嵌入式课程设计报告解读.doc

《嵌入式系统》课程设计报告

题 目
基于ARM的数字编码遥控系统

院 系：河南科技学院机电学院
学生姓名： 张胜林
专 业： 应用电子技术教育
班 级： 111
指导教师： 付广春
杜留锋
完成时间： 2014年10月15日
目 录

1 需求分析 ………………………………………………………………………… 1
1.1 引言 ……………………………………………………………………… 1
1.2 数字编码无线遥控控制方式 ………………………………………………1
2 总体设计 ………………………………………………………………………… 1
2.1 设计思路 ……………………………………………………………………1
2.2 总体设计框图……………………………………………………………… 2
2.3 设计原理分析……………………………………………………………… 2
2.4 设计方案…………………………………………………………………… 3
3 详细设计 ………………………………………………………………………… 4
3.1主要元器件 …………………………………………………………………4
3.2发射电路设计 ………………………………………………………………8
3.3接收电路设计 ………………………………………………………………9
4系统测试……………………………………………………………………………9
5系统不足及改进 ………………………………………………………………… 10
6总结与体会 ……………………………………………………………………… 10
参考文献 ……………………………………………………………………………10
附录 …………………………………………………………………………………11

1需求分析

1.1引言
数字编码无线遥控是指在控制端把指令以某种编码的形式形成易于传输的信号，经过无线传输，在受控端经过解码等形式进行相应的处理，再进行相应的控制。数字编码遥控系统由发射部分，接收部分和控制部分组成。发射部分先由震荡产生电路产生高频信号后，经键盘编码，再经放大电路放大后，由发射端发射出去形成发射部分；接收部分经与编码芯片相应的解码芯片进行解码，再经放大后进行输出控制；控制部分设计成由接收输出控制。随着现代科技的发展，无线遥控在现代生活中发挥着越来越重要的作用。目前他已广泛应用到社会生活的各个领域，包括军事，国防，经济，工农业的各个方面。
1.2数字编码无线遥控控制方式
数字编码无线遥控控制的方式多种多样，可以根据不同的需要进行相应的处理，采取简单易行的控制方式可使电路简单，方便易行。各种遥控方式的不同，主要在于编码处理方式和信息的传输方式。所传信息的形式和信息量的大小主决定采用何种编码方式和处理方式，而信息传输的距离觉得采用何种传输方式。
在传输方式上，对于近距离遥控，可以采用基带传输。对于远距离遥控，需要选择适当的调制方式，进行频带传输。目前常用的调制方式有幅度调制，频率调制，和相位调制。对于不同形式的基带信号，又可分为模拟调制和数字调制。对于各种调制方式的选择，可以根据基带信号的形式，传输的带宽限制等因素决定。为此，在前人的基础上设计出了集成芯片多通道开关系统的设计方案。在此方案的基础上，我们得以更为简便的实现无线控制。
2总体设计

2.1设计思路
本设计根据无线遥控控制系统的设计原理，在本实习设计中亦采用通用模式。整个控制系统由发射部分，接收部分和控制部分组成。通过发射接收电路一一对应的编码解码实现无线控制。
具体电路用2262编码芯片组成无线发射电路，用2272解码芯片组成接收电路，用STM32F103最小系统组成输出控制电路。实现4路控制LED灯亮灭。
2.2总体设计框图
2.2.1发射电路

