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江科大自化协51单片机学习笔记（红外遥控部分）_110592晶振下的红外协议
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红外遥控（外部中断）
本篇文章是根据B站UP主江科大自化协的教学视频51单片机入门教程-2020版 程序全程纯手打 从零开始入门，在了解、学习与实操后整理的学习笔记，通过已有的不同晶振（11.0592KHz）的开发板对代码进行了部分优化，同时自行整理了较为详细的实例思路。内容较为详细，部分内容涉及了前面的知识点，可以观看UP主的视频或接下来的一些文章进行了解。
希望大家都能早日掌握单片机。
1、红外遥控介绍
（1）基本介绍
红外遥控是利用红外光进行通信的设备，由红外LED将调制后的信号发出，由专用的红外接收头进行解调输出。
-
通信方式：单工，异步；
-
红外LED波长：940nm；
-
通信协议标准：NEC标准。
（2）硬件电路
Ⅰ、红外发送电路（调制）
①输入38KHz方波调制
51单片机并没有发送红外的功能，只接受遥控器发出的红外信号。
-
R1所在电路输入端为38KHZ的方波，R2所在电路（IN口）为输入波形；
-
两个三极管开关（PHP型）为低电平导通（高电平不导通）；
-
利用两个三极管，将38KHZ的方波和输入波形组合（抗干扰），对应控制红外LED的闪烁。
②自行调制
- 删去了输入38KHZ的方波，为了抗干扰，输入信号需自行产生一定的抖动。
Ⅱ、红外接收电路（解调）
红外接收头能将接收到的经调制的波形进行解调，使得其恢复原来的波形。
-
利用一体化红外接收头（集成有解调电路），就可以直接帮助解调，无需自行处理。
-
因为产生的波形抖动速度快、时间短，因此不能利用if语句进行判断，需要引入外部中断进行接收OUT产生的波形数据，P3^2即为外部中断的接口。
Ⅲ、基本发送与接收
-
空闲状态：红外LED不亮，接收头输出高电平；
-
发送低电平：红外LED以38KHz频率闪烁发光，接收头输出低电平；
-
发送高电平：红外LED不亮，接收头输出高电平。
2、NEC编码
（1）红外NEC协议编码说明
-
地址码反码对地址取反，用于对地址码进行验证；命令反码同理。
-
数据红外接收部分，560us的下降沿与560us的上升沿组成数据0；560us的下降沿与1690us的上升沿组成数据1；
-
一帧数据时间长度为110ms；
-
后面的Repeat部分为按住按键不放时，连续发送数据的波形。
（2）对应红外接收键码实例波形
3、外部中断
STC89C52有4个外部中断，STC89C52的外部中断有两种触发方式： 下降沿触发和低电平触发。
-
外部中断INT0与INT1直接连接I/O口（区别于T0之类的定时器中断）；
-
IT0与IT1：外部中断触发方式选择位，为1下降沿触发，为0低电平触发；
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IE0与IE1：中断请求标志位；
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PX0与PX1：外部中断优先级控制位。
4、实例
（1）红外遥控
Ⅰ、实际效果
- 在LCD1602液晶屏上显示遥控器的地址码和控制码（即键码）；
- 当按下VOL＋与VOL-时，分别对数字进行加减，且长按能一直进行。
Ⅱ、思路
①详细思路说明
该实例的主要难点在于编写解码部分的函数，首先，从NEC协议编码说明中可看出：解码部分对时间测量有一定要求，数据位的判断是微妙级的，因此我们需要一个用于计时的工具，这里我们使用定时器Timer0，但不启用中断将其改写为一个计时器；其次是对计时范围的选定，我们需要对每个方波周期计时，进行判断然后清0，这里我们引入外部中断Int0，使用下降沿触发，通过两次中断就能读出一个对应方波周期的时间；最后是对方波信号类型的判断与解码，包括三种状态：空闲状态0、等待信号状态1（等待Start和Repeat信号）、读取数据状态2。以上的内容我们通过**建立三个不同的库（Timer0.c、Int0.c和IR.c）**并在其中编写对应功能函数，便可基本实现前两个效果，其余效果只需在主函数中进行逻辑编写即可完成。
②前期准备
时间：(第一个是12.0000KHz时，第二个是11.0592KHz时)
- Start信号：(9+4.5)ms=13.5ms=13500us；*0.9216=12442us。
- Repeat信号：(9+2.25)ms=11.25ms=11250us；*0.9216=10368us。
- "0"信号：(560+560)us=1120us；*0.9216=1032us。
- "1"信号：(560+1690)us=2250us；*0.9216=2074us。
③定时器改计时器。
对原有的定时器中断初始化函数Timer0_Init() 进行修改：
- 因为不需要进行中断，因此把中断允许位EA、ET0和优先级控制位PT0删除；
- 因为用于计时，则不需要对TH0和TL0赋初值，将TH0和TL0置0；
- 因为我们要控制计时的开始与结束，所以在初始化中将定时器运行控制位TR0先置0；
添加函数（计时器控制函数Timer0_Run()、计时器设置函数Timer0_SetCounter()和计时器取值函数Timer0_GetCounter()）：
- Timer0_Run()：带参数，参数为标志位Flag，通过标志位控制计时器的启动与停止；
- Timer0_SetCounter()：带16位参数，参数为初值Value，高八位存于TH0，低八位存于TL0；此处可用于置0；
- Timer0_GetCounter()：有16位返回值，返回计时器的值。
先用Timer0_SetCounter()将初值置0，再通过Timer0_Run()启动定时器，中间放入程序，最后使用Timer0_GetCounter()取出计时器的值即可计算程序运行的时间。
