33. ИК пульты и цифровые схемы приёма

[VVZ]

33. ИК пульты и цифровые схемы приёма.

1. Общая информация.
2. Варианты посылок и кодировки универсального пульта.
3. ИК приём и запись принятой посылки в регистр 74HC595.
4. О микросхеме К155АГ3 (К555АГ3).
5. Схема 1 (управление длительностью низкого уровня напряжения).
6. Схема 2 (управление длительностью высокого уровня напряжения).
7. Схема 3 для RC5. Манчестерский код.
8. Схема 4 (управление длительностью высокого уровня напряжения).
9. Устройство приёма манчестерского кода RC5.

=============================

1. Общая информация:

Данная тема о пультах управления, передающих ИК сигнал управления различным устройствам (музыкальным, телевизионным и далее). В теме рассматриваются варианты цифровых схем, с помощью которых можно декодировать сигнал с пульта.

Варианты пультов:



Для сбора информации о существующих вариантах кодировок использовался универсальный пульт компании HUAYU (HR-E877). На изображении он под N 3); один универсальный пульт заменяет другие, например, на изображении N 1, 2, 4, 5.

На пультах управления есть много различных кнопок, в том числе со значением от 0 до 9. Соответственно информация о нажатии той или иной кнопки содержится в информационной посылке. Имея пульт управления, и собрав несложную схему, можно на небольшом расстоянии управлять внешним устройством.

Например, самый простой вариант электрической схемы:



Если принять во внимание, что часть схемы с регистрами 74HC595 и светодиодами общая для всех схем, то вид самой схемы декодирования, формирующей необходимые три сигнала для регистра (данные DS, сигнал сдвига данных SH, сигнал вывода данных ST) выглядит ещё проще:



Дополнительная информация:
О протоколах ИК связи NEC, Philips и далее на Led-displays.ru.

[VVZ]

2. Варианты посылок и кодировки универсального пульта.

Компаний производящих технику много, так много и различных вариантов кодировок при передаче сигнала. Цифровой сигнал содержит информацию (данные), в которой также по-разному кодируются нолики и единицы данных, начало посылки и разные её окончания.

2-1. На следующем изображении вариант самой простой посылки с 6-ю битами данных. Кодировки N 148 и N 436 пульта HUAYU (HR-E877):



Здесь состояние данных 1 или 0 отличаются длительностью импульсов с высоким уровня напряжения (соответственно 3,5 мс и 1,5 мс), а между битами полезной информации присутствует отрицательный импульс 0,5 мс. Стартового импульса и окончания здесь нет.



В этом варианте содержится шесть бит данных. Бывают и другие варианты, в которых ноль и единица отличаются длительностью высокого уровня напряжения, например, посылки несут в себе 10, 11, 12, 16, 22, 24, 32 или 48 бит данных. В некоторых из них есть особенные временные отрезки о начале или в окончании посылки; далее пункт 2-4.

2-2. На следующем изображении вариант, в котором 1 и 0 состояний данных отличаются длительностью низкого уровня напряжения (соответственно 1,2 мс и 0,6 мс), а между ними присутствует положительный импульс 0,6 мс. В этом варианте также есть длинный отрицательный стартовый импульс 2,4 мс. Кодировки N 005, N 049, N 094 и другие пульта HUAYU (HR-E877):





2-3. Более сложным является вариант, в котором данные передаются с помощью манчестерского кода (например, RC5 - 14 бит). Кодировки N 013, N 023, N 024 и другие пульта HUAYU (HR-E877):



или так (в посылке информация о нажатии кнопки 9):



В принятой посылке отличия между 1 и 0 показаны на изображении:



Временный отрезки t1 = t2 = 0.889 мс.

Соответствие между нажатой кнопкой и содержанием посылки для большинства кодировок на следующем изображении:



В первых двух битах всегда содержится 1, в третьем бите происходит чередование при каждом новом нажатии кнопки. При удержании кнопки происходит повторение посылок, а третий бит сохраняет своё состояние.

2-4. Пульт и его кодировки.