功放
调制
编码
按键

图2.1无线遥控发射电路

2.2.2接收输出控制电路

STM32F103
解码
解调
放大

外供直流稳压电源

图2.2 无线遥控接收电路
2.3设计原理分析
2.3.1无线信号的传输部分
（1）调制方式的选择
根据要求，对象是四个LED灯显示明灭，被控状态采用二进制编码。由于数字信号具有丰富的低频成分，不宜进行无线传输，因而需要将基带信号进行高频正弦调制，即数字调制。基本的数字调制有三种：即振幅键控(ASK)，频率键控(FSK)和相位键控方式(PSK)。目前用的最多的数字调制方式是相干2DPSK和非相干FSK。相干2DPSK主要用于高速数据传输，而非相干FSK则用于中低速数据传输中。为了提高抗干扰的能力，同时实现方法比较简单，载波传输采用FSK调制方式。
（2）发射电路
用2262芯片对某一指令进行编码处理，输出后信号由发射器件将指令信号发射出去。
（3）发射装置功放电路的选择
功率放大器一般由推动级，中间级和输出级组成，具体级数应由所要求的总功率增益而定。假设天线特性阻抗75Ω，则在匹配良好条件下天线上的电压峰一峰值要小于3.5 v。一般西勒振荡器输出电压峰一峰值为1V是可以实现的，所以用一级功率放大器应该能满足要求。考虑到前后级影响的问题，在振荡器与功率放大器之间加入一级射随器，起隔离和激励的作用。鉴于输出功率低，兼顾效益，功放管工作状态选为甲乙类。
（4）接收与输出控制
通过查阅资料，接收装置接收信号后由2272解码输出信号，输出信号由STM32F103控制。
2.3.2数字编码电路部分
控制对象是四个LED灯，它们只有两种开关状态：明或灭。因此将其用数字信号来表示是合理的。四个按键开关对应四种控制状态。文中采用四位二进制码表示各种控制状态。为了方便码元的传输，需要对码元进行在编码(一是进行并串转换，二是加入一定冗余信息提高可靠性)然后再接收端进行解码。
2.4设计方案
2.4.1硬件设计
2262的编码方法如图2所示"地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示,两个窄脉冲表示0，两个宽脉冲表示l,一个窄脉冲和一个宽脉冲表示f(/悬空0),两次发送数据包间的同步采用一个4a窄的且其占空比为1/32的同步脉冲"件2262每次发射时至少发射4组字码,2272连续两次检测到相同字码才会产生输出"这里选用T型解码器具有自锁功能,这可以防止窄脉冲干扰,增加可靠性"2262和2272除地址编码必须一致外,载波频率也必须一致,要满足这个条件就可合适地选择振荡电阻，这里采用3MHz的高频发射电路,2262编码器采用47M的电阻,接收解码部分用的是820kn的电阻,由2622/272数据手册,查得窄脉冲宽度为450林s,宽脉冲宽度为1350林s,同步位宽14ms"。

图2.3 2262编码方法
2.4.2软件设计
软件设计以硬件上需实现的任务为中心,主要括包以下几部分括：
(1)实现与计算机通信协议。
(2)LCD显示与键盘处理。LCD显示了各受控装置的对应断电器的通断状态,并同步显示键盘操作的结果和操作提示"。
(3)无线发射与接收功能。为确保发射的有效性,发射完成后必须等待相应的状态返回,所以要在设定的时间内判断是否有返回数据"。
3详细设计

3.1主要元器件
3.1.1总体简介
（1）大体认识
2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441种地址, 2262最多可6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。
（2）2262/2272 地址码的设定:
在通常使用中，一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路 2262和解码2272的第 1～8 脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为 6561，所以地址 编码不重复度为6561组，只有发射端2262和接收端 2272的地址编码完全相同，才能配对使用。
例如将发射机的2262的第2脚接地第3脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的2272只要第2脚接 地第3脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的 D1～D4 端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级三极 管放大，便可驱动继电器等负载进行遥控操纵。
（3）设置地址码原则
设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。至于设置什么样的地址码完全随客户喜欢。
（4）震荡电阻
2262和2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，否则接收距离会变近甚至无法 接收，在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越低，编码的宽度 越大，发码一帧的时间越长。相对来说2262用 1.2M，2272用200K 配套发射效果比较好。

3.1.2编码2262芯片
编码芯片2262是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。2262将从数据和地址输入管脚并行输入的“地址/数据”转换为串行的、适用于RF或IR调制的波形，由DOUT管脚输出。2262最多可有12位三态地址，提供531441(3的12次方)个地址码，减少了地址码冲突的可能性，提高了抗非法代码扫描的能力。2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚。
2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时数据脚也输出相应的高、低电平。2262的14脚TE为低电平时，启动17脚的编码输出。当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。
（1）2262特点
1、CMOS工艺制造，低功耗
2、外部元器件少
　　3、RC振荡电阻
　　4、工作电压范围宽：2.6-15v
5、数据最多可达6位
　　6、地址码最多可达531441种
7、2262常用震荡电阻（直接接在OSC1-OSC2端）1.2M， 1.5M ，2.2M， 3.3M， 4.7M。
（2）应用范围
1、车辆防盗系统
　　2、家庭防盗系统
　　3、遥控玩具
4、遥控风扇
5、房门控制
6、工业控制
　　7、其他电器遥控

（3）管脚图及管脚说明

图3.1 2262管脚图
表3.1 2262管脚说明表
名称
管脚
说 明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空)
D0-D5
7-8、10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
Dout
17
编码输出端（正常时为低电平）
3.1.2解码2272芯片
解码芯片2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。
2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（2272-M4)，对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。
（1）2272管脚图

