基于STC單片機(jī)的紅外遙控設(shè)計(jì)

王賽，張立新，王軍昂，吳凱楓，凌云

(南京信息工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，江蘇南京，210044)

0 引言

紅外線是不可見光，其波長很短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及無線電波的波長，因此紅外遙控不會(huì)與其它的無線設(shè)備進(jìn)行相互干擾，而且紅外線可以進(jìn)行一定的折射，卻無法穿透墻壁等障礙物，因此對(duì)與其他的家用電器的使用幾乎不會(huì)造成影響，這大力支持了紅外遙控的大批量生產(chǎn)以及在家用電器上的普及。目前，脈沖寬度調(diào)制（PWM）和脈沖位置調(diào)制（PPM）在紅外遙控中應(yīng)用最為廣泛，其中PWM屬于NEC Protocol，PPM屬于 Philips RC-5 Protocol[2]。

本設(shè)計(jì)使用STC單片機(jī)編寫NEC和RC-5兩種協(xié)議，初始時(shí)默認(rèn)協(xié)議為NEC協(xié)議，不同的按鍵發(fā)送相NEC協(xié)議對(duì)應(yīng)的碼值，LCD顯示屏上顯示當(dāng)前的碼型及其客戶碼和數(shù)據(jù)碼碼值。通過K1按鍵轉(zhuǎn)換為RC-5協(xié)議，不同的按鍵發(fā)送相RC-5協(xié)議對(duì)應(yīng)的碼值，LCD顯示屏上顯示當(dāng)前的碼型及其客戶碼和數(shù)據(jù)碼碼值。

1 紅外遙控協(xié)議

1.1 NEC協(xié)議

NEC協(xié)議由引導(dǎo)碼+客戶碼（8位）+客戶反碼（8位）+數(shù)據(jù)碼（8位）+數(shù)據(jù)反碼（8位）組成。客戶反碼和數(shù)據(jù)反碼是為了校驗(yàn)發(fā)碼的內(nèi)容是否正確，增加紅外線在傳輸時(shí)的可靠性[3]。引導(dǎo)碼由高電平（9ms）+低電平（4.5ms）組成，客戶碼，客戶反碼，數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼是由邏輯1（0.56ms的高電平+1.68ms的低電平）與邏輯0（0.56ms的高電平+0.56ms的低電平）組成。NEC協(xié)議的發(fā)送順序?yàn)榈臀辉谇埃呶辉诤?。若程序判斷為連續(xù)按鍵，則在發(fā)完一幀簡(jiǎn)碼108ms后不斷重復(fù)發(fā)送規(guī)定的尾碼，直至按鍵松開。尾碼由高電平（9ms）+低電平（2.25ms）+高電平（0.56ms）+低電平（97.94ms）組成[4]。如圖1所示其碼型圖。

圖1 NEC 碼型圖

1.2 RC-5協(xié)議

RC-5協(xié)議的數(shù)據(jù)格式為：起始碼（1位）+拓展碼（1位）+轉(zhuǎn)換碼（1位）+系統(tǒng)碼（5位）+數(shù)據(jù)碼（6位）。其發(fā)送順序?yàn)楦呶辉谇?，低位在后。這些碼均由邏輯1（0.889ms的低電平+0.889ms的高電平）與邏輯0（0.889ms的高電平+0.889ms的低電平）組成[5]。若程序判斷為連續(xù)按鍵，每隔108ms重復(fù)發(fā)送一幀完整的碼，直至按鍵松開。其碼型圖如圖2所示。

圖2 RC-5 碼型圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 MCU主控模塊

STC89C51是此次設(shè)計(jì)所采用的單片機(jī)芯片，它可以在指令編碼上兼容8051系列，還不需要特殊指定的仿真編程器。最小系統(tǒng)的組成十分簡(jiǎn)單，其主要組成為時(shí)鐘電路，電源電路與復(fù)位電路，如圖3所示。

圖3 MCU 主控模塊

2.2 LCD顯示模塊

LCD顯示模塊采用的是LCD1602液晶顯示屏，相比較與數(shù)碼管，它更加靈活方便，具用來顯示字母、符號(hào)和數(shù)字等更流暢，更直觀。LCD1602液晶顯示屏在顯示圖片方面有所不足，因?yàn)樗课恢g有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，但是這樣更有利于行間距和字符間距，而本設(shè)計(jì)只需要顯示數(shù)量較少的文字符號(hào)，屬于最佳的選擇。此外，顯示屏共有16個(gè)引腳，其引腳功能及原理圖如圖4，圖5所示。