В таблице на следующем изображении приведены варианты кодировок, для декодирования которых в этой теме есть схемы:



Если к выходам сдвигового регистра 74HC595 можно подключить дешифратор (например, КР514ИД1), то такая кодировка отмечена красным цветом (вариант значений разрядов приводится в таблице пункта 2-3 темы). Если к выходам регистра дешифратор подключается с некоторыми “отклонениями”, то такая кодировка отмечена зелёным цветом (вариант значений разрядов приводятся в таблице пункта 2-2).

[VVZ]

3. ИК приём и запись принятой посылки в регистр 74HC595.

Во всех вариантах схем две общих части – это ИК приём (3-1) и запись принятой посылки в регистр (3-2). Само декодирование принятого сигнала выполняется разными схемами (например, части 5-7 темы)

3-1. ИК приём.



VD – ИК приёмник типа VS1838; 536AA3P; TSOP1736 и другие; R1 – 100 Ом; R2, R3 – 10 кОм; C1 – 47,0 мкФ; С2 – 0,1 мкФ.

3.2. Запись принятой посылки и регистр 74HC595.

Запись принятой посылки (декодированной информации) выполняется в регистры 74HC595 и с их выходов отображается на светодиодах. Количество регистров и светодиодов зависит от длительности посылки. Длительность может содержать от 6 до 48 бит информации. Соответственно в схеме для приёма полной посылки может быть от одного до шести регистров. Но в большинстве случаях информация о нажатии кнопок со значением от 0 до 9 содержится в последних 16-ти принятых битах, и поэтому в общей схеме используются как минимум два регистра.



В случаях, когда информация о нажатии кнопок (от 0 до 9) происходит совместимым для подключения дешифратора кодированием, то к соответствующим выходам регистра можно подключить дешифратор (например, КР514ИД1) и семисегментный индикатор, и на индикаторе наблюдать номер нажатой кнопки. Например, в протоколе RC5 информация нажатой кнопки передаётся 4-мя последними битами данных информационной посылки, соответственно в схеме можно использовать только один регистр.

[VVZ]

4. О микросхеме К155АГ3 (К555АГ3).

В этой теме микросхема К155АГ3 (74123) используется в основе многих схемных решений. В ней находятся два элемента, каждый из которых - это формирователь импульса с возможностью его повторного запуска.



В каждом элементе есть три входа (запуск выходного импульса от отрицательного перепада на входе, запуск от положительного перепада и установки нуля/сброса), два выхода (прямого и инверсного импульса) и два вывода для подключения RC элементов, которые определяют длительность импульса. На изображении таблица истинности одного элемента микросхемы (из справочника А.Ф. Нефёдова):



Для мс К155АГ3 cопротивление R может быть в пределах 5 кОм – 25 кОм. При С > 1000 пФ, для микросхем 155 серии приблизительную (!) длительность импульса можно вычислить по формуле: t = 0.28 C (R+700).

Например, при R=10кОм и C=474 нФ - t = 0.28 x 10700 x 0.000000474 = 0.00142 с = 1,42 мс .

Для мс К555АГ3 (74LS123) сопротивление R может быть в пределах 5 кОм – 180 кОм.
t = kCR, k в пределах 0.33 – 0.55;

при 100 пф k = 0.55, при C > 1 мкФ k = 0.33.

[VVZ]

5. Схема 1 (управление длительностью низкого уровня напряжения).

Сигнал после ИК приёмника (при нажатии кнопки 0):



Здесь 1 и 0 данных отличаются длительностью низкого уровня напряжения (соответственно 1,2 мс и 0,6 мс), а между ними присутствует короткий положительный импульс 0,6 мс. В этом варианте также есть длинный отрицательный стартовый импульс 2,4 мс. Кодировки N 005, N 049, N 094 и другие пульта HUAYU (HR-E877). На следующем изображении состояния данных информационной посылки при нажатии кнопок со значением от 0 до 9:



Схема и её описание:



D1 - К155АГ3; D2, D3 - 74HC595; R1; R5-R20 – 1 кОм; R2-R4 – 10 кОм; C1 – 0,33 мкФ; С2 – 2,2 мкФ.

