51单片机红外遥控信号解码

简介

红外遥控作为一种遥控手段应用是非常广泛的，并且红外线遥控装置具有体积小、 功耗低、 功能强、 成本低这些特点，在录音机、空调、音响等小型电器大多是采用红外遥控的方式进行控制。这篇文章我就来详细讲解一下红外遥控信号的解码方法，对于红外信号的收发原理在这里只做简单了解。红外遥控系统要有发射端和接收端，发射端将信号经芯片调制后由红外发光二极管将信号以红外光的形式发送出去。接收端通过红外监测二极管接收到红外信号后再经过放大、滤波、解调等操作输出高低电平，这样就完成了红外信号的收发。本次教程我选择下图这种红外遥控器进行红外信号的发射

选择一体化红外接收头作为红外信号的接收端，这是一种特殊的红外接收电路，它把红外接收管和放大电路集成到了一块，从外形上看只有一个三极管大小，如图

一体化红外接收头共有三个引脚，将有凸起的一面对准自己后从左到右依次是信号输出、GND、VCC，它的工作电压为5V，可以选择一体化红外接收模块，我们在使用的时候只需要给它接上5V电源，接地，然后将信号输出脚连接到单片机就可以使用了。本篇文章我使用51单片机进行试验，51单片机用来解码红外信号是足够的并且易于理解，文章主要是讲解解码原理。

硬件连接

第一步是硬件连接，用到的硬件非常简单，只有一体化红外接收头和单片机最小系统。首先，我们给单片机最小系统和红外接收头接上电源，注意共地，然后将红外接收头的信号输出脚接到单片机的外部中断引脚上，这样就完成了硬件的连接。之所以将信号输出脚接到单片机的外部中断引脚是因为前面说过红外接收头在接收到红外信号后会输出高低电平，接在外部中断引脚后单片机可以在有信号的时候快速做出反应，后面的程序也是靠中断程序实现的。

NEC协议

前面讲过红外接收头在接收到红外信号后会输出高低电平，然后就可以通过我们的程序分析电平的变化来识别接收到的信号的内容。要将接收端的信号解码我们就要知道发送端的数据是如何编码的，在本文中用到的红外遥控器所使用的是NEC编码协议，所以我们首先要讲解一下NEC协议的相关信息。NEC协议是用于红外通信中的一种协议，通过NEC协议发送信息的格式如下图：

信息的开始是9ms高电平加4.5ms低电平的引导码，作用就是告诉设备通讯开始，有信号发送过来了。之后接的是8位地址码和8位地址反码，地址码的作用就是区分不同的接收器件，实现单独控制某个器件。最后是8位数据码和8位数据反码，数据码就是功能码，我们可以给不同数据码设定不同的功能，反码的作用就是检验接收到的数据是否正确。在上面的这条信息里，‘0’是用560us高电平加560us低电平表示的，‘1’是用560us高电平加1680us低电平表示。要注意的是上面的波形图是发射端的波形，我们红外接收端收到的信号的高低电平是与上图相反的，还要注意发射端在发射数据是是从最低位开始发射，所以我们接收到的信号也是从最低位开始的，另外当我们持续按住同一个按键时，发射端并不会重复发送地址码和数据码而是在发送完一次后每隔一段时间发送一次引导码（重复），间隔时间大约是108ms。下图为接收端引导码、引导码（重复）、‘0’、‘1’的波形：

在了解了这些关于NEC协议的信息后我们就可以开始写程序控制单片机来解码红外信号了。首先我来讲解一下解码程序的思路，之前我们将红外接收头的信号输出脚接在了单片机的外部中断引脚上，我们将外部中断的触发方式设置为跳变沿触发，当接收头接收到信号后就会输出一个低电平，低电平触发外部中断，我们在中断程序中启动定时器，这样当下一次低电平触发中断前，在这期间定时器所定的时间我们可以进行比较从而确定脉冲的宽度，确定数据为‘0’还是‘1’。接下来我根据具体代码进行介绍，

#include"reg52.h"#define uint unsigned int #define uchar unsigned charuchar IRtime; //储存检测红外高低电平持续时间uchar IRcord[4]; //储存解码后的4个字节数据uchar IRdata[33]; //包含起始码在内的33位数据bit IRpro_ok; //解码后4个数据接收完成标志位bit IRok; //33位数据接收完成标志位

