無線多媒體教鞭設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)教學(xué)的電子化，提高教學(xué)質(zhì)量，設(shè)計(jì)適應(yīng)教學(xué)發(fā)展的無線多媒體教鞭。硬件部分設(shè)計(jì)發(fā)射端的遙控按鍵信號(hào)編碼電路，接收端的解碼電路、無線射頻接收電路，單片機(jī)通過USB接口設(shè)備和PC機(jī)間互通數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。軟件部分，給出了單片機(jī)主程序流程。該設(shè)計(jì)具有數(shù)據(jù)傳輸可靠、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，有很好的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：無線教鞭；無線收發(fā)；PT4450；PT4316

    無線教鞭系統(tǒng)由無線發(fā)送設(shè)備和無線接收設(shè)備兩大部分組成。工作頻段為315 MHz無線射頻，因此發(fā)射不存在角度問題，全方位發(fā)射，接收端都可以接收到遙控信號(hào)，完全解決了紅外遙控的方向性問題，通信距離空曠地帶實(shí)測(cè)100 m，那么在教室里面應(yīng)用沒有任何問題。發(fā)送端采用12 V專用遙控電池供電，電力強(qiáng)勁，持久耐用，發(fā)送天線為小拉桿天線外引，外觀設(shè)計(jì)優(yōu)美，落落大方。接收端采用USB接口電源供電，接收天線印制，靈敏度高，只要接收設(shè)備插上PC機(jī)USB接口，電腦主動(dòng)識(shí)別設(shè)備，無需裝驅(qū)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)無線通信，符合即插即用的要求。

1 系統(tǒng)功能框圖
    無線發(fā)送設(shè)備和無線接收設(shè)備是無線教鞭的兩大組成部分。其中，無線發(fā)送設(shè)備由編碼電路和發(fā)送電路組成；無線接收設(shè)備由接收電路、解碼電路以及USB設(shè)備電路組成。圖1是系統(tǒng)的功能框圖。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 編解碼電路
    編碼解碼電路的功能有兩個(gè)：一是使編碼芯片的數(shù)據(jù)引腳上的數(shù)據(jù)連同地址碼和同步碼傳送到解碼端，解碼芯片對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳出現(xiàn)同樣的電平；二是為了防止解碼芯片接收到數(shù)據(jù)后，如果發(fā)現(xiàn)其的地址碼與自己的不一樣，則丟棄數(shù)據(jù)不予解碼，當(dāng)多個(gè)收發(fā)設(shè)備同時(shí)工作時(shí)，就可以避免相互干擾。
    編碼解碼芯片的廠商很多，在此中選用PT2260／2272，其是Princeton Technology Corp．生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗、低價(jià)位通用編解碼電路，PT2262／2272最多可有12位(A0～A11)三態(tài)地址端管腳(懸空，接高電平，接低電平)，任意組合可提供531 441(即312)個(gè)地址碼，PT2262最多可有6位(DO～D5)數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼以及同步碼從17腳串行輸出，廣泛應(yīng)用于無線遙控發(fā)射電路，車輛防盜系統(tǒng)，家庭防盜系統(tǒng)，遙控玩具以及其他電器遙控。對(duì)其工作原理就不在詳細(xì)說明。
2．2 發(fā)射電路
    該設(shè)計(jì)中的發(fā)射電路采用射頻發(fā)射芯片PT4450來完成編碼信號(hào)的調(diào)制并發(fā)射出去。采用ASK調(diào)制，穩(wěn)頻措施采用聲表面波諧振器(SAW)取代LC組成的諧振網(wǎng)絡(luò)。在高頻無線電遙控電路中，一般選用中心頻率為315 MHz或433 MHz的聲表面波諧振器，SAW的優(yōu)點(diǎn)有：
    (1)諧振頻率準(zhǔn)確，生產(chǎn)中不需要調(diào)試震蕩頻率，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高；
    (2)SAW諧振器Q值高，振蕩不受雜散磁場(chǎng)的影響，雜波、諧波分量小，圖像清晰、層次豐富、色彩鮮艷，圖像質(zhì)量達(dá)到主觀評(píng)價(jià)與相當(dāng)水平；
    (3)頻率準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性好，批量產(chǎn)品一致性好。
    由上面介紹可知，編碼電路將遙控信號(hào)連同地址碼同步碼輸出給射頻發(fā)射電路，在高電平期間315 MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)；在低電平期間315 MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全受控于PT2262的第17腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控(ASK調(diào)制)相當(dāng)于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。
    PT4450是基于聲表面波諧振器，ASK調(diào)制的射頻發(fā)射IC，廣泛應(yīng)用在無線遙控，無線進(jìn)出系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)，汽車門遙控系統(tǒng)以及無線傳感系統(tǒng)。具有集成度高，工作電壓低(2．6～3．6 V)，頻率范圍寬(250～500 MHz)，外圍器件少，成本低且引腳簡(jiǎn)潔等優(yōu)秀特點(diǎn)。發(fā)射端電路由RC振蕩器和多階逐減計(jì)數(shù)器組成。由編碼電路過來的信號(hào)經(jīng)由DIN腳輸入．當(dāng)DIN腳為高電平時(shí)觸發(fā)電路，單觸發(fā)電路打開功率放大器和SAW振蕩器，高頻振蕩信號(hào)輸出給功率放大器，從第3腳輸出，經(jīng)天線匹配網(wǎng)絡(luò)。由天線發(fā)射出去。當(dāng)DIN腳從高轉(zhuǎn)為低時(shí)，功率放大器關(guān)閉，但是SAW諧振器保持振蕩．同時(shí)，計(jì)數(shù)器加載預(yù)置值，RC振蕩器啟動(dòng)振蕩遞減計(jì)數(shù)器的值至零，當(dāng)計(jì)數(shù)器值遞減到零時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)脈沖關(guān)閉RC振蕩器和SAW振蕩器。從最后數(shù)據(jù)的下降邊沿到停止振蕩，這個(gè)過程的延遲時(shí)間大約是50 ms。
    第1，6腳之間接的是聲表面波諧振器，取代傳統(tǒng)的LC振蕩網(wǎng)絡(luò)。具有很高的頻率穩(wěn)定性。圖2為發(fā)射端電路原理圖。