Цифровой сигнал с ИК приёмника IN показан на временной диаграмме 1. Его положительные перепады (из 0 в 1) выполняют сдвиг информации в регистре. По отрицательному перепаду входного сигнала на инверсных выходах мс К155АГ3 формируются отрицательные импульсы определённой длительности. На выходе 4 длительность импульса T1 должна быть около 0.9 мс (диаграмма 2), а на выводе 12 длительность импульса должна быть около 3.5 мс (диаграмма 3). Состояния сигнала диаграммы 2 служат данными для регистра, которые последовательно сдвигаются по разрядам регистра с каждым положительным перепадом входного сигнала IN. Импульсы T2 также запускаются от отрицательного перепада входного сигнала, но в течение всей посылки каждый раз перезапускаются и формируют положительный перепад для вывода данных на светодиоды только по окончании всей посылки, когда в линии установится длительное состояние высокого уровня напряжения. Интервал между отдельными посылками здесь около 26 мс.

Задание: Рассчитайте (объясните) необходимую длительность импульсов T1 и T2.

Временная диаграмма:



Вариант сборки схемы на макетке:



Часть схемы, в которой к регистру подключены светодиоды, выполнена с помощью дополнительных модулей K595l3v1.

[VVZ]

6. Схема 2 (управление длительностью высокого уровня напряжения).

Сигнал после ИК приёмника (при нажатии кнопки 0):



Здесь 1 или 0 состояний данных отличаются длительностью импульсов с высоким уровня напряжения (соответственно 3,5 мс и 1,5 мс), а между битами данных полезной информации присутствует отрицательный импульс 0,5 мс. Стартового импульса и специфического окончания здесь нет. На следующем изображении состояния данных информационной посылки при нажатии кнопок со значением от 0 до 9:



В этом варианте содержится шесть бит данных. Бывают и другие варианты, в которых ноль и единица отличаются длительностью высокого уровня напряжения, например, посылки несут в себе 10, 11, 12, 16, 22, 24, 32 или 48 бит данных. В некоторых из них есть особенные временные промежутки - в начале или (и) в окончании посылки.

Схема:



D1 - К555АГ3; D2, D3 - 74HC595; R7-R22 – 1 кОм; R2, R3, R5, R6 – 10 кОм; R4 - 50 кОм; R1 – 100 кОм; C1 – 0,22 мкФ; C2 – 2,2 мкФ; VT1 - BC547B.

!!! Номинал переменного резистора R4 здесь 50 кОм. Он больше, чем в других схемах (где 10 кОм). Сделано это потому, что различия между 1 и 0 через длительность высокого уровня напряжения присутствует и в других вариантах кодировок, но в них длительности импульсов значительно отличаются друг от друга. То есть, с переменным резистором большего номинала данную схему можно использовать для настройки нескольких других кодировок.

Цифровой сигнал с ИК приёмника IN показан на временной диаграмме 1. Транзистор VT1 выполняет функцию инвертора (ключевой режим). Положительные перепады (из 0 в 1) инверсного входного сигнала выполняют сдвиг информации в регистре. По отрицательному перепаду этого сигнала на инверсных выходах мс К555АГ3 формируются отрицательные импульсы определённой длительности. На выходе 4 длительность импульса T1 должна быть близкой к пределам 2.5 – 3.0 мс (диаграмма 3), а на выводе 12 длительность импульса должна быть около 4.5 мс (диаграмма 4). Если длительность сигнала на диаграмме 2 соответствует единице данных, то импульс T1 полный, если длительность сигнала соответствует нулю данных, то импульс T1 перезапускается очередным отрицательным перепадом инверсного входного сигнала. Состояния сигнала на диаграмме 3 являются входными данными для регистра, которые последовательно сдвигаются по разрядам регистра с каждым положительным перепадом инверсного входного сигнала. Импульсы T2 также запускаются от отрицательного перепада инверсного входного сигнала, но в течение всей посылки каждый раз перезапускаются и формируют положительный перепад для вывода данных на светодиоды только по окончании всей посылки, когда в линии входного сигнала установится длительное состояние высокого уровня напряжения. Интервал между отдельными посылками здесь около 33 мс.

Задание: Рассчитайте (объясните) необходимую длительность импульсов T1 и T2.

