摘要： 為解決教師在多媒體教學(xué)演示中要不斷地利用鼠標(biāo)進(jìn)行翻頁,、跳轉(zhuǎn)等控制， 設(shè)計(jì)以低功耗MSP430F149 單片機(jī)為控制核心,，接收紅外遙控發(fā)射的指令信息,，并通過串口轉(zhuǎn)USB 接口和計(jì)算機(jī)通信，控制通過PowerPoint 演示軟件所制作的教學(xué)課件的運(yùn)行、翻頁,、關(guān)閉等,，此遙控教鞭與傳統(tǒng)的鼠標(biāo)控制相比使用更方便，功能更強(qiáng)大,。

　　傳統(tǒng)教學(xué)中， 教師以黑板和粉筆為最主要的教學(xué)用具,， 這種教學(xué)手段單一,， 課堂效率低， 不能激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,。多媒體輔助教學(xué)模式的興起,， 彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足， 在實(shí)際操作中教師在進(jìn)行多媒體演示時(shí),， 要不時(shí)地進(jìn)行鼠標(biāo)操作,， 使之不得不中斷與學(xué)生的互動(dòng)。無線遙控教鞭是一個(gè)很好的解決方案,。

　　1 系統(tǒng)框架

　　整個(gè)系統(tǒng)由發(fā)射電路,、接收電路和計(jì)算機(jī)軟件三部分組成。發(fā)射部分,， 即手持教鞭部分,， 以日本NEC 的uPD6121G 為控制核心。首先,， 當(dāng)按下按鍵后,， 掃描鍵盤得到遙控碼， 不同的鍵值對(duì)應(yīng)不同的編碼信息,， 此鍵值信息代表著向計(jì)算機(jī)中演示的軟件PowerPoint 發(fā)送的控制命令,， 然后將此編碼信息經(jīng)調(diào)制后由紅外發(fā)光管向外發(fā)射。接收部分的控制核心為TI 公司推出的低功耗MSP430 單片機(jī),， 主要完成發(fā)射端傳送來的紅外調(diào)制信息的接收和解碼操作,， 將解析出的控制命令信息經(jīng)串口轉(zhuǎn)USB 接口傳送至計(jì)算機(jī)， 此硬件模塊可直接插在計(jì)算機(jī)的USB 接口中,， 直接由USB 接口供電,； 計(jì)算機(jī)中的上位機(jī)軟件采用C# 編寫， 使用Microsoft Studio 2005 自帶的SerialPort 組件,。SerialPort 對(duì)象接收到數(shù)據(jù)時(shí),， 將在輔助線程上引發(fā)DataReceived 事件。處理此事件,， 得到從串口發(fā)送來的控制命令數(shù)據(jù)信息,， 實(shí)現(xiàn)控制多媒體演示軟件PowerPoint 的目的。系統(tǒng)框架如圖1 所示。

　　2 硬件系統(tǒng)

　　2.1 紅外遙控發(fā)射模塊

　　通用紅外遙控發(fā)射電路由編/解碼專用集成電路芯片uPD6121G 進(jìn)行控制操作,，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣,、編碼調(diào)制、LED 紅外發(fā)送器等部分,。電路原理圖如圖2 所示,。

日本NEC 公司的uPD6121G 組成發(fā)射電路的編碼原理描述如下， 當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后,， 即有遙控碼發(fā)出,， 所按的鍵不同遙控編碼也不同， 具有以下特征： 采用脈寬調(diào)制的串行碼,， 以脈寬為0.565 ms ,、間隔0.56 ms 、周期為1.125 ms 的組合表示二進(jìn)制的“0” ,； 以脈寬為0.565 ms ,、間隔1.685ms 、周期為2.25 ms 的組合表示二進(jìn)制的“1”,， 其波形如圖3 所示,。

　　上述“0” 和“1” 組成的32 bit 二進(jìn)制碼， 經(jīng)38 kHz 的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率,， 達(dá)到降低電源功耗的目的,。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射， 如圖4 所示,。

