基于STC單片機的紅外遙控設計

王賽，張立新，王軍昂，吳凱楓，凌云

(南京信息工程大學自動化學院，江蘇南京，210044)

0 引言

紅外線是不可見光，其波長很短，遠遠不及無線電波的波長，因此紅外遙控不會與其它的無線設備進行相互干擾，而且紅外線可以進行一定的折射，卻無法穿透墻壁等障礙物，因此對與其他的家用電器的使用幾乎不會造成影響，這大力支持了紅外遙控的大批量生產以及在家用電器上的普及。目前，脈沖寬度調制（PWM）和脈沖位置調制（PPM）在紅外遙控中應用最為廣泛，其中PWM屬于NEC Protocol，PPM屬于 Philips RC-5 Protocol[2]。

本設計使用STC單片機編寫NEC和RC-5兩種協議，初始時默認協議為NEC協議，不同的按鍵發送相NEC協議對應的碼值，LCD顯示屏上顯示當前的碼型及其客戶碼和數據碼碼值。通過K1按鍵轉換為RC-5協議，不同的按鍵發送相RC-5協議對應的碼值，LCD顯示屏上顯示當前的碼型及其客戶碼和數據碼碼值。

1 紅外遙控協議

1.1 NEC協議

NEC協議由引導碼+客戶碼（8位）+客戶反碼（8位）+數據碼（8位）+數據反碼（8位）組成。客戶反碼和數據反碼是為了校驗發碼的內容是否正確，增加紅外線在傳輸時的可靠性[3]。引導碼由高電平（9ms）+低電平（4.5ms）組成，客戶碼，客戶反碼，數據碼和數據反碼是由邏輯1（0.56ms的高電平+1.68ms的低電平）與邏輯0（0.56ms的高電平+0.56ms的低電平）組成。NEC協議的發送順序為低位在前，高位在后。若程序判斷為連續按鍵，則在發完一幀簡碼108ms后不斷重復發送規定的尾碼，直至按鍵松開。尾碼由高電平（9ms）+低電平（2.25ms）+高電平（0.56ms）+低電平（97.94ms）組成[4]。如圖1所示其碼型圖。

圖1 NEC 碼型圖

1.2 RC-5協議

RC-5協議的數據格式為：起始碼（1位）+拓展碼（1位）+轉換碼（1位）+系統碼（5位）+數據碼（6位）。其發送順序為高位在前，低位在后。這些碼均由邏輯1（0.889ms的低電平+0.889ms的高電平）與邏輯0（0.889ms的高電平+0.889ms的低電平）組成[5]。若程序判斷為連續按鍵，每隔108ms重復發送一幀完整的碼，直至按鍵松開。其碼型圖如圖2所示。

圖2 RC-5 碼型圖

2 系統硬件設計

2.1 MCU主控模塊

STC89C51是此次設計所采用的單片機芯片，它可以在指令編碼上兼容8051系列，還不需要特殊指定的仿真編程器。最小系統的組成十分簡單，其主要組成為時鐘電路，電源電路與復位電路，如圖3所示。

圖3 MCU 主控模塊

2.2 LCD顯示模塊

LCD顯示模塊采用的是LCD1602液晶顯示屏，相比較與數碼管，它更加靈活方便，具用來顯示字母、符號和數字等更流暢，更直觀。LCD1602液晶顯示屏在顯示圖片方面有所不足，因為它每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，但是這樣更有利于行間距和字符間距，而本設計只需要顯示數量較少的文字符號，屬于最佳的選擇。此外，顯示屏共有16個引腳，其引腳功能及原理圖如圖4，圖5所示。

圖4 LCD 引腳功能

圖5 LCD 顯示模塊

2.3 按鍵掃描模塊

按鍵掃描模塊主要由獨立按鍵模塊和4*4矩陣按鍵模塊兩部分組成。獨立按鍵K1主要用來轉換發射的紅外協議類型。上電時，默認為NEC協議，然后通過按下K1按鍵，實現兩種協議的相互轉換。4*4矩陣按鍵S1～S16分別賦予01～0F的數據碼，按下不同的按鍵可以發出相對應的數據碼。獨立按鍵模塊和4*4矩陣按鍵模塊如圖6和圖7所示。

圖6 獨立按鍵模塊

圖7 4*4矩陣按鍵模塊

2.4 紅外發射模塊

采用紅外發光二極管作為本次的紅外發射模塊，該二極管和其他的發光二極管的外觀及其內部構造看上去都一樣，但其使用了特殊的材料制造，只需在驅動管上施加一定頻率的電壓，便能產生調制光。因為紅外遙控抗干擾能力強，電路簡單，對環境影響小，不會影響到臨近的無線電設備，所以普遍適用于大多數家電的控制。本次采用的紅外遙控兩種協議的方波占空比為1/3，且載波頻率為38KHZ。

3 系統軟件設計

系統主要由單片機最小系統，LCD顯示模塊，紅外線發射模塊，按鍵掃描模塊等組成。在程序上電后，程序先初始化，再進行按鍵掃描，若掃描到有按鍵按下，判斷按鍵是否為雙鍵或多鍵（若為雙鍵或多鍵，重新回到按鍵掃描），接著判斷是否為連續按鍵（連續按鍵NEC協議發尾碼，RC-5協議不變），隨后延遲一定時間穩定程序，再判斷發碼的協議類型，最后LCD顯示屏顯示相關數據，紅外發光二極管發送紅外線。其流程圖如圖8所示。

圖8 系統流程圖

4 實驗結果

本設計采用紅外遙控編碼分析儀接收所發射的紅外線，并顯示所發碼值的波形。程序剛上電時，當按鍵按下時，LCD屏顯示如圖9所示。NEC協議客戶碼為12H，S1的數據碼為01H，因此按下S1按鍵發送一幀簡碼12 ED 01 FE，當連續按鍵時，則在108ms后重復發送尾碼；同理S2的數據碼為02H，按下 S2 按鍵發送一幀簡碼 12 ED 02 FD。如圖 10 所示。

圖9 NEC協議LCD顯示

圖10 NEC 協議

若按下K1按鍵（K1按鍵自身不發碼），系統轉換為發送RC-5協議的碼型。同一按鍵，當按鍵按下時，LCD屏顯示如圖11所示，RC-5協議系統碼為00H，S1的數據碼為01H，因此按下S1按鍵發送一幀全碼00 01，當連續按鍵時，則在108ms后重復發送全碼；同理S2的數據碼為02H，按下S2按鍵發送一幀全碼00 02。如圖12所示。

圖11 RC-5協議LCD顯示

圖12 RC-5 協議

5 結論

本設計涵蓋了矩陣按鍵，液晶顯示等多個模塊操作，能夠通過按下不同按鍵發出相對應的正確的紅外遙控碼值，并且能夠通過獨立按鍵改變紅外遙控碼型。通過分析紅外遙控編碼分析儀接收所發射的紅外線，觀察發現達到了預期的效果。