图3.2 2272管脚图
（2）2272管脚说明
表3.2 2272管脚说明表
名称
管脚
说 明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不解码
D0-D5
7-8、10-13
地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
DIN
14
数据信号输入端，来自接收模块输出端
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
VT
17
解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）

3.2发射电路设计
3.2.1电路原理图

图3.3发射电路设计原理图
3.2.2工作原理
当S1,S2,S3,S4有一按键按下，对应指示灯亮，2262芯片编码后输出信号经放大发射出去。
3.3接收电路设计
3.3.1电路原理图

图3.4接收电路设计原理图
3.3.2工作原理
无线接收信号接收后由2272解码后由STM32F103最小系统控制输出，从而使对应LED灯亮。
4系统测试

本系统由发射电路、接收电路、控制输出电路三部分组成。具体用2262编码芯片组成无线发射电路，用2272解码芯片组成接收电路，用STM32F103最小系统组成输出控制电路。当按下四路按键的某一路，信号经编码发射接收解码后输出信号由STM32F103最小系统控制，从而实现了4路控制LED灯亮灭。
5系统不足及改进

无线控制距离短，控制灵敏度受不同方向、角度约束。可以通过用优化的硬件电路（发射、接收的主要元器件）来改善。
6总结与体会

课程设计期间，按照任务要求，我设计出了数字编码无线遥控控制系统，它基本上实现了无线遥控控制系统的简单应用，但由于时间、精力有限等原因，此系统也存在一定的不足，譬如说发射器的功率能否使无线控制达到足够远的距离，还需要动手实践来检测。希望老师给予意见和指正。
经过这两周课程设计的学习，我感觉有很大的收获：首先，通过学习新的知识使自己的学习能力有一个质的提高，同时又加深自己对课本知识的理解，也达到复习课本的目的。在此期间，我充分的利用图书馆以及互联网资源查资料，学到了许多课本以外的知识，能对电路绘制、分析的几个软件进行操作，能达到学以致用的目的。对我们学生来说，理论与实际同样重要，这是我们以后在工作中说明自己能力的一个重要标准。

参考文献

[1] 高吉祥.高频电子线路设计[M].北京：电工电子出版社，2007.5
[2] 康华光.电子技术基础数字部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.1
[3] 康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.1
[4] 路勇.电子电路试验及仿真[M].北京：清华大学出版社.2004.1
[5] 刘征宇.电子设计实践攻略[M].福州：福建科学技术出版社，2006.2

附录1

程序

（1）main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_exti.h"
#define CLI() __set_PRIMASK(1)
#define SEI() __set_PRIMASK(0)
int main(void)
{
LED_GPIO_Config();
LED0_ON;
CLI();
SEI();
EXTI_PA_Config();
while(1)
{
}
}
（2）bsp_led.c
#include "bsp_led.h"
void LED_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef .GPIO_
InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_
APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_
InitStructure);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_2;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_3;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3);
}
（3）stm32f10x_it.c
void SysTick_Handler(void)
{
}
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0)!= RESET)
{
LED0_TOGGLE;
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
}
}
void EXTI1_IRQHandler(void)
{
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) != RESET)
{
LED1_TOGGLE;
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_ Line1);
}
}
void EXTI2_IRQHandler(void)
{
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line2)!= RESET)
{
LED2_TOGGLE;
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_ Line2);
}
}
void EXTI3_IRQHandler(void)
{
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line3)!= RESET)
{
LED3_TOGGLE;
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_
Line3);
}
}
（4）bsp_exti.c
#include "bsp_exti.h"
static void NVIC_Configuration(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_
PriorityGroup_1);

NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannel = EXTI0_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannel = EXTI1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannel = EXTI2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannelSubPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannel = EXTI3_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannelSubPriority = 3;
NVIC_InitStructure.NVIC_
IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

附录2

元件清单

发射电路

接收电路

附录3

实物结果图

读书的好处

1、行万里路，读万卷书。
2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。
3、读书破万卷，下笔如有神。
4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文
5、少壮不努力，老大徒悲伤。
6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿
7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。
8、读书要三到：心到、眼到、口到
9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。
10、一日无书，百事荒废。——陈寿
11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生，一日不写手生。
13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基
14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游
15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德
16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿
17、学习永远不晚。——高尔基
18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向
19、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子
20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。——培根