51单片机入门：红外遥控

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红外遥控系统简介

红外遥控系统是利用红外光进行通信的设备，通常由发射和接收两大部分组成，即：由红外LED将调制后的信号发出，再由专门的红外接收头进行解调输出。

红外LED：外表与普通的LED没有什么不同，发射940nm的红外光，人眼看不到。也有850nm的红外LED，可以看见微微的红光。

通讯方式：单工，只能一方发送一方接受，不能反过来；异步，没有单独的时钟线，通信需要双方约定时间。

通信协议标准：NEC标准（我国常用）、RC5、SONY、REC80、SAMSWNG等，主要是欧洲和日本生产厂家所使用的编码格式。

生活中，红外LED被广泛应用，比如在电视、空调和电扇的遥控里都有找到红外LED的身影。这些设备之所以能被控制，是因为内部有与之匹配的红外接收二极管，红外接收二极管的颜色一般是黑色的，当红外接收二极管被红外光照射阻值会变小。

硬件电路

1、红外发送部分

主要由如下两种电路结构所示：

对于第一个电路，只有当两个三极管开关同时打开时，红外LED才发光。其中第一个接口的38KHz为调制频率，在发送信号时需要一直给这个接口输入一个频率为38KHz的方波；第二个接口就输入我们想要传输的波形。

将两个接口互相联系起来，会发现：在高电平时，红外LED不会发光；在低电平时，红外LED以38KHz频率闪着亮。（这是为了抵抗干扰，在自然界中有很多红外光，例如太阳光，而调制的目的就是为了区分自然光与作为信号的红外光。）

对于第二个电路，没有了38KHz接口，只是一个纯粹的三极管开关（给低电平亮、给高电平不亮），在发送的时候需要程序来实现38KHz调制的功能。

2、红外接收部分

接收部分有单独的一个红外接收LED（黑色），如果直接用红外接收管，则接受到的信号就会有很多成分（自然光等），因此后面还需要进行电路操作（例如滤除自然光、放大发送的信号、滤除38KHz部分的信号，使其输出信号看上去和IN端输入信号一致）。一体化红外接收管就包含了红外接收LED和这些功能电路。

注意，需要将输出信号OUT接在外部中断上。

基本发送与接收

空闲状态：红外LED不亮，接收头输出高电平。

发送低电平：红外LED以38KHz频率闪烁发光，接收头输出低电平。

发送高电平：红外LED不亮，接收头输出高电平。

接收装置如何区分空闲状态和发送高电平？

接收装置以第一个下降沿为开始，在此之后的一段时间内其输出波形都是发送装置所发送的波形（此时红外LED不亮为高电平输出），波形结束后又一直输出高电平（此时红外LED不亮为空闲状态）。

注意，此处的高电平和低电平都不代表逻辑1或0，仅仅是指物理现象本身。

NEC编码

NEC编码是一种红外遥控协议，常用于遥控器与设备之间的通信。它是一种常用的编码格式；将遥控发送过来的信号进行一定形式的编码，转换为对应的信息。

如上所示，这是一帧完整的红外信号（注意是红外信号，即这是从发送装置来看，对应输出信号波形高低电平与之相反），其中黄色区域既不是高电平也不是低电平，而是38KHz的高频脉冲信号。

可以看出，一帧完整的红外信号包括：起始位、地址码、地址反码、数据码、数据反码、结束位。

1、起始位：持续低电平（高频脉冲）9ms后持续高电平（不亮）4.5ms，表示要开始传输数据了。

2、地址码：由8位0或1表示，用于确定（选定）设备（比如家里面有很多红外设备，不同的红外设备其地址码是不同的。）其逻辑0或1表示如下：

逻辑0是由562.5us的高频脉冲和562.5us的不亮表示；逻辑1是由562.5us的高频脉冲和1687.5us的不亮表示。对于上上图，其地址码为：。

3、地址反码：对地址码进行取反，因而地址反码为：00001111。地址反码是为了保证传输的准确性，一旦有一个地址反码和地址码对不上号，这这一帧数据都将作废。

4、数据码：同样由8个0或1组成，对于上上图，其数据码为：1111 1111。其包含的信息为所匹配红外设备需要执行的功能。通过8个0或1的排列组合，有256个不同的结果，也就是说红外遥控器最多有256个按键。

5、数据反码：对数据码进行取反。

6、结束位：持续高频脉冲562.5us，表示数据传输结束。

7、重复码：持续低电平9ms后持续不亮4.5ms，在持续562.5us的高频脉冲，在然后又是持续不亮。每个一帧数据的时间约是110ms。（重复码通常用于调音量时的长按）

