摘  要： 為提高遙控汽車的抗干擾能力，優(yōu)化其控制功能,，設(shè)計(jì)了一款具有16位隨機(jī)地址碼學(xué)習(xí)能力的多功能遙控汽車編解碼器（MT-5/MR-5）,。通過建立良好的通信協(xié)議、引入隨機(jī)地址碼學(xué)習(xí)功能和優(yōu)化電路結(jié)構(gòu),，極大地提高了遙控汽車的抗干擾和精確控制能力,。最后介紹了該對編解碼器在電路中的應(yīng)用，具有進(jìn)一步推廣應(yīng)用價(jià)值,。
關(guān)鍵詞： 基帶信號,；通信協(xié)議；遙控汽車,；編碼器,；解碼器

    隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，各類無線遙控技術(shù)異軍突起,，應(yīng)用范圍越來越廣,，生活中常見的遙控汽車、防盜報(bào)警,、遙控機(jī)器人以及家用電器等方面應(yīng)用了大量的無線遙控電路,，這些遙控電路的核心部件是遙控編解碼器[1]。但市場上很多遙控器和接收機(jī)的抗干擾能力不強(qiáng),，例如遙控汽車,，經(jīng)常出現(xiàn)“一個(gè)遙控機(jī)同時(shí)遙控多個(gè)同類型的遙控汽車”、“一個(gè)遙控汽車同時(shí)受多個(gè)同類型的遙控機(jī)所控制”,、“一個(gè)遙控機(jī)只能請求一個(gè)遙控汽車進(jìn)行地址碼學(xué)習(xí)”和“一個(gè)遙控汽車只能接受一個(gè)遙控機(jī)發(fā)送的地址碼學(xué)習(xí)請求”等問題,。因此，設(shè)計(jì)一款具有多位隨機(jī)地址碼學(xué)習(xí)能力的多功能遙控汽車編解碼器（也適用于遙控飛機(jī),、遙控機(jī)器人和其他遙控系統(tǒng)）具有很好的市場前景,。
1 功能定義
    編碼器（MT-5）和解碼器（MR-5）是一對能精確控制遙控汽車的編解碼器，其管腳圖如圖1所示,。MT-5的S鍵和MR-5的SRC鍵用來控制16位隨機(jī)地址碼學(xué)習(xí)功能,，8個(gè)控制鍵F（前進(jìn)）、B（后退）,、R（右轉(zhuǎn)）,、L（左轉(zhuǎn)）、T（加速）,、F1～F3（附加功能）用來遙控汽車的運(yùn)動（如勻速前進(jìn),、加速前進(jìn)、右轉(zhuǎn)以及多種狀態(tài)組合的功能）,。當(dāng)按下地址碼學(xué)習(xí)請求鍵S和地址碼學(xué)習(xí)允許鍵SRC后,，MT-5發(fā)送學(xué)習(xí)請求,，MR-5接收到該學(xué)習(xí)請求后，進(jìn)行請求狀態(tài)識別和地址碼數(shù)據(jù)檢測,，再進(jìn)行16位隨機(jī)地址碼學(xué)習(xí),。學(xué)習(xí)完成后，MT-5就可以發(fā)送控制功能請求了,，MR-5接收到該請求后進(jìn)行請求狀態(tài)識別,、地址碼判斷和請求功能數(shù)據(jù)檢測，最后進(jìn)行相應(yīng)的控制功能驅(qū)動[2],。

    遙控汽車在非加速狀態(tài)下前進(jìn)和后退對應(yīng)的F和B輸出端輸出60 Hz的脈沖,，間歇地驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，使遙控汽車處于非加速運(yùn)動狀態(tài),；而加速狀態(tài)下前進(jìn)和后退則對應(yīng)F和B輸出端輸出高電平,，持續(xù)驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，從而使遙控汽車處于加速運(yùn)動狀態(tài),，如表1所示,。

