FPGA的RC-6红外遥控多种协议解码设计

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M i c r o c o n t r o l l e r s &E m b e d d e d S y
s t e m s 2021年第6期w w w .m e s n e t .c o m .c n
F P
G A 的R C 6红外遥控多种协议解码设计
颜良1,王永建2,陈巍3
(1.英洛瓦(天津)物探装备有限责任公司中国研发部,涿州072751;2.
东方地球物理公司装备服务处震源服务中心;3.
东方地球物理公司装备服务处测量服务中心)摘要:随着消费电子的快速发展,红外遥控应用越来越广泛㊂目前红外解码基本采用专用解码芯片,对不同的红外遥控协议更改不方便,实现起来不灵活,而基于F P G A 的红外解码设计可以方便应对这种情况㊂本文以R C 6作为应用红外遥控协议解码,阐述了如何方便地用F P G A 实现R C 6解码,集成到系统中并显示它可以适应多种红外遥控协议系统,该方案占用资源少,实时性好,实现方便灵活㊂
关键词:R C 6协议;红外解码;F P G A ;V H D L ;曼彻斯特;Z Y N Q 中图分类号:T N 919.3 文献标识码:A
D e s i g n o f R C -6I n f r a r e d R e m o t e C o n t r o l P r o t o c o l D e c o d i n g B
a s e d o n F P G A Y a n L i a n g 1
,W a n g Y o n g j
i a n 2
,C h e n W e i 3
(1.I N O V A ,Z h u o z h o u 072751,C h i n a 2.B G P E ;3.B G P S
)A b s t r a c t :W i t h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f c o n s u m e r e l e c t r o n i c s ,i n f r a r e d r e m o t e c o n t r o l i s m o r e a n d m o r e w i d e l y u
s e d i n o u r e l e c t r i c a l e -q u i p m e n t .I n m o s t o f e l e c t r i c a l e q u i p m e n t ,t h e i n f r a r e d d e c o d e r i s b a s e d o n a s p e c i a l c h i p ,s o i t i s n o t c o n v e n i e n t t o i m p
l e m e n t w i t h d i f f e r -e n c e i n f r a r e d r e m o t e c o n t r o l p r o t o c o l ,a n d t h e i n f r a r e d d e c o d i n g d e s i g n b a s e d o n F P G A c a n b e e a s i l y i m p l e m e n t e d i n t h i s c a s e .T a k i n g
R C -6i n f r a r e d ,a r e m o t e c o n t r o l p r o t o c o l a s a n d e c o d e e x a m p l e ,t h i s p a p e r s h o w s h o w t o i m p
l e m e n t R C -6d e c o d e w i t h F P G A a n d i n -t e g r a t e i t i n t o t h e e q u i p m e n t s y s t e m.I t s h o w s t h a t i t c a n b e d e s i g n e d t o m a t c h t o d i f f e r e n c e o f i n f r a r e d r e m o t e c o n t r o l p r o t o c o l s y
s t e m s ,i t t a k e s l e s s F P G A r e s o u r c e s ,h a s g o o d r e a l -t i m e p e r f o r m a n c e ,a n d i t i s c o n v e n i e n t a n d f l e x i b l e t o i m p
l e m e n t .K e y
w o r d s :R C -6p r o t o c o l ;i n f r a r e d d e c o d e ;F P G A ;V H D L ;M a n c h e s t e r ;Z Y N Q 0 引 言
红外线的光谱位于红色光之外,波长为0.76~1.5
μ
m ,比红光的波长还长㊂红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制方式,红外遥控具有抗干扰㊁电路简单㊁容易编码和解码㊁功耗小㊁成本低的优点,此外红外遥控几乎适用于所有家电的控制㊂
本项目结合F P G A 可编程逻辑技术,
对通信中用到的R C 6红外遥控协议进行探讨,并设计了一种解码方案㊂经过实验和实际应用验证,其占用资源少,实现灵活,稳定方便,具有一定的应用效果㊂
1 R C 6红外遥控协议
红外遥控协议众多,目前应用比较广泛的主要有以下几个:
(1)N E C 红外遥控协议
N E C 红外遥控协议在日常生活中比较常见,
它的时序图如图1所示㊂
主要特征如下:
①8位地址(
用户码)和8位命令长度(按键值);②每次传输两遍地址码和命令码;
③通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号的调制(P P M )
;④38k H z 载波;
⑤每位的周期为1.12m s (低电平)或者2.25m s
(高电平)
