基于NiosⅡ的學(xué)習(xí)型遙控器設(shè)計

摘要：以Altera FPGA系列Cyclone EPlCl2Q240C8器件為載體，通過SoPC技術(shù)構(gòu)建嵌入式軟核NiosⅡ處理器平臺，運用Verilog HDL硬件描述語言設(shè)計等精度測量載波頻率IP核、紅外信號解調(diào)IP核、紅外編碼脈寬測量IP核和紅外發(fā)送調(diào)制邏輯電路，以實現(xiàn)載波的精確測量、紅外信號解調(diào)、脈寬測量和調(diào)制功能，并給出了外圍硬件電路和軟件設(shè)計方案。實驗表明，該遙控器解決了單片機因時鐘頻率低而無法對載波頻率進行測量的瓶頸，實現(xiàn)了對任何一款普通遙控器的按鍵編碼學(xué)習(xí)，真正完成了學(xué)習(xí)型遙控器的學(xué)習(xí)功能。
關(guān)鍵詞：軟核處理器；等精度；遙控器；FPGA／SoPC

O 引言
紅外遙控器在家電產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用，但各產(chǎn)品的遙控器采用了不同的頻率或編碼方式，導(dǎo)致這些遙控器不能相互通用，這給人們的生活帶來了諸多不便。針對這個問題，很多廠家設(shè)計和生產(chǎn)了一種稱為萬能遙控器的紅外信號遙控裝置，這類遙控器大多數(shù)采用復(fù)制遙控器紅外波形達到學(xué)習(xí)目的，其方法簡單，實現(xiàn)起來較方便，通過對不同普通遙控器發(fā)出的紅外線編碼進行學(xué)習(xí)和存儲，可以對多個家用電器進行遙控，從而可以減少家庭中遙控器的數(shù)目。但是，這類遙控器通常采用專用 ASIC或單片機來實現(xiàn)，并且只能接收單一載波的紅外信號編碼，導(dǎo)致實際使用時有諸多局限，主要體現(xiàn)在：如果家用電器遙控裝置的載波頻率不同，萬能遙控器將無能為力；不同的家用電器使用單一的遙控器界面，容易產(chǎn)生混淆和誤操作；受存儲空間的限制，能夠支持的遙控器數(shù)目有限。
因此，本文設(shè)計了一種基于NiosⅡ的紅外學(xué)習(xí)型遙控器，把載波頻率測量、紅外信號解調(diào)、脈寬測量、調(diào)制發(fā)送IP核集中到FPGA器件上，極大地簡化外圍硬件電路，利用了Nios軟核CPU的32位處理器，可以很好地對脈寬進行精確測量，同時提高處理速度，能夠精確地對載波頻率進行測量，并將原始的紅外信號進行最大程度上無失真還原，解決了單片機因時鐘頻率低無法對載波頻率進行測量的瓶頸，實現(xiàn)了對各種各樣紅外遙控的學(xué)習(xí)，真正完成了學(xué)習(xí)型遙控器的學(xué)習(xí)功能。

1 整體設(shè)計方案
系統(tǒng)主要由NiosⅡ處理器、Avalon總線、EPCS控制器、SDRAM控制器、FLASH控制器、輸入輸出I／O口、等精度測量載波頻率IP核、紅外信號解調(diào)IP核、紅外編碼脈寬測量IP核、紅外發(fā)送調(diào)制邏輯電路、中斷控制器等組成，如圖1所示。上電后，系統(tǒng)通過EPCS調(diào)用系統(tǒng)配置信息，系統(tǒng)進行初始化。當(dāng)“學(xué)習(xí)”鍵按下時，通過I／O口中斷產(chǎn)生一個測量紅外載波頻率請求信號，此時“學(xué)習(xí)”指示燈亮。當(dāng)檢測到外部遙控紅外信號時，處理器通過Avalon總線調(diào)用等精度測量載波頻率IP核開始測量頻率，“學(xué)習(xí)”指示燈熄滅表示學(xué)習(xí)載波頻率成功。接下來通過“家電”按鍵即可將該載波頻率儲存到該家電紅外編碼FLASH載波頻率存儲區(qū)域。對應(yīng)的“家電”指示燈亮，表示可以進入該家電紅外遙控信號學(xué)習(xí)或發(fā)送階段。學(xué)習(xí)時，只需將家電遙控器發(fā)送窗對準(zhǔn)學(xué)習(xí)型遙控器的接收窗，發(fā)送紅外遙控信號。此時Nios軟核處理器會通過Avalon總線調(diào)用紅外信號解調(diào)IP核和紅外編碼脈寬測量IP核，完成紅外信號的解調(diào)和一幀完整編碼脈寬高低電平時間測量(此過程中處理的所有數(shù)據(jù)存儲在SDRAM中)。當(dāng)“學(xué)習(xí)”燈再次亮起，表示該信號已得到確認(rèn)。按下學(xué)習(xí)型遙控器的任一功能鍵，即可將該信號送到指定的該家電按鍵FLASH存儲區(qū)域；發(fā)送時，先選擇“家電”選擇鍵(即選定了載波頻率)，然后按下“功能鍵”時，NiosⅡ處理器會自動調(diào)用FLASH存儲數(shù)據(jù)，通過紅外發(fā)送邏輯電路調(diào)制到載波上，完成紅外信號還原。