基于fpga的红外遥控信号解码设计

电子技术与软件工程
Electronic Technology & Software Engineering 电子技术
Electronic Technology
基于FPGA 的红外遥控信号解码设计
文/陈韵文肖顺文郑瑞王涌罗春梅
(西华师范大学电子信息工程学院 四川省南充市 637009 )
摘 要：本文针对红外遥控信号解码电路，设计了基于FPGA 的红外遥控信号解码电路系统。

本系统包括红外解码关键电路设计和红 外解码状态机设计。

经过电路仿真，FPGA 板级测试，本电路系统达到红外遥控信号解码电路功能要求。

关键词：Verilog HDL;红外遥控；FPGA
红外遥控具有体积小、信息传输可靠、功耗低、成本低等显著
特点⑴，广泛应用于家用家电、工业控制等领域。

红外线为不可见光， 不受电磁环境的干扰，方向性好，同时也具有不干扰其他用电设备
工作，不影响周边环境的良好优点，因此，研究红外遥控系统工作 原理并设计实现显得尤为必要。

本文采用Verilog HDL 来设计实现
红外遥控信号的解码，这种基于FPGA 实现的红外解码比传统方式 解码速度更快、精确率更高。

1红外遥控系统工作原理
红外遥控系统一般分为发送端和接收端两部分，如图1所示。

发送部分的发送元器件为红外发光二极管，通过发送电路使其发出
具有特定编码信号的红外线。

接收电路接收光信号主要元件是红外
接收管，其接收到发送端发出的红外线后经一系列光电转换电路、
放大电路后，转换成相应电信号。

2红外遥控协议
本系统采用的是基于NEC 红外通信协议而生产的HT6221遥
控编码芯片，其采用的PPM 编码方式，即脉冲相位调制。

基于 HT6221遥控芯片的遥控装置发送的数据格式如图2所示。

数据帧
由引导码、8位低位地址码、8位高位地址码、8位数据码、8位数 据反码构成[2]o
引导码由9ms 高电平和4.5ms 低电平组成，代表一帧数据的起 始，也即是帧头⑶。

地址码前8位是低位，后8位为高位。

所以，
理论上NEC 协议可以支持216个不同用户。

数据码由8位二进制构
成，理论上可知NEC 协议支持才个用户指令。

数据反码是由数据 码波形取反而得，主要是用于数据校验，增强红外遥控的可靠性。

在NEC 协议中，区别逻辑“0”和逻辑“1”是根据高低电平 持续时间的长短，逻辑“0”用0.56ms 高电平加上0.56ms 低电平表示 逻辑“ 1 ”则用0.56ms 高电平加上1.69ms 低电平表示叫
3基于FPGA 红外解码电路系统设计实现3. 1红外解码关键电路设计
通过对NEC 协议的认识，知道对引导码和逻辑“0”逻辑“ 1 ” 的识别是解码的关键⑸。

红外线一体化接收头接收到光信号后，经
一系列转换、放大电路后输出与发送信号倒向的数据信号，即发送
端发送的高电平信号，红外线一体化接收头输出低电平信号，发送 端发送的低电平信号，红外线一体化接收头输出高电平信号。

所以，
要能解码出正确的红外信号，关键是识别出9ms 的低电平、4.5ms 的高电平、560us 的低电平、1690us 的高电平、560us 的高电平⑹。

因此需要4个计数器分别对9ms 、4.5ms 、0.56ms> 1.69ms 进行计 数判断，当然，因为不同遥控厂家精度不一定完全一致，这里给定 计数器值的一定范围来实现以兼容不同厂家生产的遥控设备。

部分
Verilog HDL 源程序如下：
//9ms 识别，计数值在8.5ms 至9.5ms 之间
发射端 接收端
图1：红外遥控系统工作原理图
图2： NEC 数据帧格式
图3:红外解码状态机j ?兆转图
always@(posedgeClk or negedgeRst n)
if(!Rst_n)
time9ms <= 1'bO;
else if(cnt> 19'd425000 &&cnt<19'd475000)
time9ms <= l'bl;
else
time9ms <= 1'bO;
//4.5ms 识别，计数值在4.25ms 至4.75ms 之间
always@(posedgeClk or negedgeRst n)
if(!Rst_n)
time4_5ms <= 1'bO;
else if(cnt> 19'd212500&&cnt<19'd237500)
time4_5ms <= l'bl;
else
time4_5ms <= 1'bO;
//0.56ms 识别，计数值在0.5ms 至0.6ms 之间
always@(posedgeClk or negedgeRst n)
if(!Rst_n)
time560us <= 1'bO;
else if(cnt> 19*d25000 &&cnt<19'd30000)
time560us <= l'bl;
else
time560us <= 1'bO;
//1.69ms 识别，计数值在1.5ms 至1.8ms 之间
•基金项目：四川省教育厅人才质量重点项目(JG2018-691);校科研创新团队及英才科研基金项目(CXTD2017-8. 17YC055)。