2 編解碼思路
    為建立遙控汽車的通信關(guān)系，MT-5和MR-5必須共同遵循一個(gè)預(yù)先協(xié)商好的幀協(xié)議[2-3],。在發(fā)送端數(shù)據(jù)按照幀協(xié)議的約定,，把幀同步碼、隨機(jī)地址碼,、請求狀態(tài)位,、功能數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位,、結(jié)束位等裝入幀中后送入傳輸線路,，接收端接收到幀后根據(jù)預(yù)先協(xié)定好的幀格式來進(jìn)行同步、識別,、校驗(yàn)和解碼接收,。信號發(fā)送過程中，碼元為“1”時(shí)用占空比為3/4的矩形脈沖表示,，碼元為“0”時(shí)用占空比為1/4的矩形脈沖表示。幀結(jié)構(gòu)和編碼方式如圖2所示,，取編碼頻率fc=2 kHz,，Tc=0.5 ms，碼元信號周期Ts=2.0 ms,。

    解碼時(shí)只要控制取樣時(shí)鐘在該位中間時(shí)刻采樣,，所得到的取樣值就是該位所代表的碼元信息，該取樣方式對時(shí)鐘要求非常寬松,，并有一定的容差范圍,。取樣頻率與編碼頻率一致,，故可得取樣時(shí)鐘容差范圍ΔT=Tc=0.5 ms。
3 編解碼器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)
    編解碼器含有上電復(fù)位,、按鍵信號防抖動,、16位隨機(jī)地址碼發(fā)生器、編碼,、取樣,、地址碼學(xué)習(xí)和輸出控制等電路，如圖3所示,。因遙控汽車安全需要,，解碼器內(nèi)置有過壓保護(hù)電路[4]，輸入自動關(guān)閉腳的過壓信號會關(guān)閉馬達(dá)（VT 腳未用時(shí)接地,，轉(zhuǎn)移點(diǎn)為1.4 V）,。

    其中，16位隨機(jī)地址碼產(chǎn)生器電路基于M序列生成原理,，利用反饋移位寄存器產(chǎn)生線性移位寄存器序列,。以4級移位寄存器為例，其邏輯功能如圖4所示,。設(shè)初始狀態(tài)（a0a1a2a3）=1000,，即第一級a0=1，第二級a1=0,，第三級a2=0,，第四級a3=0。當(dāng)一個(gè)脈沖來到時(shí),，各級狀態(tài)便自左向右移至下一級,，末級a3作為串行地址碼輸出。假設(shè)M序列多項(xiàng)式f(a0,，a1,，a2，a3)輸出為a4,，將該輸出反饋到第一級,，成為第一級的新存數(shù)，下一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來又繼續(xù)上述過程,，隨著時(shí)鐘的不斷來到,，第一級a0輸出一個(gè)0、1序列,。由于地址碼學(xué)習(xí)請求和學(xué)習(xí)允許按鍵的控制時(shí)間具有一定的隨機(jī)性,，因此獲取的16位地址碼也是隨機(jī)的。

      編解碼器還引入多個(gè)設(shè)計(jì)巧妙、結(jié)構(gòu)簡潔和性能優(yōu)良的模塊電路,。如按鍵輸入信號防抖動電路,，能解決普通防抖動電路帶來的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和延時(shí)較長等問題；帶使能信號門控時(shí)鐘型數(shù)據(jù)鎖存器,，能解決常見的數(shù)據(jù)鎖存器所帶來的門級功耗較高,、版圖面積較大和時(shí)序混亂等問題[5]；基于COMS開關(guān)特性奇偶校驗(yàn)電路,，能解決由異或門組成的傳統(tǒng)型奇偶校驗(yàn)電路所帶來的版圖面積大等問題[6-7],。
4 編解碼器的應(yīng)用
    根據(jù)遙控汽車的工作特性，設(shè)計(jì)了適用于MT-5和MR-5的應(yīng)用電路,，如圖5和圖6所示,。