在上面这段函数中我们添加上相应的头文件和一些宏定义，之后我们定义一些变量和数组作为一些标志位以及一些数据的保存，在每个定义后面都有注释来解释相应的作用，在这里就不再赘述。

void init(){ TMOD |= 0x02; //设置定时器0工作模式2 TL0 = TH0 = 0; //初始化定时器0寄存器 EA = 1; ET0 = 1; TR0 = 1; IT0 = 1; EX0 = 1; TMOD |= 0x20; //设置定时器1工作模式2 TL1 = TH1 = 0xfd; //比特率9600 SM1 = 1; //设置串口工作模式1，10位异步收发 TR1 = 1; //启动定时器1 }

然后我们定义一个初始化函数用于定时器和中断的初始化设置，我们将定时器0用于计算红外信号高低电平的时间，将定时器1用于串口发送数据。

void T0_ISR(void) interrupt 1 //定时器0中断一次277.76us{ IRtime++;}

上面这段是定时器0的程序，在里面只是用来计算时间，定时器0中断一次是277.76us，我们通过IRtime就可以计算出红外信号的持续时间。

void int0(void) interrupt 0{ static uchar i; //静态变量用于存入33次数据计数 static bit startflag; //开始存储脉宽标志位 if(startflag) { if((IRtime < 53) && (IRtime >= 32)) //判断是否为引导码 若为引导码则从起始码开始存 {i = 0;} IRdata[i] = IRtime; //以T0溢出的次数来计算脉宽把这个时间存放在数组中 IRtime = 0; //计数清零 i++; //计数脉宽存入次数自加 if(i == 30) { IRok = 1; //脉宽检查完成 i = 0; //把脉宽计数清零准备下次存入 } } else { IRtime = 0; //定时器0计数清零 startflag = 1; //开始处理标志位置1 }}

上面这段程序是外部中断的处理程序，当红外接收头接收到红外信号后会输出相应的高低电平变化，引导码和“1”、“0”的波形在前面的接收端波形图已经画出，这样当接收端为高电平的时候，就会触发外部中断，这是会查看IRtime的值，根据这个值来判断是否是9ms的引导码，如果是引导码则先将IRtime清零，然后将以后的脉冲时间都保存下来，如果不是则把IRtime清零，这样红外接收头接收到的33次脉冲的宽度就会保存到IRdata[]数组里。

void IRcordpro(){ uchar i; //用于计数处理4个字节 uchar j; //用于计数处理1个字节的8位数据 uchar k; //用于计数处理33次脉宽 k = 1; //从第一位开始处理 丢掉起始码 for(i = 0;i < 4;i++) { for(j = 0;j <8;j++) { if(IRdata[k] > 5) //如果脉宽大于数据0标准的1125us就判定为数据1 { IRcord[i] |= 0x80; //置于最高位 } if(j < 7) //从最高位移位置低位 { IRcord[i] >>= 1; } k++; //处理下一次脉宽 } } IRpro_ok = 1; //解码完成}

上面这个函数是用来处理我们之前保存的33次脉冲宽度，并且转化为4字节的数据保存在IRcord[]数组里，具体的操作就是根据脉冲的时间来判断是“1”还是“0”，大家可以根据程序后面的注释来理解函数的内容。

void main(){ uchar i; //计数串口发送字节数 init(); //初始化 while(1) { if(IRok) //判断33次脉宽是否提取完成 { IRcordpro(); //根据脉宽解码出4字节数据 IRok = 0; //清零脉宽检查完成标志位等待下一次脉宽检查 if(IRpro_ok) //判断解码是否完成 { for(i = 0;i < 4;i++) { SBUF = IRcord[i]; while(!TI); TI = 0; } IRpro_ok = 0; //清零解码标志位 } } }}

最后我们在主函数部分调用之前的函数，并且在等待解码完成后将解码出来的4字节数据通过串口发送到电脑。最后我们看一下实际的效果，首先打开串口助手，波特率设置为9600，接收设置为HEX模式，这样当按下红外遥控器的按键时，就会返回遥控器的键值了，

好了，本期教程到此就结束了，感谢各位的观看。

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用单片机解码红外遥控器

遥控器使用方便，功能多．目前已广泛应用在电视机、VCD、DVD、空调等各种家用电器中，且价格便宜，市场上非常容易买到。如果能将遥控器上许多的按键解码出来．用作单片机系统的输入．则解决了常规矩阵键盘线路板过大、布线复杂、占用I／O口过多的弊病。而且通过使用遥控器，操作时可实现人与设备的分离，从而更加方便使用。下面以TC9012编码芯片的遥控器为例。谈谈如何用常用的51系统单片机进行遥控的解码。

