如何通过PIC单片机设计一款多媒体终端遥控器？

1 设计理念和原理

1．1 设计理念

随着数字家庭等领域技术的迅速发展，在多媒体终端上的增值业务将越来越多，浏览网页、搜索、短信等都需要遥控器进行输入。但作为连接用户和终端之间的重要外设，遥控器的设计理念还停留在模拟电视时代，体验感较差。目前用户输入的解决方式是呼出终端的内置输入法，这样就带来了两个问题：一，不同厂家的终端都需要内置自己的中英文输入法，占用资源，而且必须搭配自己的遥控器使用，通用性不高；二，用户在输人时必须一边看遥控器输入一边看屏幕确认输入，如果文字较多会造成频频抬头和低头的麻烦，难以忍受。基于以上缺点，本文提出将输入法内置于遥控器的理念，在遥控器上输入文字后再统一将文字编码用红外线发给终端，终端接收后将编码译成文字显示在输入区中。

1．2 红外遥控器工作原理

遥控码是一串二进制数字信号，通过脉冲编码形成脉冲序列，被调制到一个固定频率载波上，最后通过红外发射管，以光脉冲的形式发射出去。脉冲编码就是将“1”和“0”用一个脉冲来标识。本设计使用 NEC 红外协议，用脉宽 560us，周期 4x560us 代表二进制“1”；用脉宽 560us，周期 2x560us 代表二进制“0”(如图 1 所示，密集竖线表示 38KHz 载波)。

图 1 NEC 协议红外遥控信号的调制

2 硬件设计

2．1 总体设计原则

遵循嵌入式系统高性能、低功耗、小体积的设计思想，总体设计原则是：元器件采用低功耗芯片；尽量用软件实现硬件功能，减少器件数量；键盘采用中断方式，一旦系统空闲超时立即使其进入休眠状态，再次按键予以唤醒。

2．2 硬件组成

硬件组成如图 2 所示。其中：主芯片为 Microchip 公司 PIC18F 系列高档单片机 66J11，性价比极高；液晶屏控制器为 Sitronix 公司的 ST7565R，分辨率 128x64；汉字点阵字库用 Atmel 公司的 262KB Flash 制作，它和 LCD 与单片机的接口均为 SPI 接口；键盘有 49 个按键．采用 7x7 矩阵方式，7 根行线连到单片机 B 口的 RBI～RB7 外部中断脚，列线连到单片机的 E 口的 RE1-RE7，作为数字输出口。

图 2 基于 PIC 单片机的红外遥控器硬件组成

3 软件设计

3．1 系统运行流程

遥控器无开关机过程，因此放入电池时系统硬件即初始化，进入休眠。按键中断时，进入主程序，系统运行流程如图 3 所示，分为两种模式：普通遥控和文本输入。单片机内部的看门狗负责对空闲状态(没有键被按下)计时，超时后系统复位重新进入休眠状态。

图 3 系统运行流程图

3．2 功耗管理设计

PIC18F 系列器件提供了三种主要的工作模式：运行模式、空闲模式和休眠模式，实际中只使用运行模式和休眠模式。根据遥控器的运行流程，看门狗(WDT：Watchdog Timer)负责实现空闲时间的计时。4ms 的 WDT 超时溢出周期与 16 位的后分频比值相乘。可以通过在 MPLAB IDE 中配置寄存器 2H 中的 WDTPS 位控制一个多路开关以对 WDT 后分频器的输出进行选择，可获得的超时溢出周期范围为 4ms 至 135 秒(2．25 分钟)。在代码中需要在每次按键后喂狗，保证看门狗重新计时。

3．3 驱动程序设计

3．3．1 键盘驱动

PIC 单片机的 B 口是外部中断口，有四个 INT 中断和四个 KBI 中断。本设计将 RB0 留做扩展备用，RBl/INTl、RB2/INT2 和 RB3/INT3 都设置为下降沿触发中断；KBl4 个口(RB4-RB7)为电平变化中断(双沿)，在程序里只对下降沿中断有处理。

按键扫描采取行列扫描方式获取键值。配置行线均弱上拉，列线均输出为 0；当有键(行列交叉点)按下时，此键所在行线即出现下降沿；进入中断处理后，依次令每根列线输出为 0，其余为 1，扫描行线看哪根行线输入为 0，从而得到按键的位置。

3．3．2 SPI 驱动

PIC 单片机有两个主控同步串行端口模块，它们都可以用软件配置为 SPI 方式，使用非常方便．数据读写只需读写其缓存即可，不需要像 51 单片机那样模拟时序。本设计使用了两个 SPI 接口器件：LCD 和 FLASH 字库，他们是从设备，单片机是主设备。在配置好与 SPI 时钟频率等有关的寄存器后，主从设备就可以通信了。当主设备从从设备读数据时，SSPxlF(x=1，2)标志寄存器为 0 说明正在接收数据，为 1 时说明已收到一个字节；当主设备往从设备写数据时，SSPxlF 为 1 说明已发完—个字节。

