Декодер протокола RC-5

В настоящее время существует множество несовместимых между собой систем дистанционного управления на ИК-лучах. Одним из наиболее распространенных в бытовой радиоаппаратуре, а также среди радиолюбителей, является протокол RC-5. Существуют специализированные микросхемы передатчика типа SAA3010 и приемника SAA3049. Разными заводами, на основе микросхемы SAA3010, выпускается несколько модификаций пультов ДУ RC-5. Система инфракрасного дистанционного управления RC-5 была разработана фирмой Philips для нужд управления бытовой аппаратурой. Код RC-5 поддерживает 2048 команд. Эти команды составляют 32 группы (системы) по 64 команды в каждой. Каждая система используется для управления определенным устройством, таким как телевизор, видеомагнитофон и т. д. Когда мы нажимаем кнопку пульта, микросхема передатчика активизируется и генерирует последовательность импульсов, которые имеют заполнение частотой 36 кГц. Светодиоды преобразуют эти сигналы в ИК-излучение.

Передатчик генерирует 14-битное слово данных, формат которого следующий:
- 2 стартовых бита.
- 1 управляющий бит.
- 5 бит адреса системы.
- 6 бит команды.

Первые два импульса являются стартовыми, и оба - логические "1". Стартовые биты предназначены для установки АРУ в ИМС приемника. Управляющий бит является признаком нового нажатия. Длительность такта составляет 1,778 мс. Пока кнопка остается нажатой, слово данных передается с интервалом 64 такта, т.е. 113,778 мс (рис. 1). Для обеспечения хорошей помехоустойчивости применяется двухфазное кодирование (рис. 2).

Отметим, что половина бита (пустая) проходит раньше, чем приемник определит реальный старт сообщения. Расширенный RC-5 протокол использует только 1 старт-бит. Бит S2 трансформируется и добавляется к 6-му биту команды, образуя в целом 7 битов команды. Третий бит — управляющий. Этот бит инвертируется всякий раз, когда нажимается клавиша. Таким путем приемник может различать клавишу, которая остается нажатой, или периодически нажимается. Следующие 5 бит представляют адрес ИК устройства, который посылается с первым LSB. За адресом следуют 6 бит команды. Сообщение содержит 14 бит, вместе с паузой имеют общую длительность 25,2 мс. Иногда сообщение может оказаться короче из-за того, что первая половина старт-бита S1 остается незаполненной. И если последний бит команды является логическим "0", тогда последняя часть бита сообщения также пустая. Если клавиша остается нажатой, сообщение будет повторяться каждые 114 мс. Управляющий бит будет оставаться одинаковым во всех сообщениях. Это сигнал для программы приемника интерпретировать это как функцию автоповтора.

Излученный сигнал принимается фотодиодом, который снова преобразует ИК-излучение в электрические импульсы. Эти импульсы усиливаются и демодулируются микросхемой приемника. Затем они подаются на декодер. Декодирование обычно осуществляется программно с помощью микроконтроллера [1], но его можно также осуществить аппаратно, используя предлагаемое устройство (рис. 3).

Приемник ИК ДУ должен восстанавливать данные с двухфазным кодированием, он должен реагировать на большие быстрые изменения уровня сигнала независимо от помех. Ширина импульсов на выходе приемника должна отличаться от номинальной не более чем на 10%. Приемник должен быть нечувствительным к постоянным внешним засветкам. Удовлетворить всем этим требованиям достаточно непросто. В последнее время большое распространение получили трехвыводные интегральные приемники ИК ДУ. В одном корпусе они объединяют фотодиод, предусилитель и формирователь. На выходе формируется обычный ТТЛ сигнал без заполнения 36 КГц, пригодный для дальнейшей обработки микроконтроллером. Такие приемники производятся многими фирмами, это SFH-506 фирмы Siemens, TFMS5360 фирмы Temic, ILM5360 производства ПО «Интеграл» и другие. Поскольку кроме RC-5 существуют и другие стандарты, которые отличаются, в частности, частотой заполнения, существуют интегральные приемники для разных частот. Для работы с кодом RC-5 следует выбирать модели, рассчитанные на частоту заполнения 36 КГц. Интегральные приемники весьма чувствительны к помехам по питанию, поэтому всегда рекомендуется применять фильтры, например, RC.

Принцип работы. Схема электрическая принципиальная аппаратного декодера протокола RC-5 показана на рис. 3. Схема содержит: задающий генератор на элементах DD1.1, DD1.2, стабилизированный кварцевым резонатором ZQ1 на частоту 4МГц, счетчик временных интервалов DD2, схему формирования импульсов счета, синхронизации и сброса: DD5.1, DD5.2, DD6.1…DD6.3, DD3.2, DD3.3; RS-триггер состояния “прием-индикация” DD4.1-DD4.2, RS-триггер управления коэффициентом деления DD4.3-DD4.4, адресный регистр DD8-DD9 и дешифратор DD10.