通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。

一、编码格式

1、0和1的编码

当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图所示。

遥控器发射的信号由一串0和1的二进制代码组成．不同的芯片对0和1的编码有所不同。通常有曼彻斯特编码和脉冲宽度编码。TC9012的0和1采用PWM方法编码，即脉冲宽度调制，其0码和1码如图所示(以遥控接收输出的波形为例)。0码由0.56ms低电平和0。56ms高电平组合而成,脉冲宽度为1.12ms．1码由0.56ms低电平和1.69ms高电平组合而成,脉冲宽度为2．25ms。在编写解码程序时．通过判断脉冲的宽度，即可得到0或1。

UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰，如我们可以同时使用电视机、机顶盒、功放等遥控器，但它们不会产生误触发。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G最多额128种不同组合的编码。遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间。

2、按键的编码

当我们按下遥控器的按键时，遥控器将发出如图2的一串二进制代码，我们称它为一帧数据。根据各部分的功能。可将它们分为5部分，分别为引导码、用户识别码、用户识别码反码、数据码、数据反码。遥控器发射代码时．均是低位在前，高位在后。由图3分析可以得到．引导码高电平为4.5ms，低电平为4.5ms，当接收到此码时，表示一帧数据的开始。单片机可以准备接收下面的数据。用户识别码由8位二进制组成，共256种．图中地址码重发了一次，主要是加强遥控器的可靠性．如果两次地址码不相同，则说明本帧数据有错，应丢弃。不同的设备可以拥有不同的用户识别码．因此。同种编码的遥控器只要设置地址码不同，也不会相互干扰。图中的地址码为十六进制的0EH(注意低位在前)。在同一个遥控器中，所有按键发出的地址码都是相同的，数据码为8位，可编码256种状态，代表实际所按下的键。数据反码是数据码的各位求反，通过比较数据码与数据反码，可判断接收到的数据是否正确。如果数据码与数据反码之间的关系不满足相反的关系．则本次遥控接收有误，数据应丢弃。在同一个遥控器上．所有按键的数据码均不相同。在图3中，数据码为十六进制的0CH，数据反码为十六进制的0F3H(注意低位在前)，两者之和应为0FFH。

二、单片机遥控接收电路

红外遥控接收可采用较早的红外接收二极管加专用的红外处理电路的方法。如CXA20106，此种方法电路复杂，现在一般不采用。较好的接收方法是用一体化红外接收头，它将红外接收二极管、放大、解调、整形等电路做在一起，只有三个引脚。分别是+5V电源、地、信号输出。常用的一体化接收头的外形及引脚见红外接收头的信号输出接单片机的INTO或INTl脚。典型电路如图5所示。图中增加了一只PNP型三极管对输出信号进行放大。

三、遥控信号的解码算法及程序编制

平时，遥控器无键按下。红外发射二极管不发出信号，遥控接收头输出信号1，有键按下时，0和1编码的高电平经遥控头倒相后会输出信号0．由于与单片机的中断脚相连，将会引起单片机中断(单片机预先设定为下降沿产生中断)。单片机在中断时使用定时器0或定时器1开始计时．到下一个脉冲到来时，即再次产生中断时，先将计时值取出。清零计时值后再开始计时．通过判断每次中断与上一次中断之间的时间间隔。便可知接收到的是引导码还是0和1。如果计时值为9ms。接收到的是引导码，如果计时值等于1.12ms，接收到的是编码0。如果计时值等于2.25ms．接收到的是编码1。在判断时间时，应考虑一定的误差值。因为不同的遥控器由于晶振参数等原因，发射及接收到的时间也会有很小的误差。

即我们通常所说的解码，单片机得知发过来的是什么信号，然后再做出相应的判断与控制，如我们按电视机遥控器的频道按钮，则单片机会控制更换电视频道，如按的是遥控器音量键，则单片机会控制增减音量。而解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84ms左右均可。根据码的格式，应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。

以接收TC9012遥控器编码为例，解码方法如下：

(1)设外部中断0(或者1)为下降沿中断，定时器0(或者1)为16位计时器，初始值均为O。

(2)第一次进入遥控中断后，开始计时。

(3)从第二次进入遥控中断起，先停止计时，并将计时值保存后，再重新计时。如果计时值等于前导码的时间，设立前导码标志。准备接收下面的一帧遥控数据，如果计时值不等于前导码的时间，但前面已接收到前导码，则判断是遥控数据的0还是1。

(4)继续接收下面的地址码、数据码、数据反码。

(5)当接收到32位数据时，说明一帧数据接收完毕。此时可停止定时器的计时，并判断本次接收是否有效．如果两次地址码相同且等于本系统的地址，数据码与数据反码之和等于0FFH，则接收的本帧数据码有效。否则丢弃本次接收到的数据。

(6)接收完毕，初始化本次接收的数据，准备下一次遥控接收。

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