基于有限状态机的红外解码实现方法*

2019-10-29李晓锋曾小宝

山西电子技术 2019年5期

黄华，李晓锋,曾小宝

(张家界航空工业职业技术学院，湖南张家界 427000)

0 引言

红外线是光谱中波长为0.76～1.5μm的一段不可见光，红外光波长短、方向性好，对复杂电磁环境不敏感，通常使用的红外发射器件(红外发光管)与红外接收器件(光敏二极管、三极管)的发光与受光峰值波长一般在0.8～0.94μm，二者的光谱正好重合，能够很好的匹配[1]。利用红外光的这种特点，实现点对点的直接数据传输，可以获得较高的传输效率及可靠性，因此广泛用于红外遥控系统。目前采用单片机实现红外解码已经得到普遍运用，但大多采用中断加延时等待的方法实现，但在实时系统中通常不能长时间地延时等待，这使得该方法使用范围受到限制。笔者研究使用赛元推出的低成本单片机SC92F8463B结合有限状态机实现红外解码，具有较少资源占用和高可靠性的特点。

1 SC92F846x简介

SC92F8463B是一颗增强型的高速1T 8051内核工业级集成触控按键功能的Flash微控制器，指令系统完全兼容传统8051产品系列。SC92F8463B内部集成有16 Kbytes Flash ROM、1 Kbytes SRAM 、128 bytes EEPROM、最多26个GPI/O、13个IO可外部中断、3个16位定时器、11路12位高精度ADC、6路独立10位PWM、内部1%高精度高频12/6/2 MHz振荡器和4%精度低频128K振荡器、可外接晶体振荡器、一个UART，一个UART/SPI/IIC三选一通信口SSI。SC92F8463B具有非常优异的抗干扰性能和性能极好的触控按键性能，非常适合应用于各种使用场合的触控按键和主控控制，如大小智能家电和智能家居、物联网、无线通讯、游戏机等工业控制和消费应用领域。

2 红外遥控协议

不同公司在红外遥控中采用了不同的编码格式，其中比较常用的是NEC标准。遥控器采用频率为38 kHz、占空比为1/3的红外光发射编码信号，编码信号由引导码、客户码、客户反码、数据码和数据反码组成。引导码由9 ms的载波和4.5 ms的SPACE信号组成。客户码及客户反码16位、数据码及数据反码16位，共32位，客户码用于区别不同的红外遥控设备，防止不同机种遥控码的相互干扰，后16位为8位的操作码和8位的操作反码，用于核对数据是否接收正确，接收端依据数据码的值判断应该执行何种操作。NEC协议典型的编码脉冲如图1所示。

在编码信号中，逻辑1采用560μs的载波和1.69 μs的SPACE信号表示，逻辑0采用560μs的载波和560μs的SPACE信号组成，如图2、图3所示。

图1 NEC标准的红外码

图2 逻辑1的定义

图3 逻辑0的定义

NEC协议还规定，若按键超过108 ms仍未松开，将每隔108 ms发送一个Repeat Code信号，信号由9ms的起始码和2.5 ms的SPACE信号组成，如图4所示。

图4 Repeat Code的定义

3 红外解码的有限状态机设计

本设计采用一体化红外接收头接收红外遥控信号，接收头检测到38kHz的载波信号后，将输出高电平，因此红外解码的关键是检查接收头输出引脚的电平变化，并识别信号高低电平持续时间。

本方案中使用SC92F8463B的外部中断检测引脚电平变化，在后台启动一个定时器用于计时。SC92F8463B的外部中断相对于传统51单片机的优点在于可以设置为下降沿、上升沿和双沿触发，在中断处理程序中，清0计时器，并改变触发边沿设置，在下一次触发中断时，计时器的计数值就是一个电平的持续时间。采用有限状态机进行红外解码时，需要根据红外遥控协议设计多个状态，每一个状态代表已经检测到某一个信号，在中断服务程序中，根据当前的状态和电平持续时间来判断是否协议规定时间，并转移到新的状态。

根据NEC的编码规范，笔者设计出如图5所示的红外解码状态图。图中IDLE_STATE状态代表空闲，没有检测到红外信号。下降沿触发中断，转移到RECEIVE 9MS LEADING状态，该状态代表已经检测到红外信号，并期待9ms的引导电平，RECEIVE 4.5 ms SPACE状态代表已经接收到9ms LEADING，期待4.5ms的SPACE信号，Receive 32bit Data状态作为一个过渡状态，进入到1、0 Identtify状态，判断SPACE的长度进而识别逻辑1或0，32bit识别完成后，回到IDLE_STATE状态，完成一次红外解码，设置标志变量，通知用户程序处理红外遥控命令[2]。状态图中也引入了RECEIVE Repaeat Code用于识别重复按键信号。

图5 红外解码状态图

4 解码程序

根据状态图，可以较容易地实现红外解码的中断处理函数。关键代码如下所示，因为篇幅限制，所附代码中省略了部分状态的实现。代码中有几点值得特别说明，第一，每次中断通过取反INT1F、INT1R改变了中断触发的边沿；第二，电平持续时间是通过读取TH0、TL0实现的；第三，电平持续时间判断是将其与一个范围比较，以提高程序的抗干扰能力。

void irdecode_isr(void) interrupt 2

{

static unsigned char ir_receive_bits=0;

unsigned char i=0;

uint16_t interval=MAKEWORD(TH0,TL0);//捕捉两次中断之间的时间

TL0=0;TH0=0;//清零计数器,

INT1F^=(1<<0);//改变电平触发边沿

INT1R^=(1<<0);

switch(ir_decode_state)

{

case eIR_IDLE://此状态下，引脚为高电平，等待下降沿触发中断

ir_decode_state=eIR_LEADING_9MS;