【51单片机】第十七讲红外通信#

2024.2.2日更新

一、使用模块#

红外遥控#

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。
红外LED波长：940nm，红外信号属于电磁波
通信协议标准：NEC标准

红外接收管#

二、原理部分#

一、红外通信的原理#

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
总而言之，只有红外LED发送38KHZ的闪烁信号时，红外接收头OUT引脚才会对外输出低电平信号
红外发送–红外接收的本质是调制和解调，在这种条件下，可以过滤掉自然界中的“噪声信号”，只有38KHZ附近的红外信号才能被红外接收头识别转换为对应的低电平。

转换示意图：
1.红外LED发出的信号

2.红外接收头发出的信号

其中，红外接收头发出的低电平信号的宽度等价于红外LED发送的38KHz信号的时间。

二、NEC通信的原理#

一、红外NEC协议#

在51单片机中，使用NEC通信协议，虽然NEC标准上要求（比如说Start信号）低电平持续时间9ms,高电平持续时间4.5ms，但是stc89c52用红外通信要使用到外部中断，外部中断检测方式有两种：低电平/下降沿，我们这里使用下降沿检测方式，一个完整的Start信号，包含两个下降沿，即触发两次中断，所以只要从第一次中断开始起始，第二次中断判断时间长度，即可分辨是Start还是Repeat信号。

二、NEC编码#

NEC编码包括地址码和命令码，其中地址吗和命令码都会进行一次反码校验。因此，一段完整的NEC数据码一共有4个字节，32位bit

遥控器键码

这里，我们定义地址码为Address,命令码为Command, 完整的数据码为DATA，如果我们按下0,那么发送的Address=0x00; Command =0x16; 那么DATA一共包含0X00,0XFF,0X16,~0X16四个字节的先后数据。

三、外部中断的原理#

STC89C52有四个外部中断
STC89C52外部中断有两种方式：下降沿/低电平触发
中断号

外部中断配置的寄存器：

三、代码部分#

重要调试过程#

11.0592MHZ和12MHZ的定时器计数速率不一致，硬件电路或者程序运行速度相关问题，可能导致实际的（比如Start命令）宽度并不是很接近于标准的通信协议，需要我们自己去调试，这里我在调试的过程中遇到了一些问题，以下为相关代码和解决方法

外部中断

1
#include <REGX52.H>
2
#include "Timer0.h"
3
#include "Delay.h"
4
#include "LCD1602.h"
5
#include "INT0.h"
6

7
unsigned char Num;
8
void main()
9
{
10
  LCD_Init();
11
  Int0_Init();
12
  while(1)
13
  {
14
    LCD_ShowNum(1,1,Num,2);
15
  }
16
}
17

18
void Int0_Rountine(void)  interrupt 0
19
{
20
  Num++;
21
}

1
#include <REGX52.H>
2

3
/**
4
  * @brief
5
  * @param
6
  * @retval
7

8
  */
9

10
void Int0_Init(void)    //@11.0592MHz
11
{
12
  IT0=1;
13
  IE0=0;
14
  EX0=1;
15
  EA=1;
16
  PX0=1;
17
}
18

19
/*
20
void Int0_Rountine(void)  interrupt 0;
21
{
22

23
}
24
*/

Timer0计时模块编写,用作跟红外通信相关的编码时序计时

1
#include <REGX52.H>
2

3

4
void Timer0_Init(void)    //@11.0592MHz
5
{
6
  TMOD &= 0xF0;
7
  TMOD |= 0x01;
8
  TL0 = 0x00;
9
  TH0 = 0x00;
10
  TF0 = 0;
11
  TR0 = 0;
12
  ET0=1;
13
  EA=1;
14
  PT0=0;
15
}
16

17
void Time0_SetCounter(unsigned int Number)
18
{
19
  TL0=0x0F&Number;
20
  TH0=0xF0&Number;
21
}
22

23
unsigned int Time0_GetCounter()
24
{
25
  unsigned int number;
26
  number=TL0+TH0;
27
  return number;
28
}
29