3．3．3PWM 驱动

发射用的红外载波口』用标准脉宽捌制模块(PWM)来实现，载波频率是 38KHz，因此 PWM 的周期就是 1/38KHz，PWM 周期的计算公式是：

PWM 周期=[(_PR2)+1]．4．TOSC(TMR2 预分频值)．

本设计中晶振是 12MHz．即 TOSC=1/12MHz，经过计算，PR2 寄存器设置为 78。TMR2 预分频值为 1 可得到频率为 38Km 的方波。

也可以设置方波的占空比为 1：3 来减小功耗，占空比有 10 位，寄存器 CCPRxL 保存占空比高 8 位，CCPxCON<5：4>保存低 2 位。CCPRxL：CCPxCON<5：4>代表这个 10 位值。计算占空比的公式是：

PWM 占空比=(CCPRxL：CCPxCON<5：4>)．TOSC．(TMR2 预分频值)

设置好频率和占空比．开启 PWM 功能，TMR2(定时器 2)开始计时，PWM 输出高电平，计时到周期的 1，3 时 PWM 输出低电平，计时到一个周期时 PWM 重新开始另一个周期，TMR2 从 0 开始计时。所以要停止载波的输出很简单，只需令占空比为 0 或 TMR2 停止计时。因此，很容易就可得到图 1 所示的输出。

3．4 输入法设计

3．4．1 功能

用遥控器输入中英文、数字、符号，功能类似于手机短信，其中中文输入是类似手机 T9 输入法的拼音输入法，英文输入法是只需按两次键(第一次调出候选字符，第二次选择字符)即可输入一个字母。按“输入法”键从遥控模式切换进输入模式，操作同手机，“切换键”用来切换中 / 英输入，“1”用来输入标点，“0”用来呼出数字输入法。输入完毕按“发射键”发射 LCD 上所有文字的编码，汉字是机内码，英文、数字及符号是 ASCII 码。如果想回到遥控模式，再次按“输入法”键。

3．4．2 拼音输入法设计原理

拼音输入法是本设计的核心内容，它负责将键盘输入的数字序列转换为汉字，汉字的搜索采用查表算法。拼音输入法大体可以分为两个步骤：把数字序列转换为拼音编码，然后搜索到该拼音编码对应的汉字编码。选中的汉字将显示在 LCD 的文本区，其编码记录在待发射的文本数组中。

3．4．3 索引表的重要结构体

1．拼音编码以索引表的形式保存在 PY_Index．h 中，每个拼音编码的数据结构为：

eonst struct T9PY_IDX
{
const unsigned char *t9：// 按键数字序列
const unsigned char *PY：// 拼音编码字符串
coast unsigned char *pY_mb；// 该拼音对应的汉字码表地址
}；

所有的拼音编码组成一个数组常量 T9PY_index[]，每个拼音编码作为数组中的一个元素存在，如：const struct T9PY_IDX
PY_index[]{"9468"、 "zhou"，PY_mb_zhou}，

2. 拼音输入法拼音组合查询码表，T9 数字字母索引结构如下：

const struct PY_arrange
{
cormt unsigned char *nums；
const unsigned char *arra；
}；

例如：const struct PY_arrange PY_arr []={"726"，"pan pao ran rao san sao"}

3．汉字码表举例：

const unsigned char PY_mb_zhou[]={"舟周州洲诌粥轴肘帚咒皱宙昼骤??"}

3．4．4 汉字字模库的使用

汉字的显示在 LCD 上用点阵来表示：有笔划(I)、无笔划(O)。描述点阵信息的二进制代码集称为字模，所有点阵信息就组成了字模库。GB2312—80 规定了汉字的信息交换码，简称国标码，其用两个字节代码来表示一个汉字。微机中还有区位码和机内码两个概念，区、位各 94(1-94)，用先区后位的两个 2 位十进制数表示；机内码是计算机内部存储汉字的代码。

在本设计中，每个汉字的显示采用 16x16 图形点阵方式显示，在 UCDOS 等汉字操作系统中可以找到 HZK16．DAT 二进制文件，这是一个标准的 16x16 点阵的字模库。以 94 个汉字为一组。共 87 组，8178 个字。以 16x16 点阵的汉字计算，每个汉字实际占用的空间为 32Bytes，总容量为 8178x32=262KB，用烧片器将 HZK16．DAT 烧进 FLASH 中。

以汉字“电”为例，其机内码为 OxB5E7，在单片机系统中需要的是其在存储器中的绝对位置，则需要先将其转换为区位码。总结公式为：

((机内码的高位字节 -OxA1)x94 + 机内码的低位字节 - 0xAl)x32

那么“电”在字库中的地址就是((OxB5-OxAl)x94+0xE7-0xAl)x32。AT45DB021B 是分页存储的，每页有 264Bytes，所以上述地址除以 264 的商是指定对哪一页读取，余数指定从这一页的哪一字节开始读取。

4 结束语

未来的多媒体终端给消费者带来的是集信息、娱乐、学习、购物于一体的享受。此遥控器通用性强，应用范围广，可支持搜索、短信等多种增值业务，带给用户革命性的体验感。遥控器 BOM 成本不到 100 元，普通遥控器为 20 元，差价 80 元，如果用于高端 VOD 业务的捆绑销售．假设包月资费为 20 元，仅用不到 4 个月就可收回投资，经济效益极好，市场潜力巨大。

本文作者创新点：针对多媒体终端输入中用户体验较差等缺点，介绍了一种可向终端发送文本信息的新型红外遥控器，给出了基于 PIC8 位单片机实现的解决方案，其设计理念比较符合数字家庭领域未来发展的方向，有一定的借鉴意义。