基于NiosⅡ的學(xué)習(xí)型遙控器設(shè)計(jì)

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(tái)，運(yùn)用Verilog HDL硬件描述語言設(shè)計(jì)等精度測(cè)量載波頻率IP核、紅外信號(hào)解調(diào)IP核、紅外編碼脈寬測(cè)量IP核和紅外發(fā)送調(diào)制邏輯電路，以實(shí)現(xiàn)載波的精確測(cè)量、紅外信號(hào)解調(diào)、脈寬測(cè)量和調(diào)制功能，并給出了外圍硬件電路和軟件設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)表明，該遙控器解決了單片機(jī)因時(shí)鐘頻率低而無法對(duì)載波頻率進(jìn)行測(cè)量的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(duì)這個(gè)問題，很多廠家設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了一種稱為萬能遙控器的紅外信號(hào)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(dá)到學(xué)習(xí)目的，其方法簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來較方便，通過對(duì)不同普通遙控器發(fā)出的紅外線編碼進(jìn)行學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)，可以對(duì)多個(gè)家用電器進(jìn)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(jī)來實(shí)現(xiàn)，并且只能接收單一載波的紅外信號(hào)編碼，導(dǎo)致實(shí)際使用時(shí)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(chǔ)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(jì)了一種基于NiosⅡ的紅外學(xué)習(xí)型遙控器，把載波頻率測(cè)量、紅外信號(hào)解調(diào)、脈寬測(cè)量、調(diào)制發(fā)送IP核集中到FPGA器件上，極大地簡(jiǎn)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(duì)脈寬進(jìn)行精確測(cè)量，同時(shí)提高處理速度，能夠精確地對(duì)載波頻率進(jìn)行測(cè)量，并將原始的紅外信號(hào)進(jìn)行最大程度上無失真還原，解決了單片機(jī)因時(shí)鐘頻率低無法對(duì)載波頻率進(jìn)行測(cè)量的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jì)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(cè)量載波頻率IP核、紅外信號(hào)解調(diào)IP核、紅外編碼脈寬測(cè)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(jìn)行初始化。當(dāng)“學(xué)習(xí)”鍵按下時(shí)，通過I／O口中斷產(chǎn)生一個(gè)測(cè)量紅外載波頻率請(qǐng)求信號(hào)，此時(shí)“學(xué)習(xí)”指示燈亮。當(dāng)檢測(cè)到外部遙控紅外信號(hào)時(shí)，處理器通過Avalon總線調(diào)用等精度測(cè)量載波頻率IP核開始測(cè)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(chǔ)存到該家電紅外編碼FLASH載波頻率存儲(chǔ)區(qū)域。對(duì)應(yīng)的“家電”指示燈亮，表示可以進(jìn)入該家電紅外遙控信號(hào)學(xué)習(xí)或發(fā)送階段。學(xué)習(xí)時(shí)，只需將家電遙控器發(fā)送窗對(duì)準(zhǔn)學(xué)習(xí)型遙控器的接收窗，發(fā)送紅外遙控信號(hào)。此時(shí)Nios軟核處理器會(huì)通過Avalon總線調(diào)用紅外信號(hào)解調(diào)IP核和紅外編碼脈寬測(cè)量IP核，完成紅外信號(hào)的解調(diào)和一幀完整編碼脈寬高低電平時(shí)間測(cè)量(此過程中處理的所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SDRAM中)。當(dāng)“學(xué)習(xí)”燈再次亮起，表示該信號(hào)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(hào)送到指定的該家電按鍵FLASH存儲(chǔ)區(qū)域；發(fā)送時(shí)，先選擇“家電”選擇鍵(即選定了載波頻率)，然后按下“功能鍵”時(shí)，NiosⅡ處理器會(huì)自動(dòng)調(diào)用FLASH存儲(chǔ)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(hào)還原。