Временная диаграмма:



Вариант сборки схемы на макетке:



Часть схемы, в которой к регистру подключены светодиоды, выполнена с помощью дополнительных модулей K595l3v1.

[VVZ]

7. Схема 3 для RC5. Манчестерский код.

Сигнал после ИК приёмника (при нажатии кнопки 9):



Здесь информация передаётся с помощью манчестерского кода (например, RC5 - 14 бит). Кодировки N 013, N 023, N 024 и другие пульта HUAYU (HR-E877). О манчестерском коде - пункт 2-3 этой темы. На следующем изображении состояния информационной посылки при нажатии кнопок со значением от 0 до 9:



Схема:



D1 - К155ЛП5; D2 - К155АГ3; D3 - К155ТМ2; D4,5 - 74HC595; R1; R5-R20 – 1 кОм; R2-4 – 10 кОм; C1 – 0,47 мкФ; C2 – 2,2 мкФ.

Состояние цифрового сигнал с ИК приёмника IN показано на временной диаграмме 1. После включения на прямом выходе триггера (сигнал Q, диаграмма 2) устанавливается логическая единица, а на инверсном – логический ноль. Инверсный сигнал с триггера (диаграмма 3) и сигнал IN (диаграмма 1) поступают на элемент мс D1. Результат от логической операции показан на диаграмме 4. С каждым отрицательным перепадом на входе 1 мс D2 на её инверсном выходе 4 запускается отрицательный импульс T (диаграмма 5), положительный перепад которого каждый раз перезаписывает состояние триггера, на прямом выходе которого присутствуют данные для регистра. Сигналом для сдвига данных в регистр служит прямой выход 13 мс D2 (диаграмма 6). Также с каждым отрицательным перепадом на входе 9 мс D2 на её инверсном выходе 12 запускается отрицательный импульс T2 (его обозначения нет на диаграмме 8). Но в течение всей посылки импульс T2 каждый раз перезапускается и формирует положительный перепад для вывода данных на светодиоды только по окончании всей посылки, когда в линии входного сигнала установится длительное состояние высокого уровня напряжения. Интервал между отдельными посылками здесь около 80 мс.

Задание: Покажите период длительности импульса T2 на диаграмме 8 по окончании посылки. Рассчитайте (объясните) необходимую длительность импульсов T и T2.

Временная диаграмма:



Вариант сборки схемы на макетке:



Часть схемы, в которой к регистру подключены светодиоды, выполнена с помощью дополнительных модулей K595l3v1.

На следующем изображении вариант сборки на макетке вывода значения кнопок пульта от 0 до 9, в которой к выводам регистра подключена мс КР514ИД1 и индикатор. Для реализации функции формирователя импульсов (вместо мс К155АГ3) в схеме применяется мс К561ИЕ10 и генератор на элементах мс К561ЛП2.

[VVZ]

8. Схема 4 (управление длительностью высокого уровня напряжения).

Схема 4, как и схема 2, декодирует сигнал, в котором значения данных зависят от длительности высокого уровня напряжения. В схеме 4 по-другому формируется сигнал записи данных на выходы регистра; здесь сигнал ST зависит от количества импульсов подсчитанных счётчиком от начала посылки, а в схеме 2 сигнал ST зависит только от окончания посылки, независимо от количества импульсов. На следующем изображении показан цифровой сигнал, для декодирования которого необходима именно схема 4:



Стартовая часть посылки состоит из двух частей: промежутка низкого уровня напряжения длительностью 9 мс и высокого – длительностью 4,5 мс. Стартовую часть и данные разделяет отрицательный промежуток длительностью 0.55 мс. Состояния данных (1 или 0) отличаются длительностью импульсов с высоким уровнем напряжения (соответственно 1,7 мс и 0,55 мс), а между битами данных присутствует отрицательный промежуток 0,55 мс.

После информационного сигнала следует короткая посылка, состоящая из трёх частей: промежутка с низким уровнем напряжения длительностью 9 мс, высокого – 2,25 мс и опять низкого – 0, 55 мс. Короткая посылка повторяется при удержании кнопки. Информационные посылки и короткие посылки передаются с периодичностью около 108 мс.

