基于STC单片机的红外遥控设计

2022-06-01王赛张立新王军昂吴凯枫凌云

电子测试 2022年9期

王赛，张立新，王军昂，吴凯枫，凌云

(南京信息工程大学自动化学院，江苏南京，210044)

0 引言

红外线是不可见光，其波长很短，远远不及无线电波的波长，因此红外遥控不会与其它的无线设备进行相互干扰，而且红外线可以进行一定的折射，却无法穿透墙壁等障碍物，因此对与其他的家用电器的使用几乎不会造成影响，这大力支持了红外遥控的大批量生产以及在家用电器上的普及。目前，脉冲宽度调制（PWM）和脉冲位置调制（PPM）在红外遥控中应用最为广泛，其中PWM属于NEC Protocol，PPM属于 Philips RC-5 Protocol[2]。

本设计使用STC单片机编写NEC和RC-5两种协议，初始时默认协议为NEC协议，不同的按键发送相NEC协议对应的码值，LCD显示屏上显示当前的码型及其客户码和数据码码值。通过K1按键转换为RC-5协议，不同的按键发送相RC-5协议对应的码值，LCD显示屏上显示当前的码型及其客户码和数据码码值。

1 红外遥控协议

1.1 NEC协议

NEC协议由引导码+客户码（8位）+客户反码（8位）+数据码（8位）+数据反码（8位）组成。客户反码和数据反码是为了校验发码的内容是否正确，增加红外线在传输时的可靠性[3]。引导码由高电平（9ms）+低电平（4.5ms）组成，客户码，客户反码，数据码和数据反码是由逻辑1（0.56ms的高电平+1.68ms的低电平）与逻辑0（0.56ms的高电平+0.56ms的低电平）组成。NEC协议的发送顺序为低位在前，高位在后。若程序判断为连续按键，则在发完一帧简码108ms后不断重复发送规定的尾码，直至按键松开。尾码由高电平（9ms）+低电平（2.25ms）+高电平（0.56ms）+低电平（97.94ms）组成[4]。如图1所示其码型图。

图1 NEC 码型图

1.2 RC-5协议

RC-5协议的数据格式为：起始码（1位）+拓展码（1位）+转换码（1位）+系统码（5位）+数据码（6位）。其发送顺序为高位在前，低位在后。这些码均由逻辑1（0.889ms的低电平+0.889ms的高电平）与逻辑0（0.889ms的高电平+0.889ms的低电平）组成[5]。若程序判断为连续按键，每隔108ms重复发送一帧完整的码，直至按键松开。其码型图如图2所示。

图2 RC-5 码型图

2 系统硬件设计

2.1 MCU主控模块

STC89C51是此次设计所采用的单片机芯片，它可以在指令编码上兼容8051系列，还不需要特殊指定的仿真编程器。最小系统的组成十分简单，其主要组成为时钟电路，电源电路与复位电路，如图3所示。

图3 MCU 主控模块

2.2 LCD显示模块

LCD显示模块采用的是LCD1602液晶显示屏，相比较与数码管，它更加灵活方便，具用来显示字母、符号和数字等更流畅，更直观。LCD1602液晶显示屏在显示图片方面有所不足，因为它每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，但是这样更有利于行间距和字符间距，而本设计只需要显示数量较少的文字符号，属于最佳的选择。此外，显示屏共有16个引脚，其引脚功能及原理图如图4，图5所示。

图4 LCD 引脚功能

图5 LCD 显示模块

2.3 按键扫描模块

按键扫描模块主要由独立按键模块和4*4矩阵按键模块两部分组成。独立按键K1主要用来转换发射的红外协议类型。上电时，默认为NEC协议，然后通过按下K1按键，实现两种协议的相互转换。4*4矩阵按键S1～S16分别赋予01～0F的数据码，按下不同的按键可以发出相对应的数据码。独立按键模块和4*4矩阵按键模块如图6和图7所示。

图6 独立按键模块

图7 4*4矩阵按键模块

2.4 红外发射模块

采用红外发光二极管作为本次的红外发射模块，该二极管和其他的发光二极管的外观及其内部构造看上去都一样，但其使用了特殊的材料制造，只需在驱动管上施加一定频率的电压，便能产生调制光。因为红外遥控抗干扰能力强，电路简单，对环境影响小，不会影响到临近的无线电设备，所以普遍适用于大多数家电的控制。本次采用的红外遥控两种协议的方波占空比为1/3，且载波频率为38KHZ。

3 系统软件设计

系统主要由单片机最小系统，LCD显示模块，红外线发射模块，按键扫描模块等组成。在程序上电后，程序先初始化，再进行按键扫描，若扫描到有按键按下，判断按键是否为双键或多键（若为双键或多键，重新回到按键扫描），接着判断是否为连续按键（连续按键NEC协议发尾码，RC-5协议不变），随后延迟一定时间稳定程序，再判断发码的协议类型，最后LCD显示屏显示相关数据，红外发光二极管发送红外线。其流程图如图8所示。

图8 系统流程图

4 实验结果

本设计采用红外遥控编码分析仪接收所发射的红外线，并显示所发码值的波形。程序刚上电时，当按键按下时，LCD屏显示如图9所示。NEC协议客户码为12H，S1的数据码为01H，因此按下S1按键发送一帧简码12 ED 01 FE，当连续按键时，则在108ms后重复发送尾码；同理S2的数据码为02H，按下 S2 按键发送一帧简码 12 ED 02 FD。如图 10 所示。

图9 NEC协议LCD显示

图10 NEC 协议

若按下K1按键（K1按键自身不发码），系统转换为发送RC-5协议的码型。同一按键，当按键按下时，LCD屏显示如图11所示，RC-5协议系统码为00H，S1的数据码为01H，因此按下S1按键发送一帧全码00 01，当连续按键时，则在108ms后重复发送全码；同理S2的数据码为02H，按下S2按键发送一帧全码00 02。如图12所示。