51单片机学习笔记13 红外遥控接收

51单片机学习笔记13 红外遥控接收

  • 一、红外遥控
    • 1. **发射原理**
    • 2. **接收原理**
    • 3. **发射、接收示例**
  • 二、编码、解码
    • 1. **编码方式分类**：
      • （1）Pulse Distance Modulation (PDM) 脉冲距离调制：
      • （2）Pulse Width Modulation (PWM) 脉冲宽度调制：
      • （3）Manchester Encoding 曼彻斯特编码：
      • （4）Bi-Phase Encoding 双相编码：
    • 2. 常见的红外编解码格式
      • （1）**RC-5 和 RC-6**
      • （2）**Sony SIRC（索尼红外编码）**
      • （3）**Samsung 标准**
      • （4）**NEC 日本电气公司**
      • （5）**RAW (原始) 码**
    • 3. NEC编解码详解
      • （1）帧结构
      • （2）脉冲编码
      • （3）地址码
      • （4）命令码
      • （5）反码
      • （6）结束码
      • （7）连发码
    • 4. 一体化红外遥控接收头
  • 三、实现
    • 1. 硬件电路设备
    • 2. 软件实现
      • （1）IO口及中断初始化
      • （2）外部中断0
    • 3. 使用main.c

一、红外遥控

红外遥控技术是一种常见的无线通信技术，常用于控制家电、汽车、电视机、音响系统等设备。其原理主要基于红外光的发射与接收。

1. 发射原理

  • 发射器通常是一个红外二极管（IR LED），它能够将电能转换为红外光能。
  • 当发射器接收到来自遥控器的信号时，会通过载波调制将信号转换为红外光信号，然后通过发射器发射出去。
  • 这些红外光信号的频率一般在30kHz到60kHz之间，常用的有33K、36K、36.6K、38K、40K、56K等，其中38K使用最多。
  • 在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。
  • 常用占空比有1/3、1/2，1/3最多。

2. 接收原理

  • 接收器通常是一个红外接收模块（IR Receiver Module），它包括一个红外光敏元件和一个解调器。
  • 红外光敏元件接收到发射器发射的红外光信号后，将其转换为电信号。
  • 解调器对接收到的信号进行解调，将其还原为数字信号，然后发送给被控制设备的处理器或微控制器。

在这里插入图片描述

3. 发射、接收示例

在这里插入图片描述

二、编码、解码

1. 编码方式分类：

（1）Pulse Distance Modulation (PDM) 脉冲距离调制：

PDM 是一种基于脉冲的编码方式，它根据脉冲之间的距离来表示信息。通常，长脉冲和短脉冲分别代表不同的二进制位或符号。

（2）Pulse Width Modulation (PWM) 脉冲宽度调制：

PWM 是一种通过调节脉冲宽度来编码信息的方法。不同的脉冲宽度代表不同的符号或信息。

（3）Manchester Encoding 曼彻斯特编码：

曼彻斯特编码将每个比特位编码为两个等长的脉冲，根据脉冲的变化来表示信息。例如，高电平到低电平表示1，低电平到高电平表示0。

（4）Bi-Phase Encoding 双相编码：

双相编码将每个比特位分为两个阶段，根据信号的相位变化来编码信息。常见的双相编码包括差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Encoding）。

2. 常见的红外编解码格式

NEC（日本电气公司）编解码格式是红外遥控器常用的一种标准格式，广泛应用于各种消费电子产品的遥控器中。它采用了一种特定的脉宽调制（PWM）编码方式。

（1）RC-5 和 RC-6

由飞利浦公司（现在的NXP半导体）开发的另两种常见的红外编码解码标准。RC-5 通常用于欧洲市场，而 RC-6 用于全球市场。

（2）Sony SIRC（索尼红外编码）

索尼公司开发的一种常见的红外编码格式，通常用于索尼品牌的遥控器中。

（3）Samsung 标准

三星公司采用的一种红外编码标准，用于其产品系列的遥控器中。

（4）NEC 日本电气公司

广泛用于各种消费电子产品。

（5）RAW (原始) 码

RAW 码不使用特定的编码格式，而是直接记录脉冲的时间间隔，可以通过分析脉冲的时间来解码。

3. NEC编解码详解

文档地址：https://www.sbprojects.net/knowledge/ir/nec.php

（1）帧结构

以下是使用 Markdown 表示 NEC 帧的组成部分的示例：

部分描述
引导脉冲NEC 编码帧的开始标志，通常是一个特定脉冲序列，用于同步接收器，9ms。
地址码用于识别接收器要控制的设备，通常是 8 位二进制数。
反码对地址码的按位取反，用于增强数据的可靠性。
命令码表示具体的操作或命令，用于控制目标设备的功能。
命令反码对命令码的按位取反，用于增强数据的可靠性。
结束码NEC 编码帧的结束标志，表示一个完整的指令。

一个完整的 NEC 编码帧通常由连续的脉冲序列组成，包括引导脉冲、地址码、反码、命令码、命令反码和结束码等部分。
在这里插入图片描述

（2）脉冲编码

NEC 编码器使用脉冲宽度调制（PWM）来编码信息，通常：

  • 一个脉冲对应 560us 连续载波
  • 逻辑1传输需要2.25ms（560us脉冲+1680us低电平）
  • 逻辑0传输需要1.125ms（560脉冲+560us低电平）

