第22章 红外遥控实验

第二十二章 红外遥控实验

1. 导入

在前面章节， 我们介绍的通信， 如 SPI、 IIC 等通信均为有线， 这一章我们来介绍一种无线通信技术--红外遥控通信。 我们开发板标配了一个一体化红外接收头和红外遥控器， 我们来学习如何使用 51 单片机解码红外遥控器的信号。 本章使用 51 单片机的外部中断功能来解码红外遥控器的编码信号。

2. 红外遥控介绍

红外遥控是一种无线、 非接触控制技术， 具有抗干扰能力强， 信息传输可靠，功耗低， 成本低， 易实现等显著优点， 被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。

红外发射装置， 也就是通常我们说的红外遥控器是由键盘电路、 红外编码电路、 电源电路和红外发射电路组成。 红外发射电路的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管； 由于其内部材料不同于普通发光二极管， 因而在其两端施加一定电压时， 它便发出的是红外线而不是可见光。 目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm 左右， 外形与普通发光二极管相同。 红外发光二极管有透明的， 还有不透明的， 在我们的红外遥控器上可以看到这个红外发光二极管。 红外遥控器和红外发光二极管如下图所示：

通常红外遥控为了提高抗干扰性能和降低电源消耗， 红外遥控器常用载波的方式传送二进制编码， 常用的载波频率为 38kHz， 这是由发射端所使用的 455kHz晶振来决定的。 在发射端要对晶振进行整数分频， 分频系数一般取 12， 所以455kHz÷ 12≈37.9kHz≈38kHz。 也有一些遥控系统采用 36kHz、 40 kHz、 56 kHz等， 一般由发射端晶振的振荡频率来决定。 所以， 通常的红外遥控器是将遥控信号（ 二进制脉冲码） 调制在 38KHz 的载波上， 经缓冲放大后送至红外发光二极管， 转化为红外信号发射出去的。

二进制脉冲码的形式有多种， 其中最为常用的是 NEC Protocol 的 PWM 码(脉冲宽度调制)和 Philips RC-5 Protocol 的 PPM 码(脉冲位置调制码， 脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制)。 如果要开发红外接收设备， 一定要知道红外遥控器的编码方式和载波频率， 我们才可以选取一体化红外接收头和制定解码方案。

更多内容可以参考：红外遥控_百度百科 (baidu.com)

单片机学习（十）红外遥控与外部中断 - CodeReaper - 博客园 (cnblogs.com)

3. 硬件设计

本实验使用到硬件资源如下：

• 动态数码管

• 红外接收头和遥控器

动态数码管电路在前面章节都介绍过， 这里就不再重复。 红外遥控器和接收头是一体的， 内部结构不用去管它。 下面来看下开发板上红外接收模块电路， 如下图所示：

从上图中可以看出， 该电路是独立的， 红外接收头的输出管脚接至 J11 端子上， 为了保证红外接收头输出管脚默认为高电平， 需外接一个 10K 上拉电阻， 可在上图并没有看到有上拉电阻， 在前面介绍最小系统时已知道， 单片机 IO 口都增加了 10K 上拉电阻， 所以此处可省略。

4. 软件设计

本章所要实现的功能是： 数码管上显示红外解码遥控器键值。程序框架如下：

• 编写数码管显示功能

• 编写红外解码函数

• 编写主函数

数码管显示功能我们已经封装好了，下面开始写红外解码相关函数：

#ifndef _ired_H
#define _ired_H

#include "public.h"

//管脚定义
sbit IRED = P3^2;

//声明变量
extern unsigned char gired_data[4];

//函数声明
void ired_init(void);

#endif

#include "ired.h"

unsigned char gired_data[4]; // 存储4个字节接收码（地址码+地址反码+控制码+控制反码）

// 红外端口初始化函数，外部中断0配置 
void ired_init(void)
{
    IT0 = 1; // 下降沿触发
    EX0 = 1; // 打开中断0允许
    EA = 1;  // 打开总中断
    IRED = 1;// 初始化端口
}

void ired() interrupt 0    // 外部中断0服务函数
{
    unsigned char ired_high_time = 0;
    unsigned int time_cnt = 0;
    unsigned char i = 0,j = 0;

