遥控进行深入解析。全面分析红外遥控的各个模块及各个模块的程序设计。对每个子模块进行仿真测试，并且最后通过整体仿真对整个设计深入了解。 1研究内容 发射编码部分使用指定的元器件在万用板上完成红外遥控器的制作。 接收解码部分用 VHDL编写程序，下载到 EDA实验板上实现解码，实现下列功- 5 - 能。 （ 1）基本功能： 1）将一体化红外接收解码解调器的输出信号解码（ 12个单击键、
18、 6个连续键，单击键编号为 78，连续键编码为 16），在 EDA实验板上用七段数码管来显示。 2）当按下遥控器 16号连续键时，在 EDA实验板上点亮一个发光二极管作为连续键按下的指示，遥控器上连续键按下时指示灯全亮，直到松开按键时才熄灭，用于区别单击键。 3）在 EDA实验板上设置 8个按键，其功能等同于遥控器上的 18号按键。 （ 2）扩展功能 通过遥控器跳线改变用户码， EDA实验板上用 3个发光二极管正确显示发送端的用户码。 2论文安排 1、本论文首先对遥控器的原理及功能应用等基本理论和现有的工作基础进行全面系统的介绍；然后再充分了解遥控器的基本理论知识后，重点对红外遥控进行深入的研
19、究； 2、对遥控进行综述，了解遥控优缺点，并进行比较，着重阐述红外遥控的方法。 3、详细分析基于 FPGA红外遥控的设计及思路。首先对遥控器的原理进行讲解分析，并对各个子模块：解码、译码、键盘扫描、动态扫描、 用户码显示模块进行逐个分析设计并且仿真，然后对各个子模块进行连接，做出整体设计仿真。 - 6 - 2 红外遥控的方法 红外遥控系统主要分发射和接收 2部分，如图 2-1所示： 图 2-1 红外遥控系统 2.1 发射系统 目前有很多种芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。 由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时
20、才工作，这样可以降低功耗芯片所用的晶振应该有足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体，一般是选用 陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常一点误差可以忽略不计。 红外线通过红外发光二极管发射出去，红外发光二极管是特殊的发光二极 管，其内部材料和普通发光二极管不同，因而在其两端施加一定电压时，它发出 的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm左右，外形与普通妒 5发光二极管相同 3。 a 简单驱动电路 b 射极输出驱动电路 图 2-2 红外发光二极管驱动电路 如图 2 2是红外发光二极管 的驱动电路， a图是最简单的驱动电路，选用元 件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到红外发光二极管的正向电流和反 向漏电流，一般流过红外发光二极管的最大正向电流为 lOOmA，电流越大，其发 射的波形强度越大。 a图电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过红外发光二极管的电流会降低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。 b图所示的射极输
