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综合业务终端的红外遥控系统

2008-01-07 嵌入式在线收藏 | 打印

1 引言

红外遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段，由于红外遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点。

因而此种技术广泛应用于各种家电产品和娱乐设施中，为用户提供了方便的操作手段，同时也提高了家电的功能和档次。但一般市场上红外遥控器大多使用专用集成电路芯片，都是针对各自遥控对象(如电视机、空调、DVD等)，采用的协议简单，不适合具有复杂协议的系统。本文介绍的是借鉴家电红外遥控原理，采用单片机自行设计使其为适应“三网合一”后，满足综合业务终端需求的多功能遥控系统(即他不仅具有一般遥控器的功能，还可以进行中英文输入，便于上网浏览网页等)。

2 红外遥控信号发射器

红外遥控信号发射器简称“遥控器”，用来产生红外光的编码信息。本设计首先要满足综合业务终端的需求，同时又要操作简便、价格低廉，现有的遥控发射集成芯片难以满足其要求。因为综合业务终端的目的是为家庭综合业务信息平台提供核心设备，为用户提供综合业务(综合业务可概括为互联网业务、数字电视业务及IP电话三大基本业务)。

综合业务终端是以电视机、电话机和电脑作为综合业务的显示平台，充分利用这些设备，向家庭用户同时提供综合业务，特别是对于暂时无电脑的家庭用户也可使用电视机作为显示终端，享受综合业务的服务。这样一台综合业务终端设备，需要一个供用户操作、控制和文字输入的“输入控制端”，即上面提到的遥控系统来完成以上各种输入操作。为此，我们采用红外遥控技术与单片机结合，自行设计一款专用于综合业务终端的输入控制器的红外遥控信号发射器。这一装置与其他发射装置的不同之处在于他可实现中英文输入，我们选定的是菲利浦公司的LPC900系列单片机，他是一款低功耗、高速、高性能(指令执行时间只需要2～4个时钟周期，6倍于80C51器件)单片机。他集成了许多系统级的功能模块，从而在应用系统的设计中可以大大减少元件数目和PCB的面积，这一红外遥控信号发射器主要由键盘矩阵电路、微控制器、发射电路、时钟电路等部分组成，如图1所示。

2.1 总体结构

总体结构如图2所示。

2.2 键盘矩阵电路

此系统利用8个端口组成一个4×5的键盘矩阵(见图3)，他是采用P0[4：7]+P2[0]作为输出端口，采用P0[3：0]作为输入口，可以设置20个功能键位。为满足中英文输入的需要，这里采用切换键实现(由于使用了4个按键作为功能切换键实际上只用了16个键位，这16个键位都具有多重功能)。键控制输入电路根据按键矩阵不同键位输入的脉冲电平信号，向数据寄存器输出相应码的地址码。数据寄存器是一个只读存储器(ROM)，预先存储了各种规定的操作指令码。

2.3 键的识别

单片机键控制扫描方法是逐一对行(列)线上施加低电平，然后检测哪一列(行)线也为低电平，这样就得到一组行列线编号，返回的行线与列线编号就被组织成一个特殊的扫描码，就可确定是那一个键被按下。例如用户按下“2”键，那么对行线“1”上施加低电平，就可检测到列线“2”也为低电平。单片机就根据行线1和列线2连通，判断是“2”键被按下。由于切换键扫描码的高3位采用规定的4个专门的编码，这样在扫描时就可区分是切换键或是功能键被按下。而4个切换键的识别是某切换键按下时改变程序的全局变量，从全局变量的值就可确定某个切换键被按下。至于其他功能键的多重功能也是通过各按键的功能处理程序的软件来实现的。

2.4 微控制器

微控制器如图4所示。

2.5 发射电路

发射电路如图5所示。

要与综合业务终端的通信，实现IrDA协议，在遥控器与综合业务终端之间就必须传送IrDA要求的载波。但是，UART接口提供的传输载波的占空比是1／2，而IrDA协议的物理层要求传输的载波占空比为3／16，如何满足IrDA协议物理层传输载波占空比为3／16的要求，我们选用了一个专用的芯片TIR1000来进行UART波形到IrDA波形的转换，如图6所示。

2.6 时钟电路

时钟电路如图7所示。

LPC900系列单片机提供了4种可选的时钟源(外接高／中／低频振荡器、片内RC振荡器、看门狗振荡器和外部时钟输入)。为了减少系统功耗，使单片机工作在完全“掉电模式”下，因此我们选用外部时钟输入，这里选用了MAX3735硅时钟芯片作为时钟源，可以实现较低的功耗。

2.7 中英文输入实现

由于遥控键盘键位有限，存储空间有限，在这种条件下如何映射中英文每个字符、英文采用切换键予以实现，将标准的ASCII码表的字符设计为5个信号序列，存储在单片机存储器中。即数字为一列，每13个英文字符为一序列，每一个切换键映射一个英文字符序列，映射数字不启用切换键。切换键按下时，通过改变程序的全局变量，从全局变量的值就可确定某切换键被按下。这时若按下相应的功能键就可将这一切换键所映射的某一序列字符的对应字符映射在普通电视机屏幕上，不需要添置其他显示终端，就可实现英文字母的输入。若再按下切换键，遥控器就回到初始状态。这个过程也是通过设计相应的软件(包括键盘的扫描程序、延时子程序，各按键的功能子程序等)实现的。

汉字输入法的实质是建立一种按键组合到汉字编码的映射关系，因此使用数字键盘的嵌入式系统输入法与使用标准键盘的PC机输入法没有本质的不同，其区别主要在于嵌入式应用中处理器、存储器等资源比较有限，而中文输入需要存放一个中文字库，其字库所需容量大，一个标准的二级汉字字库约有256 kB，但遥控器是手持设备，体积小，存储资源有限，不可能将字库存储在遥控器上。为解决此问题，在综合业务终端巾设置了一个模块来处理输入，我们就将中文字库存放在综合业务终端的这个主控模块上。比如手机也是一种手持设备，他的中文字库是存放在手机芯片上，其芯片要求高，同时在手机上还需要一个液晶显示屏，因而价格昂贵。遥控器采用这样的芯片不符合其价格低的设计理念。我们采取这种方式处理字库是充分利用综合业务终端设备的现有资源，而且通过相应的软件调出字库，将其相应的字符显示在我们平时收看电视的普通电视机荧屏上。这样一般家庭，特别是暂时无电脑的家庭，只需要一台普通电视机就可以完成以上功能，享受综合业务服务。而遥控器的操作对很多人来讲都不陌生，其操作简单方便、易掌握，与PC机的键盘、鼠标相比较又具灵活方便的特点。

3 红外遥控接收器

此遥控系统的红外信号接收器选用塑封一体化红外线接收器LT0038。当收到红外信号时，他将红外光信号转变为电信号，经前置和限幅两极放大的遥控信号通过38 kHz的带通滤波器滤除噪声干扰信号后经检波器滤出38 kHz载波，再经过包络检波和波形整形输出所要求的编码脉冲波形。没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平。输出的信号送至CPU的INT0脚，脉冲下降沿触发外部中断，开始计时，直至下次中断来临，编码由软件实现。

4 结语

本文介绍了单片机应用于综合业务终端的遥控系统的硬件设计。由于采用红外遥控原理与单片机结合，实现了使用一个遥控系统既可收看电视，又可进行中英文输入，上网浏览网页，发送邮件等多种功能的需求。采用这一设计完成的遥控系统成本低，控制功能多样，操作简单方便，有广阔的市场前景。