2019年12月04日 | PIC18F系列单片机对多媒体终端红外遥控器硬件的控制设计

1 设计理念和原理

1．1 设计理念

随着数字家庭等领域技术的迅速发展，在多媒体终端上的增值业务将越来越多，浏览网页、搜索、短信等都需要遥控器进行输入。但作为连接用户和终端之间的重要外设，遥控器的设计理念还停留在模拟电视时代，体验感较差。目前用户输入的解决方式是呼出终端的内置输入法，这样就带来了两个问题：一，不同厂家的终端都需要内置自己的中英文输入法，占用资源，而且必须搭配自己的遥控器使用，通用性不高；二，用户在输人时必须一边看遥控器输入一边看屏幕确认输入，如果文字较多会造成频频抬头和低头的麻烦，难以忍受。基于以上缺点，本文提出将输入法内置于遥控器的理念，在遥控器上输入文字后再统一将文字编码用红外线发给终端，终端接收后将编码译成文字显示在输入区中。

1．2 红外遥控器工作原理

遥控码是一串二进制数字信号，通过脉冲编码形成脉冲序列，被调制到一个固定频率载波上，最后通过红外发射管，以光脉冲的形式发射出去。脉冲编码就是将“1”和“0”用一个脉冲来标识。本设计使用NEC红外协议，用脉宽560us，周期4x560us代表二进制“1”；用脉宽560us，周期2x560us代表二进制“0”（如图1所示，密集竖线表示38KHz载波）。

图1 NEC协议红外遥控信号的调制

2 硬件设计

2．1 总体设计原则

遵循嵌入式系统高性能、低功耗、小体积的设计思想，总体设计原则是：元器件采用低功耗芯片；尽量用软件实现硬件功能，减少器件数量；键盘采用中断方式，一旦系统空闲超时立即使其进入休眠状态，再次按键予以唤醒。

2．2 硬件组成

硬件组成如图2所示。其中：主芯片为Microchip公司PIC18F系列高档单片机66J11，性价比极高；液晶屏控制器为Sitronix公司的ST7565R，分辨率128x64；汉字点阵字库用Atmel公司的262KB Flash制作，它和LCD与单片机的接口均为SPI接口；键盘有49个按键．采用7x7矩阵方式，7根行线连到单片机B口的RBI～RB7外部中断脚，列线连到单片机的E口的RE1-RE7，作为数字输出口。

图2 基于PIC单片机的红外遥控器硬件组成

3 软件设计

3．1 系统运行流程

遥控器无开关机过程，因此放入电池时系统硬件即初始化，进入休眠。按键中断时，进入主程序，系统运行流程如图3所示，分为两种模式：普通遥控和文本输入。单片机内部的看门狗负责对空闲状态（没有键被按下）计时，超时后系统复位重新进入休眠状态。

图3 系统运行流程图

3．2 功耗管理设计

PIC18F系列器件提供了三种主要的工作模式：运行模式、空闲模式和休眠模式，实际中只使用运行模式和休眠模式。根据遥控器的运行流程，看门狗（WDT：Watchdog Timer）负责实现空闲时间的计时。4ms的WDT超时溢出周期与16位的后分频比值相乘。可以通过在MPLAB IDE中配置寄存器2H中的WDTPS位控制一个多路开关以对WDT后分频器的输出进行选择，可获得的超时溢出周期范围为4ms至135秒（2．25分钟）。在代码中需要在每次按键后喂狗，保证看门狗重新计时。

3．3 驱动程序设计

3．3．1 键盘驱动

PIC单片机的B口是外部中断口，有四个INT中断和四个KBI中断。本设计将RB0留做扩展备用，RBl/INTl、RB2/INT2和RB3/INT3都设置为下降沿触发中断；KBl4个口（RB4-RB7）为电平变化中断（双沿），在程序里只对下降沿中断有处理。

按键扫描采取行列扫描方式获取键值。配置行线均弱上拉，列线均输出为0；当有键（行列交叉点）按下时，此键所在行线即出现下降沿；进入中断处理后，依次令每根列线输出为0，其余为1，扫描行线看哪根行线输入为0，从而得到按键的位置。

3．3．2 SPI驱动

PIC单片机有两个主控同步串行端口模块，它们都可以用软件配置为SPI方式，使用非常方便．数据读写只需读写其缓存即可，不需要像51单片机那样模拟时序。本设计使用了两个SPI接口器件：LCD和FLASH字库，他们是从设备，单片机是主设备。在配置好与SPI时钟频率等有关的寄存器后，主从设备就可以通信了。当主设备从从设备读数据时，SSPxlF（x=1，2）标志寄存器为0说明正在接收数据，为1时说明已收到一个字节；当主设备往从设备写数据时，SSPxlF为1说明已发完—个字节。

