一、內(nèi)容提要

上講介紹并應(yīng)用了單片機(jī)動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，并給出了實(shí)例。這一講將重點(diǎn)介紹單片機(jī)如何通過捕獲來實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外遙控器解碼。通過該講，讀者可以掌握紅外遙控器的編碼原理以及如何通過單片機(jī)對(duì)遙控器進(jìn)行解碼。

二、原理簡(jiǎn)介

隨著家用電器、視聽產(chǎn)品的普及，紅外線遙控器已被廣泛使用在各種類型的家電產(chǎn)品上（如遙控開關(guān)、智能開關(guān)等）。其具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，在工業(yè)設(shè)備中也得到廣泛應(yīng)用。

一般而言，一個(gè)通用的紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，如圖1 所示：

圖1 紅外遙控系統(tǒng)框圖

其中發(fā)射部分主要包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、紅外發(fā)射管；接收部分包括光、電信號(hào)的轉(zhuǎn)換以及放大、解調(diào)、解碼電路。舉例來說，通常我們家電遙控器信號(hào)的發(fā)射，就是將相應(yīng)按鍵所對(duì)應(yīng)的控制指令和系統(tǒng)碼（ 由0 和1 組成的序列），調(diào)制在32~56kHz 范圍內(nèi)的載波上，然后經(jīng)放大、驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管將信號(hào)發(fā)射出去。此外，現(xiàn)在流行的控制方法是應(yīng)用編/ 解碼專用集成電路芯片來實(shí)現(xiàn)（如下文提到的SAA3010 紅外編碼芯片和HS0038 紅外接收頭）。

不同公司的遙控芯片，采用的遙控碼格式也不一樣。在此介紹目前廣泛使用較普遍的兩種，一種是NEC Protocol 的PWM（ 脈沖寬度調(diào)制） 標(biāo)準(zhǔn)，一種是Philips RC-5 Protocol 的PPM（ 脈沖位置調(diào)制） 標(biāo)準(zhǔn)。

NEC 標(biāo)準(zhǔn)：遙控載波的頻率為38kHz（ 占空比為1:3） ；當(dāng)某個(gè)按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)首先發(fā)射一個(gè)完整的全碼，然后經(jīng)延時(shí)再發(fā)射一系列簡(jiǎn)碼，直到按鍵松開即停止發(fā)射。簡(jiǎn)碼重復(fù)為延時(shí)108ms，即兩個(gè)引導(dǎo)脈沖上升沿之間的間隔都是108ms。一個(gè)完整的全碼如圖2所示。

圖2 NEC標(biāo)準(zhǔn)下的全碼表示

其中，引導(dǎo)碼高電平4.5ms，低電平4.5ms ；用戶碼8 位，數(shù)據(jù)碼8 位，共32 位；數(shù)據(jù)0 可用“高電平0.56ms ＋低電平0.56ms”表示，數(shù)據(jù)1 可用“高電平0.56ms ＋低電平1.68ms”表示，如圖3 所示。一個(gè)簡(jiǎn)碼可等同于引導(dǎo)碼、系統(tǒng)碼位0 的反碼和結(jié)束位（0.56ms） 高電平時(shí)間總和。

圖3 NEC標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)據(jù)0和1的表示

PHILIPS 標(biāo)準(zhǔn)：載波頻率為38kHz ；沒有簡(jiǎn)碼，點(diǎn)按鍵時(shí)，控制碼在1 和0 之間切換，若持續(xù)按鍵，則控制碼不變。一個(gè)全碼可等同于起始碼、控制碼、系統(tǒng)碼、數(shù)據(jù)碼的時(shí)間總和，如圖4 所示。

圖4 PHILIPS標(biāo)準(zhǔn)下的全碼表示

數(shù)據(jù)0 用“低電平0. 889ms ＋高電平0. 889ms”

表示；數(shù)據(jù)１ 用“ 高電平0. 889ms ＋ 低電平0.

