基于單片機(jī)系統(tǒng)的紅外遙控器應(yīng)用

紅外遙控器由于其體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，已經(jīng)在家電產(chǎn)品設(shè)備中廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代智能化儀器儀表系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備中的控制輸入也較多地使用紅外遙控器。本文給出紅外遙控器信號(hào)發(fā)射原理、紅外接收器的連接方式和單片機(jī)軟件解碼應(yīng)用程序，并提供了一種對(duì)未知格式的遙控器信號(hào)碼檢測(cè)的應(yīng)用程序。

1　紅外遙控器信號(hào)發(fā)射原理簡(jiǎn)介

通用紅外發(fā)射器由指令鍵、指令信號(hào)產(chǎn)生電路、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路及紅外發(fā)射器組成。如圖1所示。

遙控器所產(chǎn)生的脈沖編碼的格式一般為：　　

引導(dǎo)脈沖(頭)─識(shí)別碼(用戶碼)─鍵碼─鍵碼的反碼

其引導(dǎo)脈沖為寬度是10 ms左右的一個(gè)高脈沖和一個(gè)低脈沖的組合，用來標(biāo)識(shí)指令碼的開始。識(shí)別碼、鍵碼、鍵碼的反碼均為數(shù)據(jù)編碼脈沖，用二進(jìn)制數(shù)表示。“0”和“1”均由ms量級(jí)的高低脈沖的組合代表。識(shí)別碼(即用戶碼)是對(duì)每個(gè)遙控系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)。通過對(duì)識(shí)別碼的檢驗(yàn)，每個(gè)遙控器只能控制一個(gè)設(shè)備動(dòng)作，有效的防止了多個(gè)設(shè)備之間的串?dāng)_。當(dāng)指令鍵按下時(shí)，指令信號(hào)產(chǎn)生電路便產(chǎn)生脈沖編碼。鍵碼后面一般還要有鍵碼的反碼，用來檢驗(yàn)鍵碼接收的正確性，防止誤動(dòng)作，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。這些指令信號(hào)由調(diào)制電路調(diào)制成32～40 kHz的信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后輸出，最后由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射器件(LED)發(fā)出紅外遙控信號(hào)。

2　紅外遙控器信號(hào)接收芯片外圍電路

接收電路可以使用集成紅外接收器成品，一般不需要任何外接元件就能完成從紅外接收到輸出TTL電平兼容信號(hào)的所有工作。注意選擇接收器件時(shí)要保證接收器件的中心頻率與發(fā)射信號(hào)的中心頻率相匹配。接收器對(duì)外只有3個(gè)引腳：VCC，GND和1個(gè)脈沖信號(hào)輸出OUT。與單片機(jī)接口非常方便，如圖2所示。

脈沖信號(hào)輸出接CPU的普通輸入引腳或中斷輸入引腳(IO/INT)。采取這種連接方法，軟件解碼既可工作于查詢方式，也可工作于中斷方式。在實(shí)際應(yīng)用中，還可以進(jìn)一步增加抑制干擾電路和提高驅(qū)動(dòng)能力電路，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3　未知信號(hào)格式遙控器信號(hào)碼的識(shí)別

在應(yīng)用系統(tǒng)中，要完成對(duì)遙控器信號(hào)的解碼并實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能的控制，必須了解遙控器信號(hào)碼(即遙控器所發(fā)射脈沖流)的格式，即信號(hào)的引導(dǎo)脈沖高低脈沖的寬度、“0”，“1”的表示法，以及遙控器識(shí)別碼、各個(gè)功能鍵的鍵碼。對(duì)信號(hào)碼的識(shí)別應(yīng)該從分析脈沖流的各個(gè)高、低脈沖的時(shí)間入手，通過分析各個(gè)高、低脈沖的時(shí)間，分析得出信號(hào)碼的格式。下面提供一種軟件測(cè)試信號(hào)碼的方法，以供參考。

筆者采用PIC16C72單片機(jī)，4 MHz晶振，紅外發(fā)射器芯片為BA6121-001,通過軟件中斷的方法，對(duì)手中未知格式的信號(hào)碼進(jìn)行測(cè)試識(shí)別。遙控器接收器OUT端接RB0/INT，測(cè)得在遙控器空閑的情況下輸出為高，INT首先采用下降沿觸發(fā)。第一次INT發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器，每次中斷要將觸發(fā)形式設(shè)置為上一次觸發(fā)的相反形式，以保證在下次電平變化時(shí)產(chǎn)生中斷；定時(shí)器溢出中斷記錄每次脈沖期間定時(shí)器溢出的次數(shù)；為了提高檢測(cè)精度，應(yīng)提高定時(shí)器的時(shí)間分辨率，但過高的時(shí)間分辨率會(huì)引起單個(gè)脈沖期間定時(shí)器溢出，記錄每個(gè)脈沖期間溢出次數(shù)又浪費(fèi)了大量數(shù)據(jù)寄存器。這里筆者采取了折中的辦法，即數(shù)據(jù)寄存器高6位只記錄定時(shí)器值的高6位，低2 位用來記錄定時(shí)器溢出次數(shù)，既節(jié)省了數(shù)據(jù)寄存器數(shù)量，又在一定程度上保證了較高的檢測(cè)精度。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式如圖3所示。