3．3．3PWM驱动

发射用的红外载波口』用标准脉宽捌制模块（PWM）来实现，载波频率是38KHz，因此PWM的周期就是1/38KHz，PWM周期的计算公式是：

PWM周期=［（_PR2）+1］．4．TOSC（TMR2预分频值）．

本设计中晶振是12MHz．即TOSC=1/12MHz，经过计算，PR2寄存器设置为78。TMR2预分频值为1可得到频率为38Km的方波。

也可以设置方波的占空比为1：3来减小功耗，占空比有10位，寄存器CCPRxL保存占空比高8位，CCPxCON《5：4》保存低2位。CCPRxL：CCPxCON《5：4》代表这个10位值。计算占空比的公式是：

PWM占空比=（CCPRxL：CCPxCON《5：4》）．TOSC．（TMR2预分频值）

设置好频率和占空比．开启PWM功能，TMR2（定时器2）开始计时，PWM输出高电平，计时到周期的1，3时PWM输出低电平，计时到一个周期时PWM重新开始另一个周期，TMR2从0开始计时。所以要停止载波的输出很简单，只需令占空比为0或TMR2停止计时。因此，很容易就可得到图1所示的输出。

3．4 输入法设计

3．4．1 功能

用遥控器输入中英文、数字、符号，功能类似于手机短信，其中中文输入是类似手机T9输入法的拼音输入法，英文输入法是只需按两次键（第一次调出候选字符，第二次选择字符）即可输入一个字母。按“输入法”键从遥控模式切换进输入模式，操作同手机，“切换键”用来切换中/英输入，“1”用来输入标点，“0”用来呼出数字输入法。输入完毕按“发射键”发射LCD上所有文字的编码，汉字是机内码，英文、数字及符号是ASCII码。如果想回到遥控模式，再次按“输入法”键。

3．4．2 拼音输入法设计原理

拼音输入法是本设计的核心内容，它负责将键盘输入的数字序列转换为汉字，汉字的搜索采用查表算法。拼音输入法大体可以分为两个步骤：把数字序列转换为拼音编码，然后搜索到该拼音编码对应的汉字编码。选中的汉字将显示在LCD的文本区，其编码记录在待发射的文本数组中。

3．4．3 索引表的重要结构体

1．拼音编码以索引表的形式保存在PY_Index．h中，每个拼音编码的数据结构为：

eonst struct T9PY_IDX

{

const unsigned char *t9：//按键数字序列

const unsigned char *PY：//拼音编码字符串

coast unsigned char *pY_mb；//该拼音对应的汉字码表地址

}；

所有的拼音编码组成一个数组常量T9PY_index［］，每个拼音编码作为数组中的一个元素存在，如：const struct T9PY_IDX

PY_index［］{“9468”、 “zhou”，PY_mb_zhou}，

2. 拼音输入法拼音组合查询码表，T9数字字母索引结构如下：

const struct PY_arrange

{

cormt unsigned char *nums；

const unsigned char *arra；

}；

例如：const struct PY_arrange PY_arr ［］={“726”，“pan pao ran rao san sao”}

3．汉字码表举例：

const unsigned char PY_mb_zhou［］={“舟周州洲诌粥轴肘帚咒皱宙昼骤？？”}

3．4．4 汉字字模库的使用

汉字的显示在LCD上用点阵来表示：有笔划（I）、无笔划（O）。描述点阵信息的二进制代码集称为字模，所有点阵信息就组成了字模库。GB2312—80规定了汉字的信息交换码，简称国标码，其用两个字节代码来表示一个汉字。微机中还有区位码和机内码两个概念，区、位各94（1-94），用先区后位的两个2位十进制数表示；机内码是计算机内部存储汉字的代码。

在本设计中，每个汉字的显示采用16x16图形点阵方式显示，在UCDOS等汉字操作系统中可以找到HZK16．DAT二进制文件，这是一个标准的16x16点阵的字模库。以94个汉字为一组。共87组，8178个字。以16x16点阵的汉字计算，每个汉字实际占用的空间为32Bytes，总容量为8178x32=262KB，用烧片器将HZK16．DAT烧进FLASH中。

以汉字“电”为例，其机内码为OxB5E7，在单片机系统中需要的是其在存储器中的绝对位置，则需要先将其转换为区位码。总结公式为：

（（机内码的高位字节-OxA1）x94 + 机内码的低位字节 - 0xAl）x32

那么“电”在字库中的地址就是（（OxB5-OxAl）x94+0xE7-0xAl）x32。AT45DB021B是分页存储的，每页有264Bytes，所以上述地址除以264的商是指定对哪一页读取，余数指定从这一页的哪一字节开始读取。

4 结束语

未来的多媒体终端给消费者带来的是集信息、娱乐、学习、购物于一体的享受。此遥控器通用性强，应用范围广，可支持搜索、短信等多种增值业务，带给用户革命性的体验感。遥控器BOM成本不到100元，普通遥控器为20元，差价80元，如果用于高端VOD业务的捆绑销售．假设包月资费为20元，仅用不到4个月就可收回投资，经济效益极好，市场潜力巨大。

本文作者创新点：针对多媒体终端输入中用户体验较差等缺点，介绍了一种可向终端发送文本信息的新型红外遥控器，给出了基于PIC8位单片机实现的解决方案，其设计理念比较符合数字家庭领域未来发展的方向，有一定的借鉴意义。