遥控器红外通信NEC协议

家电遥控器通信距离往往要求不高，而红外的成本比其他无线设备要低的多，所以家电遥控器应用中红外始终占据着一席之地。遥控器的基带通信协议很多，大概有几十种，常用的就有ITT协议、NEC协议、Sharp协议、Philips RC-5协议、Sony SIRC协议等。用的最多的就是NEC协议了，因此我们这节课也以NEC协议标准来讲解一下。
NEC协议的数据格式包括了引导码、用户码、用户码(或者用户码反码)、按键键码和键码反码，最后一个停止位，停止位主要起隔离作用，一般不进行判断，编程时我们也不予理会。其中数据编码总共是4个字节32位，如图16-7所示。第一个字节是用户码，第二个字节可能也是用户码，或者是用户码的反码，具体由生产商决定，第三个字节就是当前按键的键数据码，而第四个字节是键数据码的反码，可用于对数据的纠错。
图16-7 NEC协议数据格式

这个NEC协议，表示数据的方式不像我们之前学过的比如uart那样直观，而是每一位数据本身也需要进行编码，编码后再进行载波调制。
引导码：9ms的载波+4.5ms的空闲。
比特值“0”：560us的载波+560us的空闲。
比特值“1”：560us的载波+1.68ms的空闲。
结合图16-7我们就能看明白了，最前面黑乎乎的一段，是引导码的9ms载波，紧接着是引导码的4.5ms的空闲，而后边的数据码，是众多载波和空闲交叉，它们的长短就由其要传递的具体数据来决定。我们的HS0038B这个红外一体化接收头，当收到有载波的信号的时候，会输出一个低电平，空闲的时候会输出高电平，我们用逻辑分析仪抓出来一个红外按键通过HS0038解码后的图形来了解一下，如图16-8所示。
图16-8 红外遥控器按键编码