В начальный момент времени, при подаче питания, интегрирующая цепочка C1-R3 формирует короткий положительный импульс, который, инвертируясь элементом DD3.1, сбрасывает в исходное нулевое состояние RS-триггеры DD4.1-DD4.2 и DD4.3-DD4.4. Одновременно, этот импульс, инвертируясь элементом DD3.4, обнуляет регистры DD8 и DD9. Низкий логический уровень с выхода элемента DD4.1, инвертируясь элементом DD1.4, запрещает работу счетчика DD2, а, поступая на входы разрешения регистров DD8 и DD9 (выводы 2 и 3) и дешифратора DD10 (выводы 18 и 19), разрешает индикацию светодиодных линеек HL1…HL16 и HL17…HL32. Первый же стартовый бит, принятый фотоприемником TSOP1736, устанавливает RS-триггер DD4.1-DD4.2 в единичное состояние, при котором работа счетчика DD2 разрешена, а индикация регистров DD8, DD9 и дешифратора DD10 запрещена. Счетчик DD2 начинает отсчет временного интервала длительностью 450 мкс, что соответствует половине длительности отрицательного импульса, формирующегося на выходе фотоприемника. По завершении этого временного интервала на выходе элемента DD5.1 формируется короткий отрицательный импульс, который, дважды инвертируясь элементами DD6.1 и DD6.3, приводит к записи данных по входу “DL” (вывод 18) регистра DD9 с одновременным сдвигом информации на один разряд влево (в направлении убывания разрядов). Соответствующий режим работы устанавливается подачей на входы “SL” (выводы 19) регистров DD8 и DD9 уровней логических единиц, а на входы “SR” (выводы 1) — уровней логических нулей. С выхода элемента DD3.3 отрицательный импульс, дважды инвертируясь элементами DD1.3 и DD1.4, обнуляет счетчик DD2 и увеличивает состояние счетчика DD7.1 на единицу. Отрицательный импульс с выхода элемента DD3.2 перебрасывает RS-триггер DD4.3-DD4.4 в противоположное состояние, что соответствует началу формирования временного интервала длительностью 900 мкс. Теперь уровень логической единицы с выхода элемента DD4.3 запрещает прохождение импульсов через элемент DD6.1, а уровень логического нуля с выхода элемента DD4.4 разрешает прохождение импульсов с выхода элемента DD5.2 через элемент DD6.2. Таким образом, счетчик DD2 переходит в режим работы с коэффициентом деления 3600, что соответствует временному интервалу между синхроимпульсами 900 мкс. На выходе элемента DD6.3 будет сформирована серия из 16 импульсов отрицательной полярности, которые, воздействуя на входы синхронизации регистров DD8 и DD9, приведут к записи в их разряды последовательного кода с выхода фотоприемника. Эти же синхроимпульсы, инвертируясь элементом DD3.3, воздействуют на вход “СР” (вывод 2) счетчика DD7.1, который, совместно со счетчиком DD7.2, сформирует положительный импульс на выходе 1 (вывод 11) последнего. Этот импульс, инвертируясь элементом DD3.1, сбросит RS-триггер DD4.1-DD4.2 в исходное нулевое состояние. Уровень логической единицы с выхода элемента DD4.2 запретит работу счетчиков DD7.1 и DD7.2, а уровень логического нуля с выхода элемента DD4.1, инвертируясь элементом DD1.4 запретит работу счетчика DD2. На выходах регистров DD8 и DD9 зафиксируется принятая кодовая комбинация, и будет отображаться линейкой светодиодов HL1…HL16. Теперь устройство находится в исходном состоянии и готово к принятию новой кодовой посылки.

Дешифрация принятой кодовой комбинации осуществляется ИМС DD10, двоичные разряды которой: 3-2-1-0 (выводы 20, 21, 22, 23) подключаются к выходам 5 и 7 регистра DD8 (выводы 5 и 4) и выходам 1 и 3 регистра DD9 (выводы 7 и 6), соответственно, согласно схеме электрической. Комбинация дешифруется и отображается на светодиодной линейке HL17…HL32. Соответствие номера включенного светодиода линейки HL17…HL32 выходной кодовой комбинации регистров DD8 и DD9 показано в табл. 1.

Конструкция и детали. Устройство собрано на печатной плате (рис. 4) размерами 105x135 мм из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

В устройстве применены ИМС серий К561 (DD3, DD4, DD6, DD7), КР1564 (DD1, DD2), КР1554 (DD5, DD8…DD10), резисторы — МЛТ-0,125, конденсаторы — неполярные типа К10-17 (C1, С2), электролитические — типа К50-35 (С3…С6), светодиоды — типа АЛ307АМ, БМ, кварцевый резонатор ZQ1 — на частоту 4000 КГц (4 МГц), интегральный стабилизатор DA1 — типа КР142ЕН5А. Микросхемы серии К561 заменимы на соответствующие аналоги серии КР1561, ИМС серии КР1554 — на аналоги серии КР1564. ИМС DD2 КР1564ИЕ20 (74HC4040) заменима на КР1561ИЕ20 (CD4040BN). Устройство, собранное из исправных деталей и без ошибок, в налаживании не нуждается и работает сразу при включении. И еще одно замечание. Если предполагается управление более мощными нагрузками, устройство необходимо дополнить транзисторными ключами. Для дистанционного управления бытовой аппаратурой устройство необходимо дополнить дешифратором К561ИД1 и аналоговыми ключами типа К561КТ3, включенными по типовой схеме, как показано на рис. 5.

Коммутатор собирается отдельно на макетной плате и устанавливается вместе с декодером в радиоаппаратуру. Питание “+12В” используется от блока питания радиоаппаратуры. При этом выходы ключей К561КТ3 подсоединяются параллельно кнопкам управления аппаратуры.

Литература

1. Ридико Л. И. Применение кода RC-5. Схемотехника. – 2001. – №1, – С.2 – 4, Схемотехника. – 2001. – №2, – С.2 – 5.