30
void Time0_Run(unsigned char Flag)
31
{
32
  if(Flag)
33
  {
34
    TR0=1;
35
  }
36
  else
37
  {
38
    TR0=0;
39
  }
40
}
41
/*定时器中断函数模板
42
void Timer0_Routine() interrupt 1 //中断子程序
43
{
44

45
    static unsigned int T0Count;//静态局部变量，保证退出函数之后不销毁
46
    TL0 = 0x66;        //设置定时初始值
47
    TH0 = 0xFC;        //设置定时初始值
48
    T0Count++;//每次进入中断子程序，秒控制器自加一
49
    if(T0Count>=1000)//每1s执行对P2_0的操作
50
    {
51
      T0Count=0;
52
      P2_0 =~P2_0;
53
    }
54
}
55
*/

红外通信模块

测试结果：红外可以接收，但是无法发送起始命令（按下按键后，LED不亮）
问题分析：计时器计数的时长不在我们 > if(IR_Time>=13500-500 && IR_Time<=13500+500) < 语句的判断范围内
解决方案：修改if语句的判断范围，使之能检测到Start命令，并用LCD1602显示定时器发送Start命令实际的定时器计数数值IR_Time。

1
#include <REGX52.H>
2
#include "Timer0.h"
3
#include "INT0.h"
4

5
unsigned char IR_ADDRESS;
6
unsigned char IR_State;
7
unsigned char IR_Time;
8

9
void IR_Init()//红外中断初始化
10
{
11
  Timer0_Init();
12
  Int0_Init();
13
}
14

15
void Int0_Rountine(void)  interrupt 0 //外部中断函数，使用状态机方法
16
{
17
  if(IR_State

测试定时器是否正常计数
问题1：延时函数用到12MHZ,需要改写
问题2: Timer0模块多个函数编写存在问题

1
#include <REGX52.H>
2
#include "Timer0.h"
3
#include "Delay.h"
4
#include "LCD1602.h"
5
#include "INT0.h"
6
#include "IR.h"
7

8
unsigned char Num;//Num只能到255
9
void main()
10
{
11
  LCD_Init();
12
  Timer0_Init();
13
  Timer0_SetCounter(0);
14
  Timer0_Run(1);
15
  Delay(1);
16
  LCD_ShowNum(1,1,Timer0_GetCounter(),5);
17
  while(1)
18
  {
19

20
  }
21
}

修改后，再次测试…
延时13ms观察定时器计数，通过LCD可以看到,13ms对应的计数居然是12076, 不符合12MHZ的通信要求，由此，我们要重新运算通信时序时长

使用时间转换器Timer0_usCount ，对比结果，显示真实的13500ms对应的定时器计数值

1
#include <REGX52.H>
2
#include "Timer0.h"
3
#include "Delay.h"
4
#include "LCD1602.h"
5
#include "INT0.h"
6
#include "IR.h"
7

8
unsigned char Num;
9
void main()
10
{
11
  LCD_Init();
12
  Timer0_Init();Timer0_SetCounter(0);Timer0_Run(1);
13
  Delay(13);
14
  LCD_ShowNum(1,1,Timer0_GetCounter(),5);
15
  LCD_ShowNum(2,1,Timer0_usCount(0x66,0xCF),5);
16
  while(1)
17
  {
18

19
  }
20
}

实际红外管，起始命令的时长为”12926”

1
#include <REGX52.H>
2
#include "Timer0.h"
3
#include "INT0.h"
4
#include "LCD1602.h"
5

6
unsigned char IR_ADDRESS;
7
unsigned char IR_State;
8

9
//unsigned char IR_Time; 错误！！！这里定义为字符类型，对应的数值仅有255，对应的13500无法赋值给IR_Time
10
unsigned int IR_Time;
11

12
void IR_Init()//红外中断初始化
13
{
14
  Timer0_Init();
15
  Int0_Init();
16
}
17

18
void Int0_Rountine(void)  interrupt 0 //外部中断函数，使用状态机方法
19
{
20
  if(IR_State

经过对代码的修改后，将程序烧录到单片机上，在LCD1602上显示能够进入>if(IR_Time>12926-500 && IR_Time<12926+500)语句的命令时长<