从图上可以看出，先是9ms载波加4.5ms空闲的起始码，数据码是低位在前，高位在后，数据码第一个字节是8组560us的载波加560us的空闲，也就是0x00，第二个字节是8组560us的载波加1.68ms的空闲，可以看出来是0xFF，这两个字节就是用户码和用户码的反码。按键的键码二进制是0x0B，反码就是0xF3，最后跟了一个560us载波停止位。对于我们的遥控器来说，不同的按键，就是键码和键码反码的区分，用户码是一样的。这样我们就可以通过单片机的程序，把当前的按键的键码给解出来。
我们前边学习中断的时候，学到51单片机有外部中断0和外部中断1这两个外部中断。我们的红外接收引脚接到了P3.3引脚上，这个引脚的第二功能就是外部中断1。在寄存器TCON中的bit3和bit2这两位，是和外部中断1相关的两位。其中IE1是外部中断标志位，当外部中断发生后，这一位被自动置1，和定时器中断标志位TF相似，进入中断后会自动清零，也可以软件清零。bit2位是设置外部中断类型的，如果bit2位为0，那么只要P3.3为低电平就可以触发中断，如果bit2位为1，那么P3.3从高电平到低电平的下降沿发生才可以触发中断。此外，外部中断1使能位是EX1。那下面我们就把程序写出来，使用数码管把遥控器的用户码和键码显示出来。
Infrared.c文件主要是用来检测红外通信的，当发生外部中断后，进入外部中断，通过定时器1定时，首先对引导码判断，而后对数据码的每个位逐位获取高低电平的时间，从而得知每一位是0还是1，最终把数据码解出来。
/***********************infrared.c文件程序源代码*************************/
#include
sbit IR_INPUT = P3^3; //红外接收引脚
bit irflag = 0; //红外接收标志，收到一帧正确数据后置1
unsigned char ircode[4]; //红外代码接收缓冲区
void InitInfrared(void) //红外功能的初始化函数
{
TMOD &= 0x0F; //清零T1的控制位
TMOD |= 0x10; //配置T1为模式1
TR1 = 0; //停止T1计数
ET1 = 0; //禁止T1中断
IT1 = 1; //设置INT1为负边沿触发
EX1 = 1; //使能INT1中断
}
unsigned int GetHighTime(void) //获取高电平时间
{
TH1 = 0; //清零T1计数初值
TL1 = 0;
TR1 = 1; //启动T1计数
while (IR_INPUT) //红外输入引脚为1时循环检测等待，变为0时则结束本循环
{
if (TH1 >= 0x40)
{ //当T1计数值大于0x4000，即高电平持续时间超过约18ms时，
break; //强制退出循环，是为了避免信号异常时，程序假死在这里。
}
}
TR1 = 0; //停止T1计数
return (TH1*256 + TL1); //返回T1的计数值
}
unsigned int GetLowTime(void) //获取低电平时间
{
TH1 = 0; //清零T1计数初值
TL1 = 0;
TR1 = 1; //启动T1计数
while (!IR_INPUT) //红外输入引脚为0时循环检测等待，变为1时则结束本循环
{
if (TH1 >= 0x40)
{ //当T1计数值大于0x4000，即低电平持续时间超过约18ms时，
break; //强制退出循环，是为了避免信号异常时，程序假死在这里。
}
}
TR1 = 0; //停止T1计数
return (TH1*256 + TL1); //返回T1的计数值
}
void EXINT1_ISR() interrupt 2 //INT1中断服务函数，执行红外接收及解码
{
unsigned char i, j;
unsigned char byt;
unsigned int time;
//接收并判定引导码的9ms低电平
time = GetLowTime();
if ((time8755)) //时间判定范围为8.5～9.5ms，
{ //超过此范围则说明为误码，直接退出
IE1 = 0; //退出前清零INT1中断标志
return;
}
//接收并判定引导码的4.5ms高电平
time = GetHighTime();
if ((time4608)) //时间判定范围为4.0～5.0ms，
{ //超过此范围则说明为误码，直接退出
IE1 = 0;
return;
}
//接收并判定后续的4字节数据
for (i=0; i
{
for (j=0; j
{
//接收判定每bit的560us低电平
time = GetLowTime();
if ((time718)) //时间判定范围为340～780us，
{ //超过此范围则说明为误码，直接退出
IE1 = 0;
return;
}
//接收每bit高电平时间，判定该bit的值
time = GetHighTime();
if ((time>313) && (time
{ //在此范围内说明该bit值为0
byt >>= 1; //因低位在先，所以数据左移，高位为0
}
else if ((time>1345) && (time
{ //在此范围内说明该bit值为1
byt >>= 1; //因低位在先，所以数据左移，
byt |= 0x80; //高位置1
}
else //不在上述范围内则说明为误码，直接退出
{
IE1 = 0;
return;
}
}
ircode = byt; //接收完一个字节后保存到缓冲区
}
irflag = 1; //接收完毕后设置标志
IE1 = 0; //退出前清零INT1中断标志
}
大家在阅读这个文件里的代码时，会发现我们在获取高低电平时间的时候做了超时判断if (TH1 >= 0x40)，这个超时判断一方面是应对空间突发的红外干扰信号，如果我们不做超时判断，程序有可能会一直等待下一个跳变才会停止检测，造成程序假死。另外一个方面，遥控器的单按按键和持续按住按键发出来的信号是不同的。我们先来对比一下两种按键方式的信号状态，如图16-9和16-10所示。
图16-9 红外单次按键时序图

