STM51单片机学习记录（十四）红外遥控

2024-07-31

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1. 1.NEC标准
2. 2.代码实现：外部中断的初始化
3. 3.代码实现：外部中断的中断函数
4. 4.代码实现：红外遥控
5. 5.代码实现：主函数

1.NEC标准

红外遥控遵循NEC标准，且具有以下三种基本状态：

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。

接收流程可以通过如下状态机实现：

NEC编码说明如下图所示：

2.代码实现：外部中断的初始化

首先，由于红外遥控对灵敏度要求极高，我们需要使用外部中断完成对红外信号的捕获，下面是外部中断的中断结构图：

红外遥控需要对应的中断触发方式为下降沿触发，IT0=1。

IE0为中断产生的标志位，在初始化时清零，IE0=0。

EX0表示是否开启中断，EX0=1。

EA表示所有中断的总开关，EA=1。

PX0表示中断优先级，0为高优先级，1为低优先级，PX0=1。

完整的初始化代码如下。

void Int0_Init(){
	IT0=1;
	IE0=0;
	EX0=1;
	EA=1;
	PX0=1;
}

3.代码实现：外部中断的中断函数

外部中断的中断号为0，因此定义如下中断函数：

1	void Int0_Routine() interrupt 0

我们需要定义一个unsigned char型数组：IR_Data[4]，用于存放地址码、地址码反码、命令码、命令反码。总位宽为32位：

1	unsigned char IR_Data[4];

在后续的处理中，为了方便，我们需要一个变量IR_pData来定位数据当前应该存放的位置。IR_pData的取值范围为0~31,
当IR_pData∈[0,7]时，对应IR_Data[0]

当IR_pData∈[8,15]时，对应IR_Data[1]

当IR_pData∈[16,23]时，对应IR_Data[2]

当IR_pData∈[24,31]时，对应IR_Data[3]

即:IR_Data[IR_pData/8]可以实现完美对应：

1	unsigned char IR_pData;

然后定义IR_Address与IR_Command用于存放当前32位数据中的地址码与命令字，我们可以通过IR_GetAddress()与IR_GetCommand()函数将IR_Address与IR_Command返回给主函数，这样主函数就能根据不同的地址码和命令执行不同的代码了：

1 2	unsigned char IR_Address; unsigned char IR_Command;

最后，还需要定义两个标志位，用于判断一整个32位数据是否接收完成与当前帧是否为Repeat。我们可以通过IR_GetRepeatFlag与IR_GetDataFlag将RepeatFlag与DataFlag返回给主函数，这样主函数就能根据不同的状态执行不同的代码了。

1 2	unsigned char IR_DataFlag; unsigned char IR_RepeatFlag;

接下来就要正式写信号处理的过程，处理的过程可以参照第一节中的状态机：

在解码过程与接收Start与Repeat信号的过程中，我们通过定时器记录每一次执行的时间（也就是两个下降沿之间的时间间隔），通过时间间隔的长短就能分辨出当前信号表示0还是1，也就实现了解码的过程。

3.1空闲状态(IR_State=0)

空闲状态表示当前不处于信号解码或寻找信号的状态，此时需要将定时器的初始计数值清零，然后打开定时器：

if(IR_State==0)               		//空闲状态
{
  	Timer0_SetCounter(0);
	Timer0_Run(1);		  			//启动定时器
	IR_State=1;			  			//状态置1，开始寻找Start或Repeat
}

3.2寻找Start或Repeat(IR_State=1)

首先读取定时器当前的计数值，然后将计数值清零。接下来根据Start与Repeat下降沿间隔的不同来区分不同的信号，如果是Start则转到解码状态，如果是Repeat则关闭定时器，转回空闲状态并将RepeatFlag置1。

如果都不是表示接收到了错误信号，重新寻找Start或Repeat。

else if(IR_State==1)								//寻找Start或Repeat   
{
	IR_Time=Timer0_GetCounter(); 					//读取时间
	Timer0_SetCounter(0);
			
	//下降沿可能是Start信号
	if(IR_Time>12442-250&&IR_Time<12442+250)		//(9+4.5)*1000/(12/11.0592)=12441.6
		{
			IR_State=2;								//准备开始解码
		}
	//下降沿也可能是Repeat信号
	else if(IR_Time>10368-250&&IR_Time<10368+250)	//(9+2.25.5)*1000/(12/11.0592)=10368
		{
			IR_RepeatFlag=1;
			Timer0_Run(0);							//关闭定时器
			IR_State=0;								//恢复空闲状态
		}
	else											//出现错误信号则继续寻找Start或Repeat
		{
			IR_State=1;	
		}
}

3.3解码状态(IR_State=2)