　　由圖可知,， 遙控編碼是連續(xù)的32 bit 二進(jìn)制碼組， 其中前16 bit 為用戶地址和地址反碼,， 防止不同機(jī)型互相干擾,， 后16 bit 為用戶操作碼和操作反碼， 也可以稱為功能碼,。本次設(shè)計(jì)就采用此種紅外遙控,。

　　2.2 紅外遙控接收模塊

　　接收電路使用一體化紅外接收頭HS0038 ， 接收紅外信號(hào)頻率為38 kHz ,， 接收距離可達(dá)35 m,。它能將遙控信號(hào)的接收、放大,、檢波,、整形集于一身， 并且輸出可以讓單片機(jī)識(shí)別的TTL 信號(hào),， 這樣大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計(jì)工作,， 方便使用,。其與單片機(jī)連接原理圖如圖5 所示， 由單片機(jī)采集紅外遙控命令并在內(nèi)部完成解碼工作,。

　　2.3 基于PL2302 的串口轉(zhuǎn)USB 接口模塊

　　由于RS232 標(biāo)準(zhǔn)串行接口已逐漸在電腦主板中淘汰,， 為了充分利用USB 接口即插即用的特點(diǎn)， 本設(shè)計(jì)采用了PL2303 芯片實(shí)現(xiàn)了RS232 與USB 接口的轉(zhuǎn)換,， 省去了RS232 電平以TTL 電平的裝換,。用PL2303 實(shí)現(xiàn)的USB 轉(zhuǎn)串口的電路如圖6 所示。

3 軟件系統(tǒng)

　　3.1 單片機(jī)系統(tǒng)軟件

　　單片機(jī)采用TI 的低功耗MSP430F149 為控制核心,，其主要功能是解碼紅外遙控器發(fā)送來的信號(hào)和驅(qū)動(dòng)液晶顯示,。其中解碼紅外遙控信號(hào)是實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，紅外接收電路的信號(hào)輸出接到單片機(jī)的外部中斷0 上,，當(dāng)單片機(jī)接收到信號(hào)后進(jìn)入中斷函數(shù)， 首先判斷是否為引導(dǎo)碼,， 如果是則進(jìn)入解碼程序,， 否則丟棄。解碼程序通過精確的延時(shí)函數(shù),， 判斷每個(gè)發(fā)送過來的每一位為0 還是1,， 并把數(shù)據(jù)保存到date 數(shù)組中， 其中date [0] 保存地址碼,，date [1] 中保存地址反碼,，date [2] 中保存數(shù)據(jù)碼，date[3] 保存數(shù)據(jù)反碼,。解碼的流程圖如圖7 所示,。

圖7 系統(tǒng)軟件流程圖

　　3.2 上位機(jī)軟件

　　上位機(jī)軟件采用C# 編寫， 使用Microsoft Studio 2005自帶的SerialPort 組件,。SerialPort 對(duì)象接收到數(shù)據(jù)時(shí),， 將在輔助線程上引發(fā)DataReceived 事件。處理此事件,， 得到從串口發(fā)送來的數(shù)據(jù),， 并給計(jì)算機(jī)發(fā)送相應(yīng)的命令。

　　本軟件界面人性化,， 用戶在設(shè)置過程中有簡單的操作提示,， 使得人機(jī)對(duì)話更為簡單， 當(dāng)設(shè)置完成后可以讓程序隱藏到后臺(tái)運(yùn)行,。小軟件還有漂亮的皮膚界面,， 上位機(jī)軟件截圖和軟件的工作流程如圖8 所示。

　　本設(shè)計(jì)以MSP430F149 單片機(jī)為控制核心,， 所設(shè)計(jì)的遙控教鞭功耗低,， 僅須兩節(jié)電池供電,； 命令接收采用USB 接口， 其供電可直接通過計(jì)算機(jī)取電,。工作時(shí),， 只要打開控制軟件和PPT 演示軟件， 其操作就可通過手執(zhí)部分隨意控制,， 可方便地應(yīng)用于教學(xué),、會(huì)議室等需演示的場(chǎng)合。