概述

本章介紹紅外遙控通信試驗，通過本章的學習掌握紅外遙控器的編碼原理以及使用。在 RY-51 單片機開發板上，配備了一個紅外信號接收頭，用于接收紅外信號，與開發板配套了一個紅外遙控器，用于發送紅外數據。

14.1 紅外遙控原理簡介

紅外遙控是一種無線、非接觸式數據傳輸技術、具有成本低、抗干擾能力強的短距離通信技術、被廣泛的應用于電子設備遙控通信中，包括電視、空調、手機等多種電子設備中，具有廣泛的應用前景。

紅外通信原理為將信息加載到紅外光波中，利用發射裝置發射出去，接收設備接收到紅外光后將信息解碼并做出相應的操作，便完成了一次紅外光通信。我們以一個生活中常見的例子為例，當兩個在黑暗中的人，一人拿著手電筒通過不停的開關閃爍手電筒將信息傳遞給對方。而我們這里使用的是紅外光，它的優點為紅外光不可見，對周圍環境影響較小，另外由于紅外光波長遠小于其它常用無線電波長，因此，對其它無線通信電子設備無影響。怎樣將信息加載到紅外光上呢？這就是我們常說的紅外遙控編碼協議了，目前常用的有 Philips RC-5Protocol、Sharp 協議、NEC 協議等。我們這例重點講解 NEC 協議。

在數字通信中最小的信息單位為位，即為“0”或“1”，那么在紅外通信協議中是怎么表示邏輯“0”和“1”的呢？該協議中以發射紅外載波的占空比代表信息“0”和“1”。邏輯“0”的表示法為：560us 的連續載波 +560us 的低電平，總時長為 1.125ms。邏輯“1”的表示法為：560us 的連續載波 +1680us 的低電平，總時長為 2.25ms。其中載波為 38KHz 的方波，邏輯“0”和邏輯“1”表示法如下圖所示：

圖 14-1 NEC 協議邏輯“0”和邏輯“1”表示法

傳輸一幀 NEC 格式的數據包括以下內容：

1） 同步碼頭：9ms 載波 +4.5ms 低電平；
2. 用戶碼：用戶自定義的 8bit 數據；
3. 用戶反碼：8bit 用戶碼按位取反；
4. 數據碼：8bit 數據，也稱為 8 位按鍵數據碼；
5. 數據反碼：8bit 數據碼按位取反。

由上面內容可知，實際傳輸的數據內容為用戶碼和數據碼，上面的反碼用于數據校驗，確保數據傳輸的可靠性，數據按低位到高位的順序一次傳輸。傳輸一幀 NEC 數據格式如下圖所示：

上圖為 NEC 發送模塊通過紅外光發送的數據，當接收模塊接收到 38KHz 的載波時輸出低電平，其它情況輸出高電平，因此，單片機通過測量接收到的電平高低持續時間便可解碼數據了。例如當單片機接收到 9ms 低電平 +4.5ms 高電平時，即接收到了引導碼，當接收到 560us 低電平 +560us 高電平表示接收到了數據“0”，當接收到 560us 低電平 +1680us 高電平表示接收到了數據“1”，依照上述模式便可完成一幀數據的接收。

14.2 紅外接收硬件電路設計

RY-51 單片機開發板載了紅外信號接收模塊 VS1838B，模塊外形圖下圖左邊所示，電路連接圖如下圖右邊所示。其中，輸出引腳與單片機的 P3.2 引腳相連接，同時該引腳為單片機的外部中斷 0 輸入引腳。因此，可以利用單片機的外部中斷 0 來處理紅外數據接收。

14.3 紅外解碼試驗

紅外解碼軟件編寫步驟如下：首先進行初始化將外部中斷 0 設置為下降沿觸發，當接收到的紅外信號由高電平變為低電平時，表明一幀紅外數據的開始。在外部中斷 0 子程序中判斷引導碼的正確性，判讀的方法為通過定時器計數來計算高低電平持續的時間，并分別與引導碼規定時間進行對比。當超出了規定時間范圍，我們認為這不是一幀標準的紅外遙控數據，便直接返回跳出中斷子程序。當符合要求后，繼續往下執行，并判斷和接收 4 個字節的數據，將接收到的數據存放到指定存儲變量中，并置位紅外標志位。在主程序中查詢這個標志位來確定是否收到了紅外數據，將數據從存儲變量中取出，并將數據顯示在602液晶模塊上。為了方便后續使用，將紅外初始化，以及紅外中斷子程序放入"HongWai.h","HongWai.c"文件中。

"HongWai.h"代碼如下：

#ifndef __IR_H__
#define __IR_H__

extern void InitIR(); //初始化定時器TR0，外部中斷0
extern bit Flag_IR;	  //按鍵標志位
extern unsigned long Data_IR;//4個字節的數據：[31:0]數據反碼- >數據碼- >用戶反碼- >用戶碼