④引入外部中断
对与外部中断有关的寄存器进行设置：
- 外部中断0请求标志IE0：置0（详解看手册）；
- 外部中断0触发方式选择位IT0：置1，下降沿触发中断；
- 全局中断允许位EA：置1，允许；
- 外部中断允许位EX0：置1，允许；
- 外部中断0中断优先级控制位PX0：置1，高优先级。
中断函数的设置：因为每次中断就会读取方波信号周期时间，因此我们将方波信号类型的判断与解码放在外部中断函数中。
⑤方波信号类型的判断与解码
定义变量：
-
存储时间的变量IR_Time：用于存储每次计时器取出的时间值，便于判断信号类型；
-
控制状态的变量IR_State：0为空闲状态、1为等待信号状态（等待Start和Repeat信号）、2为读取数据状态；
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存储数据的数组IR_Data[4]：数据共有4个字节共32位；
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指向数据位数的指针IR_pData
-
数据解码标志位IR_DataFlag：为0表示数据解码未完成，为1表示数据解码已完成；
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数据重写标志位IR_RepeatFlag：为0表示数据不重写，为1表示数据重写；
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地址存储变量IR_Address：存储数据中的地址，便于调用与显示；
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命令存储变量IR_Command：存储数据中的命令，便于调用与显示。
判断与解码（中断函数内）：
-
空闲状态0：若处于空闲状态，则开启计时，进入等待信号状态；
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等待信号状态1：取出计时器数据后清0，判断信号为Start信号还是Repeat信号，若为Start信号，则进入读取数据状态；若为Repeat信号，则将IR_RepeatFlag置1，停止计时，回到空闲状态；
-
读取数据状态：取出计时器数据后清0，判断信号为"0"信号还是"1"信号，对应位赋值（难点），然后IR_pData＋1；若IR_pData加至32，则已完成数据读取，然后将IR_pData清0，检验数据是否正确（反码取反），若正确，将地址和命令分别存至IR_Address和IR_Command，随后计时器停止，返回空闲周期；
-
误差：由于程序运行等原因，计时器的时间是有一定误差的，因此我们在判断时要对准确时间前后留有余量；若超出这个范围（出现错误），则返回等待信号状态；
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重写的使用在主函数中体现。
其他函数：
- 调用：因为IR_Address和IR_Command是对应库中的变量，主函数不能直接调用，为了取出其值，我们再定义两个有返回值的函数IR_GetAddress()和IR_GetCommand()，专门用来返回IR_Address和IR_Command的值；
- 显示：IR_DataFlag和IR_RepeatFlag原因同上，它们在主函数中的作用是作为标志位决定是否调用显示，不过在对他们定义的两个有返回值的函数IR_GetDataFlag()和IR_GetRepeatFlag中，需要将它们置0，便于下次数据读取判断。
⑥主函数逻辑
- 对数据解码标志位和数据重写标志位进行判断，只要其中一个为1就显示数据；
- 对命令进行判断，若命令的值为"VOL＋"的键码，则数字+1；为"VOL-"则-1；
- 为了便于调用，可以对所有的键码值进行宏定义。
Ⅲ、实际代码
①Timer0.c
#include <REGX52.H> /** * @brief 定时器0初始化 * @param 无 * @retval 无 */ void Timer0_Init(void) { TMOD &= 0xF0; //设置定时器模式 TMOD |= 0x01; //设置定时器模式 TL0 = 0; //设置定时初值 TH0 = 0; //设置定时初值 TF0 = 0; //清除TF0标志 TR0 = 0; //定时器0不计时 } /** * @brief 定时器0设置计数器值 * @param Value，要设置的计数器值，范围：0~65535 * @retval 无 */ void Timer0_SetCounter(unsigned int Value) { TH0=Value/256; TL0=Value%256; } /** * @brief 定时器0获取计数器值 * @param 无 * @retval 计数器值，范围：0~65535 */ unsigned int Timer0_GetCounter(void) { return (TH0<<8)|TL0; } /** * @brief 定时器0启动停止控制 * @param Flag 启动停止标志，1为启动，0为停止 * @retval 无 */ void Timer0_Run(unsigned char Flag) { TR0=Flag; }
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②Int0.c
#include <REGX52.H> /** * @brief 外部中断0初始化 * @param 无 * @retval 无 */ void Int0_Init(void) { IT0=1; IE0=0; EX0=1; EA=1; PX0=1; } /*外部中断0中断函数模板 void Int0_Routine(void) interrupt 0 { } */