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图4：功能仿真波形[So
Index ~P[31・・0]Type Alas Name
■EBSS
Data「8予卡卡讣q
B54AFF00h B54AFF00h
图5:ISSP抓取数据
always@(posedgeClk or negedgeRst n)
if(!Rst_n)
timel690us<=1'bO;
else if(cnt>19'd75000&&cnt<19*d90000)
time1690us<=l'bl;
else
timel690us<=1'bO;
3.2红外解码状态机设计
红外解码状态机跳转图如图3所示，从解码流程分析，可以分为4个状态：
IDLE:空闲状态，等待一体化接收头信号到来。

CHECK_T9:识别9ms低电平引导码到来，如果识别成功则继续识别4.5ms的高电平引导码，识别不成功则返回IDLE空闲状态。

CHECK_T4_5:识别4.5ms高电平引导码到来，如果识别成功则进入数据码解码状态REC_DATA,识别不成功则返回IDLE空闲状态。

REC_DATA：数据码解码状态，32位码字识别完成后，完成一次红外解码，回到IDLE空闲状态。

4测试结果及分析
在QuatursII软件中编译无误后，设置好testbench脚本，然后调用OEM版本的仿真软件Modelsim-Altera进行功能仿真，可以看到部分仿真波形数据，如图4所示。

从仿真波形看，一体化接收头输出数据ilR产生了一帧数据，在一帧数据传输完成后，解码完成标志信号Rec ok产生一个单时钟高电平。

Rec ok产生一个单位时钟后，可以看到解码后的数据De_Data为1101」010_0010_0101,高8位与低8位互为反码，与NEC协议数据码编码规则一致。

将低8位转换为十六进制后为25H,与在激励文件中设置的数据一致。

得出该设计结果符合设计的要求。

为了更进一步检验红外信号解码的正确性，将进行板级验证。

首先在QuatursII中分配好引脚，进行全编译，通过JTAG配置数据下载到FPGA芯片中。

然后启动QuatursII软件中的ISSP进行数据抓取，将数据显示格式调整为Hexadecimal,使用遥控器按“9”，FPGA解码后，ISSP抓取的B54AFF00h,如图5所示，从使用HT6221遥控芯片的遥控器键码图中，知道按键“9”对应键码为4AH,计算出其反码为B5H,与ISSP抓取的数据一致，符合设计要求。

5结束语
本文介绍了红外遥控信号解码原理，分析了红外遥控系统的组成以及红外遥控信号的编码规则，并采用硬件描述语言Verilog HDL完成了红外遥控信号解码电路的实现。

通过红外线接收头接收遥控器发送的遥控信号，用FPGA对接收信号进行解码。

经过电路仿真，板级测试，符合设计要求。

参考文献
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电子科技大学,2015:19-20.
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⑸李雪莹.基于单片机的空调红外线编解码系统的设计和实现
[D].成都：电子科技大学,2014:15.
⑹钟炜楠，吴允平，苏伟达，李汪彪，王廷银.基于嵌入式系统
的红外通讯解码应用[J].计算机系统应用,2019,28(8):246-250.
作者简介
陈韵文(1991-),男，四川省营山县人。

硕士研究生。

主要研究方向为软件无线电、EDA技术及SOPC技术。

肖顺文(1970-),男，四川省金堂县人。

硕士学位，教授。

主要研究方向为软件无线电、EDA技术及SOPC技术。

郑瑞，硕士研究生。

主要研究方向为软件无线电、EDA技术及SOPC 技术。

王涌，硕士研究生。

主要研究方向为软件无线电、EDA技术及SOPC 技术。

罗春梅，硕士研究生。

主要研究方向为软件无线电、EDA技术及SOPC技术。

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