#endif

"HongWai.c"代碼如下：

#include< reg52.h >

#define HIGH_IR 1	 //高電平
#define  LOW_IR 0	 //低電平

#define  Min_9ms	 8000	   //8ms
#define  Max_9ms	 10000	   //10ms
#define  Min_4_5ms	 3500	   //3.5ms
#define  Max_4_5ms	 5000	   //5ms
#define  Min_560us	 300	   //300us
#define  Max_560us	 700	   //700us
#define  Min_1680us	 1300	   //1.3ms
#define  Max_1680us	 1800	   //1.8ms
#define  Time_16ms   16000	   //16ms

sbit Led1  = P1^1;
sbit IR_in = P3^2;//紅外接收引腳，也是外部中斷0輸入腳
bit Flag_IR = 0;//紅外接收標志，收到正確幀數據后，由程序置1
unsigned long Data_IR;//4個字節的數據：[31:0]數據反碼- >數據碼- >用戶反碼- >用戶碼
//紅外接收初始化
void InitIR()
{
	IR_in = 1;//釋放
	TMOD &= 0xF0;//清零T0控制位
	TMOD |= 0x01;//配置T0為模式1
	TR0 = 0; //停止T0記數
	ET0 = 0;//關定時器0中斷
	IT0 = 1;//設置INT0為下降沿觸發
	EX0 = 1;//開INT0中斷
	EA=1; //開總中斷
}
unsigned int T_Count(bit flag)//電平計時器
{
	TH0 = 0; //清零T0
	TL0 = 0;
	TR0 = 1;//啟動T0
	//判斷高電平是否超過16ms,若超過定義為異常，直接跳出循環,防止進入死循環
	while(IR_in==flag){if(TH1 >= (Time_16ms >>8)) break;}
	TR0 = 0;
	return (TH0*256 + TL0);//返回計數值，數值單位為us		
}
//外部中斷0，中斷子程序,下降沿觸發進入中斷
void Int0() interrupt 0	
{
	unsigned int i;
	unsigned int T_Low,T_High;

	T_Low = T_Count( LOW_IR);//接收9ms的引導碼低電平	
	T_High = T_Count(HIGH_IR);//接收4.5ms引導碼高電平
	//判斷引導碼正確性
	if(T_Low< Min_9ms || T_Low >Max_9ms || T_High< Min_4_5ms || T_High >Max_4_5ms){IE0=0; return;}
    //接收4個字節的數據，共32位
	for(i=0;i< 32;i++)
	{
		T_Low = T_Count( LOW_IR);//接收560us位低電平		
		T_High = T_Count(HIGH_IR);//接收560us或1680us位高電平
		//判讀位電平的正確性
		if(T_Low< Min_560us || T_Low >Max_560us || T_High< Min_560us || T_High >Max_1680us) {IE0=0;return;}			
		Data_IR >>=1; //為0時高位補0
		if(T_High >Min_1680us) Data_IR |= 0x80000000;//為1時高位置1
	}
	Flag_IR = 1; //接收到按鍵值后，置位
	Led1 = 0;//閃爍小燈
	//for(i=0;i< 5000;i++);
	Led1 = 1;
	IE0=0;//清楚中斷標志位，確保在響應外部中斷0過程中產生的外部中斷請求不再被響應。
}

在主程序中判斷數據標志位是否置1，并將接收到的數據顯示出來，主程序如下所示：

#include< reg52.h >
#include"HongWai.h"
#include"Drive_1602.h"

sbit DU = P2^7;//數碼管段選、位選引腳定義
sbit WE = P2^6;	

unsigned char *Key_Str=0;
void main()
{
	unsigned char Key;
	Init_1602();//1602初始化
	P0 = 0xff;//關閉所有數碼管
	WE = 1;
	WE = 0;
	
	InitIR();
	while(1)
	{
		if(Flag_IR)
		{
			Flag_IR = 0;
			Key = (unsigned char)(Data_IR >>16);//數據碼
		   	switch(Key)
			{
				case 69:Key_Str = "CH-";break;
				case 70:Key_Str = "CH";break;
				case 71:Key_Str = "CH+";break;
				case 68:Key_Str = "PREV";break;
				case 64:Key_Str = "NEXT";break;
				case 67:Key_Str = "PLAY/PAUSE";break;
				case  7:Key_Str = "-";break;
				case 21 :Key_Str = "+";break;
				case  9:Key_Str = "EQ";break;
				case 22:Key_Str = "0";break;
				case 25:Key_Str = "100+";break;
				case 13:Key_Str = "200+";break;
				case 12:Key_Str = "1";break;
				case 24:Key_Str = "2";break;
				case 94:Key_Str = "3";break;
				case  8:Key_Str = "4";break;
				case 28:Key_Str = "5";break;
				case 90:Key_Str = "6";break;
				case 66:Key_Str = "7";break;
				case 82:Key_Str = "8";break;
				case 74:Key_Str = "9";break;
				default:Key_Str = "error!";
			}
			Disp_1602_str(2,1,"           ");	
			Disp_1602_str(2,1,Key_Str);					
		}		
	}
}

14.4 本章小結

本章介紹了紅外遙控器的發送和接收原理，并編寫了單片機接收紅外數據的驅動程序，后續可直接調用函數應用到具體的工程中去了。