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③IR.c
#include <REGX52.H> #include "Timer0.h" #include "Int0.h" unsigned int IR_Time; //计时 unsigned char IR_State; //状态（0——空闲状态；1——等待读取；2——开始解码） unsigned char IR_Data[4]; //存放四个8位数据（地址码、地址码反码、命令码、命令码反码） unsigned char IR_pData; //用于指向当前数据位置 unsigned char IR_DataFlag; //数据标志位 unsigned char IR_RepeatFlag; //重发标志位 unsigned char IR_Address; //存储最终地址 unsigned char IR_Command; //存储命令码 /** * @brief 红外遥控初始化 * @param 无 * @retval 无 */ void IR_Init(void) { Timer0_Init(); Int0_Init(); } /** * @brief 红外遥控获取收到数据帧标志位 * @param 无 * @retval 是否收到数据帧，1为收到，0为未收到 */ unsigned char IR_GetDataFlag(void) { if(IR_DataFlag) { IR_DataFlag=0; return 1; } return 0; } /** * @brief 红外遥控获取收到连发帧标志位 * @param 无 * @retval 是否收到连发帧，1为收到，0为未收到 */ unsigned char IR_GetRepeatFlag(void) { if(IR_RepeatFlag) { IR_RepeatFlag=0; return 1; } return 0; } /** * @brief 红外遥控获取收到的地址数据 * @param 无 * @retval 收到的地址数据 */ unsigned char IR_GetAddress(void) { return IR_Address; } /** * @brief 红外遥控获取收到的命令数据 * @param 无 * @retval 收到的命令数据 */ unsigned char IR_GetCommand(void) { return IR_Command; } //外部中断0中断函数，下降沿触发执行 void Int0_Routine(void) interrupt 0 { if(IR_State==0) //状态0，空闲状态 { Timer0_SetCounter(0); //定时计数器清0 Timer0_Run(1); //定时器启动 IR_State=1; //置状态为1 } else if(IR_State==1) //状态1，等待Start信号或Repeat信号 { IR_Time=Timer0_GetCounter(); //获取上一次中断到此次中断的时间 Timer0_SetCounter(0); //定时计数器清0 //如果计时为13.5ms，则接收到了Start信号（判定值在12MHz晶振下为13500，在11.0592MHz晶振下为12442） if(IR_Time>12442-500 && IR_Time<12442+500) { IR_State=2; //置状态为2 } //如果计时为11.25ms，则接收到了Repeat信号（判定值在12MHz晶振下为11250，在11.0592MHz晶振下为10368） else if(IR_Time>10368-500 && IR_Time<10368+500) { IR_RepeatFlag=1; //置收到连发帧标志位为1 Timer0_Run(0); //定时器停止 IR_State=0; //置状态为0 } else //接收出错 { IR_State=1; //置状态为1 } } else if(IR_State==2) //状态2，接收数据 { IR_Time=Timer0_GetCounter(); //获取上一次中断到此次中断的时间 Timer0_SetCounter(0); //定时计数器清0 //如果计时为1120us，则接收到了数据0（判定值在12MHz晶振下为1120，在11.0592MHz晶振下为1032） if(IR_Time>1032-500 && IR_Time<1032+500) { IR_Data[IR_pData/8]&=~(0x01<<(IR_pData%8)); //数据对应位清0 IR_pData++; //数据位置指针自增 } //如果计时为2250us，则接收到了数据1（判定值在12MHz晶振下为2250，在11.0592MHz晶振下为2074） else if(IR_Time>2074-500 && IR_Time<2074+500) { IR_Data[IR_pData/8]|=(0x01<<(IR_pData%8)); //数据对应位置1 IR_pData++; //数据位置指针自增 } else //接收出错 { IR_pData=0; //数据位置指针清0 IR_State=1; //置状态为1 } if(IR_pData>=32) //如果接收到了32位数据 { IR_pData=0; //数据位置指针清0 if((IR_Data[0]==~IR_Data[1]) && (IR_Data[2]==~IR_Data[3])) //数据验证 { IR_Address=IR_Data[0]; //转存数据 IR_Command=IR_Data[2]; IR_DataFlag=1; //置收到连发帧标志位为1 } Timer0_Run(0); //定时器停止 IR_State=0; //置状态为0 } } }
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- 注意对应变量的类型（IR_Time为int型）；
