Xilinx系FPGA学习笔记（八）FPGA与红外遥控

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红外通信

简单介绍

利用红外线来传送，不干扰其他电器设备工作，也不会影响周边环境，若对发射信号进行编码，可实现多路红外遥控功能。
红外遥控系统分为发射和接收两部分。发射部分的发射元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光。接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。
目前的产品，大都采用成品的一体化接收头。红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。

HT6221型红外模块，三脚的红外接收器，内部集成了芯片，会把数据解析出来，把脉冲解析为高低电平

红外接收头的电路：

红外遥控有很多协议，最广泛的是NEC协议

红外协议分析

HT6221 为 Holtek 公司生产的一款基于 NEC 红外通信协议的遥控编码芯片，其采用PPM(Pulse Position Modulation)进行编码。

一帧数据由帧头、地址码、 数据码、 数据反码以及 1bit 结束位（可忽略） 组成。

引导码（Leader Code）：引导码是NEC协议信号的开头部分，主要用于标识一个新的数据帧的开始，并帮助接收设备同步信号。9ms的高电平（载波信号） + 4.5ms的低电平（无载波信号）

地址码（Address Code）：地址码用于标识被控制的设备。例如，不同的家电（如电视、空调）会有不同的地址码，接收设备通过识别该码来确认这是发送给它的命令。8位

地址反码（Address Inverted Code）：地址反码是地址码的每一位取反后的结果，用来校验地址码的正确性。
8位，与地址码一一对应。判断是否出现了传输错误。如果两者不匹配，接收器会忽略该信号。

控制码（Data Code 或 Control Code）：控制码指定了要执行的具体命令，比如开/关、音量增加、频道切换等操作。8位，最多可表示256种命令。每个控制码对应一个特定的操作命令，如音量加、音量减等。

控制反码（Data Inverted Code 或 Control Inverted Code）：控制反码是控制码的每一位取反后的结果，用于校验控制码的正确性。。如果两者不匹配，接收器会忽略该信号。

发送顺序是按照从低位到高位，反码是为了增加传输的可靠性。

这是一帧红外通信，红外二极管发送的都是38KHz的脉冲信号

地址是8位的，地址和数据都是按照LSB在前，MSB在后，理论上该协议支持高达 256 个用户指令。

该协议采用脉冲之间不同时长的时间间隔来区分“1”和“0”

按键一直按着，会发送重复码，在红外遥控通信中，连发码（Repeat Code）是用于处理长按按键时的特殊信号。通常情况下，当用户按下遥控器上的某个按键，遥控器会发送一个完整的指令数据帧。然而，如果用户长时间按住按键，比如长按“音量加”按钮以连续增加音量，此时重复发送完整的数据帧不仅会浪费电量，还可能造成信号冲突。因此，连发码被设计用于这种场景，以更高效的方式传达用户的意图。

连发码的结构：
引导码
高电平脉冲：560μs，表示这个信号是连发码。
低电平结束：低电平持续时间会保持到下一个连发码或者新的按键被释放。

FPGA实现红外通信

实际的接收器接收到信号后，输出的是发送波形的反码，并且会将脉冲转换为高低电平的方式：

所以在FPGA的设计中，主要是识别起始码中的 9ms 的低电平、4.5ms 的高电平，高低电平中的560us 的低电平、1690us 的高电平和 560us 的高电平，可以用时钟累计的方法来识别各个时间。

对外部信号进行打两拍寄存，之后判断上升沿和下降沿，之后就需要设计状态机

IDLE：空闲状态，IR 接收信号出现下降沿的时候，跳转到LEADER_T9 状态去识别引导码。
LEADER_T9：识别 9ms 的低电平引导码，识别成功则跳转到 LEADER_T4_5 状态去识别 4.5ms 的高电平引导码，否则返回空闲态。
LEADER_T4_5：识别 4.5ms 的高电平引导码，识别成功则进入读码状态 DATE_GET，否则返回空闲态。
DATE_GET：读码状态，若 32 个码字已经读完或者读取过程中发生了错误，则返回空闲态 。（地址+地址反码+数据+数据反码）