基于NiosⅡ的學習型遙控器設計

摘要：以Altera FPGA系列Cyclone EPlCl2Q240C8器件為載體，通過SoPC技術構建嵌入式軟核NiosⅡ處理器平臺，運用Verilog HDL硬件描述語言設計等精度測量載波頻率IP核、紅外信號解調IP核、紅外編碼脈寬測量IP核和紅外發送調制邏輯電路，以實現載波的精確測量、紅外信號解調、脈寬測量和調制功能，并給出了外圍硬件電路和軟件設計方案。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，實現了對任何一款普通遙控器的按鍵編碼學習，真正完成了學習型遙控器的學習功能。
關鍵詞：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品中被廣泛應用，但各產品的遙控器采用了不同的頻率或編碼方式，導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，很多廠家設計和生產了一種稱為萬能遙控器的紅外信號遙控裝置，這類遙控器大多數采用復制遙控器紅外波形達到學習目的，其方法簡單，實現起來較方便，通過對不同普通遙控器發出的紅外線編碼進行學習和存儲，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目。但是，這類遙控器通常采用專用 ASIC或單片機來實現，并且只能接收單一載波的紅外信號編碼，導致實際使用時有諸多局限，主要體現在：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，容易產生混淆和誤操作；受存儲空間的限制，能夠支持的遙控器數目有限。
因此，本文設計了一種基于NiosⅡ的紅外學習型遙控器，把載波頻率測量、紅外信號解調、脈寬測量、調制發送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，實現了對各種各樣紅外遙控的學習，真正完成了學習型遙控器的學習功能。

1 整體設計方案
系統主要由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IP核、紅外編碼脈寬測量IP核、紅外發送調制邏輯電路、中斷控制器等組成，如圖1所示。上電后，系統通過EPCS調用系統配置信息，系統進行初始化。當“學習”鍵按下時，通過I／O口中斷產生一個測量紅外載波頻率請求信號，此時“學習”指示燈亮。當檢測到外部遙控紅外信號時，處理器通過Avalon總線調用等精度測量載波頻率IP核開始測量頻率，“學習”指示燈熄滅表示學習載波頻率成功。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載波頻率存儲區域。對應的“家電”指示燈亮，表示可以進入該家電紅外遙控信號學習或發送階段。學習時，只需將家電遙控器發送窗對準學習型遙控器的接收窗，發送紅外遙控信號。此時Nios軟核處理器會通過Avalon總線調用紅外信號解調IP核和紅外編碼脈寬測量IP核，完成紅外信號的解調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據存儲在SDRAM中)。當“學習”燈再次亮起，表示該信號已得到確認。按下學習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存儲區域；發送時，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處理器會自動調用FLASH存儲數據，通過紅外發送邏輯電路調制到載波上，完成紅外信號還原。