2．3 接收電路
    本設(shè)計(jì)中的接收電路采用射頻接收放大處理于一體的芯片PT4316。發(fā)射電路將遙控信號(hào)通過ASK調(diào)制，通過無線電波短距離發(fā)射出來后，接收電路將其通過放大，混頻，中放，以及ASK解調(diào)，還原成編碼后的信號(hào)，然后送到由2272組成的解碼電路解碼，恢復(fù)出發(fā)送端的遙控信號(hào)，最后送給單片機(jī)，使之執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。
    PT4316是一款工作在甚高頻低功耗超外差式無線接收芯片．常用于解調(diào)315 MHz或者433 MHz的ASK調(diào)制遙控信號(hào)。它內(nèi)部集成低擬基帶數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。當(dāng)射頻輸入信號(hào)大于-60 dBm，  PT4316應(yīng)用獨(dú)立的一階自動(dòng)增益控制電路降低低噪聲放大器的增益達(dá)20 dB。
    PT4316超外差式接收機(jī)提供了從天線輸入射頻信號(hào)到數(shù)字信號(hào)輸出完整的接收鏈路。適當(dāng)?shù)男盘?hào)功率和外圍元件的選擇可以使得數(shù)據(jù)速率達(dá)到50 Kb／s。
    由PT4316芯片以及外圍電路組成的解調(diào)電路解調(diào)出ASK調(diào)制的編碼遙控信號(hào)，輸出給解碼電路，由解碼電路解出相應(yīng)的遙控信號(hào)，送給單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。圖3為接收電路圖。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    前面講述了無線教鞭系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)全過程，并給出各個(gè)部分的電路圖。在該設(shè)計(jì)中選用CH372作為組成USB口設(shè)備的主要芯片。無線教鞭系統(tǒng)中，無線發(fā)送和接收部分沒有涉及到軟件，單片機(jī)和CH372芯片組成的USB口設(shè)備電路就需要單片機(jī)I／O口模擬出相應(yīng)的時(shí)序操作CH372芯片。
    主機(jī)通過識(shí)別描述符從而認(rèn)識(shí)設(shè)備，認(rèn)識(shí)設(shè)備數(shù)據(jù)通信格式，從而才能正常進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和接收。由于CH372的INT#引腳與單片機(jī)的INT0腳連接，所以對(duì)應(yīng)程序是用在中斷子程序中。 PageUp和PageDown為無線教鞭鍵盤上的上／下翻兩個(gè)鍵。首先當(dāng)然要初始化CH372，包括HID(人機(jī)接口)設(shè)備描述符，配置描述符的枚舉，然后單片機(jī)和PC機(jī)之間才能進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和下傳。
    單片機(jī)本地端主程序流程圖，如圖4所示。

4 結(jié) 語(yǔ)
    無線教鞭在日常的教學(xué)中的使用越來越有必要，尤其頻繁地用于幻燈片的播放。無線教鞭在多媒體的教學(xué)中會(huì)首先普及，漸漸的也會(huì)普及到會(huì)議、演講的場(chǎng)合。該設(shè)計(jì)具有數(shù)據(jù)傳輸可靠、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，使用方便，有很好的發(fā)展前景。