圖4 LCD 引腳功能

圖5 LCD 顯示模塊

2.3 按鍵掃描模塊

按鍵掃描模塊主要由獨(dú)立按鍵模塊和4*4矩陣按鍵模塊兩部分組成。獨(dú)立按鍵K1主要用來轉(zhuǎn)換發(fā)射的紅外協(xié)議類型。上電時(shí)，默認(rèn)為NEC協(xié)議，然后通過按下K1按鍵，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換。4*4矩陣按鍵S1～S16分別賦予01～0F的數(shù)據(jù)碼，按下不同的按鍵可以發(fā)出相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)碼。獨(dú)立按鍵模塊和4*4矩陣按鍵模塊如圖6和圖7所示。

圖6 獨(dú)立按鍵模塊

圖7 4*4矩陣按鍵模塊

2.4 紅外發(fā)射模塊

采用紅外發(fā)光二極管作為本次的紅外發(fā)射模塊，該二極管和其他的發(fā)光二極管的外觀及其內(nèi)部構(gòu)造看上去都一樣，但其使用了特殊的材料制造，只需在驅(qū)動(dòng)管上施加一定頻率的電壓，便能產(chǎn)生調(diào)制光。因?yàn)榧t外遙控抗干擾能力強(qiáng)，電路簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境影響小，不會(huì)影響到臨近的無線電設(shè)備，所以普遍適用于大多數(shù)家電的控制。本次采用的紅外遙控兩種協(xié)議的方波占空比為1/3，且載波頻率為38KHZ。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)，LCD顯示模塊，紅外線發(fā)射模塊，按鍵掃描模塊等組成。在程序上電后，程序先初始化，再進(jìn)行按鍵掃描，若掃描到有按鍵按下，判斷按鍵是否為雙鍵或多鍵（若為雙鍵或多鍵，重新回到按鍵掃描），接著判斷是否為連續(xù)按鍵（連續(xù)按鍵NEC協(xié)議發(fā)尾碼，RC-5協(xié)議不變），隨后延遲一定時(shí)間穩(wěn)定程序，再判斷發(fā)碼的協(xié)議類型，最后LCD顯示屏顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，紅外發(fā)光二極管發(fā)送紅外線。其流程圖如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)流程圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本設(shè)計(jì)采用紅外遙控編碼分析儀接收所發(fā)射的紅外線，并顯示所發(fā)碼值的波形。程序剛上電時(shí)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，LCD屏顯示如圖9所示。NEC協(xié)議客戶碼為12H，S1的數(shù)據(jù)碼為01H，因此按下S1按鍵發(fā)送一幀簡(jiǎn)碼12 ED 01 FE，當(dāng)連續(xù)按鍵時(shí)，則在108ms后重復(fù)發(fā)送尾碼；同理S2的數(shù)據(jù)碼為02H，按下 S2 按鍵發(fā)送一幀簡(jiǎn)碼 12 ED 02 FD。如圖 10 所示。

圖9 NEC協(xié)議LCD顯示

圖10 NEC 協(xié)議

若按下K1按鍵（K1按鍵自身不發(fā)碼），系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為發(fā)送RC-5協(xié)議的碼型。同一按鍵，當(dāng)按鍵按下時(shí)，LCD屏顯示如圖11所示，RC-5協(xié)議系統(tǒng)碼為00H，S1的數(shù)據(jù)碼為01H，因此按下S1按鍵發(fā)送一幀全碼00 01，當(dāng)連續(xù)按鍵時(shí)，則在108ms后重復(fù)發(fā)送全碼；同理S2的數(shù)據(jù)碼為02H，按下S2按鍵發(fā)送一幀全碼00 02。如圖12所示。

圖11 RC-5協(xié)議LCD顯示

圖12 RC-5 協(xié)議

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)涵蓋了矩陣按鍵，液晶顯示等多個(gè)模塊操作，能夠通過按下不同按鍵發(fā)出相對(duì)應(yīng)的正確的紅外遙控碼值，并且能夠通過獨(dú)立按鍵改變紅外遙控碼型。通過分析紅外遙控編碼分析儀接收所發(fā)射的紅外線，觀察發(fā)現(xiàn)達(dá)到了預(yù)期的效果。