設(shè)計背景：

紅外線(Infrared)是波長介乎微波與可見光之間的電磁波，波長在760納米(nm)至1毫米(mm)之間，比紅光長的非可見光。紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空凋機(jī)以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。現(xiàn)在工業(yè)設(shè)備中，也已經(jīng)廣泛在使用。

設(shè)計原理:

紅外遙控系統(tǒng)主要由紅外的發(fā)送裝置和接收裝置組成,發(fā)送裝置可由按鍵,編碼模塊,發(fā)射電路等組成,接收裝置由紅外接收電路,遙控,解碼模塊等組成,此次設(shè)計我們用到的硬件平臺式是Altera的DE1_SOC,晶振為50MHZ。

在紅外的編碼中，我們對1 和 0 的編碼是通過38KHZ的脈沖來定義的,在紅外的的編碼中每個脈沖的為256.25us長的38KHZ載波頻率(26.3us),對0,1的脈沖的定義的時間如下圖

紅外的數(shù)據(jù)格式為包括引導(dǎo)碼,用戶碼,數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)糾錯碼,停止位編碼總為32位。數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼反相后的編碼,可用于對數(shù)據(jù)的糾錯。此外第二段的用戶碼可以在遙控應(yīng)用電路中設(shè)置為第一段用戶碼的反碼。

數(shù)據(jù)格式如下圖:

一幀數(shù)據(jù)在發(fā)送時先發(fā)送9MS的高電平,然后發(fā)送4.5MS的低電平的起始位,然后發(fā)送用戶碼,數(shù)據(jù)碼,數(shù)據(jù)反碼。然后再發(fā)送一位的停止位。不發(fā)送數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)線一直為低。

發(fā)送的時序圖如下:

接受的時,接收到的時序和發(fā)送的時序恰恰相反,如發(fā)送時先發(fā)送9ms的高,4.5ms的低,接收為接收9ms的低電平,4.5ms低電平。

接收的控制器我們用的時紅外遙控裝置,按鍵發(fā)送的數(shù)據(jù)如下圖所示

設(shè)計架構(gòu)圖:

設(shè)計的總框架如下圖:

在我們的設(shè)計中分頻模塊提供所需要的38KHZ的時鐘,當(dāng)按鍵按下時發(fā)送我們的發(fā)送模塊發(fā)送一個給定的數(shù)值，我的設(shè)計中用戶碼為8’b0第二段用戶碼為8’hff,然后發(fā)送給定的數(shù)據(jù)碼，和數(shù)據(jù)反碼。上電后我們的設(shè)計會發(fā)一次我們給定的數(shù)據(jù)碼，然后在接受模塊會接受到其發(fā)送的數(shù)據(jù)并在數(shù)碼管上顯示出來,之后我們可以用我們我的遙控鍵盤來發(fā)送數(shù)據(jù),接收模塊接收顯示出來,通過驗證我們接收和發(fā)送的正確。

設(shè)計代碼:

頂層代碼：

00moduleinfrared(clk,rst_n,key,tx,seg1,seg2,rx);

01

02inputclk,rst_n;

03inputkey;

04outputtx;

05inputrx;

06wire[7:0]show_data;

07output[7:0]seg1,seg2;

08wire[31:0]data_n;

09wireclk_38khz;

10

11

12 clk_frep clk_frep_dut( //分頻模塊

13 .clk(clk),

14 .rst_n(rst_n),

15 .clk_38khz(clk_38khz)

16);

17

18

19 tttxxx tx_dut( //發(fā)送模塊

20 .clk(clk_38khz),

21 .rst_n(rst_n),

22 .data_n(data_n),

23 .tx(tx),

24 .key(key)

25);

26

27 seg seg01( //數(shù)碼管模塊

28 .clk(clk),

29 .rst_n(rst_n),

30 .seg7(seg1),

31 .data_in(show_data[3:0])

32);

33

34 seg seg02(

35 .clk(clk),

36 .rst_n(rst_n),

37 .seg7(seg2),

38 .data_in(show_data[7:4])

39);

40

41 rx_led led_dut( //接收模塊

42 .clk(clk_38khz),

43 .rst_n(rst_n),

44 .rx(rx),

45 .show_data(show_data)

46);

47

48

49endmodule

發(fā)送模塊：

000moduletttxxx(clk,rst_n,data_n,tx,key);

001

002inputclk,rst_n;

003inputkey;

004input[31:0]data_n;

005outputregtx;

