基于FPGA的红外收发器的设计

课题设计 —— 设计要求
设计要求：
1. 使用Quartus II集成开发工具，分析红外收发器的 各个模块。
2. 在FPGA的模块化开发环境下对各个控制块进行分 块处理，再进行顶层综合、仿真。
3. 红外收发器的各个模块使用VHDL语言实现。
课题设计 —— FPGA的相关介绍
FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现 场可编程门阵列。
可编程输入输出单元 （IOB） 可配置逻辑块 （CLB）
数字时钟管理模块 （DCM）
FPGA的基本组成
嵌入块式RAM (BRAM)
内嵌专用硬核
强大的布线资源
内嵌的底层功能 单元
课题设计
—— FPGA的相关介绍
FPGA的 优势
研发周期短， 成本低，可定 配置多样化， 制ASIC电路 并且可以反复 多次进行使用 式样芯片
课题设计
——红外接收
此次设计中使用PWM编码，一般的数 据格式如下
0码由0.56ms低电平和0.56ms高电平组 成，脉冲宽度为1.125ms；1码由0.56ms低电 平和1.68ms高电平组成。在编写程序时可以 通过脉冲的宽度来判断0或1信号。
课题设计
—— 红外解码
在接收完信号后，就将进行解码的步骤。解 码的关键是红外接收器如何识别“0”和“1”，从 位的定义可以看出来“0”、“1”均从0.56ms的低 电平开始，不同的是高电平的宽度，“0”为 0.56ms,“1”为1.68ms,所以要根据高电平的宽度区 别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后，经过 0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为 “0”，否则为“1”，但是延时需要比0.56ms长些 ，但不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到 的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms ）/2=0.84ms为延时时间。根据红外编码的格式， 程序应该等待9ms的起始码和4.5ms的引导码完成 后才能开始读取数据。
课题设计
码。
—— 设计思路
本程序主要功能是接收红外信息，并且解 主程序分为以下几个模块：分频和计数、 状态机、数码管显示。在FPGA的模块化开发 环境下对各个控制块进行分块处理，再进行顶 层综合、仿真。 使用分频计数部分主要实现50Mz与采样频 率的同步问题，使采样频率满足红外接收器的 要求，同频率输入存储。状态机部分主要依据 红外编码规则，实现红外编码的解码，利用状 态转换方式区分不同区域的红外编码，从而实 现相应的译码。
课题设计
—— VHDL语言的优势
丰富的仿真 语句和函数库
对设计的描述 具有相对独立 性
VHDL源自文库优势
强大的行为 描述能力
分解大规模设 计和对已有设计 再利用
课题设计
—— Quartus Ⅱ
Quartus II 是Altera 公司推出的EDA软件 工具，其设计工具完全支持VHDL、Verilog 的 设计流程，其内部嵌有VHDL、Verilog逻辑综 合器。
我此次使用的Quartus II 9.0是Altera公司提供的一套 集成编译、布局布线和仿真 工具在内的综合开发环境。
课题设计
—— 红外发射
现有的红外发射方式有两种：PWM（脉冲宽 度调制）和 PPM（脉冲位置调试） PWM:以发射红外载波的占空比代表0,1信号。 为了节省能量，通过不发射载波的时间来改变占空 比，例如NEC的upd6121，其0为载波发射0.56ms, 不发射0.56ms；其1为载波发射0.56ms，不发射 1.68ms。 PPM:一发射载波的位置表示0和1，从发射载 波到不发射载波为0，从不发射载波到发射载波为1 。其发射载波和不发射载波的时间都为0.68ms。
课题设计
N
—— 整体流程图
程序初始化
是否有红外 接收？ Y
开始解码
N
解码正确？
Y LED显示
结束并返回
程序仿真
结论
在 key_in 中输入1111、且infrared_in 处于工作状态下，运行程序后，得到验证接 收信号的输入信号反码的data_result的值为 “0000”，红外发射和接收正确。此时 ringout变“1”响铃后，ledout的值变为“1” 开始在LED上输出红外接收器所接收到并解 码后的数值。当LED开始显示数值的时候 ringout变为“0”停止响铃，而ledout始终为 “1”保持高电平状态，让LED持续显示。由 此，可以得出结论：程序仿真成功并且能达 到预期的目的。
含有大量的 I/O口和触发 器，设计更 方便
采用COMS， 降低功耗， 增强兼容性
课题设计
—— VHDL语言的相关介绍
VHDL的英文全名Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language(超高速集成 电路硬件描述语言)，产生于1982年。 以VHDL描述的逻辑电路，可以利用逻辑综合 和布线工具软件，快速地烧录至 FPGA 上进行测试 ，这些可编程逻辑元件可以被用来实现一些基本的 逻辑门数字电路或者更复杂一些的组合逻辑功能。
结束语
感谢老师们在我的论文设计期间给予的帮 助和指导。通过这个课题的研究，让我深入了 解到了FPGA作为现代主流的硬件学科，其强 大的功能和完善的配置。同时，也让我更加充 分的认识到了VHDL语言的独特魅力。 由于本人的学识有限，恳请各位老师批评 指正！
基于FPGA的红外 收发器的设计
导 师: 答 辩 人: 专业班级:
论文框架
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研究背景 课题设计
程序仿真
结论
研究背景
当今世界，电器的普及使得控制技术方面 得到如火如荼的发展。随着科技的进步发展， 红外线遥控技术的逐步成熟，红外也成为一种 通信和遥控手段。目前红外技术作为一种高科 技技术，信息可以直接通过红外光传输，也可 用红外线产生一定频率的载波，在通过调制， 解调最后获得信息。 红外技术现在已经运用到了生产生活中的 各个部分，它不仅安全性能高、抗干扰能力强 以及运用范围广泛，这使红外技术成为一个相 当有研究意义的一项课题。