一种基于单片机的红外遥控信号解码新方法

摘要：红外遥控器在家电产品中已广泛使用。在嵌入式系统应用方面，红外信号解码的方法也是多种多样。本文简要介绍红外遥控器解码的硬件构成与软件编程思路，然后针对两种常用的红外编码结构，阐述了使用51单片机定时器门控方式解码的具体方法，并给出了代码示例与软件流程。
关键词：红外解码；门控方式；51单片机

引言
    随着家用电器、试听产品的普及，红外遥控器已经被广泛应用在各种类型的家电产品中(如遥控开关、智能开关等)。红外遥控是一种把红外线作为载体的控制方式，由于其波长远小于无线电的波长，因此在采用红外遥控方式时不会干扰其他电器的正常使用，也不会影响临近的无线电设备。另外，红外遥控器件具有体积小、功耗低、性价比高的优点，是理想的人机输入设备，非常适合电子工程师和电子爱好者DIY开发与制作。红外遥控系统主要由发射和接收两大部分组成，由于发射部分使用的是购买来的遥控器成品，所以本文的重点是红外接收、解码部分。下面将从硬件结构和软件编程两个方面出发，介绍一种基于51系列单片机汇编语言的红外遥控解码新方法。

1 硬件构成
    红外接收头的种类很多，本文使用的是市场上常见的VS1838B，外观如图1所示。它采用内、外双屏蔽直捅式封装，输出匹配TTL、CMOS电平，灵敏度高，抗干扰性能好，接收距离可达20 m。从正面看，其3个引脚分别是信号输出端、电源地与电源正。硬件电路连接非常简单，如图2所示。图中0．1μF瓷片电容用来滤波，供电引脚与电源之间接入100Ω的电阻以进一步降低电源干扰。在本文中信号输出端接51单片机最小系统的外部中断1口(即P3．3)，这样一个简单的硬件电路就搭好了。

2 软件编程方法
2．1 基本方法介绍
    大多数人使用的方法是在两次外部中断下降沿中，通过软件手动开启与关闭定时器得到时间宽度。本文的思路是通过51单片机固有的外部中断与定时器自动配合的“门控方式”来获得红外信号波形信息。具体做法如下：参考表1，设置51单片机定时器工作方式寄存器(TMOD)
Bit7=1，即定时器T1为门控方式。此时只有当T1运行控制化TR1=1并且外部中断1为高电平时，定时器T1才启动；TR1=0或者外部中断1为低电平时T1就自动停止计数。

    每次当信号是高电平时定时器1自动开始计时，下降沿信号来临的时候，在外部中断1中自动获取TH1与TL1的值，这样就得到了信号的时间宽度，从而可以区分出引导码、重复码、位0、位1的信息，再经过后续的软件处理就可以得到红外遥控按键的键码了。红外遥控器解码的关键在于对发射器波形规范的理解，常见的遥控器编码有32位和42位两种模式，主要区别在于系统码的位数不一样。值得注意的是，同样位数模式的遥控器的结束码也可能会不同。另外在按键连按状态下，不同遥控器发出的重复码各异，这些都会影响到程序的编写。下文将列举出两款不同位数的遥控器，分别阐述其门控方式下的软件编程思路。
2．2 32位编码
    硬件使用的是购置的超薄型遥控器，内置芯片为uPD6121G，采用NEC32位格式。其数据格式如图3所示，包括了起始码、用户码、数据码和数据反码。其中，起始码由9 ms高电平和4．5 ms低电平构成，后接16位用户码、8位数据码以及8位数据反码。数据反码是数据码取反后的编码，编程时可以用于数据纠错。位定义如图4所示，位1用高电平0．56 ms加低电平1．68 ms表示。位0用高电平0．56 ms加低电平0．56 ms表尔。要注意的是当一直按住按键时，芯片发出一次键码后就不停地发重复码了，写程序时对重复码要有特别的区分，其重复码的波形如图5所示。

    了解了各种码制的区别后，就可以开始着手写程序了。红外解码程序主要包括了中断初始化函数和中断子函数两个部分。另外，由于一体化接收头输出信号与发射波形是反向的，在定时器中记录的实际是红外波形中低电平的时间长度。

2．2．1 初始化函数
    在初始化函数中主要是对中断1和定时器1的特殊功能寄存器单元进行定义，同时对相关工作单元进行初始化。初始化代码如下：

2．2．2 中断子函数
    中断子函数中得到了一体化接收头高电平的时间宽度，以此来区分起始码、信息位和重复码。如果是起始码，就转入初始化处理模块；如果是信息位则通过右移操作将0、1信息存入定义好的寄存器单元，直到获得所需的4字节数据为止。注意在子函数中利用TH1保护ACC和利用ADD来获得0、1信息位的技巧。


2．2．3 主监控程序中对IRKeyReady标志的处理
    在主监控程序中，不断查询IRKeyReady标志。如果标志置位，则在主程序巾进入键值处理，判断键值的类型，以便实现遥控器按键的功能。代码如下：

2．3 42位编码
    硬件使用57L5彩电遥控器，其内部红外发射专用集成电路为TC7461，采用42位的编码结构，包含13位用户码、13位用户反码、8位数据码和8位数据反码。42位编码结构如图6所示。引导码由9 ms的载波和4．5 ms的载波关断波形所构成，作为用户码、数据码以及它们的反码的先导。信息位0与1的定义与上述NEC32位格式相同。但是长按键时，其重复码的前13．5 ms与引导码是一样的，在编程中要特别处理，其重复码波形如图7所示。

    初始化阶段与32位的基本类似，但由于重复码的波形和起始码相同，为了区分清楚，这里引用了状态机的方法，添加了状态寄存器IR57 L5Satus和计数寄存器IRSysCodeCnt，初始化时都先清零。以数值0、1、2来表示3种不同的状态。每种状态具体的功能如下：
    ◆为0时进入引导码或重复码，然后赋值IR57L5Satus为1。
    ◆为1时进入26个系统位阶段，为了简单起见，在这里跳过它们，并未存储。赋值IR57L5Satus为2。同时在这个状态，初始化2个数据存储寄存器IRCode和IRCode+1。
    ◆为2时收数据码，16位收到后，赋值IR57L5Satus为0。
    限于篇幅，这里不列出具体代码，其中断子程序软件流程如图8所示。

3 调试
    在测试程序的过程中需要示波器与串口调试助手软件。示波器用于检测红外发射波形是否符合规范。而通过编写单片机串口程序，并借助于串口调试助手软件，可以将红外数据接收单元的信息发送到PC机上，而后通过与遥控器说明书比对，以证实数据码的准确性。这种红外解码方法在本人制作的硬件时钟和多温区控制系统等项目中都有应用，数据接收准确、使用效果良好。