889ms”表示（圖5）。連續(xù)碼重復(fù)延時(shí)114ms。

圖5 PHILIPS標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)據(jù)0和1的表示

在本講中采用的是SAA3010 這款紅外遙控器（見圖6（a）），其符合常見的PHILIPS 標(biāo)準(zhǔn)中的RC-5 編碼格式，其一幀碼序列是由2 位控制碼，1 位翻轉(zhuǎn)碼，5 為地址碼，6 位數(shù)據(jù)碼，結(jié)束碼組成。其數(shù)據(jù)位時(shí)間長(zhǎng)度是1.688ms。連續(xù)碼重復(fù)延時(shí)為108ms，即在每按鍵一直被按下時(shí)延時(shí)為108ms 再輸出同樣的一幀數(shù)據(jù)。

圖6 (a) SAA3010遙控器外觀圖 (b) SAA3010的數(shù)據(jù)位 (c) SAA3010的數(shù)據(jù)重復(fù)周期

從圖6 中可以看出，SAA3010 的位傳送方式是采用雙相位，位1 和位0 的相位正好相反。在解碼時(shí)可以用定時(shí)采樣的方式進(jìn)行解碼，一個(gè)位采樣二次，分別在位波形的四分之一和四分之三處進(jìn)行采樣，如位1 用這種方法采樣的值就是0 和1。當(dāng)然也可以只采樣一次，例如在波形的四分之一處進(jìn)行采樣，然后定時(shí)一個(gè)波形的周期再采樣，這樣位1 采樣的值就是0（本講的實(shí)例即是采用這種方法）。

三、電路詳解

如圖7 （a） 中所示，紅外接收頭解碼電路非常簡(jiǎn)單，采用的是一體化紅外線接收頭，一體化的紅外接收頭將遙控信號(hào)的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機(jī)識(shí)別的TTL 信號(hào)，這樣大大簡(jiǎn)化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計(jì)工作，方便使用。在本講中采用的是紅外一體化接收頭HS0038，其外觀圖如7（b） 所示。其為黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號(hào)情況下，接收距離可達(dá)30m。它能與TTL、COMS 電路兼容。HS0038 為直立側(cè)面收光型。它接收紅外信號(hào)頻率為38 kHz, 周期約26μs，同時(shí)能對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形，得到TTL 電平的編碼信號(hào)。

圖7 (a) 紅外接收頭解碼電路 (b) HS0038外觀圖

其三個(gè)管腳分別是地、電源正、解調(diào)信號(hào)輸出端。

為了響應(yīng)速度，紅外接收頭的解碼信號(hào)輸出接入到單片機(jī)P3.3（外部中斷1）端口上，這樣一旦有紅外解碼信號(hào)輸出就可觸發(fā)進(jìn)去中斷。此外，電容C7 用于電源去耦濾波，保證紅外接收頭穩(wěn)定工作。

四、程序設(shè)計(jì)

本講設(shè)計(jì)的核心程序如下：

void time0（） interrupt 1 （ 1）

bit in = ~IR_Input; （ 2）

TH0 = 0XFF; （ 3）

TL0 = 0X83; （ 4）

IR_Data[IR_sign] = IR_Data[IR_sign] | in; （ 5）

IR_count++; （ 6）

if（IR_count == 1 || IR_count == 2） （ 7）

{

if（in == 0） （ 8）

{

TR0 = 0; （ 9）

EX1 = 1; （ 10）

return; （ 11）

}

}

if（IR_count == 3） （ 12）

{

IR_sign = 1; （ 13）

}

else if（IR_count == 8） （ 14）

{

if（IR_Data[1] != 0） （ 15）

{

TR0 = 0; （ 16）

EX1 = 1;

return;

}

IR_sign = 2; （ 17）

}

else if（IR_count == 14） （ 18）

{

IR_sign = 3; （ 19）

}

else if（IR_sign == 3） （ 20）

{

TR0 = 0; （ 21）

IR_Success（）； （ 22）

return; （ 23）

}

else

IR_Data[IR_sign] = IR_Data[IR_sign] 《 1; （ 24）

程序詳細(xì)說明：

（1）定時(shí)器中斷0 服務(wù)函數(shù)，紅外接收頭解碼數(shù)據(jù)觸發(fā)外部中斷1 后，引發(fā)定時(shí)器中斷，從而進(jìn)行捕獲解碼。

