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【摘要】本文介绍了遥控器芯片HT6221的编码解码原理，单片机根据接收到的遥控指令控制LED显示屏更换字幕和切换字幕显示效果，并可以选择将显示的内容语音输出。其设计、制作和调试的过程，对学生专业知识的综合应用，创造力的培养有着良好意义。系统经过调试各项功能均满足设计要求。
【关键词】LED显示屏；无线遥控；语音播报
LED显示屏应用十分广泛，大街小巷随处可见，市场应用宽广。LED显示具有使用寿命长，数字化程度高，成本低等优点。本文介绍的一款多功能遥控LED显示屏是大学生本科创新项目，它结合了单片机技术、语音技术以及无线信息传输技术，通过无线传输遥控LED显示内容，可以选择屏幕显示内容是否语音播出，该系统具有一定的实用价值。
多功能LED显示屏分为三大模块：无线控制、LED屏幕显示、语音播报。无线传输距离初步设计为5米，LED显示屏幕一次显示16个字。如果要显示更多的汉字，只要将LED模块扩张，并增加存储器即可，该系统预留了扩展字数功能。
系统框图如图1所示。
各个模块的工作原理如下。
一、51单片机
控制采用51单片机，该单片机性价比高，使用方便。单片机接收遥控器的指令，按照指令要求控制LED显示屏显示的内容、显示模式。显示模式包括左移、右移、上翻、下翻等。遥控器发出的指令还可通过51单片机控制语音控制模块是否播报语音。控制模块程序流程图如图2所示。
二、无线遥控模块
无线遥控模块，该模块的关键是实现编码、传输和解码，由于是室内短距离传输所以选用红外线遥控，遥控发射端采用的是成品万能红外发射，遥控器芯片为HT6221。
HT6221遥控芯片特征：
工作电压：1.8V～3.5V，Dout输出38K，最小发射字：一个字。一个455KHz的陶瓷或晶体，16位地址码，8位数据码，ppm代码方式。
遥控器采用455kHz的晶振，经过内部分频电路信号被调制在38kHz，占空比为1比3。读取键值，经过以下编码方式编码，并且发送出去。
键码由一个起始码9ms，一个结果码4.5ms，低8位地址码（9ms～18ms），高8位地址码（9ms～18ms），8位数据码（9ms～18ms）和这8位数据的反码（9ms～18ms）组成，如图3所示。当一个键按下超过36ms，振荡器将使芯片激活，如果这个键按下且延迟大约108ms，将发射代码。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码9ms和结束码4.5ms组成。
三、LED显示屏
LED点阵屏显示方式主要有静态显示和动态扫描显示两种。在静态显示中，每一个发光二级管都需要一个IO口，对于IO口有限的51单片机来说并不适用，所以我们选择动态显示。动态显示是把LED显示屏幕分成若干部分，先显示第一部分，再显示第二部分，一直到最后一部分，然后重新显示第一部分，不断重复循环，当显示速度到达一定时，就可以看到一幅稳定的画面。我们将LED点阵显示屏分成16部分，即16行，一行一行的扫描过去，扫描速度达到一定时便形成一个字。以四个8*8的点阵构成一个16*16的点阵，以2片译码芯片74HC138构成4-16译码实现行控制如图4所示，以2个串入并出芯片74HC595实现列控制如图5所示，构成了一个16*16LED集成模块，通过模块间的级联实现显示字数的加减，模块级联的数量和控制芯片有很大关系。使用51单片机进行控制，预存字库，实现了16个字同时显示和移动。
显示程序分为左移显示、右移显示、上移显示、下移显示四种显示方式，流程图如图6所示。左右移动程序流程，先读取16个字的第一行数据，进行左右位移后输出，然后读取16个字的第二行数据，进行相同的位移后输出，一直到第16行，这样便能产生左右移动的效果。上下移动程序流程，先将16个字的第一行数据输出到LED点阵屏的第一行，将16个字的第二行数据输出到LED点阵屏的第二行，一直到第16行，然后将16个字的第二行数据输出到LED点阵屏的第一行，将16个字的第三行数据输出到LED点阵屏的第二行，一直到第16行数据输出到LED点阵屏的第15行，LED点阵屏第16行数据用零补齐，依据这个原理便能产生上下移动的效果。通过解码读取遥控键值进行判断，执行相应的显示程序，实现遥控器切换显示动画效果：上移、下移、左移、右移。
