工業(yè)控制計(jì)算機(jī)紅外線遙控鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)

　　0.引言

　　對(duì)于工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)輸入設(shè)備鍵盤(pán)幾乎是必不可少的。在按鍵數(shù)目較少時(shí)，一般直接利用按鍵控制接口線的高低電平來(lái)表示，因此需要相應(yīng)的接口支持，由于單片工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)接口線數(shù)目有限，為了減少占用接口線常常采用一鍵定義多功能，但這又增加了軟件的復(fù)雜性;在按鍵數(shù)目較多時(shí)，則大多采用動(dòng)態(tài)掃描的方式構(gòu)成鍵盤(pán)矩陣，這種鍵盤(pán)雖然結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)程序易于設(shè)計(jì)，但是在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)往往需要花很多的時(shí)間去設(shè)計(jì)印刷電路板、考慮面板布局，而且在硬件資源比較緊張時(shí)，還要考慮擴(kuò)充I/ O口，從而使得電路變得越來(lái)越復(fù)雜。

　　2.系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　本文介紹一種利用紅外線發(fā)射裝置作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)輸入鍵盤(pán)的接口原理和實(shí)現(xiàn)方法，該接口可以最大限度地減少對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件資源要求，僅占用一根接口線，在系統(tǒng)的面板上只需一個(gè)小的接收窗。整個(gè)接口由發(fā)射和接收兩部分組成。對(duì)于單片工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)所需的按鍵數(shù)目少于30時(shí)，發(fā)射部分可以直接使用成品紅外遙控發(fā)射器，如果自行設(shè)計(jì)發(fā)射部分，則可以支持60個(gè)鍵左右，其中有兩鍵用于構(gòu)成組合按鍵。接收部分的接口電路也非常簡(jiǎn)單，無(wú)需布線，只要將成品模塊的輸出直接接到單片工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)的任一I/ O接口線即可，同時(shí)驅(qū)動(dòng)程序也易于設(shè)計(jì)。由于鍵盤(pán)采用無(wú)線方式，因此所構(gòu)成的單片機(jī)可以方便地滿足一些需要遠(yuǎn)距離控制的場(chǎng)合，以及一些特殊場(chǎng)合，例如：?jiǎn)纹I(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)在一個(gè)密封的容器內(nèi)，通過(guò)玻璃小窗進(jìn)行參數(shù)輸入或控制;單片工業(yè)控制微機(jī)周?chē)h(huán)境不適宜用戶近距離操作等。

　　3.紅外線遙控鍵盤(pán)的硬件組成

　　由集成芯片PT2248構(gòu)成的紅外線遙控鍵盤(pán)發(fā)射電路見(jiàn)圖1.00H~09H為數(shù)字鍵，0AH為復(fù)位鍵，0BH為取消鍵。

　　圖1紅外線遙控鍵盤(pán)發(fā)射電路原理圖

　　紅外線遙控鍵盤(pán)發(fā)射電路采用脈時(shí)調(diào)制(PPM)方式，將遙控指令調(diào)制成脈沖序列，并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去。遙控指令有12位碼組成，見(jiàn)表1.

　　表1遙控指令格式

　　C1，C2，C3是用戶碼，在T1，T2，T3與CODE之間分別接二極管則分別代表C1，C2，C3為高電平“1”，不接二極管則代表低電平“0”，圖2中C1C2C2=111.D1，D2，D3，D4，D5，D6是發(fā)送的數(shù)據(jù)碼，鍵號(hào)與鍵碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2.

　　表2鍵號(hào)與鍵碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系

　　PT2248遙控指令的波形正脈沖的占空比為1/4時(shí)代表“0”，正脈沖的占空比為3/4時(shí)代

　　表“1”見(jiàn)圖2.

　　圖2遙控指令的波形圖

　　無(wú)論“0”還是“1”，發(fā)射時(shí)正脈沖被調(diào)制在38KHZ的載波上，載波的占空比為1/3，這樣有利于減少功耗。每個(gè)發(fā)送周期按C1，C1，C2，H，S1，S2，D1，D2，D3，D4，D5，D6的次序串行發(fā)送，總長(zhǎng)度為48a，其中a為每位碼周期的1/4，其大小為：a=192/fosc秒=192/455KHE=0.422ms.按下00H~0BH中某個(gè)鍵時(shí)，輸出腳TXOUT發(fā)送兩個(gè)周期的12位碼，其間隔為80a.由GL3276A構(gòu)成的紅外線遙控鍵盤(pán)接收電路見(jiàn)圖3.

　　圖3紅外線遙控鍵盤(pán)接收電路原理圖

　　當(dāng)紅外線線遙控鍵盤(pán)接收電路工作時(shí)，接收管PH302B接收到帶有載頻為38KHZ的遙控指令的紅外線信號(hào)后，進(jìn)行放大，限幅和檢波，檢出遙控指令的脈沖包絡(luò)，濾去38KHZ載頻，得到遙控指令的脈沖信號(hào)，整形并反向后由OUT輸出，將GL3276A的OUT經(jīng)74LS14施密特觸發(fā)器整形，最終得到遙控指令的理想的反向脈沖信號(hào)。得到的遙控指令的反向脈沖信號(hào)的波形正脈沖的占空比為1/4代表“1”，正脈沖的占空比為3/4代表“0”

　　4.紅外線遙控鍵盤(pán)的軟件設(shè)計(jì)

　　將GL3276A的OUT輸出信號(hào)經(jīng)74LS14兩級(jí)施密特反向器整形后與89C51的P3.2(/INTO)相連，由于每位碼都以4a為周期，每位的起始總是由高電平到低電平，因此解碼的過(guò)程可用每位碼的起始邊沿作為/INTO的中斷請(qǐng)求信號(hào)，中斷響應(yīng)后關(guān)/INTO中斷，然后延時(shí)a/2，由P3.2對(duì)紅外線遙控接收電路的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，再延時(shí)a，分別在3a/2，5a/2，7a/2時(shí)刻進(jìn)行采樣，波形與采樣時(shí)刻的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖4.

　　圖4波形與采樣時(shí)刻的對(duì)應(yīng)關(guān)系