006

007parameterT9ms=342;//9000/26.3

008parameterT4500us=171; //4.5ms 4500/26.3

009parameterT0=21; //(1125-562.25)/26.3

010parameterT1=63; //(2250-562.25)/26.3

011parameterT562us=21; // 562.25/26.3;

012parameterT=2666;// 一幀數(shù)據(jù)

013regT9_flag;

014regT45_flag;

015regT0_flag;

016regT1_flag;

017regT9_down;

018regT45_down;

019regT0_down;

020regT1_down;

021reg[9:0]cnt9;

022reg[9:0]cnt45;

023reg[9:0]cnt0;

024reg[9:0]cnt1;

025reg[9:0]cnt562;

026regt0_clk,t1_clk;

027reg[8:0]count;

028reg[2:0]state;

029regdata;

030reg[31:0]d_data;

031

032always@(posedgeclk)

033 if(!rst_n)

034 begin

035 count<=0;

036 state<=0;

037 tx<=0;

038 d_data<={8'b0,8'hff,8'b10100010,8'b01011101};//默認(rèn)的發(fā)送數(shù)據(jù)

039 end

040 else

041 case(state)

042 0:if(count<10)

043 begin

044 tx<=0;

045 count<=?count+1;

046 end

047 elseif(!key)

048 begin

049 count<=0;

050 state<=1;

051 T9_flag<=1;

052 tx<=1;

053 end

054

055 1:if(T9_down) //起始位 高電平9 ms

056 begin

057 state<=2;

058 T45_flag<=1;

059 tx<=0;

060 T9_flag<=0;

061 end

062 else

063 begin

064 tx<=1;

065 state<=1;

066 end

067

068 2:if(T45_down) // 低電平 4.5ms

069 begin

070 state<=3;

071 tx<=0;

072 T45_flag<=0;

073 end

074 else

075 tx<=0;

076

077 3:if(count<32)? ?//32位的數(shù)據(jù)編碼，如果那一位 ? ? ? 為1(0)跳轉(zhuǎn)4(5)狀態(tài)通過發(fā)送標(biāo)志結(jié)束來發(fā)送出位 1的時序

078 begin

079 count<=?count+1;

080 if(!d_data[31-count])

081 begin

082 T0_flag<=1;

083 state<=4;

084 T1_flag<=0;

085 end

086 else

087 begin

088 T1_flag<=1;

089 state<=5;

090 T0_flag<=0;

091 end

092 end

093 else

094 begin

095 count<=0;

096 state<=6;

097 T0_flag<=0;

098 T1_flag<=0;

099 end

100

101 4:if(T0_down) //位0的設(shè)置

102 begin

103 state<=3;

104 tx<=0;

105 end

106 else

107 begin

108 tx<=?t0_clk;

109 end

110

111 5:if(T1_down) //位1的設(shè)置

112 begin

113 state<=3;

114 tx<=0;

115 end

116 else

117 tx<=?t1_clk;

118

119 6:if(count

120 begin

121 count<=?count+1;

122 tx<=1;

123 end

124 else

125 begin

126

127 tx<=0;

128 end

129 default:state<=0;

130 endcase

131

132always@(posedgeclk) //計數(shù)一個9ms

133 if(!rst_n)

134 begin

135 T9_down<=0;

136 cnt9<=0;

137 end

138 elseif(T9_flag)

139 begin

140 if(cnt9

141 begin

142 T9_down<=0;

143 cnt9<=?cnt9+1;

144 end

145 else

146 begin

147 T9_down<=1;

148 cnt9<=0;

149 end

150 end

151

152always@(posedgeclk) //計數(shù)一個4.5ms

153 if(!rst_n)

154 begin

155 T45_down<=0;

156 cnt45<=0;

157 end

158 elseif(T45_flag)

159 begin

160 if(cnt45

161 begin

162 T45_down<=0;

163 cnt45<=?cnt45+1;

164 end

165 else

166 begin

167 T45_down<=1;

168 cnt45<=0;

169 end

170 end

171

172reg[9:0]cnt00;

173always@(posedgeclk) //產(chǎn)生位0的時序

174 if(!rst_n)

175 begin

176 t0_clk<=0;

177 T0_down<=0;

178 cnt0<=0;

179 cnt00<=0;

180 end

181 elseif(T0_flag)

182 begin

183 if(cnt0

184 begin

185 t0_clk<=1;

186 cnt0<=?cnt0+1;

187 T0_down<=0;

188 end

189 else

190 begin

191 if(cnt00

192 begin

193 cnt00<=?cnt00+1;