51单片机的外部中断

以STC89C52为例，有4个外部中断（传统51单片机只有两个）。其外部中断有两种触发方式：下降沿触发和低电平触发。

其外部中断0（INT0）和外部中断1（INT1）外部中断号分别为0、2。

代码设计

Timer0.c

#include <REGX52.H> //定时器初始化 void Timer0_Init() { TMOD&=0xF0; //设置定时器模式 TMOD|=0x01; //设置定时器模式 TL0=0x18; //设置定时器初值 TH0=0xFC; //设置定时器初值 TF0=0; //清除TF0标志 TR0=0; //定时器0不计时 } //设置定时器初始值 void Timer0_SetCounter(unsigned int Value) { TH0=Value/256; TL0=Value%256; } //把定时器里变化后的数据拿出来，得到时间差 unsigned int Timer0_GetCounter() { return (TH0<<8)|TL0; } //定时器启动开关 void Timer0_Run(unsigned char Flag) { TR0=Flag; //Flag为1，开始计时；为0，停止计时 }

Int0.c

#include <REGX52.H> //外部中断0初始化 void Int0_Init() { IT0=1; IE0=0; EX0=1; EA=1; PX0=1; //优先级设为高优先级 }

此处需要将外部中断0的中断优先级设置为高优先级，保证在同时触发多个中断时优先执行此中断，使红外信号被及时接收。

IR.c

#include <REGX52.H> #include "Timer0.h" #include "Int0.h" unsigned int IR_Time; //计时(时间差) unsigned char IR_State; //状态 unsigned char IR_Data[4]; //存储数据 unsigned char IR_pData; //0~31,即一个完整的信号有32位 unsigned char IR_DataFlag; //数据帧标志位 unsigned char IR_RepeatFlag; //连发帧标志位 unsigned char IR_Address; //地址码 unsigned char IR_Command; //数据码 //红外遥控初始化 void IR_Init() { Timer0_Init(); Int0_Init(); } / *功能：红外遥控获取收到数据帧标志位 *参数：无 *返回值：是否收到数据帧，1为收到，0为未收到 */ unsigned char IR_GetDataFlag() { if(IR_DataFlag) { IR_DataFlag=0; return 1; } return 0; } / *功能：红外遥控获取收到连发帧标志位 *参数：无 *返回值：是否收到连发帧，1为收到，0为未收到 */ unsigned char IR_GetRepeatFlag() { if(IR_RepeatFlag) { IR_RepeatFlag=0; return 1; } return 0; } / *功能：红外遥控获取收到的命令数据 *参数：无 *返回值：收到的命令数据 */ unsigned char IR_GetCommand() { return IR_Command; } / *功能：红外遥控获取收到的地址数据 *参数：无 *返回值：收到的地址数据 */ unsigned char IR_GetAddress() { return IR_Address; } //外部中断0函数，下降沿触发 void Int0_Routine() interrupt 0 { if(IR_State==0) //状态为0，说明是空闲状态 { Timer0_SetCounter(0); //设置定时器初始值 Timer0_Run(1); //开始计时 IR_State=1; //进入状态1，即准备接收信号 } else if(IR_State==1) { IR_Time=Timer0_GetCounter(); //读取计时的时间（时间差） Timer0_SetCounter(0); //定时器清0，重新计时间差 //计时为13.5ms，则收到了起始位（注意，11.0592MHz下为12442） if(IR_Time>12442-500&&IR_Time<12442+500) //如果是起始位 { IR_State=2; //进入状态2，即开始接收数据 } //计时为11.25ms，则收到了重复位（同样，11.0592MHz下为10368） else if(IR_Time>10368-500&&IR_Time<10368+500) { IR_RepeatFlag=1; //说明这一帧已经结束 Timer0_Run(0); //结束计时 IR_State=0; //回到空闲状态 } //接收出错 else { IR_State=1; } } else if(IR_State==2) { IR_Time=Timer0_GetCounter(); //读取计时的时间（时间差） Timer0_SetCounter(0); //定时器清0 //计时为1120us，则收到了逻辑0（注意，11.0592MHz下为1032us） if(IR_Time>1032-500&&IR_Time<1032+500) { IR_Data[IR_pData/8]&=~(0x01<<(IR_pData%8)); //数据对应位 置0 IR_pData++; } //计时为2250us，则收到了逻辑1（注意，11.0592MHz下为2074us） else if(IR_Time>2074-500&&IR_Time<2074+500) { IR_Data[IR_pData/8]|=(0x01<<(IR_pData%8)); //数据对应位 置1 IR_pData++; } //如果接受失败，这一帧作废 else { IR_pData=0; IR_State=1; } if(IR_pData>=32) //表示32位数据接受完毕 { IR_pData=0; //重新置0 if((IR_Data[0]==~IR_Data[1])&&(IR_Data[2]==~IR_Data[3])) { IR_Address=IR_Data[0]; //数据转移 IR_Command=IR_Data[2]; //数据转移 IR_DataFlag=1; } Timer0_Run(0); //定时器停止 IR_State=0; //置状态为0 } } }

此代码主要通过下降沿之间的时间差来判断逻辑0、逻辑1、起始位、重复位。

对于重复位直接返回状态0即可（不需要再进入状态2中改变地址码和数据码），并且在下一次下降沿到来时在进行判断时起始位还是重复位。

对于起始位，则让其进入状态2，记录地址码与数据码。