（2）解碼時(shí)， 將載頻部分變?yōu)榈碗娖剑?即低電平實(shí)際為1, 高電平實(shí)際為0。

（3）設(shè)置定時(shí)器0 高八位初值，因?yàn)橐〞r(shí)間長(zhǎng)度為一個(gè)數(shù)據(jù)位周期。

（4） 設(shè)置定時(shí)器0 低八位初值。經(jīng)過實(shí)測(cè)，SAA3010 的位時(shí)間在1.655ms 左右。

（5）將紅外數(shù)據(jù)放入最低位。

（6）紅外計(jì)數(shù)沒進(jìn)一次定時(shí)器中斷就加1。

（7）如果當(dāng)前是第1 次和第2 次進(jìn)入定時(shí)器中斷。

（8）如果此時(shí)in 的值為0，即如果發(fā)現(xiàn)起始兩位不全是1 的情況。

（9）關(guān)閉定時(shí)器0。

（10）重新打開外部中斷進(jìn)行接收。即起始兩位必須都為1。

（11）退出返回。

（12）如果接收完起始位（2 位）和控制位（1 位）。

（13）IR_sign 置1，即將接收到的紅外系統(tǒng)碼放到IR_Data[1] 中。

（14）如果當(dāng)前計(jì)數(shù)達(dá)到第8 次，即接收完5 位系統(tǒng)碼。

（15）如果接收到的系統(tǒng)碼不為0，即要求系統(tǒng)碼全為0 才正確。

（16）則關(guān)閉定時(shí)器和重開外部中斷并返回。

（17）IR_sign 置2，將接收到的紅外數(shù)據(jù)位放到IR_Data[2] 中。

（18）如果當(dāng)前計(jì)數(shù)達(dá)到第14 次，即接收完6 位數(shù)據(jù)碼。

（19）IR_sign 置3，表示數(shù)據(jù)碼接收成功。

（20）如果IR_sign 等于3，即表示如果接收完成。

（21）接收完成，關(guān)閉定時(shí)器0，不再捕獲。

（22）接收完成后跳轉(zhuǎn)到執(zhí)行IR_Success（） 函數(shù)，進(jìn)行顯示以及重新初始化等。

（23）返回。

（24）將數(shù)據(jù)左移一位， 以便將一下位數(shù)據(jù)并于最低位。

五、調(diào)試要點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

接好硬件，通過冷啟動(dòng)方式將程序所生成的。hex 文件下載到單片機(jī)運(yùn)行后，打開串口調(diào)試助手軟件，設(shè)置好波特率9600，復(fù)位單片機(jī)，然后按下SAA3010 遙控器上的相應(yīng)按鍵，可以觀察到在接收窗口有接收到的數(shù)據(jù)顯示見圖8，此外電路板上的串行通信指示燈也會(huì)閃爍，P0 口也會(huì)將所接到的數(shù)據(jù)顯示在LED 燈上。

值得注意的是，不同紅外遙控器的編碼格式不同，即便是同一型號(hào)的紅外遙控器，其發(fā)射出來的碼值也可能稍有微小的區(qū)別，例如筆者手里所用的SAA3010 紅外遙控器，其位時(shí)間實(shí)測(cè)在1.655ms 左右，而不是在標(biāo)稱的1.688ms，因此，有條件的讀者可以用示波器或者邏輯分析儀之類的儀表對(duì)遙控器發(fā)射出來的碼值進(jìn)行測(cè)量，從而相應(yīng)的修改所捕獲的時(shí)間，確保無誤。此外，紅外的穿透能力較弱，例如我們用手遮擋住遙控器的發(fā)射頭或者接收頭時(shí)，此時(shí)難以收到數(shù)據(jù)或者引入干擾。

六、總結(jié)

本講介紹了51 單片機(jī)如何利用外部中斷觸發(fā)和內(nèi)部定時(shí)器捕獲的方式進(jìn)行紅外遙控器解碼，現(xiàn)簡(jiǎn)單總結(jié)如下：

要對(duì)紅外遙控器解碼，首先應(yīng)當(dāng)知道遙控器的編碼標(biāo)準(zhǔn)，無論是本文中所介紹的NEC 標(biāo)準(zhǔn)和PHILIPS 標(biāo)準(zhǔn)，還是其他編碼格式，因?yàn)椴涣私饩幋a格式，難以對(duì)編碼進(jìn)行判斷，從而造成解錯(cuò)碼。其次，由于晶振（如遙控器內(nèi)部和單片機(jī)晶振）本身的不穩(wěn)定性等，為保證解碼的準(zhǔn)確性，應(yīng)對(duì)每位碼長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)行測(cè)量，如利用儀表或者使用單片機(jī)本身，從而得到準(zhǔn)備結(jié)果。