    if(IRED == 0)
    {
        time_cnt = 1000;
        while((!IRED) && (time_cnt)) // 等待引导信号9ms低电平结束，若超过10ms强制退出
        {
            delay_10us(1); // 延时约10us
            time_cnt--;
            if(time_cnt == 0)
                return;        
        }
        if(IRED) // 引导信号9ms低电平已过，进入4.5ms高电平
        {
            time_cnt = 500;
            while(IRED && time_cnt) // 等待引导信号4.5ms高电平结束，若超过5ms强制退出
            {
                delay_10us(1);
                time_cnt--;
                if(time_cnt == 0)
                    return;    
            }
            for(i = 0; i < 4; i++)//循环4次，读取4个字节数据
            {
                for(j = 0; j < 8; j++)//循环8次读取每位数据即一个字节
                {
                    time_cnt = 600;
                    while((IRED==0) && time_cnt) // 等待数据1或0前面的0.56ms结束，若超过6ms强制退出
                    {
                        delay_10us(1);
                        time_cnt--;
                        if(time_cnt == 0)
                            return;    
                    }
                    time_cnt = 20;
                    while(IRED) // 等待数据1或0后面的高电平结束，若超过2ms强制退出
                    {
                        delay_10us(10); // 约0.1ms
                        ired_high_time++;
                        if(ired_high_time > 20)
                            return;    
                    }
                    gired_data[i] >>= 1; // 先读取的为低位，然后是高位
                    if(ired_high_time >= 8) // 如果高电平时间大于0.8ms，数据则为1，否则为0
                        gired_data[i] |= 0x80;
                    ired_high_time=0; // 重新清零，等待下一次计算时间
                }
            }
        }
        if(gired_data[2] != ~gired_data[3]) // 校验控制码与反码，错误则返回
        {
            for(i = 0; i < 4; i++)
                gired_data[i] = 0;
            return;    
        }
    }        
}

因为我们使用外部中断 0 来解码红外遥控数据， 所以需初始化配置外部中断0。 初始化配置在外部中断实验章节已详细介绍， 此处不再重复。

初始化外部中断后， 中断就已经开启了， 当 P3.2 引脚来一个下降沿， 就会触发一次中断， 在中断内我们可以计算高电平时间， 通过高电平时间判断是否进入引导码及数据 0 和 1。

进入中断函数， 表示以来下降沿， 然后判断管脚是否为低电平， 如果为低电平则首先判断引导信号， 根据前面 NEC 协议可知， 引导信号有 9ms 的低电平和4.5ms 的高电平， 因此通过 time_cnt 赋值 1000， 然后在 while 循环内判断， time_cnt 每递减一次约 10us， 1000 次则为 10ms， 在解码时， 这个时间要适当放宽一点范围， 因为不同传感器性能会有差异， 所以此处以 10ms 的低电平为界限，如果超过 10ms 则强制退出， 防止系统死机。 判断完引导信号的低电平， 接着判断高电平， 实现方法一样。 当引导信号判断完成后进入地址码、 地址反码、 控制码及控制反码共 4 个字节的数据判断， 也就是数据 0 和 1 的判断， 实现方法也是和前面判断引导信号一样， 这里使用到了嵌套循环， 外层循环次数是 4， 表示读取 4 个字节， 内层循环次数是 8， 表示读取每个字节的 8 位。 注意， 红外遥控解码数据是从低位开始， 最后是高位。

最后将读取的 4 个字节数据存储在全局变量数组 gired_data 中， 外部可直接使用这四个字节。

#include "public.h"
#include "smg.h"
#include "ired.h"

void main()
{    
    unsigned char ired_buf[3];

    ired_init();//红外初始化

    while(1)
    {                
        ired_buf[0]=gsmg_code[gired_data[2]/16]; // 将控制码高4位转换为数码管段码
        ired_buf[1]=gsmg_code[gired_data[2]%16]; // 将控制码低4位转换为数码管段码
        ired_buf[2]=0X76; // 显示H的段码
        smg_display(ired_buf, 6);    
    }        
}

主函数代码很简单， 首先调用使用的外设头文件， 然后初始化红外， 进入while 循环将红外解码数据转换为数码管段码数据， 然后在数码管上显示。

5. 小结

照例，我们来详细分析一下重要代码：

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2024.7.22 第一次修订

2024.8.23 第二次修订，后期不再维护