基于FPGA的红外收发器的设计

1、论文框架论文框架研究背景研究背景课题设计课题设计程序仿真程序仿真结论结论1234研究背景研究背景 当今世界，电器的普及使得控制技术方面当今世界，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，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，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。解调最后获得

2、信息。 红外技术现在已经运用到了生产生活中的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。当有研究意义的一项课题。 课题设计课题设计 设计要求设计要求 设计要求：设计要求： 1. 使用使用Quartus II集成开发工具，分析红外收发器的集成开发工具，分析红外收发器的各个模块。各个模块。2. 在在FPGA的模块化开发环境下对各个控制块进行分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。块处理，再进行顶层

3、综合、仿真。3. 红外收发器的各个模块使用红外收发器的各个模块使用VHDL语言实现。语言实现。 课题设计课题设计 FPGAFPGA的相关介绍的相关介绍 FPGA（FieldProgrammable Gate Array），即现），即现场可编程门阵列。场可编程门阵列。可配置逻辑块（CLB） 嵌入块式RAM(BRAM) 强大的布线资源 内嵌的底层功能单元 内嵌专用硬核 数字时钟管理模块（DCM） 可编程输入输出单元（IOB） FPGA的基本组成 课题设计课题设计 FPGA的相关介绍的相关介绍FPGA的优势研发周期短，成本低，可定制ASIC电路式样芯片配置多样化，并且可以反复多次进行使用含有大量的I

4、/O口和触发器，设计更方便采用COMS，降低功耗，增强兼容性 课题设计课题设计 VHDL语言的相关介绍语言的相关介绍 VHDL的英文全名的英文全名Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language(超高速集成超高速集成电路硬件描述语言电路硬件描述语言)，产生于，产生于1982年。年。 以以VHDL描述的逻辑电路，可以利用逻辑综合描述的逻辑电路，可以利用逻辑综合和布线工具软件，快速地烧录至和布线工具软件，快速地烧录至 FPGA 上进行测试上进行测试，这些可编程逻辑元件可以被用来实现一些基本的，这些可编程逻辑元件可以被用

5、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逻辑门数字电路或者更复杂一些的组合逻辑功能。 课题设计课题设计 VHDL语言的优势语言的优势对设计的描述具有相对独立性分解大规模设计和对已有设计再利用强大的行为描述能力丰富的仿真语句和函数库VHDL的优势 课题设计课题设计 Quartus Quartus II 是是Altera 公司推出的公司推出的EDA软件软件工具，其设计工具完全支持工具，其设计工具完全支持VHDL、Verilog 的的设计流程，其内部嵌有设计流程，其内部嵌有VHDL、Verilog逻辑综逻辑综合器。合器。 我此次使用的我此次使用的Quartus II 9.0是是Al

6、tera公司提供的一套公司提供的一套 集成编译、布局布线和仿真集成编译、布局布线和仿真 工具在内的综合开发环境。工具在内的综合开发环境。 课题设计课题设计 红外发射红外发射 现有的红外发射方式有两种：现有的红外发射方式有两种：PWM（脉冲宽（脉冲宽度调制）和度调制）和 PPM（脉冲位置调试）（脉冲位置调试） PWM:以发射红外载波的占空比代表以发射红外载波的占空比代表0,1信号。信号。为了节省能量，通过不发射载波的时间来改变占空为了节省能量，通过不发射载波的时间来改变占空比，例如比，例如NEC的的upd6121，其，其0为载波发射为载波发射0.56ms,不发射不发射0.56ms；其；其1为载波

7、发射为载波发射0.56ms，不发射，不发射1.68ms。 PPM:一发射载波的位置表示一发射载波的位置表示0和和1，从发射载，从发射载波到不发射载波为波到不发射载波为0，从不发射载波到发射载波为，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。其发射载波和不发射载波的时间都为0.68ms。 课题设计课题设计 红外接收红外接收 此次设计中使用此次设计中使用PWM编码，一般的数编码，一般的数据格式如下据格式如下 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。

8、 课题设计课题设计 红外解码红外解码 在接收完信号后，就将进行解码的步骤。解在接收完信号后，就将进行解码的步骤。解码的关键是红外接收器如何识别码的关键是红外接收器如何识别“0”和和“1”，从，从位的定义可以看出来位的定义可以看出来“0”、“1”均从均从0.56ms的低的低电平开始，不同的是高电平的宽度，电平开始，不同的是高电平的宽度，“0”为为0.56ms,“1”为为1.68ms,所以要根据高电平的宽度区所以要根据高电平的宽度区别别“0”和和“1”。如果从。如果从0.56ms低电平过后，经过低电平过后，经过0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，

9、否则为，否则为“1”，但是延时需要比，但是延时需要比0.56ms长些长些，但不能超过，但不能超过1.12ms,否则如果该位为否则如果该位为“0”，读到，读到的已是下一位的高电平，因此取（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，为延时时间。根据红外编码的格式，程序应该等待程序应该等待9ms的起始码和的起始码和4.5ms的引导码完成的引导码完成后才能开始读取数据。后才能开始读取数据。 课题设计课题设计 设计思路设计思路 本程序主要功能是接收红外信息，并且解本程序主要功能是接收红外信息，并且解码。码。 主程序分为以下几个模块：分频和

10、计数、主程序分为以下几个模块：分频和计数、状态机、数码管显示。在状态机、数码管显示。在FPGA的模块化开发的模块化开发环境下对各个控制块进行分块处理，再进行顶环境下对各个控制块进行分块处理，再进行顶层综合、仿真。层综合、仿真。 使用分频计数部分主要实现使用分频计数部分主要实现50Mz与采样频与采样频率的同步问题，使采样频率满足红外接收器的率的同步问题，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，从而实态转换方式区分不同区

11、域的红外编码，从而实现相应的译码。现相应的译码。 课题设计课题设计 整体流程图整体流程图结束并返回程序初始化是否有红外接收？开始解码解码正确？LED显示YYNN程序仿真程序仿真结论结论 在在 key_in 中输入中输入1111、且、且infrared_in 处于工作状态下，运行程序后，得到验证接处于工作状态下，运行程序后，得到验证接收信号的输入信号反码的收信号的输入信号反码的data_result的值为的值为“0000”，红外发射和接收正确。此时，红外发射和接收正确。此时ringout变变“1”响铃后，响铃后，ledout的值变为的值变为“1”开始在开始在LED上输出红外接收器所接收到并解上输出红外接收器所接收到并解码后的数值。当码后的数值。当LED开始显示数值的时候开始显示数值的时候ringout变为变为“0”停止响铃，而停止响铃，而ledout始终为始终为“1”保持高电平状态，让保持高电平状态，让LED持续显示。由持续显示。由此，可以得出结论：程序仿真成功并且能达此，可以得出结论：程序仿真成功并且能达到预期的目的。到预期的目的。 结束语结束语 感谢老师们在我的论文设计期间给予的帮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