基于SOPC的红外解码IP核设计与实现

摘要：提出一种红外解码IP核在SoPC系统中的设计与实现方案，重点研究红外系统的数据编码和传输机制，红外解码电路的HDL设计，IP核的制作及在SoPC系统中的应用。该方案的红外发送接收芯片分别是TC9012和DS338S，在DE2开发板对IP核进行测试。结果表明，红外解码IP能顺利地添加到SoPC系统中，实现快速、稳定、正确的红外解码功能，达到预期设计目标。
关键词：红外解码；Avalon总线；IP核；SoPC

0 引言
红外通信作为一种简便的无线通信技术在电子设备中具有广泛的应用。它的主要优点是无需专门申请特定频率的使用执照；具有移动通信设备所必需的体积小，功率低的特点；传输速率适合家庭和办公室使用的网络；信号无干扰，传输准确度高；成本低廉。
SoPC技术是在可编程逻辑器件的基础上发展起来的一种灵活、高效的嵌入式系统解决方案。它将处理器、存储器、I／O口、常用外设等系统设计所需要的部件以IP核的形式集成到一片FPGA器件上，构建成一个可编程的片上系统，实现特定的逻辑功能。其中，IP核可理解为一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，该程序与集成电路工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。因此，IP核的设计与复用是SoPC设计中解决设计层次、产品成本、设计周期和降低风险的关键环节，是SoPC设计中的关键技术。
本文提出一种红外解码IP核在SoPC系统中的设计与实现方法，重点研究红外系统的数据编码和传输机制、红外解码电路的HDL设计、IP核的制作及在SoPC系统中的应用方法。

1 红外通信原理与Avalon总线规范
1．1 红外通信原理
本文采用的红外接收部分的硬件电路由红外发射芯片TC9012和红外接收芯片DS338S组成。DS338S的输出信号IR_out接入FPGA的GPIO，实现红外解码功能。硬件电路图如图1所示。

发射端TC9012发送的红外数据帧的格式如图2所示。
每帧含有32 b，包含2次8位用户码，8位数据码和8位数据码的反码及最后位的同步位。其中，用户码是由硬件决定的，通过解码用户码来识别控制单位是否有权控制设备。数据反码是用于验证数据码是否正确的。引导码由4．5 ms的载波和4．5 ms的载波关断波形所构成，作为用户码、数据码以及他们的反码的先导。TC9012采用PPM(Pulse Phase Modulation)脉冲相位调制方式完成数据的发送。载波、同步位、位元‘0’和‘1’和引导码的波形如图3所示。由图可知，载波频率为38 kHz，占空比为1／3；同步位(SY)是标志最后一位编码“0”或“1”的标识位，它只有0．56 ms的有载波信号构成；位元0由0．56 ms的有载波部分和0．565 ms的空闲部分构成；位元1由0．56 ms的有载波部分和1．69 ms的空闲部分构成。