无线发码通用遥控编码芯片的ASIC设计_图文

1、无线发码通用遥控编码芯片的ASIC设计王小华,唐 宁(桂林电子科技大学,广西 桂林 541004摘 要:提出了一种通用遥控编码芯片的设计方案,阐述了芯片功能原理,对各模块的主要电路进行了设计、分析,其中给出了一些设计巧妙的电路结构,整个设计采用全原理图输入方式,最大程度地简化了电路,最后对整个方案进行了仿真。这种通用遥控编码芯片可以完成对遥控电路发送端数字基带信号的编码。外围电路简单,大大简化了板极电路的复杂度、成本低,可靠性高。这种编码芯片可以应用在家用电器遥控、车库门控制、防盗报警系统等多种遥控场合。F PGA是一种新型的高密度大容量的PLD。整个方案在FPGA中通过了原型验证。关键词:A

2、 SI C;遥控;编码IC;数字电路;计数器中图分类号:T N402 文献标识码:A 文章编号:1008-3545(200604-0043-05一、引 言随着电子技术的飞速发展,新型大规模遥控集成电路的不断出现,使遥控技术有了日新月异的发展。近年来,遥控技术在国防、军事、工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。为了使遥控命令能够有效可靠的传送,同时能够区别其它同类遥控器发出的遥控命令而避免相互串扰,此通用遥控编码芯片的编码信号中还要有同步信号和地址信号,分别用于帧识别和用户识别,每一种串行编码信号都有特定的帧格式。研究表明,采用该方法设计的编码芯片拥有20位内码,可预烧

3、100万组内码组合,比同类编码芯片降低了重码率。二、编码字的格式能实现编码功能的逻辑电路称为编码器。每一种遥控编码芯片都有一种特定的编码格式。我们把传送一位二进制数0或者1的时间作为一个时间单位T,编码信号的频率为F=1/T。这里用的是一种比较常用的编码格式,如图1所示。每一帧由同步码、地址码和数据码组成,同步码用在一帧的开始,是一帧的识别标志,宽度为8T,地址码20位(A0 A19,宽度为20T,数据码4位(D0 D3,宽度为4T,总共一帧占据的时间是32T 。图1 编码字格式对应于每一种状态,编码芯片内部能够生成一种特殊的编码,这种编码也是由1!和0!组成,但并不是简单的用高电平代表1!,

4、用低电平代表0!,而是用高电平与低电平宽度比例的不同来区分1!和0!,也就是所谓的占空比。为了提高此编码芯片传输串行信号的可靠性,故此编码芯片采用一个周期的占空比为1/4的脉冲表示0,占空比为3/4的脉冲表示1,同步信号用一个占空比为1/32的脉冲表示,如图2所示。43 图2 信号占空比图2中的4h=T,把图中时间长度为h 的高低电平做为二进制的1和0,那么同步信号表示为串行的1个1加上连续31个0,地址或数据位的0和1分别表示为串行的1000和串行的1110。 三、编码芯片设计本设计是在Altera 公司的FPGA FLEX10K 系列器件上实现的,使用的开发软件是MAX+plusI I,采

5、用原理图输入和文本输入(Verilog H DL 硬件描述语言相结合的方式。整个系统由振荡电路,同步电路,分频电路,计数器产生地址信号,并串转换电路,存储器,输出控制等模块组成。1 振荡电路这部分电路产生整个编码芯片所需的时钟信号,振荡器采用常用的CMOS 振荡器结构,此CM OS 振荡器电路只需2个CMOS 反向器,一个电容,两个电阻,振荡器的调制频率必须远低于振荡频率f ,既f 0R ,所以此振荡电路的频率为f =1/T =12.2RC.振荡电路如图3所示。图3 振荡器电路2 同步电路在编码芯片电路中,同步电路的作用是产生具有某种特征的同步信号,同步信号一般是用不同形状的脉冲来代表的。对同

6、步脉冲有以下的要求:同步脉冲要比指令脉冲的抗干扰能力强,这样可以提高遥控设备的抗干扰能力;同步脉冲应具有不同于指令脉冲的特征,以便译码电路能将它鉴别出来;同步脉冲的产生电路及鉴别电路应尽量简单可靠。本设计的同步电路经过D 触发器滤除毛刺。电路原理图和仿真波形如图4所示。 图4 同步电路44由以上的仿真波形图可以看出,以时间单位为T=4h 的高低电平表示二进制数的 1!和 0!,整形后的同步信号为10000000000000000000000000000000。3 分频电路及地址信号分频电路用来产生串行的1000与1110,1000与1110分别代表地址位与数据位的 0!和 1!。同时分频电路的

7、shuchu1经过一个非门后作为20位输出的计数器的时钟信号,这20位输出作为产生编码芯片的地址信号,这样使输出的20位地址经过四个时钟信号后才有输出,同时输出的20个地址为低电平或者高电平。为了使信号避免相互干扰和码间冲突,在输出的地址位分别加上一个非门,这样地址位就有了高电平与低电平的区别。当地址位为高电平 1!时,使这个地址位与分频器的输出Z11相与,当地址位为低电平 0!时,通过一个非门使这个地址位与分频器的输出Z22相与,两个相与后的输出经过一个或门,或门的输出就得到了编码芯片的20位地址,这样产生的20位地址避免了相互串扰、降低了重码率。当计数器的输出为仿真波形图所画的圆圈时,20