四、语音播报
语音播报采用凌阳单片机SPCE061A。使用SACM_A2000算法，将存储在51单片机中欲显示的内容录音，通过扫描I/O口低八位的电平检测由主控芯片发来的信号。SPCE061A通过A/D转换将语音信号转换成数字信号，编码后存入存储器中；需要放音时，将数据从存储器中取出并解码，经D/A转换变成语音信号输出。
录音时，SPCE061A的A/D转换器有8个通道，其中一个通道是MIC-IN输入，专门用于语音信号采样。语音信号经MIC转换成电信号，由隔直电容阻隔直流成分，输入至SPCE061A内部前置放大器。SPCE061A内部的自动增益控制电路AGC能随时跟踪放大器的增益，使信号保持在最佳电平。A/D转换器对输入的音频信号进行8kHz采样、编码，每秒占用16kbits的存储空间，系统扩展了1Mbits的SRAM存储器存储语音数据。
放音时，将SRAM存储器的语音数据顺序取出，解码后以8kHz的速度进行D/A转换，经电容滤波后，恢复原始语音波形。图7为SPCE061A语音播报硬件框图。用三极管8050驱动的扬声器功率较小，采用大功率的扬声器时需另行设计功放电路。
五、总结
本创新训练项目通过联机调试，各项指标、性能满足设计要求。主要特点有：
1.使用遥控来控制LED点阵显示屏显示的内容，不需要借助第三方操作平台。
2.通过控制端输出指令，将操作指令以无线信息的形式发送出去。单片机将接收到的指令进行分析处理，完成相应的操作。
3.采用无线传输，可以实现远距离操作。
4.可以选择是否语音播报，操作方便。
项目待改进的地方有：增加无线遥控距离、大功率扬声器驱动、显示字数的扩容等。
参考文献
[1]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真[M].电子工业出版社，2011.
[2]顾滨，孔祥洪，董昌春，等.凌阳16位单片机实训教材[M].北京航空航天大学出版社，2009.
作者简介：
陈少统（1991—），男，福建晋江人，现就读于厦门大学嘉庚学院。
兰浩（1991—），男，畲族，福建屏南人，现就读于厦门大学嘉庚学院。
郭秉儒（1991—），男，福建福安人，现就读于厦门大学嘉庚学院。
陈育斌（1990—），男，福建龙海人，现就读于厦门大学嘉庚学院。
丁敏航（1990—），男，福建长乐人，现就读于厦门大学嘉庚学院。
【关键词】LED显示屏；无线遥控；语音播报
LED显示屏应用十分广泛，大街小巷随处可见，市场应用宽广。LED显示具有使用寿命长，数字化程度高，成本低等优点。本文介绍的一款多功能遥控LED显示屏是大学生本科创新项目，它结合了单片机技术、语音技术以及无线信息传输技术，通过无线传输遥控LED显示内容，可以选择屏幕显示内容是否语音播出，该系统具有一定的实用价值。
多功能LED显示屏分为三大模块：无线控制、LED屏幕显示、语音播报。无线传输距离初步设计为5米，LED显示屏幕一次显示16个字。如果要显示更多的汉字，只要将LED模块扩张，并增加存储器即可，该系统预留了扩展字数功能。
系统框图如图1所示。
各个模块的工作原理如下。
一、51单片机
控制采用51单片机，该单片机性价比高，使用方便。单片机接收遥控器的指令，按照指令要求控制LED显示屏显示的内容、显示模式。显示模式包括左移、右移、上翻、下翻等。遥控器发出的指令还可通过51单片机控制语音控制模块是否播报语音。控制模块程序流程图如图2所示。
二、无线遥控模块
无线遥控模块，该模块的关键是实现编码、传输和解码，由于是室内短距离传输所以选用红外线遥控，遥控发射端采用的是成品万能红外发射，遥控器芯片为HT6221。
HT6221遥控芯片特征：
工作电压：1.8V～3.5V，Dout输出38K，最小发射字：一个字。一个455KHz的陶瓷或晶体，16位地址码，8位数据码，ppm代码方式。
遥控器采用455kHz的晶振，经过内部分频电路信号被调制在38kHz，占空比为1比3。读取键值，经过以下编码方式编码，并且发送出去。
键码由一个起始码9ms，一个结果码4.5ms，低8位地址码（9ms～18ms），高8位地址码（9ms～18ms），8位数据码（9ms～18ms）和这8位数据的反码（9ms～18ms）组成，如图3所示。当一个键按下超过36ms，振荡器将使芯片激活，如果这个键按下且延迟大约108ms，将发射代码。如果键按下超过108ms仍未松开，接下来发射的代码（连发代码）将仅由起始码9ms和结束码4.5ms组成。