194 t0_clk<=0;

195 T0_down<=0;

196 end

197 else

198 begin

199 T0_down<=1;

200 cnt0<=0;

201 cnt00<=0;

202 end

203 end

204 end

205

206reg[9:0]cnt11;

207always@(posedgeclk) //產(chǎn)生位1的時序

208 if(!rst_n)

209 begin

210 t1_clk<=0;

211 T1_down<=0;

212 cnt1<=0;

213 cnt11<=0;

214 end

215 elseif(T1_flag)

216 begin

217 if(cnt1

218 begin

219 t1_clk<=1;

220 cnt1<=?cnt1+1;

221 T1_down<=0;

222 end

223 else

224 begin

225 if(cnt11

226 begin

227 cnt11<=?cnt11+1;

228 t1_clk<=0;

229 T1_down<=0;

230 end

231 else

232 begin

233 T1_down<=1;

234 cnt1<=0;

235 cnt11<=0;

236 end

237 end

238 end

239

240endmodule

接收模塊:

0modulerx_led(clk,rst_n,rx,show_data);

1

2inputclk,rst_n;

3inputrx;

4outputreg[7:0]show_data;

5

6reg[1:0]state;

7reg[7:0]cnt;

8regtemp;

9reg[9:0]num;

10regflag;

11reg[31:0]data;

12reg[1:0]state_s;

13regflag_x;

14reg[12:0]count;

15

16parameterT=2566;// 一幀數(shù)據(jù)的時間

17

18 //這個模塊是中因為接受的32位編碼數(shù)據(jù)中，不管是位0還是位1，接受的低電平都是相同的，

19 //我們可以通過來判斷高電平的時間來確定為位1 還是位0，位’1‘ 1.68MS，位0 562.25us

20always@(posedgeclk)

21 if(!rst_n)

22 begin

23 num<=0;

24 data<=0;

25 state_s<=0;

26 flag_x<=0;

27 count<=0;

28 end

29 else

30 begin

31 case(state_s)

32 0:if(!rx) //判斷起始位，是否接受=收數(shù)據(jù)

33 begin

34 state_s<=1;

35 flag_x<=0;

36 count<=?count+1;

37 end

38 else

39 begin

40 flag_x<=0;

41 state_s<=0;

42 count<=?count+1;

43 end

44

45 1:if(num<(342+171-1))//延遲9ms + 4.5ms的起始時間

46 begin

47 num<=?num+1;

48 state_s<=1;

49 count<=?count+1;

50 end

51 else

52 begin

53 num<=0;

54 state_s<=2;

55 count<=?count+1;

56 end

57

58 2:if(flag&&num<32)?//flag來的時候表示接到了位1 ，或者位0，

59 //通過移位寄存器來獲取32位數(shù)據(jù)

60 begin

61 data<={data[30:0],temp};

62 state_s<=2;

63 num<=?num+1;

64 count<=?count+1;

65 end

66 elseif(num==32)

67 begin

68 state_s<=3;

69 num<=0;

70 count<=?count+1;

71 end

72 else

73 state_s<=2;

74

75 3:if(num<21-1)?//延遲結(jié)束位的時間

76 begin

77 num<=?num+1;

78 count<=?count+1;

79 end

80 else

81 begin

82 if(count==T-1)//延遲一幀數(shù)據(jù)的時間后，發(fā)送一個標(biāo)志位

83 begin

84 num<=0;

85 state_s<=0;

86 flag_x<=1;

87 count<=0;

88 count<=?count+1;

89 end

90 else

91 count<=?count+1;

92 end

93 default:state_s<=0;

94 endcase

95 end

96

97always@(posedgeclk)

98 if(!rst_n)

99 begin

100 cnt<=0;

101 state<=0;

102 temp<=0;

103 flag<=0;

104 end

105 else

106 if(state_s>1&&state_s<3)

107 case(state)

108 0:if(rx)

109 begin

110 cnt<=?cnt+1;

111 state<=1;

112 flag<=0;

113 end

114 else

115 begin

116 state<=0;

117 flag<=0;

118 end

119

120 1:if(!rx)

121 begin

122 cnt<=?cnt;

123 state<=2;

124 end

125 else

126 cnt<=?cnt+1;

127

128 2:if(400

129 begin

130 temp<=0;

131 flag<=1;

132 state<=0;

133 cnt<=0;

134 end

135 elseif(1400

136 begin

137 temp<=1;

138 flag<=1;

139 state<=0;

140 cnt<=0;

