51单片机学习笔记(十二) - 红外遥控

前言

随着科技的发展，红外遥控器逐渐被WIFI、蓝牙等所取代。但是并不意味着红外遥控就无用武之地。万物皆有相通之处，学习红外遥控可以有助于后期学习WIFI、蓝牙等通信。

一、红外遥控的背景知识

1、人机交互

1. 当面操作的：按键、旋钮、触摸系列的设备；
2. 遥控操作的：红外遥控、433M/2.4G无线通信、蓝牙-WIFI-Zigbee-LoRa-4G-5G等无线通信。

2、红外遥控的相关知识

1. 红外的基本知识
   遥控器由红外接收及发射电路、信号调理电路、中央控制器、程序及数据存储器、键盘及状态指示电路组成。利用红外线进行通信，一般有红外发射和红外接收两部分电路。
2. 红外发射和接收
   1）红外发射：红外发光二级管是发射的关键部件。它实际上是一种特殊的发光二次管。由于其内部材料与普通发光二次管不同，当两端增加相应的工作电压时，它会发出红外而不是可见光。
   2）红外接收：红外接收电路通常由制造商集成在一个元件中，成为一个集成的红外接收头。内部电路包括红外监测二极管、放大器、限副器、滤波器、积分电路、比较器等。红外监测二极管监测红外信号，然后将信号发送到放大器和限幅器，将脉冲范围调整到一定水平，无论红外发射器和接收器之间的距离如何。
   3）38KHz载波和数字信号、调制。
   4）红外遥控器通信协议：NEC协议。
   5）红外接收头内部本身是有个反相的，意思就是：平时发送方无发送信号时接收到的是1，发送方有发送载波时接收头IRD引脚输出的是0，这对我们写代码有影响，后面在看协议时序图时刚好是反的，这样可以提高接收灵敏度。

二、原理图电路分析

接收端原理图

J11与51单片机的P3.2连接，使用外部中断来解析协议

三、NEC协议讲解

1、逻辑1与逻辑0的表示

1. 逻辑1为2.25ms，脉冲时间560us，脉冲频率38KHz；
2. 逻辑0为1.12ms，脉冲时间560us，脉冲频率38KHz；

2、NEC协议格式

1. 单次按
   
   NEC协议中，首次是9ms的高电平脉冲，其后是4.5ms的低电平（起始信号），接下来就是8bit的地址码（从低有效位开始发），而后是8bit的地址码的反码（主要是用于校验是否出错）。然后是8bit 的命令码（也是从低有效位开始发），而后也是8bit 的命令码的反码。

2. 长按
   
   发完一个指令码的序列，但当你长时间按住遥控按钮，在这这种情况下，使用NEC协议的红外遥控器将会发射一个以110ms为周期的重复码。也就是说，每一次用户按下遥控器按钮，遥控器在发送一次指令码后，就不会再发送指令码了，而是发送一段重复码。

重复码由9ms高电平和2.25ms的低电平以及560us的高电平组成

注意：红外接收器为了提高接受灵敏度。输入高电平，其输出的是相反的低电平。

3、NEC协议的关键点

1. 学会看协议格式：载波和信号；
2. 1和0分别是如何表示的；
3. 数据是一帧一帧的整帧传递的；
4. 红外收发是个串行协议；
5. 写代码时时序中的 <时间> 仍然是关键点。

四、代码实现

1、变量定义

sbit IRED = P3^2;               //接收引脚接外部中断0
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）
unsigned char ired_flag = 0;    //接收数据完毕

2、延时函数

void delay_10us(unsigned int ten_us)     //延时函数，ten_us=1时，大约延时10us
{
	while(ten_us--);	
}

3、初始化函数

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
}

4、中断服务函数，在中断里面解码数据

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;           //数组清零
			return;	
		}
		else
			ired_flag = 1;                 //接收正确数据标志位
	}		
}

总结

本节主要介绍了NEC协议，以及代码实现的过程，内容比较简单。需要注意的有以下两点：

1. 解析数据’0‘和’1‘时，特别注意时间长度；
2. 红外发送的时脉冲时，接收到的是低电平，发送的是低电平时接收的是高电平；