首先依然是读取定时器当前的计数值，然后将计数值清零。接下来根据0与1的下降沿间隔的不同来区分不同的信号，并将当前数据写入IR_Data[]中。

先给出代码：

else if(IR_State==2){								//开始解码
	IR_Time=Timer0_GetCounter(); 					//读取时间
	Timer0_SetCounter(0);
	if(IR_Time>1033-500&&IR_Time<1033+500)			//(560+560)/(12/11.0592)=1032.192
	{
		IR_Data[IR_pData/8]&=~(0x01<<(IR_pData%8));
		IR_pData++;
	}
	else if(IR_Time>2074-500&&IR_Time<2074+500)		//(560+1690)/(12/11.0592)=2073.6
	{
		IR_Data[IR_pData/8]|=(0x01<<(IR_pData%8));
		IR_pData++;
	}
	else											//出现错误信号则放弃该帧，继续寻找Start或Repeat
	{
		IR_pData=0;
		IR_State=1;
	}
	if(IR_pData>=32)								//数据接收完成
	{
		IR_pData=0;
		if((IR_Data[0]==~IR_Data[1]) && (IR_Data[2]==~IR_Data[3]))//验证成功
		{
			IR_DataFlag=1;							//表示收到了正确的数据
			IR_Address=IR_Data[0];
			IR_Command=IR_Data[2];
		}
		Timer0_Run(0);								//关闭定时器
		IR_State=0;									//恢复空闲状态
	}
}

下面讲解一下接收信号0与接收信号1后的两句赋值语句，先以接收信号0为例：

1	IR_Data[IR_pData/8]&=~(0x01<<(IR_pData%8));

IR_Data[IR_pData/8]：

表示当前位数对应数组中的第几个。

例如：IR_pData=3时，对应IR_Data[0]，IR_pData=8时，对应IR_Data[1]

&=~：

0&1=0,1&1=1；与1的操作可以保持原数据不变。

0&0=0,1&0=0；与0的操作可以实现”写0”（清零）的效果。

例如：IR_Data[IR_pData/8]&=~(0x01)，先将0x01取反，得0b 1111 1110,可以实现将0写入最低位而不改变其他位

IR_pData%8：

IR_pData%8∈[0,7],可以表示当前char的第几位。

将上述组合起来：IR_Data[IR_pData/8]&=~(0x01<<IR_pData%8)，就可以实现对32位进行循环赋值了。

同理，接收信号1的代码为：

1	IR_Data[IR_pData/8]\|=(0x01<<(IR_pData%8));

|=：

0|1=1,1|1=1；或1的操作可以实现”写1”的效果。

0|0=0,1|0=1；或0的操作可以保持原数据不变。

例如：IR_Data[IR_pData/8]|=(0x01)，0x01=0b 0000 0001,可以实现将1写入最低位而不改变其他位。

4.代码实现：红外遥控

红外遥控模块需要调用Timer0与Int0，通过读取外部中断触发后对IR_Address与IR_Command的修改，完成与主函数的对接功能。

需要编写的函数如下：

void IR_Init();
unsigned char IR_GetDataFlag();
unsigned char IR_GetRepeatFlag();
unsigned char IR_GetAddress();
unsigned char IR_GetCommand();

这些代码都相对简单，因此直接给出：

void IR_Init(){
	Timer0_Init();
	Int0_Init();
}

unsigned char IR_GetDataFlag(){
	if(IR_DataFlag==1)//如果IR_DataFlag==1，需要将它清零以便下次接收
	{
		IR_DataFlag=0;
		return 1;
	}
	return 0;
}

unsigned char IR_GetRepeatFlag(){
	if(IR_RepeatFlag==1)//如果IR_RepeatFlag==1，需要将它清零以便下次接收
	{
		IR_RepeatFlag=0;
		return 1;
	}
	return 0;
}

unsigned char IR_GetAddress(){
	return IR_Address;
}

unsigned char IR_GetCommand(){
	return IR_Command;
}

需要注意的是，由于外部中断函数中需要用到IR_Address、IR_Command等变量，因此外部中断函数也需要写在红外遥控模块中。

5.代码实现：主函数

在主函数中，我们可以通过判断IR_GetDataFlag与IR_GetRepeatFlag函数的返回值是否为1，确定当前是否接收到了一份完整的32位数据或是一份重复指令。然后根据返回获得的Address与Command，执行不同的指令：

while(1){
	if(IR_GetDataFlag()||IR_GetRepeatFlag())
	{
		Address=IR_GetAddress();
		Command=IR_GetCommand();
		
		if(Address==...)
		{
            if(Command==...)
			{
				...
			}
			...
		}
        
        if(Address==...)
		{
            if(Command==...)
			{
				...
			}
			...
		}

		if(...)
        {
            ...
        }
        ...   
	}	
}

普中开发板对应的红外遥控器各按键对应的命令码如下（16进制）：