IR_Time在12926附近浮动，可见用标准的13500作为代码中的时长判断并不合适，同理，后续的其他命令时长（低电平/高电平/Repeat/)也用这种方法测试（调大判断范围、显示真实时长、修改合适的范围）

一、外部中断#

1.外部中断寄存器配置

1
#include <REGX52.H>
2

3
/**
4
  * @brief
5
  * @param
6
  * @retval
7

8
  */
9

10
void Int0_Init(void)    //@11.0592MHz
11
{
12
  IT0=1;//下降沿触发中断
13
  IE0=0;
14
  EX0=1;
15
  EA=1;
16
  PX0=1;
17
}
18

19
/*
20
void Int0_Rountine(void)  interrupt 0;
21
{
22

23
}
24
*/

2.对定时器0进行重编写

1
#include <REGX52.H>
2

3

4
void Timer0_Init(void)    //@11.0592MHz
5
{
6
  TMOD &= 0xF0;
7
  TMOD |= 0x01;
8
  TL0 = 0x00;
9
  TH0 = 0x00;
10
  TF0 = 0;
11
  TR0 = 0;
12
  ET0=1;
13
  EA=1;
14
  PT0=0;
15
}
16

17
///TH0 TL0不能随便给Number的，有高低位之分！
18
void Timer0_SetCounter(unsigned int Number)
19
{
20
  TH0=Number/256;
21
  TL0=Number%256;
22
}
23

24
//!!!
25
unsigned int Timer0_GetCounter(void)
26
{
27
  //number=TL0+TH0;
28
  return (TH0<<8)|TL0;
29
}
30

31
//!!!
32
void Timer0_Run(unsigned char Flag)
33
{
34
//  if(Flag)
35
//  {
36
//    TR0=1;
37
//  }
38
//  else
39
//  {
40
//    TR0=0;
41
//  }
42
  TR0=Flag;
43
}
44

45
unsigned int Timer0_usCount(unsigned int TL,unsigned int TH)//时间转换器
46
{
47
  unsigned int us = (0xFF-TH)*16*16 + (0xFF-TL);
48
  return us;
49
}
50

51
/*定时器中断函数模板
52
void Timer0_Routine() interrupt 1 //中断子程序
53
{
54

55
    static unsigned int T0Count;//静态局部变量，保证退出函数之后不销毁
56
    TL0 = 0x66;        //设置定时初始值
57
    TH0 = 0xFC;        //设置定时初始值
58
    T0Count++;//每次进入中断子程序，秒控制器自加一
59
    if(T0Count>=1000)//每1s执行对P2_0的操作
60
    {
61
      T0Count=0;
62
      P2_0 =~P2_0;
63
    }
64
}
65
*/

3.红外通信模块

1
#include <REGX52.H>
2
#include "Timer0.h"
3
#include "INT0.h"
4

5

6
//unsigned char IR_Time; 错误！！！这里定义为字符类型，对应的数值仅有255，对应的13500无法赋值给IR_Time
7
unsigned int IR_Time;
8
unsigned char IR_State;
9

10
unsigned char IR_Data[4];
11
unsigned char IR_Data_p;
12

13
unsigned char IR_DataFlag;
14
unsigned char IR_RepeatFlag;
15

16
unsigned char IR_Address;
17
unsigned char IR_Command;
18

19

20

21

22
void IR_Init()//红外中断初始化
23
{
24
  Timer0_Init();
25
  Int0_Init();
26
}
27

28
unsigned char IR_GetAdress(void)
29
{
30
  return IR_Address;
31
}
32

33
unsigned char IR_GetCommand(void)
34
{
35
  return IR_Command;
36
}
37

38
unsigned char IR_GetDataFlag(void)
39
{
40
  unsigned int Flag = IR_DataFlag;
41
  IR_DataFlag=0;
42
  return Flag;
43
}
44

45
unsigned char IR_GetRepeatFlag(void)
46
{
47
  unsigned int Flag = IR_RepeatFlag;
48
  IR_RepeatFlag=0;
49
  return Flag;
50
}
51