8、位地址的 1!和 0!分别用占空比为1110和1000表示,1110和1000用16进制表示为E 和8,那么地址信号为80位,80位用16进制表示为88888888888888888E8E,电路原理图与仿真波形如图5: 图5 20位地址信号454 存储器电路存储器电路由编码芯片的按键K1、K2、K3、K4作为地址信号,四位数据D1、D2、D3、D4作为存储器的输出,存储器的四个数据输出分别经过两个非门作为四个D 触发器的输入,每个D 触发器的时钟为四分频电路的shuchu2.D 触发器输出的4个数据位为低电平或者高电平。为了使信号避免相互干扰和码间冲突,在输出的数据位分别加上一个非门,这样数据

9、位就有了高电平与低电平的区别。当数据位为高电平 1!时,使这个数据位与分频器的输出Z11相与,当数据位为低电平 0!时,通过一个非门使这个数据位与分频器的输出Z22相与,两个相与后的输出经过一个或门,或门的输出就得到了编码芯片的4位数据位,这样产生的4位数据位避免了相互串扰、降低了重码率。5 并-串转换电路能过将并行数字信号转换为串行数字信号的电路称为并-串转换电路。所谓并行信号就是n 条信号线在传输时必须是各位同时传送。而串行信号是从低位到高位或者从高位到低位顺序逐位传输的。此编码芯片的并-串转换电路采用四片74LS165与一片CT54194组成。四、仿真及分析综合考虑实际的应用和成本,拟以

10、2 2um 的铝栅工艺流片,按照nmos 管宽长比为31,pmos 管宽长比为61的比例设置(有些地方需要做适当调整,对于有毛刺输出的要加D 触发器消除。由以上各个模块组成编码芯片的整体电路在开发软件MAX+plusII 上输出的一帧信号的仿真波形如图6。 图6 一帧信号五、结 语综上所述,无线发码通用遥控编码芯片的研制,采用了较为先进的技术。该芯片的逻辑设计,仿真,版图绘制及验证在tanner 设计环境中完成。由于电路规模较小,采用全定制手工布线,大大减小了芯片面积。该芯片采用2 2um 的铝栅工艺制造,成本低廉、工艺成熟、稳定可靠,因此本设计适合开发各种低成本遥控报警器及各种遥控系统,如可

11、应用在家用电器遥控、车库门控制、防盗报警器等多种遥控场合。此通用编码芯片不仅可以给人们的工作和生活带来很多的便利,同时具有较好的推广应用价值。在具体的应用中,外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节,阻值越大振荡频率越慢,编码的宽度越大,发码一帧的时间越长。参考文献1肖景和,赵健 无线电遥控组件及其应用电路M 北京:人民邮电出版社,2004 2江国强 EDA 技术与应用M 北京:电子工业出版社,20043夏宇闻,胡燕祥,刁岚松 Verilog HDL 数字设计与综合M 北京:电子工业出版社,2004.4何书森 实用遥控电路原理与设计速成M 福州:福建科学技术出版社,20025Knneth W M

12、artin.Digital I ntegrated Circuit Design M .Beijing :Publishing.House of Electronics Industry ,2002.46T he Design of A U niversal Remote Control Encoder Based on FPGAWAN G Xiao hua,TAN G Ning(Guilin U niversity o f Electronic T echnology,Guang xi Guilin,541004ChinaAbstract:T he paper brings for ward

13、 a scheme for the encoder IC of a universal remote contro l,expounds the pr inciple,analyses the schematic circuit of ever y modules and g ives many of crafty circuits.All of the designs using schematic make the circuits br ief.In the end of the paper gives the simulated result.T he encoder IC has l

14、ow NR E costs and high credibil ity,it can encode t he tr ansmit terminal base band signal w ell and make the peripheral cir cuit simple,T his encoder can be used in many remote control device such as family electrical apparatus,carbarn gate control,g uard against and alarm system,and so on.F PGA is

15、 a type of Progr ammable L ogic Device,w hich has high density and large capacity.T his design i s cor roborated in FP GA.Key words:A SI C;remote control;encoder I C;dig ital circuit;counter收稿日期:2006-09-27简 讯我区开展通信行业工程系列高级专业技术职务任职资格的评审工作为适应我区通信业改革和发展的需要,满足区内通信业界广大科技人员申报相应高级专业技术职务资格的需要和客观、公正、科学地评价通信专业技术人员的技术水平和业务素质,广西区通信管理局近日发出通知开展我区2007年通信行业高级专业技术职务任职资格的评审工作。根据广西区通信管理局2007年的工作安排,广西通信行业高级专业技术职务任职资格评审委员会将在全区开展通信行业工程系列的高级专业职务任职资格评审工作。凡在区内公有制或非公有制企业、国家机关和事业单位现从事通信专业研究、开发、设计、