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一、環(huán)境介紹

MCU: STM32F103ZET6

編程軟件環(huán)境: keil5

紅外線傳輸協(xié)議: NEC協(xié)議---38KHZ載波:。NEC協(xié)議是紅外遙控協(xié)議中常見的一種。

解碼思路: 外部中斷 + 定時器方式

代碼風格: 模塊化編程，寄存器直接操作方式

二、NEC協(xié)議與解碼思路介紹

2.1 采用的相關(guān)硬件

圖1: 這是NEC協(xié)議的紅外線遙控器: 如果自己手機沒有紅外線遙控器的功能，可以淘寶上買一個小遙控器來學習測試，成本不高,這個遙控器也可以自己做，能解碼當然也可以編碼發(fā)送，只需要一個紅外光發(fā)射管即可。

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圖2: 這是紅外線接收頭模塊。如果自己的開發(fā)板沒有自帶這個接收頭，那就單獨買一個接收頭模塊，使用杜邦線接到開發(fā)板的IO口上即可用來測試學習，接線很方便。

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圖3: 這是紅外線發(fā)射管,如果自己想做遙控器的發(fā)射端，自己做遙控器，那么就可以直接購買這種模塊即可。

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2.2 紅外線協(xié)議介紹

在光譜中波長自760nm至400um的電磁波稱為紅外線，它是一種不可見光。紅外線通信的例子我們每個人應該都很熟悉，目前常用的家電設備幾乎都可以通過紅外遙控的方式進行遙控，比如電視機、空調(diào)、投影儀等，都可以見到紅外遙控的影子。這種技術(shù)應用廣泛，相應的應用器件都十分廉價，因此紅外遙控是我們?nèi)粘ＴO備控制的理想方式。

紅外線的通訊原理： 紅外光是以特定的頻率脈沖形式發(fā)射，接收端收到到信號后，按照約定的協(xié)議進行解碼，完成數(shù)據(jù)傳輸，在消費類電子產(chǎn)品里，脈沖頻率普遍采用 30KHz 到 60KHz 這個頻段，NEC協(xié)議的頻率就是38KHZ。 這個以特定的頻率發(fā)射其實就可以理解為點燈，不要被復雜的詞匯難住了，就是控制燈的閃爍頻率(亮滅)，和剛學單片機完成閃光燈一樣的意思，只不過是燈換了一種類型，都是燈。 接收端的原理: 接收端的芯片對這個紅外光比較敏感，可以根據(jù)有沒有光輸出高低電平，如果發(fā)送端的閃爍頻率是有規(guī)律的，接收端收到后輸出的高電平和低電平也是有規(guī)律對應的，這樣發(fā)送端和接收端只要約定好，那就可以做數(shù)據(jù)傳輸了。

紅外線傳輸協(xié)議可以說是所有無線傳輸協(xié)議里成本最低，最方便的傳輸協(xié)議了，但是也有缺點，距離不夠長，速度不夠快；當然，每個傳輸協(xié)議應用的環(huán)境不一樣，定位不一樣，好壞沒法比較，具體要看自己的實際場景選擇合適的通信方式。

2.3 NEC協(xié)議介紹

NEC協(xié)議是眾多紅外線協(xié)議中的一種(這里說的協(xié)議就是他們數(shù)據(jù)幀格式定義不一樣，數(shù)據(jù)傳輸原理都是一樣的)，我們購買的外能遙控器、淘寶買的mini遙控器、電視機、投影儀幾乎都是NEC協(xié)議。 像格力空調(diào)、美的空調(diào)這些設備使用的就是其他協(xié)議格式，不是NEC協(xié)議，但是只要學會一種協(xié)議解析方式，明白了紅外線傳輸原理，其他遙控器協(xié)議都可以解出來。

下圖是NEC協(xié)議傳輸一次數(shù)據(jù)的完整格式：

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NEC協(xié)議一次完整的傳輸包含: 引導碼、8位用戶碼、8位用戶反碼、8位數(shù)據(jù)碼、8位數(shù)據(jù)反碼。

(注意：下面的解釋都是站在紅外線接收端的角度來進行說明的，就是解碼端的角度)

引導碼: 由9ms的高電平+4.5ms的低電平組成。

4個字節(jié)的數(shù)據(jù): 用戶碼+用戶反碼+數(shù)據(jù)碼+數(shù)據(jù)反碼。 這里的反碼可以用來校驗數(shù)據(jù)是否傳輸正確，有沒有丟包。

重點: NEC協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)位的時候，0和1的區(qū)分是依靠收到的高、低電平的持續(xù)時間來進行區(qū)分的---這是解碼關(guān)鍵。

