無線多媒體教鞭系統的設計

　　無線教鞭系統由無線發送設備和無線接收設備兩大部分組成。工作頻段為315 MHz無線射頻，因此發射不存在角度問題，全方位發射，接收端都可以接收到遙控信號，完全解決了紅外遙控的方向性問題，通信距離空曠地帶實測100 m，那么在教室里面應用沒有任何問題。發送端采用12 V專用遙控電池供電，電力強勁，持久耐用，發送天線為小拉桿天線外引，外觀設計優美，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，只要接收設備插上PC機USB接口，電腦主動識別設備，無需裝驅動，即可實現無線通信，符合即插即用的要求。

針對教學的電子化，提高教學質量，設計適應教學發展的無線多媒體教鞭。硬件部分設計發射端的遙控按鍵信號編碼電路，接收端的解碼電路、無線射頻接收電路，單片機通過USB接口設備和PC機間互通數據并執行相應動作。軟件部分，給出了單片機主程序流程。該設計具有數據傳輸可靠、體積小、功耗低等優點，有很好的發展前景。

　　1 系統功能框圖

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

　　2 系統硬件電路設計

　　2．1 編解碼電路

　　編碼解碼電路的功能有兩個：一是使編碼芯片的數據引腳上的數據連同地址碼和同步碼傳送到解碼端，解碼芯片對應的數據引腳出現同樣的電平；二是為了防止解碼芯片接收到數據后，如果發現其的地址碼與自己的不一樣，則丟棄數據不予解碼，當多個收發設備同時工作時，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．生產的一種CMOS工藝制造的低功耗、低價位通用編解碼電路，PT2262／2272最多可有12位(A0～A11)三態地址端管腳(懸空，接高電平，接低電平)，任意組合可提供531 441(即312)個地址碼，PT2262最多可有6位(DO～D5)數據端管腳，設定的地址碼和數據碼以及同步碼從17腳串行輸出，廣泛應用于無線遙控發射電路，車輛防盜系統，家庭防盜系統，遙控玩具以及其他電器遙控。對其工作原理就不在詳細說明。

　　2．2 發射電路

　　該設計中的發射電路采用射頻發射芯片PT4450來完成編碼信號的調制并發射出去。采用ASK調制，穩頻措施采用聲表面波諧振器(SAW)取代LC組成的諧振網絡。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的優點有：

　　(1)諧振頻率準確，生產中不需要調試震蕩頻率，生產工藝簡單，生產效率高；

　　(2)SAW諧振器Q值高，振蕩不受雜散磁場的影響，雜波、諧波分量小，圖像清晰、層次豐富、色彩鮮艷，圖像質量達到主觀評價與相當水平；

　　(3)頻率準確度及穩定性好，批量產品一致性好。

　　由上面介紹可知，編碼電路將遙控信號連同地址碼同步碼輸出給射頻發射電路，在高電平期間315 MHz的高頻發射電路起振并發射等幅高頻信號；在低電平期間315 MHz的高頻發射電路停止振蕩，所以高頻發射電路完全受控于PT2262的第17腳輸出的數字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控(ASK調制)相當于調制度為100％的調幅。

　　PT4450是基于聲表面波諧振器，ASK調制的射頻發射IC，廣泛應用在無線遙控，無線進出系統，報警系統，汽車門遙控系統以及無線傳感系統。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，成本低且引腳簡潔等優秀特點。發射端電路由RC振蕩器和多階逐減計數器組成。由編碼電路過來的信號經由DIN腳輸入．當DIN腳為高電平時觸發電路，單觸發電路打開功率放大器和SAW振蕩器，高頻振蕩信號輸出給功率放大器，從第3腳輸出，經天線匹配網絡。由天線發射出去。當DIN腳從高轉為低時，功率放大器關閉，但是SAW諧振器保持振蕩．同時，計數器加載預置值，RC振蕩器啟動振蕩遞減計數器的值至零，當計數器值遞減到零時，將產生一個脈沖關閉RC振蕩器和SAW振蕩器。從最后數據的下降邊沿到停止振蕩，這個過程的延遲時間大約是50 ms。

　　第1，6腳之間接的是聲表面波諧振器，取代傳統的LC振蕩網絡。具有很高的頻率穩定性。圖2為發射端電路原理圖。

2．3 接收電路

　　本設計中的接收電路采用射頻接收放大處理于一體的芯片PT4316。發射電路將遙控信號通過ASK調制，通過無線電波短距離發射出來后，接收電路將其通過放大，混頻，中放，以及ASK解調，還原成編碼后的信號，然后送到由2272組成的解碼電路解碼，恢復出發送端的遙控信號，最后送給單片機，使之執行相應的動作。

　　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315 MHz或者433 MHz的ASK調制遙控信號。它內部集成低擬基帶數據恢復電路。當射頻輸入信號大于-60 dBm，? PT4316應用獨立的一階自動增益控制電路降低低噪聲放大器的增益達20 dB。

　　PT4316超外差式接收機提供了從天線輸入射頻信號到數字信號輸出完整的接收鏈路。適當的信號功率和外圍元件的選擇可以使得數據速率達到50 Kb／s。

　　由PT4316芯片以及外圍電路組成的解調電路解調出ASK調制的編碼遙控信號，輸出給解碼電路，由解碼電路解出相應的遙控信號，送給單片機執行相應動作。圖3為接收電路圖。

　　3 系統軟件設計

　　前面講述了無線教鞭系統硬件設計全過程，并給出各個部分的電路圖。在該設計中選用CH372作為組成USB口設備的主要芯片。無線教鞭系統中，無線發送和接收部分沒有涉及到軟件，單片機和CH372芯片組成的USB口設備電路就需要單片機I／O口模擬出相應的時序操作CH372芯片。

　　主機通過識別描述符從而認識設備，認識設備數據通信格式，從而才能正常進行數據傳送和接收。由于CH372的INT#引腳與單片機的INT0腳連接，所以對應程序是用在中斷子程序中。 PageUp和PageDown為無線教鞭鍵盤上的上／下翻兩個鍵。首先當然要初始化CH372，包括HID(人機接口)設備描述符，配置描述符的枚舉，然后單片機和PC機之間才能進行數據上傳和下傳。

　　單片機本地端主程序流程圖，如圖4所示。

　　4 結 語

　　無線教鞭在日常的教學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中會首先普及，漸漸的也會普及到會議、演講的場合。該設計具有數據傳輸可靠、體積小、功耗低等優點，使用方便，有很好的發展前景。