一種基于單片機(jī)的紅外遙控信號(hào)解碼新方法

摘要：紅外遙控器在家電產(chǎn)品中已廣泛使用。在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用方面，紅外信號(hào)解碼的方法也是多種多樣。本文簡(jiǎn)要介紹紅外遙控器解碼的硬件構(gòu)成與軟件編程思路，然后針對(duì)兩種常用的紅外編碼結(jié)構(gòu)，闡述了使用51單片機(jī)定時(shí)器門控方式解碼的具體方法，并給出了代碼示例與軟件流程。
關(guān)鍵詞：紅外解碼；門控方式；51單片機(jī)

引言
    隨著家用電器、試聽產(chǎn)品的普及，紅外遙控器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各種類型的家電產(chǎn)品中(如遙控開關(guān)、智能開關(guān)等)。紅外遙控是一種把紅外線作為載體的控制方式，由于其波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于無線電的波長(zhǎng)，因此在采用紅外遙控方式時(shí)不會(huì)干擾其他電器的正常使用，也不會(huì)影響臨近的無線電設(shè)備。另外，紅外遙控器件具有體積小、功耗低、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，是理想的人機(jī)輸入設(shè)備，非常適合電子工程師和電子愛好者DIY開發(fā)與制作。紅外遙控系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩大部分組成，由于發(fā)射部分使用的是購(gòu)買來的遙控器成品，所以本文的重點(diǎn)是紅外接收、解碼部分。下面將從硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程兩個(gè)方面出發(fā)，介紹一種基于51系列單片機(jī)匯編語言的紅外遙控解碼新方法。

1 硬件構(gòu)成
    紅外接收頭的種類很多，本文使用的是市場(chǎng)上常見的VS1838B，外觀如圖1所示。它采用內(nèi)、外雙屏蔽直捅式封裝，輸出匹配TTL、CMOS電平，靈敏度高，抗干擾性能好，接收距離可達(dá)20 m。從正面看，其3個(gè)引腳分別是信號(hào)輸出端、電源地與電源正。硬件電路連接非常簡(jiǎn)單，如圖2所示。圖中0．1μF瓷片電容用來濾波，供電引腳與電源之間接入100Ω的電阻以進(jìn)一步降低電源干擾。在本文中信號(hào)輸出端接51單片機(jī)最小系統(tǒng)的外部中斷1口(即P3．3)，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的硬件電路就搭好了。

2 軟件編程方法
2．1 基本方法介紹
    大多數(shù)人使用的方法是在兩次外部中斷下降沿中，通過軟件手動(dòng)開啟與關(guān)閉定時(shí)器得到時(shí)間寬度。本文的思路是通過51單片機(jī)固有的外部中斷與定時(shí)器自動(dòng)配合的“門控方式”來獲得紅外信號(hào)波形信息。具體做法如下：參考表1，設(shè)置51單片機(jī)定時(shí)器工作方式寄存器(TMOD)
Bit7=1，即定時(shí)器T1為門控方式。此時(shí)只有當(dāng)T1運(yùn)行控制化TR1=1并且外部中斷1為高電平時(shí)，定時(shí)器T1才啟動(dòng)；TR1=0或者外部中斷1為低電平時(shí)T1就自動(dòng)停止計(jì)數(shù)。

    每次當(dāng)信號(hào)是高電平時(shí)定時(shí)器1自動(dòng)開始計(jì)時(shí)，下降沿信號(hào)來臨的時(shí)候，在外部中斷1中自動(dòng)獲取TH1與TL1的值，這樣就得到了信號(hào)的時(shí)間寬度，從而可以區(qū)分出引導(dǎo)碼、重復(fù)碼、位0、位1的信息，再經(jīng)過后續(xù)的軟件處理就可以得到紅外遙控按鍵的鍵碼了。紅外遙控器解碼的關(guān)鍵在于對(duì)發(fā)射器波形規(guī)范的理解，常見的遙控器編碼有32位和42位兩種模式，主要區(qū)別在于系統(tǒng)碼的位數(shù)不一樣。值得注意的是，同樣位數(shù)模式的遙控器的結(jié)束碼也可能會(huì)不同。另外在按鍵連按狀態(tài)下，不同遙控器發(fā)出的重復(fù)碼各異，這些都會(huì)影響到程序的編寫。下文將列舉出兩款不同位數(shù)的遙控器，分別闡述其門控方式下的軟件編程思路。
2．2 32位編碼
    硬件使用的是購(gòu)置的超薄型遙控器，內(nèi)置芯片為uPD6121G，采用NEC32位格式。其數(shù)據(jù)格式如圖3所示，包括了起始碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼。其中，起始碼由9 ms高電平和4．5 ms低電平構(gòu)成，后接16位用戶碼、8位數(shù)據(jù)碼以及8位數(shù)據(jù)反碼。數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼取反后的編碼，編程時(shí)可以用于數(shù)據(jù)糾錯(cuò)。位定義如圖4所示，位1用高電平0．56 ms加低電平1．68 ms表示。位0用高電平0．56 ms加低電平0．56 ms表爾。要注意的是當(dāng)一直按住按鍵時(shí)，芯片發(fā)出一次鍵碼后就不停地發(fā)重復(fù)碼了，寫程序時(shí)對(duì)重復(fù)碼要有特別的區(qū)分，其重復(fù)碼的波形如圖5所示。