標準間隔時間：0.56ms

收到數(shù)據(jù)位0: 0.56ms

收到位1: 1.68ms

所以，收到一個數(shù)據(jù)位的完整時間表示方法是這樣的：

收到數(shù)據(jù)位0: 0.56m低電平+ 0.56ms的高電平

收到數(shù)據(jù)位1: 0.56ms低電平+1.68ms的高電平

紅外線接收頭模塊輸出電平的原理： 紅外線接收頭感應到有紅外光就輸出低電平，沒有感應到紅外光就輸出高電平。

這是使用邏輯分析采集紅外線接收頭輸出的信號:

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這是采集紅外線遙控器上的LED燈輸出電平時序圖，剛好和接收端相反：

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單片機編寫解碼程序的時候，常見的方式就是采用外部中斷+定時器的方式進行解析，中斷可以設置為低電平觸發(fā)，因為接收頭沒有感應到紅外光默認是輸出高電平，如果收到NEC引導碼，就會輸出低電平，進入到中斷服務函數(shù)，完成解碼，解碼過程中開啟定時器記錄每一段的高電平、低電平的持續(xù)時間，按照NEC協(xié)議進行判斷，完成最終解碼。

STM32可以使用輸入捕獲方式完成解碼，其實輸入捕獲就是外部中斷+定時器的組合，只不過是STM32內(nèi)部封裝了一層。

完整keil工程源碼下載(解壓即可編譯運行測試):

https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19863275

外部中斷服務器里的解碼程序如下(這個在其他單片機上思路是一樣的)：

/*
函數(shù)功能:  外部中斷線9_5服務函數(shù)
*/
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    u32 time;
    u8 i,j,data=0;
  
    //清除中斷線9上的中斷請求
		EXTI->PR|=1<<9;
  
    time=Infrared_GetTime_L();       //得到低電平時間
    if(time<7000||time>10000)return; //標準時間: 9000us
    time=Infrared_GetTime_H();       //得到高電平時間
    if(time<3000||time>5500)return;  //標準時間4500us
    
    //正式解碼NEC協(xié)議
    for(i=0;i<4;i++)
    {
        for(j=0;j<8;j++)
        {
             time=Infrared_GetTime_L();       //得到低電平時間
             if(time<400||time>700)return;    //標準時間: 560us
             
             time=Infrared_GetTime_H();       //得到高電平時間
             if(time>1400&&time<1800)         //數(shù)據(jù)1 1680us
             {
                data>>=1;
                data|=0x80;
             }
             else if(time>400&&time<700)   //數(shù)據(jù)0 560us
             {
                data>>=1;
             }
             else return;
        }
        InfraredRecvData[i]=data; //存放解碼成功的值
      }
    
      //解碼成功
      InfraredRecvState=1;
}

三、核心完整代碼

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本程序的解碼思路是： 將紅外線接收模塊的輸出腳接到STM32的PB9上，配置STM32的PB9為外部中斷模式，下降沿電平觸發(fā)；如果收到紅外線信號就進入到中斷服務函數(shù)里解碼，如果解碼過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不符合要求就終止解碼，如果數(shù)據(jù)全部符合要求就按照協(xié)議接收，直到解碼完成，設置標志位，在main函數(shù)里打印解碼得到的數(shù)據(jù)。

代碼都是模塊化編程，閱讀起來也很方便。

3.1 紅外線解碼.c

#include "nec_Infrared.h"
u8 InfraredRecvData[4]; //存放紅外線解碼接收的數(shù)據(jù)
u8 InfraredRecvState=0; //0表示未接收到數(shù)據(jù),1表示接收到數(shù)據(jù) 
/*
函數(shù)功能: 紅外線解碼初始化(接收)
*/
void Infrared_RecvInit(void)
{
    Infrared_Time6_Init(); //定時器初始化
    
    /*1. 配置GPIO口*/
    RCC->APB2ENR|=1<<3; //PB
    GPIOB->CRH&=0xFFFFFF0F;
    GPIOB->CRH|=0x00000080;
    GPIOB->ODR|=1<<9;
  
    /*2. 配置外部中斷*/
    EXTI->IMR|=1<<9; //外部中斷線9，開放中斷線的中斷請求功能
    EXTI->FTSR|=1<<9; //中斷線9_下降沿
  
    RCC->APB2ENR|=1<<0; //開啟AFIO時鐘
    AFIO->EXTICR[2]&=~(0xF<<1*4);
    AFIO->EXTICR[2]|=0x1<<1*4;
    STM32_NVIC_SetPriority(EXTI9_5_IRQn,1,1);
}