Подобное кодирование очень распространено в посылках пультов разных компаний. Например, на изображении пульты N 2 и 4:



Подобные короткие окончания есть в кодировках строк 13, 14, 15 таблицы:



На следующем изображении тот же сигнал (только без окончания) кодировки 000 с пульта HUAYU (HR-E877) после ИК приёмника (при нажатии кнопки 0):



На следующем изображении состояния информационной посылки при нажатии кнопок со значением от 0 до 9:



Схема:



D1 - К155АГ3; D2, D3 - 74HC595; D4 - К176ИЕ1; R2, R3, R7-R22 – 1 кОм; R5, R6, R23 – 10 кОм; R4 - 50 кОм; R1 – 51 кОм; C1 – 0,47 мкФ; C2 – 2,2 мкФ; VT1 - BC547B; VT17, VT18 - 1N4148.

Цифровой сигнал IN с ИК приёмника показан на временной диаграмме 1. Транзистор VT1 выполняет функцию инвертора (работает в ключевом режиме), на его коллекторе присутствует сигнал SH (диаграмма 2). По отрицательным перепадам сигнала SH на инверсном выходе 4 мс К155АГ3 формируются отрицательные импульсы T длительностью около 1.2 мс (диаграмма 3), при этом длительность входного сигнала должна соответствовать 1 данных (1.7 мс). Если длительность входного сигнала соответствует 0 данных (0.55 мс), то с учётом длительности паузы 0.55 мс будет происходить перезапуск отрицательного импульса на выходе 4 мс К155АГ3. Состояние сигнала DS является входными данными, которые сдвигаются в регистре от положительных перепадов сигнала SH.

От положительных перепадов сигнала SH на инверсном выходе 12 мс К155АГ3 формируются отрицательные импульсы T2 длительностью около 4.0 мс (диаграмма 4); с определённого момента происходит их перезапуск. С началом присутствия бит данных в посылке (от 1 до 32) выходы счётчика К176ИЕ1 обнулены, он находится в состоянии счёта и с каждым отрицательным перепадом сигнала SH увеличивает состояние своих выходов (диаграммы 5-10). Первое нулевое состояние счётчика увеличивается на 32 и на его выходах устанавливается состояние 100001, соответствующее числу 33. Диоды VD17 и VD18, включённые по схеме И, формируют сигнал ST (диаграмма 11), по положительному перепаду которого данные посылки отображаются на состоянии светодиодов VD1-VD16.

Временная диаграмма:
Для сокращения длительности временной диаграммы в посылке первый бит данных имеет значение 1, а с 2 по 32 бит данных имеют значение 0.



Задание:
- Рассчитайте (объясните) необходимую длительность импульсов T и T2.
- В случае подключения сигнала SH к инверсному входу 9 (в этом случае входы 10 и 11 объединяются) мс К155АГ3 определите необходимую длительность импульсов T2 для сохранения работоспособности схемы. Перерисуйте временную диаграмму 4;
- Объясните состояние данных (светодиодов), если отрицательные импульсы с вывода 4 мс К155АГ3 (диаграмма 3) будет длительностью около 0.8 мс? Перерисуйте временную диаграмму 3.

[VVZ]

9. Устройство приёма манчестерского кода RC5.

На фотографии собранная плата приёмника манчестерского кода. После подачи питания (5 вольт) на индикаторе отображается число, соответствующее нажатой кнопке (от 0 до 9) с ИК пульта.



Задание:
Составить полную электрическую схему печатной платы устройства, используя изображение печатной платы и материалы (схемы) из этой темы:
- пункт 3.1 - приёмник ИК сигнала;
- пункт 7 - схема декодирования кода на мс К155АГ3; К155ТМ2, К155ЛП5;
- пункт 3.2 - подключение к младшим разрядам регистра 74HC595 мс КР514ИД1.



На изображении топология печатной платы устройства. Плата односторонняя, вид со стороны установки элементов. Зелёным цветом показаны перемычки. На плате используются выводные и SMD резисторы и конденсаторы.

rc5_sl.zip

Архив с файлом печатной платы (lay6).

(6.4 KiB) Скачиваний: 558