    了解了各種碼制的區(qū)別后，就可以開始著手寫程序了。紅外解碼程序主要包括了中斷初始化函數(shù)和中斷子函數(shù)兩個(gè)部分。另外，由于一體化接收頭輸出信號(hào)與發(fā)射波形是反向的，在定時(shí)器中記錄的實(shí)際是紅外波形中低電平的時(shí)間長(zhǎng)度。

2．2．1 初始化函數(shù)
    在初始化函數(shù)中主要是對(duì)中斷1和定時(shí)器1的特殊功能寄存器單元進(jìn)行定義，同時(shí)對(duì)相關(guān)工作單元進(jìn)行初始化。初始化代碼如下：

2．2．2 中斷子函數(shù)
    中斷子函數(shù)中得到了一體化接收頭高電平的時(shí)間寬度，以此來區(qū)分起始碼、信息位和重復(fù)碼。如果是起始碼，就轉(zhuǎn)入初始化處理模塊；如果是信息位則通過右移操作將0、1信息存入定義好的寄存器單元，直到獲得所需的4字節(jié)數(shù)據(jù)為止。注意在子函數(shù)中利用TH1保護(hù)ACC和利用ADD來獲得0、1信息位的技巧。


2．2．3 主監(jiān)控程序中對(duì)IRKeyReady標(biāo)志的處理
    在主監(jiān)控程序中，不斷查詢IRKeyReady標(biāo)志。如果標(biāo)志置位，則在主程序巾進(jìn)入鍵值處理，判斷鍵值的類型，以便實(shí)現(xiàn)遙控器按鍵的功能。代碼如下：

2．3 42位編碼
    硬件使用57L5彩電遙控器，其內(nèi)部紅外發(fā)射專用集成電路為TC7461，采用42位的編碼結(jié)構(gòu)，包含13位用戶碼、13位用戶反碼、8位數(shù)據(jù)碼和8位數(shù)據(jù)反碼。42位編碼結(jié)構(gòu)如圖6所示。引導(dǎo)碼由9 ms的載波和4．5 ms的載波關(guān)斷波形所構(gòu)成，作為用戶碼、數(shù)據(jù)碼以及它們的反碼的先導(dǎo)。信息位0與1的定義與上述NEC32位格式相同。但是長(zhǎng)按鍵時(shí)，其重復(fù)碼的前13．5 ms與引導(dǎo)碼是一樣的，在編程中要特別處理，其重復(fù)碼波形如圖7所示。

    初始化階段與32位的基本類似，但由于重復(fù)碼的波形和起始碼相同，為了區(qū)分清楚，這里引用了狀態(tài)機(jī)的方法，添加了狀態(tài)寄存器IR57 L5Satus和計(jì)數(shù)寄存器IRSysCodeCnt，初始化時(shí)都先清零。以數(shù)值0、1、2來表示3種不同的狀態(tài)。每種狀態(tài)具體的功能如下：
    ◆為0時(shí)進(jìn)入引導(dǎo)碼或重復(fù)碼，然后賦值IR57L5Satus為1。
    ◆為1時(shí)進(jìn)入26個(gè)系統(tǒng)位階段，為了簡(jiǎn)單起見，在這里跳過它們，并未存儲(chǔ)。賦值IR57L5Satus為2。同時(shí)在這個(gè)狀態(tài)，初始化2個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器IRCode和IRCode+1。
    ◆為2時(shí)收數(shù)據(jù)碼，16位收到后，賦值IR57L5Satus為0。
    限于篇幅，這里不列出具體代碼，其中斷子程序軟件流程如圖8所示。

3 調(diào)試
    在測(cè)試程序的過程中需要示波器與串口調(diào)試助手軟件。示波器用于檢測(cè)紅外發(fā)射波形是否符合規(guī)范。而通過編寫單片機(jī)串口程序，并借助于串口調(diào)試助手軟件，可以將紅外數(shù)據(jù)接收單元的信息發(fā)送到PC機(jī)上，而后通過與遙控器說明書比對(duì)，以證實(shí)數(shù)據(jù)碼的準(zhǔn)確性。這種紅外解碼方法在本人制作的硬件時(shí)鐘和多溫區(qū)控制系統(tǒng)等項(xiàng)目中都有應(yīng)用，數(shù)據(jù)接收準(zhǔn)確、使用效果良好。