图16-10 红外持续按键时序图
 
单次按键的结果16-9和我们之前的图16-8是一样的，这个不需要再解释。而持续按键，首先会发出一个和单次按键一样的波形出来，经过大概40ms后，会产生一个9ms载波加2.25ms空闲，再跟一个停止位的波形，而后只要你还在按住按键，每经过大概96ms就会产生9ms载波加2.25ms空闲加停止位这样的重复波形。我们人为按下按键的时候，很难控制按下的时间，因此后边的很容易出现这种延续波形，我们加上超时判断也可以有效的避免进入延续波形的死循环中去。
/***********************main.c文件程序源代码*************************/
#include
sbit ADDR3 = P1^3; //LED选择地址线3
sbit ENLED = P1^4; //LED总使能引脚
unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表
0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
};
unsigned char LedBuff[6] = { //数码管显示缓冲区
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};
unsigned char T0RH = 0; //T0重载值的高字节
unsigned char T0RL = 0; //T0重载值的低字节
extern bit irflag;
extern unsigned char ircode[4];
void ConfigTimer0(unsigned int ms);
extern void InitInfrared(void);
void main ()
{
P0 = 0xFF; //P0口初始化
ADDR3 = 1; //选择数码管
ENLED = 0; //LED总使能
InitInfrared(); //初始化红外功能
ConfigTimer0(1); //配置T0定时1ms
EA = 1; //开总中断
//PT0 = 1; //配置T0中断为高优先级
while(1)
{
if (irflag) //接收到红外数据时刷新显示
{
irflag = 0;
LedBuff[5] = LedChar[ircode[0] >> 4]; //用户码显示
LedBuff[4] = LedChar[ircode[0]&0x0F];
LedBuff[1] = LedChar[ircode[2] >> 4]; //键码显示
LedBuff[0] = LedChar[ircode[2]&0x0F];
}
}
}
void ConfigTimer0(unsigned int ms) //T0配置函数
{
unsigned long tmp;
tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率
tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值
tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值
tmp = tmp + 15; //修正中断响应延时造成的误差
T0RH = (unsigned char)(tmp >> 8); //定时器重载值拆分为高低字节
T0RL = (unsigned char)tmp;
TMOD &= 0xF0; //清零T0的控制位
TMOD |= 0x01; //配置T0为模式1
TH0 = T0RH; //加载T0重载值
TL0 = T0RL;
ET0 = 1; //使能T0中断
TR0 = 1; //启动T0
}
void InterruptTimer0() interrupt 1 //T0中断服务函数
{
static unsigned char iled = 0;
TH0 = T0RH; //定时器重新加载重载值
TL0 = T0RL;
//LED数码管动态扫描
P0 = 0xFF; //关闭所有段选位，显示消隐
P1 = (P1 & 0xF8) | iled; //位选索引值赋值到P1口低3位
P0 = LedBuff[iled]; //相应显示缓冲区的值赋值到P0口
if (iled
iled++;
else
iled = 0;
}
main.c文件程序的主要功能就是把获取到的红外遥控器的用户码和键码信息，传送到数码管上显示出来，并且通过定时器0的1ms中断进行数码管的动态刷新。不知道大家经过试验发现没有，当我们按下遥控器按键的时候，数码管显示的数字会闪烁，这是什么原因呢？单片机的程序都是顺序执行的，一旦我们按下遥控器按键，我们的程序就会进入遥控器解码段，而这个解码段的时间比较长，要几十个毫秒，而我们的数码管动态刷新间隔超过了10ms后就会有闪烁的感觉了，因此这个闪烁主要是由于我们程序执行红外解码时，延误了数码管动态刷新造成的。
如何解决？前边我们讲过中断优先级问题，如果设置了中断优先级，就会产生中断嵌套。中断嵌套的原理，我们在前边讲中断的时候已经讲过一次了，大家可以回头再复习一下。那么这个程序中，有2个中断程序，一个是外部中断程序，一个是定时器中断程序。如果设置外部中断优先级比较高的话，由于在外部中断中要接收红外信号，耗时几十毫秒，会耽误数码管的动态刷新。而在定时器中断程序中，执行时间只有几十个us，即使进入中断，也不会干扰到红外信号的正常接收，因此这个地方我们把定时器0的中断优先级设置为高优先级。在主程序main函数中，大家把这句注释掉的程序 “//PT0 = 1;”取消注释，再编译一下，下载到单片机里，然后再试试发送按键，是不是没有任何闪烁了呢？而中断嵌套的意义也有所体会了吧。