三、LED显示屏
LED点阵屏显示方式主要有静态显示和动态扫描显示两种。在静态显示中，每一个发光二级管都需要一个IO口，对于IO口有限的51单片机来说并不适用，所以我们选择动态显示。动态显示是把LED显示屏幕分成若干部分，先显示第一部分，再显示第二部分，一直到最后一部分，然后重新显示第一部分，不断重复循环，当显示速度到达一定时，就可以看到一幅稳定的画面。我们将LED点阵显示屏分成16部分，即16行，一行一行的扫描过去，扫描速度达到一定时便形成一个字。以四个8*8的点阵构成一个16*16的点阵，以2片译码芯片74HC138构成4-16译码实现行控制如图4所示，以2个串入并出芯片74HC595实现列控制如图5所示，构成了一个16*16LED集成模块，通过模块间的级联实现显示字数的加减，模块级联的数量和控制芯片有很大关系。使用51单片机进行控制，预存字库，实现了16个字同时显示和移动。
显示程序分为左移显示、右移显示、上移显示、下移显示四种显示方式，流程图如图6所示。左右移动程序流程，先读取16个字的第一行数据，进行左右位移后输出，然后读取16个字的第二行数据，进行相同的位移后输出，一直到第16行，这样便能产生左右移动的效果。上下移动程序流程，先将16个字的第一行数据输出到LED点阵屏的第一行，将16个字的第二行数据输出到LED点阵屏的第二行，一直到第16行，然后将16个字的第二行数据输出到LED点阵屏的第一行，将16个字的第三行数据输出到LED点阵屏的第二行，一直到第16行数据输出到LED点阵屏的第15行，LED点阵屏第16行数据用零补齐，依据这个原理便能产生上下移动的效果。通过解码读取遥控键值进行判断，执行相应的显示程序，实现遥控器切换显示动画效果：上移、下移、左移、右移。
四、语音播报
语音播报采用凌阳单片机SPCE061A。使用SACM_A2000算法，将存储在51单片机中欲显示的内容录音，通过扫描I/O口低八位的电平检测由主控芯片发来的信号。SPCE061A通过A/D转换将语音信号转换成数字信号，编码后存入存储器中；需要放音时，将数据从存储器中取出并解码，经D/A转换变成语音信号输出。
录音时，SPCE061A的A/D转换器有8个通道，其中一个通道是MIC-IN输入，专门用于语音信号采样。语音信号经MIC转换成电信号，由隔直电容阻隔直流成分，输入至SPCE061A内部前置放大器。SPCE061A内部的自动增益控制电路AGC能随时跟踪放大器的增益，使信号保持在最佳电平。A/D转换器对输入的音频信号进行8kHz采样、编码，每秒占用16kbits的存储空间，系统扩展了1Mbits的SRAM存储器存储语音数据。
放音时，将SRAM存储器的语音数据顺序取出，解码后以8kHz的速度进行D/A转换，经电容滤波后，恢复原始语音波形。图7为SPCE061A语音播报硬件框图。用三极管8050驱动的扬声器功率较小，采用大功率的扬声器时需另行设计功放电路。
五、总结
本创新训练项目通过联机调试，各项指标、性能满足设计要求。主要特点有：
1.使用遥控来控制LED点阵显示屏显示的内容，不需要借助第三方操作平台。
2.通过控制端输出指令，将操作指令以无线信息的形式发送出去。单片机将接收到的指令进行分析处理，完成相应的操作。
3.采用无线传输，可以实现远距离操作。
4.可以选择是否语音播报，操作方便。
项目待改进的地方有：增加无线遥控距离、大功率扬声器驱动、显示字数的扩容等。
参考文献
[1]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真[M].电子工业出版社，2011.
[2]顾滨，孔祥洪，董昌春，等.凌阳16位单片机实训教材[M].北京航空航天大学出版社，2009.
作者简介：
陈少统（1991—），男，福建晋江人，现就读于厦门大学嘉庚学院。
兰浩（1991—），男，畲族，福建屏南人，现就读于厦门大学嘉庚学院。
郭秉儒（1991—），男，福建福安人，现就读于厦门大学嘉庚学院。
陈育斌（1990—），男，福建龙海人，现就读于厦门大学嘉庚学院。
丁敏航（1990—），男，福建长乐人，现就读于厦门大学嘉庚学院。