141 end

142 else

143 begin

144 state<=0;

145 cnt<=0;

146 end

147 default:state<=0;

148 endcase

149

150always@(*) //接收完一幀數(shù)據(jù)后，當(dāng)標(biāo)志位來的時候通過對數(shù)據(jù)的糾錯來捕獲數(shù)據(jù)

151 //我們接收的數(shù)據(jù)用的是左移，而發(fā)送的時候先發(fā)的是低位

152 if(!rst_n)

153 show_data<=0;

154 elseif((data[7:0]==~data[15:8])&&(data[31:24]==~data[23:16])&&flag_x)

155 begin

156 show_data[0]<=?data[15];

157 show_data[1]<=?data[14];

158 show_data[2]<=?data[13];

159 show_data[3]<=?data[12];

160 show_data[4]<=?data[11];

161 show_data[5]<=?data[10];

162 show_data[6]<=?data[9];

163 show_data[7]<=?data[8];

164

165 end

166 else

167 show_data<=?show_data;

168

169endmodule

數(shù)碼管模塊:

0moduleseg(clk,rst_n,seg7,data_in);

1

2inputclk;

3inputrst_n;

4input[3:0]data_in;

5

6outputreg[7:0]seg7;

7

8

9 `defineT1ms 50_000//分頻出1k的時鐘

10 //`define T1ms 5

11reg[15:0]count;

12regflag;

13always@(posedgeclkornegedgerst_n)

14 if(!rst_n)

15 begin

16 count<=15'b0;

17 flag<=1;

18 end

19 else

20 if(count==`T1ms/2-1)

21 begin

22 count<=15'b0;

23 flag<=~flag;

24 end

25 else

26 begin

27 count<=?count+1'b1;

28 end

29

30always@(posedgeflag)

31 if(!rst_n)

32 seg7<=8'b1010_0100;

33 else

34 begin

35 case(data_in)

36 0:seg7<=8'b1100_0000;

37 1:seg7<=8'b1111_1001;

38 2:seg7<=8'b1010_0100;

39 3:seg7<=8'b1011_0000;

40 4:seg7<=8'b1001_1001;

41 5:seg7<=8'b1001_0010;

42 6:seg7<=8'b1000_0010;

43 7:seg7<=8'b1111_1000;

44 8:seg7<=8'b1000_0000;

45 9:seg7<=8'b1001_0000;

46 10:seg7<=8'b1000_1000;

47 11:seg7<=8'b1000_0011;

48 12:seg7<=8'b1100_0110;

49 13:seg7<=8'b1010_0001;

50 14:seg7<=8'b1000_0110;

51 15:seg7<=8'b1000_1110;

52 default:;

53 endcase

54 end

55endmodule

分頻模塊:

0moduleclk_frep(clk,rst_n,clk_38khz);

1

2inputclk,rst_n;

3outputregclk_38khz;

4

5reg[9:0]count;

6

7 //分頻出紅外模塊所用的38Khz的時鐘

8 //也可以用占空比為1:3的38khz的時鐘

9

10always@(posedgeclkornegedgerst_n)

11 if(!rst_n)

12 begin

13 count<=0;

14 clk_38khz<=1;

15 end

16 elseif(count==(50_000_000/38000/2-1))

17 begin

18 clk_38khz<=~clk_38khz;

19 count<=0;

20 end

21 else

22 count<=?count+1'd1;

23

24endmodule8

測試模塊:

0 `timescale1ns/1ps

1

2moduleinfrared_tb();

3

4regclk,rst_n;

5regkey;

6wiretx;

7wire[7:0]show_data;

8

9 //因為我們代碼中只發(fā)送一次數(shù)據(jù)，所以可以把key一直拉低

10

11initialbegin

12 clk=1;

13 rst_n=0;

14 key=1;

15

16 #100.1rst_n=1;

17

18 #200key=0;

19

20end

21

22always#10clk=~clk;

23

24 infrared dut(

25 .clk(clk),

26 .rst_n(rst_n),

27 .key(key),

28 .tx(tx),

29 .rx(rx),

30 .seg1(seg1),

31 .seg2(seg2)

32);

33

34endmodule

仿真圖:

仿真中我們可以把數(shù)碼管模塊的計數(shù)器的值改小一點(diǎn)，便于仿真

如圖中所示的我們發(fā)的是32’h00ffa25d，那么數(shù)據(jù)為是8’b1010_0010,那么先發(fā)送時就時就按下面的序列開始0100_0101接收到的為45，所以工程正確。