- 注意总共有两处用到了“~”取反；
- 注意运算符的优先级（在三处逻辑判断中需要额外加括号）。
④main.c
#include <REGX52.H> #include "Delay.h" #include "LCD1602.h" #include "IR.h" unsigned char Num; unsigned char Address; unsigned char Command; void main() { LCD_Init(); LCD_ShowString(1,1,"ADDR CMD NUM"); LCD_ShowString(2,1,"00 00 000"); IR_Init(); while(1) { if(IR_GetDataFlag() || IR_GetRepeatFlag()) { Address = IR_GetAddress(); Command = IR_GetCommand(); LCD_ShowHexNum(2,1,Address,2); LCD_ShowHexNum(2,7,Command,2); if(Command==IR_VOL_ADD) { Num++; } if(Command==IR_VOL_MINUS) { Num--; } LCD_ShowNum(2,12,Num,3); } } }
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（2）红外遥控电机调速
Ⅰ、实际效果
- 利用遥控器的0~3按键控制直流电机的转速并在数码管上显示。
Ⅱ、思路
在前面独立按键控制直流电机调速的基础上进行修改：
- 红外部分和电机调速部分的代码都用到了定时器0，所以我们将电机调速部分的定时器改为定时器1，将原先TMOD的高低八位反置；
- 为了方便代码块的移植和调用、让主函数更简洁，我们将电机部分的代码模块化Motor.c；
- 调用上个实例中的Int0.c和IR.c，然后在主函数中进行逻辑判断。
Ⅲ、实际代码
①Timer1.c
#include <REGX52.H> /** * @brief 定时器1初始化，100微秒@11.0592MHz * @param 无 * @retval 无 */ void Timer1_Init() //100微秒@11.0592MHz { TMOD &= 0x0F; //设置定时器模式 TMOD |= 0x10; //设置定时器模式 TL1 = 0xA4; //设置定时初始值 TH1 = 0xFF; //设置定时初始值 TF1 = 0; //清除TF1标志 TR1 = 1; //定时器1开始计时 ET1=1; EA=1; PT1=0; } /* 定时器中断函数模板 void Timer1_Routine() interrupt 3 { static unsigned int T1Count; TH1 = 0xFF; //设置定时初值 TL1 = 0xA4; //设置定时初值 T1Count++; if(T1Count>=1000) { T1Count=0; } } */
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②Motor.c
#include <REGX52.H> #include "Timer1.h" //引脚定义 sbit Motor=P1^0; unsigned char Counter,Compare; /** * @brief 电机初始化 * @param 无 * @retval 无 */ void Motor_Init(void) { Timer1_Init(); } /** * @brief 电机设置速度 * @param Speed 要设置的速度，范围0~100 * @retval 无 */ void Motor_SetSpeed(unsigned char Speed) { Compare=Speed; } //定时器1中断函数 void Timer1_Routine() interrupt 3 { TL1 = 0x9C; //设置定时初值 TH1 = 0xFF; //设置定时初值 Counter++; Counter%=100; //计数值变化范围限制在0~99 if(Counter<Compare) //计数值小于比较值 { Motor=1; //输出1 } else //计数值大于比较值 { Motor=0; //输出0 } }
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③main.c
#include <REGX52.H> #include "Delay.h" #include "Nixie.h" #include "Motor.h" #include "IR.h" unsigned char Command,Speed; void main() { Motor_Init(); IR_Init(); while(1) { if(IR_GetDataFlag()) //如果收到数据帧 { Command=IR_GetCommand(); //获取遥控器命令码 if(Command==IR_0){Speed=0;} //根据遥控器命令码设置速度 if(Command==IR_1){Speed=1;} if(Command==IR_2){Speed=2;} if(Command==IR_3){Speed=3;} if(Speed==0){Motor_SetSpeed(0);} //速度输出 if(Speed==1){Motor_SetSpeed(50);} if(Speed==2){Motor_SetSpeed(75);} if(Speed==3){Motor_SetSpeed(100);} } Nixie(1,Speed); //数码管显示速度 } }
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