基于MC9RS08KA2的红外远距离多键控制方案设计

作者：北京昊天诚业科技有限公司 何此昂

引言

　　在空调和许多家电应用中，常常使用无线数据接口（如红外通信）来发送和接收数据，在红外通信中基本的要求是： 待机模式低功耗，低电压操作，低成本，简易的代码调制来客户化定制不同的模式。

　　本方案包括发送和接收部分。设计中采用6引脚DFN封装的MC9RS08KA2来实现红外远程控制；采用6引脚的BDM接口实现Flash在线编程和调试。红外远程控制发送部分通过红外线发射产生数字控制帧到接收部分。红外发送二极管和红外接收调制元件是红外控制的重要器件，作为家居应用，红外载波频率的典型值是38 kHz。 对于不同的发射和接收设计，红外线数据帧模式都是确定的，它依赖于应用的要求。

　　载波频率是38 kHz，在红外线数据传输中考虑到低功耗问题，占空比设计成1/3，红外发射二极管导通时间为8 μs，截止时间为18 μs。相对于占空比为1/2时，红外发射二极管导通时间为13 μs，截止时间为13 μs，功耗降低了很多。数据位0/1表示基于调制信号的导通和截止时间。数据位0表示载波导通和截止时间都是0.5 ms；数据位1表示载波导通时间是0.5 ms，截止时间是1.5 ms。

　　本次设计的数据帧由前导码、多个数据码、1字节的客户识别码和1个停止位组成。前导码代表不同的IR接收器，数据码用于控制开闭信号、加减、不同模式等，客户识别码用于识别不同的客户，停止位用于标识当前传输结束。

1 MC9RS08KA2微处理器

　　MC9RS08KA2 (KA2)是一个超低功耗、低引脚封装的MCU ，适合于家居、玩具和远程控制的应用。它是RS08 CPU 内核, 包含62字节RAM、2 KB Flash和1个8位的定时器，具有键盘中断、低压检测和模拟比较功能，有6引脚和8引脚2种封装形式。设计中通过软件延时的38 kHz载波频率，硬件电路使用9个按键实现远程控制，具有可反复编程和调试的BDM接口，工作电压低至1.8 V，系统采用锂电池供电，低功耗模式下的电流值是1 μA。

2 系统说明

　　设计中使用MC9RS08KA2作为发送和接收处理器。发送部分执行键盘扫描、数据帧编码、载波频率产生，以及通过红外线发送数据帧。接收部分执行键盘扫描、数据帧解码、LCD和LED显示。

2.1 硬件部分

　　MC9RS08KA2具备内部时钟ICS模式，不需要额外的外部时钟源，内部RC晶振的最高时钟频率可达20 MHz(10 MHz的总线频率)。如图1所示，6引脚封装具备足够的资源来识别9个按键。尽管MC9RS08KA2没有内建ADC转换器，但是可通过内建的比较器来实现ADC功能。通过电阻网络，比较器检测不同按键按下的电压值来识别按键。通过按下按键将KBI2连接到地，因此CPU上会有键盘中断发生，同时按键电阻网络会在ACMP-引脚产生一个确定的电压。当KBI中断发生时，开始对RC网络（R11和C3）的ACMP+充电。当检测到有按键按下时，通过计算ACMP+的充电电压达到电阻网络在ACMP-上的分压值的时间来识别按键（S1～S9）。

图1

　　为了保持系统的低功耗，MC9RS08KA2直接驱动红外线发射，如图2所示。电路使用PTA3来驱动IR发射二极管。当PTA3是逻辑高电平时，IR发射二极管接通。R14是一个限流电阻，可以通过改变输出的PWM信号占空比来改变IR发射二极管的输出功率。硬件发送部分原理图如3所示。

图2

图3

　　硬件接收部分（如图4所示）使用PDIP8封装的MC9RS08KA2,通过数码管显示不同的按键数值,通过PTA3驱动继电器来控制电器(如灯具或直流电机)。

图4

2.2 软件部分

　　当系统发送部分上电后，MC9RS08KA2进行初始化。时钟提升到16 MHz,初始化变量寄存器，使能低压监测，I/O口和PTA2设置为输入，使能KBI2的下降沿中断方式。初始化完成后，主程序进入待机模式。当有按键按下时，系统唤醒，CPU执行按键识别和数据帧的发送；之后系统继续进入低功耗模式，继续准备按键唤醒。发送流程如图5所示。

图5

　　接收部分(如图6所示)则在初始化I/O口后，检测是否有红外信号。若无，则继续检测；若有，则判断数据帧地址码是否与接收机相匹配。若匹配，则通过调用数码显示驱动程序显示地址号，同时驱动继电器动作；若不匹配，则继续下一轮接收。

图6

结语

　　系统采用了Freescale公司低成本、高集成度的IC，因而体积很小，功能强大。该方案用于控制家居室内不同的电器，用一个红外发射器，多个相同的红外线接收装置，发射器不同的按键对应不同的电器。实际证明，系统能正常识别每种不同电气设备，无误动作，效果良好。