㊂可以看出,N E C 采用脉宽调制方式传输数据,
用户码和命令码都是8位,对复杂应用来说,会存在限制㊂
(2)飞利浦R C 5协议
飞利浦R C 5也是目前应用比较广泛的红外遥控协
议,但是随着电子电器遥控技术应用的日益广泛,它的局限性显露出来,于是飞利浦定义了新的R C 6协议,它是一种通用的㊁定义良好的协议,具备R C 5协议的一切特点,并且比R C 5应用更广泛,
功能更多㊂
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(t o u g
a o .m e s n e t .c o m.c n )
2021年第6期
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图1 N E C 红外遥控时序图
R C 6采用曼切斯特编码,
由相位的变化标示0和1㊂0->1表示0,1->0表示1㊂R C 6使用36k H z 载波对编码后的波形进行调制㊂飞利浦R C 6时序图(0模
式)如图2所示
㊂
图2 R C 6
时序图
图3 开始位波形图
开始位:1位,由
2666μs 的高(
调制)和889μs 的低构成,
如图3所示㊂
模式位:3位,
逻辑1是444μs 的高(
调制)和444μs 的低组成,逻辑0是444μs 的低和444μs 的高(
调制)组成,如图4所示
㊂
图4 模式位波形图
校验位:1位,逻辑1是889μs 的高(调制)和889μs
的低组成,逻辑0是889μs 的低和889μs 的高(
调制)组成,如图5所示㊂
数据位:图6中的地址位和命令位,逻辑1是444μs
的高(调制)和444μs 的低组成,逻辑0是444μs 的低和
444μs 的高(
调制)组成,如图6所示㊂这些编码特点和时序是进行解码的基础㊂
2 R C 6红外遥控解码V H D L 设计
根据R C 6红外遥控协议的编码特点
以及时序图,在数字播放器电路中首先设计了红外解码电路图,如图7所示㊂
其中红外接收电路图8所示㊂
V H D L 设计采用状态机方式进行解码,
对R C 6的解码过程实际上就是对曼彻斯特进行解码㊂这里对R C 6M o d e 0和R C
6M o d e 6A 进行解码,
流程如图9所示㊂曼彻斯特解码采用过采样方式,时钟频
率为1MH z ㊂由于本地时钟为非V C O 时钟,不能进行频率和相位调整,因此在本设
计中采用数字调整方式实时调整采样时刻,
以保证恢复出来的数据无误㊂测试中发现,如果不采用这种方式会出现误码现象,导致
解码出来的数据与实际遥控器发出来的指令不一致㊂本设计中采样时刻定位在3/4位周期,采样调整模块关键代码如下:
S a m p l e G e n :p
r o c e s s (c l k _e n ,c l k _1M ) b e g
i n i f (c l k _e n ='0')t h e
n
图5
校验位波形图
图6 数据位波形图
80
M i c r o c o n t r o l l e r s &E m b e d d e d S y
s t e m s 2021年第6期w w w .m e s n e t .c o m .c n
图7 R C 6
红外解码电路设计
图8 H S 0038B
红外接收电路
图9 R C 6解码流程
s a m p
l e <='0'; c n t <=64;
e l s i
f r i s i n
g _e d g e (c l k _1M )t
h e n s a m p
l e <='0'; c n t <=c n t +1; i f (c n t =(C L K S 4B I T *3))t h e n
s a m p
l e <='1'; e l s i f ((s _f a l l i n g _e d g e ='1'o r s _r i s i n g _e d g
e ='1')a n d (c n t >C L K S 4B I T )a n d (c n t <(C L K S 4B I T *3)))t h e n
c n t <=C L K S 4B I T *2;
e l s i
f (c n t =((C L K S 4B I T *4)-1))t h e n
c n t <=0;
e n d i f
; e n d i f
;e n d p r o c e s s S a m p
l e G e n ;通过上述采样点实时调整模块,可以使得每个曼彻斯
特数据周期都调整一次,从而消除时钟累积误差的影响㊂
3 测试和实验
本次测试设备如下:①基于F P G A 芯片的接收解码
平台为数字播放器的控制器平台,采用X i l i n x 的Z Y N Q
S o C 架构;②R C 6遥控发射器采用歌华有线的红外遥控器㊂实际测试过程中,通过遥控器发送不同的遥控指令,
接收解码平台通过串口打印显示解码数据,不同的按键可解码出对应的码数据,满足了本播放器控制要求㊂
4 结 语
通过实验和实际应用,可以看出:①基于F P G A 的
R C 6解码应用可以方便地集成到系统中去,
不需要专门的解码芯片,只消耗少量的可编程逻辑资源,也可以使用C P L D 可编程逻辑芯片实现,
实现手段灵活,而且实时性好,不需要软件参与解码,减轻了系统负担;②基于F P G A 的R C 6的解码思路适应于R C 6的各种模式解码,只需要做少量修改即可,对于不同的红外遥控协议,可以在不改动P C B 等硬件基础上实现灵活变换
㊂
参考文献
[1]P e t e r J A s h e n d e n .V H D L 设计指南(原书第2版)[M ].
葛红,等译.北京:机械工业出版社,2005.
[2]R C C o f e r ,B e n j a m i n F .H a r d i n g
.F P G A 快速系统原型设计权威指南[M ].北京:机械工业出版社,2014.[3]肖景,赵健.实用遥控电路[M ].
北京:人民邮电出版社,1999.
[4]王敏志.F P G A 设计实战演练(高级技巧篇)[M ].
北京:清华大学出版社,2015.
颜良(高级工程师),主要研究方向为石油地震勘探仪器㊁通信以及
采集技术㊂通信作者:颜良,a r l i a n g 2003@q q
.c o m ㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2020-11-24
)。