【51单片机】红外遥控

news2024/11/24 9:13:36

学习使用的开发板：STC89C52RC/LE52RC
编程软件：Keil5
烧录软件：stc-isp

开发板实图：
在这里插入图片描述

文章目录

  • 红外遥控
    • 硬件电路
  • NEC协议编码
  • 编程实例
    • LCD1602显示Data
    • 红外遥控控制扇叶转速

红外遥控

红外遥控是利用红外光进行通信的设备，由红外LED将调制后的信号发出，由专用的红外接收头进行解调输出

  • 通信方式：单工、异步
  • 红外LED波长：940nm
  • 通信协议标准：NEC标准

NEC（National Electrical Code），中文翻译为国家电气规范。由美国国家安全委员会(NEC)发布的国家电气安全标准，涉及到电气系统的设计、安装、检查、维护和保养等方面的安全规则，这些规则被广泛应用于各种电气系统的设计、安装、检查、维护和操作。
也包括红外信号与数据的转换

红外发送通常应用在电视、空调遥控器
在这里插入图片描述

红外接收即在对应的设备上。单片机使用接收头进行接收

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

硬件电路

发送电路

在这里插入图片描述

  • Q1、Q2：三极管，低电平导通
  • VCC：电源正极；GND：电源负极
  • 38KHz：固定输出一个38KHz的方波
  • IN：输出的数据

因为自然界有很多红外光，为了避免被其影响，将输出的数据和38KHz方波结合
当 IN 输出低电平时，LED1IR 以 38KHz 频率闪着亮；反之则没有输出

在这里插入图片描述

下图也是发送电路，但省略了 38KHz 方波部分，但这就要求 IN 输入也要能发送一定的方波来抗干扰
在这里插入图片描述

接收电路

接收部分会接收到自然光和发送的红外信号，所以首先就需要一个滤波电路

而对于接收的信号，需要对滤波后的红外信号进行增强，还因为 38KHz 只是用于防干扰的，IN 输入才是真正发送的红外信号，也需要对此进行滤波

在这里插入图片描述

而红外接收头集成了滤波电路，OUT 端口的数据就是真正需要的红外信号

在这里插入图片描述

因为红外信号的时序较短，而且有很多的高低电平，不适合使用按键检测的方法。

因为异步，需要实时检测，可以使用外部中断的方式，将 OUT 端口接在外部中断，这样一旦接收到红外信号，程序就会跳转到红外中断处理，处理红外信号

中断可参看【51单片机】中断 & 定时器

中断0 和 中断1 分别接在 P3^2 和 P3^3 端口

在这里插入图片描述

本单片机将红外接收头的 OUT 端接在了中断0——P3^2l

在红外信号的发送和接收中，规定有三种状态：

  • 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，接收头输出高电平在这里插入图片描述

NEC协议编码

NEC协议规定有三种信号：

  • Start信号：用于标识即将发送 Data 数据
  • Data信号：实际要传输的数据，分为 Address(用户码) 和 Command 还有对应的反码，用于校验。从低位发起在这里插入图片描述
  • Repeat信号：标识重复发送上一次的 Data 数据

不同信号有不同的时序结构
以下时序结构都是基于12MHz系统频率

  • Start信号：由 9ms低电平+4.5ms高电平 组成在这里插入图片描述

  • Data信号：数据0 由 560us低电平+560us高电平组成；数据1 由 560us低电平+1690us高电平组成
    在这里插入图片描述

  • Repeat信号：由 9ms低电平+2.25ms高电平 组成在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

示例：

在这里插入图片描述

该时序由 Start信号 和 Data信号组成

其中 Address：0000 0000；Command：0100 0101
数据由低位发起

在这里插入图片描述

该时序由 Repeat信号组成，其时序的高电平持续时间比 Start信号短一些

红外发送没有数据发出时，红外接收为高电平

遥控器键码

首先先介绍 Data数据

Address (8位)：该字段用于标识红外设备的地址。它的作用是确保信号只会被目标设备接收和解析，避免其它设备误接收命令。地址通常是由设备制造商分配的，在同一设备组内，每个设备的地址是唯一的。

举个例子：

  • 假设有两个设备：一个电视机（设备A）和一个空调（设备B）。
  • 电视机的红外遥控器发送的红外信号包含地址 0x01（即设备A的地址），并发送了一个命令。
  • 空调的红外接收器只会响应它自己的地址（例如 0x02），而忽略来自地址 0x01 的信号。
  • 如果设备A（电视机）接收到地址 0x01 的信号，它会执行相应的命令；如果设备B（空调）接收到信号地址是 0x01，它则会忽略该命令，因为它的地址不匹配。