接收端与发送端电平相反 。

下图是逻辑电平1、逻辑电平0的示例：
在这里插入图片描述

（3）地址码

在红外遥控器的通信过程中，地址码标识了特定的设备或设备组，它包含以下几个重要概念：

  1. 长度：

    • 地址码的长度通常是 8 位二进制数，即包含 8 位 0 或 1 的序列。这种长度允许识别 256 个不同的设备或设备组。

  2. 编码规则：

    • 采用脉冲宽度调制（PWM）方式。通常，逻辑 1 由一个特定宽度的脉冲表示，而逻辑 0 则由另一个宽度的脉冲表示。

  3. 设备识别：

    • 接收器根据接收到的地址码来识别要控制的设备。在一个系统中，不同的设备或设备组通常被分配不同的地址码，以确保每个设备都可以准确地识别和响应来自遥控器的命令。

  4. 校验位：

    • 在 NEC 编码格式中，通常会包含一个地址码的反码作为校验位，用于增强数据的可靠性。接收器在接收到地址码后，会对其进行校验，以确保数据的准确性。

  5. 地址范围：

    • 由于地址码的长度为 8 位二进制数，因此地址码的地址范围是从 00000000 到 11111111（0 到 255）。这允许 NEC 编码格式支持多达 256 个不同的设备或设备组。

通过地址码，接收器能够准确地识别要控制的设备或设备组，从而确保遥控器发送的命令能够正确地被接收并执行。

（4）命令码

命令码用于表示遥控器发送的具体操作或命令。每个命令码都对应着一项特定的功能或动作，例如开启/关闭、音量调节、频道切换等，其主要概念：

  1. 长度：
    命令码的长度通常是 8 位二进制数，与地址码相同。这种长度允许有 256 种不同的命令。

  2. 编码规则：
    与地址码相同。

  3. 操作指令：
    每个命令码都代表着一项具体的操作指令。例如，命令码 00000000 可能代表着“开启”操作，而命令码 11111111 可能代表着“关闭”操作。

  4. 校验位：
    类似于地址码，命令码也可以包含一个校验位，通常是命令码的反码。这个校验位用于增强数据的可靠性，确保接收器正确地解码命令。

  5. 功能范围：
    NEC 编码格式支持多种不同的功能和操作，因此命令码可以涵盖各种各样的控制命令。这些命令可以包括开关控制、音量调节、频道切换、模式选择等等。

（5）反码

除了地址码和命令码外，NEC 编码格式还包括反码，用于增强数据的可靠性。反码是对地址码和命令码的按位取反。

（6）结束码

结束码表示一个编码帧的结束，用于标识一个完整的指令。

（7）连发码

在用户按住遥控器上的某个按钮时，会连续发送相同的命令信号，直到用户释放按钮为止。

在这里插入图片描述

4. 一体化红外遥控接收头

一体化红外遥控接收头是一种集成了红外接收器功能的组件，它具有接收红外信号并解码的功能，一般支持多种协议 。
在这里插入图片描述

三、实现

1. 硬件电路设备

开发板在 P3.2上安装了红外接收头。
在这里插入图片描述

2. 软件实现

对红外的接收使用外部中断，出现下降沿时触发 。下面代码实现在按下遥控器按键后，数码管显示对应的控制码值，并通过串口输出控制码值。

（1）IO口及中断初始化


u8 ired_data[4];
/**
 * @brief ired 初始化
 */
void ired_init(void){
    // 使能外部中断0
    IT0 = 1;
    // 设置外部中断0下降沿触发
    EX0 = 1;
    // 使能总中断
    EA = 1;
    // 拉高IRED
    IRED = 1;
}

（2）外部中断0


/**
 * @brief ired 接收中断
 */
void ired() interrupt 0{
    u8 i,j;
    u16 time_cnt ;
    // 保存高电平时间
    u16 high_cnt;
    // 是不是低电平
    if(IRED == 0){
        time_cnt = 1000;
        // 高电平时退出
        while((!IRED) && time_cnt){
            delay_10us(1);
            time_cnt--;
        }
        if(time_cnt==0)return;
        // ired接收到信号, 10ms内进入高电平

        if(IRED){
            // 4.5ms高电平结束，超过5ms就是错误信号
            time_cnt = 500;
            while(IRED && time_cnt){
                delay_10us(1);
                time_cnt--;
            }
            if(time_cnt==0)return;

            // 接收数据,地址码、地址反码、控制码、控制反码
            for(i=0;i<4;i++){
                for(j=0;j<8;j++){
                    // 0.56ms低电平(这里使用600us)
                    time_cnt = 600;
                    while(IRED==0 && time_cnt){
                        delay_10us(1);
                        time_cnt--;
                    }
                    // 大于560us，非正常信号
                    if(time_cnt==0)return;

                    // 判断高电平时间,0  560us, 1680us
                    time_cnt = 20;
                    high_cnt = 0;
                    while(IRED && time_cnt){
                        delay_10us(10);
                        time_cnt--;
                        high_cnt++;
                    }
                    // 超时
                    if(time_cnt==0)return;
                    ired_data[i] >>= 1;

                    // 大于800us就认为是1
                    if(high_cnt>=8){
                        // 高电平
                        ired_data[i] |= 0x80;
                    }
                }
            }
            // 反码判断数据是否正确
            if(ired_data[2] != ~ired_data[3] ){
                // 数据错误
                for(i=0;i<4;i++){
                    ired_data[i] = 0;
                }
            }
        }
    }
}

3. 使用main.c

#include "led_utils.h"
#include "ired_utils.h"
#include "segment_display_utils.h"
#include "uart_utils.h"

/**
* @brief 主函数
*/
void main()
{
	// 关闭所有led
	led_all_off();
    ired_init();
    // 速率 9600
    uart_init(0xfa);
	while(1)
	{
        uart_send(0);
        uart_send(ired_data[2]);
        uart_send(1);
        segment_show_u8(0, ired_data[2]);
	}
}

本文代码开源地址：
https://gitee.com/xundh/learn51.git

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