/*
函數(shù)功能: 初始化定時器,用于紅外線解碼
*/
void Infrared_Time6_Init(void)
{
    RCC->APB1ENR|=1<<4;
		RCC->APB1RSTR|=1<<4;
		RCC->APB1RSTR&=~(1<<4);
    TIM6->PSC=72-1; //預分頻器
    TIM6->ARR=65535;   //重裝載寄存器
    TIM6->CR1|=1<<7; //開啟緩存功能
	  //TIMx->CR1|=1<<0; //開啟定時器
}

/*
函數(shù)功能: 測量高電平持續(xù)的時間
*/
u32 Infrared_GetTime_H(void)
{
    TIM6->CNT=0;
    TIM6->CR1|=1<<0;    //開啟定時器
    while(NEC_IR){}     //等待高電平結(jié)束
    TIM6->CR1&=~(1<<0); //關(guān)閉定時器
    return TIM6->CNT;
}

/*
函數(shù)功能: 測量低電平持續(xù)的時間
*/
u32 Infrared_GetTime_L(void)
{
    TIM6->CNT=0;
    TIM6->CR1|=1<<0;    //開啟定時器
    while(!NEC_IR){}     //等待低電平結(jié)束
    TIM6->CR1&=~(1<<0); //關(guān)閉定時器
    return TIM6->CNT;
}


/*
函數(shù)功能:  外部中斷線9_5服務函數(shù)
*/
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    u32 time;
    u8 i,j,data=0;
  
    //清除中斷線9上的中斷請求
		EXTI->PR|=1<<9;
  
    time=Infrared_GetTime_L();       //得到低電平時間
    if(time<7000||time>10000)return; //標準時間: 9000us
    time=Infrared_GetTime_H();       //得到高電平時間
    if(time<3000||time>5500)return;  //標準時間4500us
    
    //正式解碼NEC協(xié)議
    for(i=0;i<4;i++)
    {
        for(j=0;j<8;j++)
        {
             time=Infrared_GetTime_L();       //得到低電平時間
             if(time<400||time>700)return;    //標準時間: 560us
             
             time=Infrared_GetTime_H();       //得到高電平時間
             if(time>1400&&time<1800)         //數(shù)據(jù)1 1680us
             {
                data>>=1;
                data|=0x80;
             }
             else if(time>400&&time<700)   //數(shù)據(jù)0 560us
             {
                data>>=1;
             }
             else return;
        }
        InfraredRecvData[i]=data; //存放解碼成功的值
      }
    
      //解碼成功
      InfraredRecvState=1;
}

3.2 主函數(shù).c

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include "at24c02.h"
#include "W25Q64.h"
#include "spi.h"
#include "nec_Infrared.h"

int main()
{
	LED_Init();
	BEEP_Init();
	KeyInit();
  USARTx_Init(USART1,72,115200);
  IIC_Init();
  
  W25Q64_Init();
  
  printf("芯片ID號:0x%X\n",W25Q64_ReadID());
  
  Infrared_RecvInit();
  
	while(1)
	{
		if(InfraredRecvState)
    {
        InfraredRecvState=0;
        printf("用戶碼:%d,按鍵碼:%d\n",InfraredRecvData[0],InfraredRecvData[2]);
        printf("user反碼:%d,key反碼:%d\n",(~InfraredRecvData[1])&0xFF,(~InfraredRecvData[3])&0xFF);
        BEEP=!BEEP;
        LED0=!LED0;
    }
	}
}

四、擴展提高

如果上面的NEC的解碼思路已經(jīng)看到，程序已經(jīng)可以自己編寫，就可以試著使用STM32的輸入捕獲+定時器方式寫一版解碼代碼，既能更加熟悉NEC協(xié)議、也可以學習STM32定時器捕獲捕獲的用法；也可以做一些小東西來鍛煉，比如：紅外線遙控小車、音樂播放器支持紅外線遙控器切歌，電機的開關(guān)、燈的開關(guān)等等。

搞定協(xié)議解碼之后，我們下一步就是完成自定義的NEC協(xié)議紅外線制作，采用STM32模擬一個萬能紅外線遙控器。

審核編輯：湯梓紅

在光譜中波長自760nm至400um的電磁波稱為紅外線，它是一種不可見光。目前幾乎所有的視頻和音頻設備都可以通過紅外遙控的方式進行遙控，比如電視機、空調(diào)、影碟機等，都可以見到紅外遙控的影子。這種技術(shù)應用廣泛，相應的應用器件都十分廉價，因此紅外遙控是我們?nèi)粘ＴO備控制的理想方式。

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