Command (8位)：命令数据，表示设备执行的操作指令。

遥控器键码如下：

在这里插入图片描述

编程实例

LCD1602显示Data

首先，使用外部中断0 检测红外信号的到来

中断通道如下：

在这里插入图片描述

  • INT0：外部中断0
  • TCON：配置外部中断。
    • IT0配置中断由下降沿触发/低电平触发，置1代表下降沿触发
    • IE0为中断标志位，当中断来临时，该位由硬件置1，检测到该位为1，若该中断开启，则跳转到相应处理函数
  • IE：中断开关。
    • EX0为外部中断0开关
    • EA为中断总开关
  • IP：中断优先级。
    • PX0：置1为高优先级，置0位低优先级

下降沿触发和低电平触发的区别在于

下降沿触发：输入信号由高电平转为低电平的瞬间触发

在这里插入图片描述

低电平触发：当输入信号处于低电平时触发，不一定要求信号发生变化。只要信号持续处于低电平，触发事件就会发生。

在这里插入图片描述

因为红外信号的时序结构通过高低电平的时间决定

在这里插入图片描述
我们通过下降沿触发，获取两次下降沿间隔时间来判断属于哪个信号

如Start信号的两个下降沿之间间隔13.5ms
在这里插入图片描述

为此，我们还需要使用定时器，来获取间隔时间。定时器参看【51单片机】中断 & 定时器

外部中断0模块

Int0.c

#include <REGX52.H>

/**
  * @brief		外部中断0初始化
  * @parm		无
  * @retval		无
  */
void Int0_Init()
{
	IT0 = 1;//控制中断是下降沿/低电平触发，1为下降沿
	IE0 = 0;//中断标志位置零
	EX0 = 1;//外部中断0开关
	EA = 1; //中断总开关
	PX0 = 1;//优先级，1为高优先级
}

//外部中断0处理函数模版 —— 引脚为P3^2
/*
void Int0_Routine() interrupt 0
{
	
}
*/

定时器模块
提供定时器设初值，获取时间，停止方法
Timer.c

#include <REGX52.h>

/**
  * @brief		计数器0初始化
  * @parm		无
  * @retval		无
  */
void Timer0_Init()
{
	TMOD &= 0xF0; 	//高4位保持不变，低4位清零
	TMOD |= 0x01; 	//高4位保持不变，低4位为0101
	//初始化清零
	TH0 = 0;
	TL0 = 0;
	
	TF0 = 0;		//溢出标志位清零
	TR0 = 0;		//停止计时
}

/**
  * @brief		计时器0设置初值
  * @parm		Value：计时器初值，范围：0 ~ 65535
  * @retval		无
  */
void Timer0_SetValue(unsigned int Value)
{
	TH0 = Value / 256;
	TL0 = Value % 256;
}

/**
  * @brief		计时器0设置初值
  * @parm		无
  * @retval		计时器此时的数值，范围：0 ~ 65535 
  */
unsigned int Timer0_GetValue()
{
	return (TH0 << 8) | TL0;
}

/**
  * @brief		计时器0启动/停止
  * @parm		Flag：1代表启动，0代表停止
  * @retval		无
  */
void Timer0_Run(unsigned char Flag)
{
	TR0 = Flag;
}

红外接收头模块

定义三种状态

在这里插入图片描述

  • 空闲状态：启动定时器，切换至检测状态
  • 检测状态：检测Start信号 和 Repeat信号
    • 若为Start信号，切换至接收状态
    • 若为Repeat信号，置连发标志位，切回空闲状态
  • 接收状态：接收 Address、Command 和 其反码，并进行校验

还需对外提供获取 Address 和 Command 的方法

IR.c

#include <REGX52.H>
#include "Int0.h"
#include "Timer.h"

//State=0，空闲状态
//State=1，接收状态，接收Start信号，Repeat信号
//State=2，接收数据
unsigned char IR_State, DataReady, RepeatFlag;
//红外信号的地址和命令
unsigned char Address, Command;
//存储数据的数组和读取的位数
unsigned char DataArr[4], DataBit;