    MT-5應(yīng)用電路正常工作時(shí)，9 V直流電源經(jīng)過由R1,、D1,、C1和C2組成的穩(wěn)壓電路后為編碼器提供4.7 V的工作電壓。同時(shí),，9 V直流電源也直接給三極管Q1和Q2供電,。按鍵開關(guān)S用于16位隨機(jī)地址碼學(xué)習(xí)請求；按鍵開關(guān)F,、B,、T、R,、L用于控制遙控汽車的前進(jìn),、后退、加速,、右轉(zhuǎn),、左轉(zhuǎn)以及組合功能，F(xiàn)1～F3用于功能擴(kuò)展,。Q1,、XTAL、L1和C5組成一個(gè)電容三點(diǎn)式載波振蕩器,。MT-5端口DO輸出的編碼信號與Q1輸出的載波信號同時(shí)加到Q2的基極,，經(jīng)Q2調(diào)制，并經(jīng)L3,、C9和C10濾波后由天線發(fā)射出去,。該電路設(shè)置載波頻率為27.145 MHz，元件具體參數(shù)如圖5所示,。
    MR-5應(yīng)用電路正常工作時(shí)，12 V直流電源直接加在伺服電機(jī)M1和M2兩組全橋驅(qū)動器上。同時(shí)電源經(jīng)穩(wěn)壓電路后為MR-5和RF接收電路提供4.7 V的穩(wěn)定電壓（IN4148是通用開關(guān)二極管,，對MR-5起到保護(hù)作用）,。天線和Q1組成的RF電路接收信號后送給MR-5的一級反向輸入端口V1，經(jīng)解碼后,，輸出端口F,、B、R和L輸出控制信號,，并驅(qū)動兩個(gè)全橋電機(jī)驅(qū)動器,，從而控制伺服電機(jī)的正向和反向轉(zhuǎn)動。當(dāng)T=1,、F=1,、B=0、R=0,、L=1時(shí),， Q8、Q9,、Q11,、Q2、Q3,、Q5導(dǎo)通,，Q12、Q13,、Q10,、Q6、Q7,、Q4截止,，M1正轉(zhuǎn)和M2反轉(zhuǎn)控制汽車加速向左前進(jìn)。當(dāng)端口T=0時(shí),，F(xiàn)和B對應(yīng)的高電平置換為60 Hz的脈沖,，間歇地驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動以控制遙控汽車勻速前進(jìn)和后退。該電路設(shè)置載波頻率為21.145 MHz時(shí),，對應(yīng)的元件參數(shù)如圖6所示,。
    本文設(shè)計(jì)了一對具有16位隨機(jī)地址碼學(xué)習(xí)能力的多功能遙控汽車編解碼器。給出一種保密性好和誤碼率低的編解碼方式,，建立了編解碼器之間的通信協(xié)議,，引入了獨(dú)特的16位隨機(jī)地址碼生成、學(xué)習(xí)和檢測功能,，解碼器必須在人為允許的條件下才可以接受地址碼學(xué)習(xí)請求,，并且還可以接受同類型的不同遙控器的地址碼學(xué)習(xí)請求，極大地提高了遙控汽車在工作過程中的抗干擾能力。最后給出了編解碼器在電路中的應(yīng)用,，實(shí)現(xiàn)了對遙控汽車的精確控制,，并在遙控飛機(jī)和遙控機(jī)器人等一系列遙控設(shè)備中具有進(jìn)一步的推廣應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1] 樊昌信.通信原理教程[M].北京：電子工業(yè)出版社,，2005.
[2] 周松青.遙控編解碼器ASIC的設(shè)計(jì)[D].桂林：桂林電子科技大學(xué),，2008.
[3] 李斌，高恭嫻.學(xué)習(xí)型紅外遙控器的設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用,，2010,，29(1)：35-37.
[4] 曾國敬，宋躍,，何志輝.一種智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,，2011，37(4)：81-84.
[5] BHASKER J.Verilog HDL綜合實(shí)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社,，2004.
[6] MARTIN K W.Digital Integrated Circuit Design[M].Beijing：House of Electronics Industry,，2002.
[7] 吳其琦，韋文斌.基于FPGA的可編程濾波器的設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用,，2012,，31(22)：75-77.