52

53
void Int0_Rountine(void)  interrupt 0 //外部中断函数，使用状态机方法
54
{
55
  if(IR_State

3.主函数
运行问题1：在没有>IR_GetDataFlag()||IR_GetRepeatFlag()<的情况下，按下对应的红外按键也会产生连加的现象，这里
// if(Command==0x15)
// {
// Num–;
// }
// if(Command==0x09)
// {
// Num++;
// }跳出了>if(IR_GetDataFlag())，只要红外遥控发出信号，红外发送管会产生对应的数据码，只要红外发送管产生单个方波信号，NUM也能自加，正确情况下应该是产生完整的数据码，然后标志位=1，NUM才能加一，这里出现了代码书写逻辑的错误<

1
#include <REGX52.H>
2
#include "LCD1602.h"
3
#include "IR.h"
4

5
unsigned char Num;
6
unsigned char Command,Address;
7
void main()
8
{
9
  LCD_Init();
10
  IR_Init();
11
  LCD_ShowString(1,1,"ADR  COM  NUM");//tab键会被识别
12
  LCD_ShowHexNum(2,1,00,2);
13
  LCD_ShowHexNum(2,6,00,2);
14
  LCD_ShowNum(2,11,00,3);
15
  while(1)
16
  {
17
    if(IR_GetDataFlag()||IR_GetRepeatFlag())//IR_GetRepeatFlag连加标志位
18
    {
19
      Command=IR_GetCommand();
20
      Address=IR_GetAdress();
21
      LCD_ShowHexNum(2,1,Address,2);
22
      LCD_ShowHexNum(2,6,Command,2);
23
      if(Command

修改完成后，运行正常

现象：按下对应的按键，LCD1602上会显示对应的地址码，键码，以及NUM，按下控制NUM加减的按键，NUM会正确地进行自加减，并且具备连加/减地功能
本程序用到了大量函数封装的方法，便于我们进行调用以及参数的判断，模块化编程极大地优化了代码的结构以及可移植性

二、红外通信+PWM控制电机转速#

1.主函数
由于红外通信和PWM都要用到定时器/中断，这里同时使用到STC89C52中的定时器0和定时器1，使用定时器/红外中断时要注意区分优先级

1
#include <REGX52.H>
2
#include "IR.h"
3
#include "Timer1.h"
4
#include "Nixie.h"
5
#include "Motor.h"
6

7
unsigned char Num;
8
unsigned char Command,Address;
9
unsigned char Speed;
10

11
void main()
12
{
13
  Motor_Init();
14
  IR_Init();
15
  while(1)
16
  {
17
    Command=IR_GetCommand();
18
    if(IR_GetDataFlag())
19
    {
20
      if(Command==IR_VOL_ADD)
21
      {
22
        Speed++;
23
        Speed%=4;
24
      }
25
    }
26
    switch(Speed)
27
    {
28
      case 0:Motor_CompareSet(0);break;
29
      case 1:Motor_CompareSet(50);break;
30
      case 2:Motor_CompareSet(75);break;
31
      case 3:Motor_CompareSet(100);break;
32
    }
33
    Nixie(1,Speed);
34
  }
35
}

2.直流电机模块（定时器1）
这里将占空比封装成函数
思考：直接将子模块中的参数封装成函数，和直接调用全局变量的区别？
封装成函数更便于调用

1
#include <REGX52.H>
2
#include "Timer1.h"
3

4

5
unsigned char Count,Compare;
6

7
sbit Motor = P1^3;
8

9
void Motor_Init(void)
10
{
11
  Timer1_Init();
12
}
13

14
void Motor_CompareSet(unsigned char num)//占空比设置
15
{
16
  Compare=num;
17
}
18

19

20
void Timer1_Routine() interrupt 3 //PWM控速
21
{
22
    TL1 = 0x9C;
23
    TH1 = 0xFF;
24
    Count++;
25
    Count%=100;
26
    if(Count<Compare)
27
    {
28
      Motor=1;
29
    }
30
    else
31
    {
32
      Motor=0;
33
    }
34
}

现象：按下红外遥控上对应的按键，直流电机速度发生变化

【51单片机】第十七讲 红外通信#