51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)之 紅外線遙控篇

先看一下我們將要使用的51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)能完成哪些實(shí)驗(yàn)與產(chǎn)品開發(fā)工作：分別有流水燈，數(shù)碼管顯示，液晶顯示，按鍵開關(guān)，蜂鳴器奏樂，繼電器控制，IIC總線，SPI總線，PS/2實(shí)驗(yàn)，AD模數(shù)轉(zhuǎn)換，光耦實(shí)驗(yàn)，串口通信，紅外線遙控，無線遙控，溫度傳感，步進(jìn)電機(jī)控制等等。

上圖是我們將要使用的51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)硬件平臺，本期實(shí)驗(yàn)我們用到了綜合系統(tǒng)主機(jī)，1602液晶屏、超薄型紅外線遙控器，綜合系統(tǒng)其它功能模塊原理與使用詳見前幾期《電子制作》雜志及后期連載教程介紹。

紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控方式。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空凋機(jī)以及玩具等其它小型電器裝置上也被紛紛采用。

1、紅外遙控系統(tǒng)

通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作，如圖1所示。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。

這就是我們將要實(shí)驗(yàn)使用的高質(zhì)量超薄型紅外線遙控器。

2、遙控發(fā)射器及其編碼

遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分成兩大類，這里我們以運(yùn)用比較廣泛，解碼比較容易的一類來加以說明，現(xiàn)以日本NEC的uPD6121G組成發(fā)射電路為例說明編碼原理，我們使用的超薄型紅外線遙控器使用的就是6121編碼。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征：

采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”，其波形如圖2所示。

上述“0”和“1”組成的32位二進(jìn)制碼經(jīng)38kHz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達(dá)到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射，如圖3所示。

UPD6121G產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的32位二進(jìn)制碼組，其中前16位為用戶識別碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾，如我們可以同時(shí)使用電視機(jī)、機(jī)頂盒、功放等遙控器，但它們不會產(chǎn)生誤觸發(fā)。該芯片的用戶識別碼固定為十六進(jìn)制01H；后16位為8位操作碼（功能碼）及其反碼。UPD6121G最多額128種不同組合的編碼。

遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進(jìn)制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時(shí)間隨它包含的二進(jìn)制“0”和“1”的個(gè)數(shù)不同而不同，大約在45～63ms之間，圖4為發(fā)射波形圖。

當(dāng)一個(gè)鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼（9ms）,一個(gè)結(jié)果碼（4.5ms）,低8位地址碼（9ms~18ms）,高8位地址碼（9ms~18ms）,8位數(shù)據(jù)碼（9ms~18ms）和這8位數(shù)據(jù)的反碼（9ms~18ms）組成。如果鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)代碼）將僅由起始碼（9ms）和結(jié)束碼（2.5ms）組成。

代碼格式（以接收代碼為準(zhǔn)，接收代碼與發(fā)射代碼反向）

①位定義

②單發(fā)代碼格式

③連發(fā)代碼格式

注：代碼寬度算法：

16位地址碼的最短寬度：1.12×16=18ms 16位地址碼的最長寬度：2.24ms×16=36ms

可以得知8位數(shù)據(jù)代碼及其8位反代碼的寬度和不變：（1.12ms+2.24ms）×8=27ms

所有32位代碼的寬度為（18ms+27ms）~(36ms+27ms)

對于紅外線遙控對于很多電子愛好者來講，都感覺到非常神奇，看不到，摸不著，但能實(shí)現(xiàn)無線遙控，其實(shí)控制的關(guān)鍵就是我們要用單片機(jī)芯片來識別紅外線遙控器發(fā)出紅外光信號，即我們通常所說的解碼，單片機(jī)得知發(fā)過來的是什么信號，然后再做出相應(yīng)的判斷與控制，如我們按電視機(jī)遙控器的頻道按鈕，則單片機(jī)會控制更換電視頻道，如按的是遙控器音量鍵，則單片機(jī)會控制增減音量。而解碼的關(guān)鍵是如何識別“0”和“1”，從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“0”、“1”均以0.56ms的低電平開始，不同的是高電平的寬度不同，“0”為0.56ms,“1”為1.68ms,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“0”和“1”。如果從0.56ms低電平過后，開始延時(shí)，0.56ms以后，若讀到的電平為低，說明該位為“0”，反之則為“1”，為了可靠起見，延時(shí)必須比0.56ms長些，但又不能超過1.12ms,否則如果該位為“0”，讀到的已是下一位的高電平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最為可靠，一般取0.84ms左右均可。根據(jù)碼的格式，應(yīng)該等待9ms的起始碼和4.5ms的結(jié)果碼完成后才能讀碼。

接收器及解碼

一體化紅外線接收器是一種集紅外線接收和放大于一體，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。你可以在51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的右上角發(fā)現(xiàn)黑色的一體化紅外線接收頭。

說了這么多，下面我們來一起看一下一個(gè)簡單實(shí)驗(yàn)，我們按紅外遙控器上的按鈕，一體化接收頭將輸出怎么樣的信號。由于文章篇幅有限，解碼源程序比較長，所以讀者朋友可以通過網(wǎng)絡(luò)或電子郵件向我們索取，當(dāng)然，也可以在51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的配套光盤中找到，有若干紅外線解碼程序供讀者學(xué)習(xí)使用。我們將通過示波器來察看紅外線遙控器波形的過程圖。與傳統(tǒng)的示波器不同，數(shù)字示波器可以記錄下一定時(shí)間內(nèi)的波形變化，因此，用來分析紅外線編碼非常方便。

如圖所示，是一個(gè)紅外解碼，并通過1602液晶顯示的實(shí)驗(yàn)實(shí)例，源程序在配套光盤中找到，然后運(yùn)行該程序，按遙控器上任一按鍵，液晶屏將顯示出遙控器按鍵的鍵碼值，用16進(jìn)制表示，如圖中所示的鍵碼為：26H。這是一個(gè)程序顯示結(jié)果，那么在一體化紅外線接收頭輸出的到底是什么信號呢？下面我們就用示波器來一起看一下。


按紅外線遙控器上的按鈕，我們通過數(shù)字示波器的波形捕捉功能，截取圖像如上，可以看到示波器屏幕上出現(xiàn)脈沖波形。在此，要特別說明一點(diǎn)，紅外線遙控器的發(fā)射和接收端的電平狀態(tài)為反相的關(guān)系，即發(fā)射是“1”的話，則接收端的數(shù)據(jù)為“0”。


現(xiàn)在波形已被我們截下來了，然后我們需要根據(jù)前面所講的6121編碼規(guī)則來進(jìn)行紅外線信號的分析。從示波器的屏幕中，我們可以清楚地看到，紅外遙控信號的編碼組成規(guī)律，最前面的是引導(dǎo)碼，其次是地址碼，最后是數(shù)據(jù)碼。圖中上面部分顯示完整的一串波形全覽。下方放大的波形看上去顯示不全，還有一部分?jǐn)?shù)據(jù)不在顯示范圍之內(nèi)，可以通過示波器旋鈕來移動左右位置。