/**
  * @brief		IR初始化
  * @parm		无
  * @retval		无
  */
void IR_Init()
{
	Timer0_Init();	//计时器初始化
	Int0_Init();	//外部中断0初始化
}
/**
  * @brief		获取红外信号中的地址信息
  * @parm		无
  * @retval		地址信息
  */
unsigned char IR_GetAddress()
{
	return Address;
}
/**
  * @brief		获取红外信号中的命令信息
  * @parm		无
  * @retval		命令字：16进制
  */
unsigned char IR_GetCommand()
{
	return Command;
}
/**
  * @brief		获取红外信号中的命令信息
  * @parm		无
  * @retval		命令字：16进制
  */
unsigned char IR_DataReady()
{
	if(DataReady){
		DataReady = 0;//清零
		return 1;
	}
	return 0;
}
/**
  * @brief		获取红外信号中的命令信息
  * @parm		无
  * @retval		命令字：16进制
  */
unsigned char IR_GetRepeatFlag()
{
	if(RepeatFlag){
		RepeatFlag = 0;//清零
		return 1;
	}
	return 0;
}

//外部中断0处理函数，持续检测信号
void Int0_Routine() interrupt 0
{
	unsigned int Time;
	if(IR_State == 0)//空闲状态
	{
		Timer0_SetValue(0);	//计时器清零
		Timer0_Run(1);		//启动计数器
		IR_State = 1;		//切换置监听开始/重复信号
	}
	else if(IR_State == 1)//接收开始信号&重复信号
	{
		Time = Timer0_GetValue();	//获取两次下降沿之间的间隔
		Timer0_SetValue(0);			//计时器清零
		//如果计时为13.5ms，则接收到了Start信号（判定值在12MHz晶振下为13500，在11.0592MHz晶振下为12442）
		if(Time > 12442 - 500 && Time < 12442 + 500)
			IR_State = 2;
		//如果计时为11.25ms，则接收到了Repeat信号（判定值在12MHz晶振下为11250，在11.0592MHz晶振下为10368）
		else if(Time > 10368 - 500 && Time < 10368 + 500)
		{
			RepeatFlag = 1;	//连发标志位
			Timer0_Run(0);		//停止计时器
			IR_State = 0;		//空闲状态
		}
		else	//接收错误信号
			IR_State = 1;		//重新检测
	}
	else if(IR_State == 2)
	{
		Time = Timer0_GetValue();	//获取两次下降沿之间的间隔
		Timer0_SetValue(0);			//计时器清零
		//如果计时为1120us，则接收到了数据0（判定值在12MHz晶振下为1120，在11.0592MHz晶振下为1032）
		if(Time > 1032 - 500 && Time < 1032 + 500)
		{
			DataArr[DataBit/8] &= ~(0x01 << (DataBit % 8));//数据先发低位
			DataBit++;
		}
		//如果计时为2250us，则接收到了数据1（判定值在12MHz晶振下为2250，在11.0592MHz晶振下为2074）
		else if(Time > 2074 - 500 & Time < 2074 + 500)
		{
			DataArr[DataBit/8] |= (0x01 << (DataBit % 8));//数据先发低位
			DataBit++;
		}
		else
		{
			//数据错误，重新接受
			IR_State = 1;
			DataBit = 0;
		}
		
		if(DataBit >= 32){//接收数据完成
			if((DataArr[0] == ~DataArr[1]) && (DataArr[2] == ~DataArr[3])){
				Address = DataArr[0], Command = DataArr[2];
				DataReady = 1;
			}
			DataBit = 0;		//数据位清零
			IR_State = 0;		//回到空闲状态
			Timer0_Run(0);		//计时器停止
		}
	}
}

主程序
检测是否有 Data 数据或 Repeat 连发。IR模块会保存接收到的数据，Repeat 连发直接读取上一次的数据即可

按下遥控上的VOL- 和 VOL+ 可对 Num 进行加减

#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "IR.h"
#include "Timer.h"
#include "Delay.h"

unsigned char Add, Com, Num;

void main()
{
	LCD_Init();
	IR_Init();
	LCD_ShowString(1, 1, "Add  Com  Num");
	LCD_ShowString(2, 1, "00   00   000");
    while(1)
    {
		if(IR_DataReady() || IR_GetRepeatFlag())
		{
			Add = IR_GetAddress();
			Com = IR_GetCommand();
			LCD_ShowHexNum(2, 1, Add, 2);
			LCD_ShowHexNum(2, 6, Com, 2);
			
			if(Com == IR_VOL_MINUS)
				Num--;
			else if(Com == IR_VOL_ADD)
				Num++;
			LCD_ShowNum(2, 11, Num, 3);
		}	
    }
}

完整项目链接：接收红外遥控

红外遥控控制扇叶转速

此处暂不讲解，项目链接：红外遥控调速步进电机

以上就是本篇博客的所有内容，感谢你的阅读
如果觉得本篇文章对你有所帮助的话，不妨点个赞支持一下博主，拜托啦，这对我真的很重要。
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