由于此程序只為測(cè)試程序，可在仿真器中讀出寄存器組中所記錄的各高低脈沖所對(duì)應(yīng)的定時(shí)器值，計(jì)算得出高低脈沖的時(shí)間數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)可知遙控器信號(hào)碼的格式。下面給出部分INT和定時(shí)器0中斷服務(wù)程序：

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這里需要合理設(shè)置定時(shí)器的預(yù)分頻值，筆者多次實(shí)驗(yàn)，得出較為合理的預(yù)分頻值為1∶8，定時(shí)器時(shí)間分辨率為8μs，最大定時(shí)時(shí)間為 (4×256＋252)×8×1μs＝10．2 ms，測(cè)量精度達(dá)到最高，誤差為32μs。通過對(duì)所得數(shù)據(jù)分析，得出遙控器的信號(hào)碼格式如圖4所示。

圖中“頭”(即引導(dǎo)脈沖)：低8．84 ms，高4．40 ms。 “1”：低0．60 ms，高1．62 ms；“0”：0．60 ms低，0．50ms高；16 b識(shí)別碼：19D6H采用PIC16C72單片機(jī)，最多可以檢測(cè)54 b的信號(hào)碼，足以滿足一般情況下的需求。

4　軟件解碼應(yīng)用程序

在已知遙控器信號(hào)碼格式的條件下，可以通過單片機(jī)軟件程序?qū)崿F(xiàn)解碼。以筆者手中的遙控器為例，根據(jù)上面已測(cè)得的信號(hào)碼，采用PIC16C54單片機(jī)，4 MHz晶振，提供一種軟件解碼的應(yīng)用程序。

PIC16C54單片機(jī)是一款有著較高性能價(jià)格比的低檔單片機(jī)，最適合低價(jià)格、低功耗、小體積的設(shè)備。PIC16C54沒有中斷系統(tǒng)，程序采用軟件查詢法，查詢輸入引腳的電平變化，采用定時(shí)器定時(shí)，根據(jù)定時(shí)器的記錄值和已知的信號(hào)格式比較，判斷各部分接收是否正確以及分辨鍵碼并執(zhí)行相應(yīng)的命令。

由于遙控器脈寬時(shí)間值是在一個(gè)小范圍內(nèi)波動(dòng)，而且檢測(cè)過程中定時(shí)器也存在誤差。因此，對(duì)信號(hào)的識(shí)別不能采取精確比較法，本程序采用了區(qū)間比較法，即判斷定時(shí)器的記錄值是否在預(yù)先計(jì)算的區(qū)間內(nèi)。由88于引導(dǎo)脈沖和數(shù)據(jù)脈沖的時(shí)間相差很大，解碼時(shí)對(duì)定時(shí)器采用不同的預(yù)分頻，以盡量提高解碼的準(zhǔn)確度?！　?/p>

①引導(dǎo)脈沖判斷：低8．84 ms，高4．40 ms，預(yù)分頻1∶64，理論計(jì)算得定時(shí)器值應(yīng)為：低8AH，高44H。如實(shí)際所得低部分在85H和90H之間、高部分在40H和4AH之間，則認(rèn)為引導(dǎo)脈沖接收正確。

②“0”，“1”判斷：數(shù)據(jù)脈沖流的低電平脈寬相同，忽略不判斷；高電平脈寬是判斷數(shù)據(jù)流每位是“0”還是“1”的依據(jù)。“0”對(duì)應(yīng)高0．50 ms，“1”對(duì)應(yīng)高1．62 ms，預(yù)分頻1∶8，理論計(jì)算得定時(shí)器值應(yīng)為：“0”對(duì)應(yīng)高3EH，“1”對(duì)應(yīng)高0CAH。如所得“0”對(duì)應(yīng)高在39H和42H之間、“1”對(duì)應(yīng)高在 0C5H和0D0H之間則認(rèn)為接收正確。

③判斷16 b識(shí)別碼是否和已知的識(shí)別碼(19D6H)相同。

④判斷8 b鍵碼是否與8 b鍵碼的反碼相對(duì)應(yīng)。⑤根據(jù)鍵碼，選擇所應(yīng)執(zhí)行的命令。

由于篇幅所限，僅給出判斷“0”部分程序：　　

注意，在程序容易發(fā)生死循環(huán)或者出錯(cuò)的地方，要檢驗(yàn)定時(shí)器是否溢出。一旦發(fā)生溢出，要立即使程序復(fù)位，以便程序能夠在出錯(cuò)之后返回到程序開始部分，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。基于以上設(shè)計(jì)思想可以在多種單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)遙控器的解碼。讀者可自行嘗試應(yīng)用中斷方法實(shí)現(xiàn)遙控器的信號(hào)解碼。

本文所介紹的紅外遙控器接收發(fā)送原理及信號(hào)碼識(shí)別和解碼程序，可以方便地移植到其他系統(tǒng)，其方法簡(jiǎn)潔靈活。此方法具有一般性，對(duì)于具體的應(yīng)用，可自行變通。

參考文獻(xiàn)
［1］竇振中．PIC系列單片機(jī)原理和程序設(shè)計(jì)［M］．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998．