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紅外遙控器軟件解碼及其應(yīng)用
摘要：通過(guò)對(duì)紅外遙控器各按鍵發(fā)送沖波形的分析可以識(shí)別碼型，從而為軟件解碼提供依據(jù)。本文以實(shí)例介紹紅外遙控器與單片機(jī)的硬件接口，并從原理出發(fā)給出軟件解碼的方法。這是一個(gè)可以直接引用的成功例子，同時(shí)也為各類(lèi)紅外遙控器在單片機(jī)控制產(chǎn)品中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了一個(gè)非常實(shí)用的參考。關(guān)鍵詞：遙控器軟件解碼單片機(jī)
在單片機(jī)控制產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，為了向控制系統(tǒng)軟件控制命令，鍵盤(pán)往往是不可缺少的。傳統(tǒng)方法是利用并行輸入/輸出接口芯片擴(kuò)展一個(gè)鍵盤(pán)接口，或者直接利用單片機(jī)的并行端口進(jìn)行擴(kuò)展。在某些應(yīng)用環(huán)境下，這種方式2個(gè)弊端：①鍵盤(pán)和控制系統(tǒng)連在一起，不靈活，環(huán)境適應(yīng)性差；②浪費(fèi)單片機(jī)的端口，且硬件成本較高。
使用紅外遙控器作為控制系統(tǒng)的輸入設(shè)備，具有成本低、靈活方便的特點(diǎn)。本文目的就在于介紹軟件解碼研究的一般方法和紅外遙控器進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的應(yīng)用技術(shù)。該方法已在多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中成功地實(shí)現(xiàn)，效果良好。
紅外遙控器是一種非常容易買(mǎi)到，且價(jià)格便宜的產(chǎn)品，種類(lèi)很多，但它們都是配合某種特定電子產(chǎn)品的（如各種電視機(jī)、VCD、空調(diào)器等），由專(zhuān)用CPU解碼，作為一般的單片機(jī)控制系統(tǒng)能直接使用。使用現(xiàn)成遙控器作為控制系統(tǒng)的輸入，需要解決如下幾個(gè)問(wèn)題：如何接收紅外遙控信號(hào)；如何識(shí)別紅外遙控信號(hào)；解碼軟件的設(shè)計(jì)。其它的問(wèn)題都是非本質(zhì)的，例如遙控器面板功能鍵標(biāo)注的問(wèn)題，可自行設(shè)計(jì)、重印即可。
1紅外遙控信號(hào)的接收
接收電路可以使用集成紅外接收器成品。接收器包括紅外接收管和信號(hào)處理IC.接收器對(duì)外只有3個(gè)引腳：Vcc、GND和1個(gè)脈沖信號(hào)輸出PO.與單片機(jī)接口非常方便，如圖1所示。
①Vcc接系統(tǒng)的電源正極（+5V）；
②GND接系統(tǒng)的地線（0V）；
③脈沖信號(hào)輸出接CPU的中斷輸入引腳（例如8031的13腳INT1）。采取這種連接方法，軟件解既可工作于查詢(xún)方式，也可工作于中斷方式。
2脈沖流分析
要了解一個(gè)未知的遙控器，首先要分析其脈沖流，從而了解其脈沖波形特征（以何種方式攜帶“0”、“1”信息），進(jìn)而了解其編碼規(guī)律。脈沖流的分析應(yīng)從分析脈沖的高、低電平寬度入手。筆者用軟件的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)脈沖流的分析。以圖1所示的接口為例，如果沒(méi)有紅外遙控信號(hào)到來(lái)，接收器的輸出端口PO保持高電平；當(dāng)接收到紅外遙控信號(hào)時(shí)，接收器件信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖序列加到CPU的中斷輸入引腳。用軟件測(cè)試引腳的邏輯電平，同時(shí)啟動(dòng)TC計(jì)時(shí)器，測(cè)量該引腳分別為邏輯“0”和邏輯“1”情況下的時(shí)間值，存儲(chǔ)起來(lái)，然后打印、分析。下面用8051匯編語(yǔ)言給出對(duì)脈沖流進(jìn)行采集、存儲(chǔ)的程序段：
MOVR0,#00H
MOVR1,#28H
MOVTMOD,#01H
TK:JBP3.3,TK;等待低電平到來(lái)
;測(cè)低電平寬度
TK1:MOVTH0,#00H
MOVTL0,#00H
SETBTR0
TK0:JBTF0,TKE;超時(shí)無(wú)效返回
JNBP3.3,TK2
CLRTR0
MOVA,TH0
MOVX@R0,A
INCR0
MOVA,TL0
MOVX@R0,A
INCR0
;測(cè)高電平寬度
MOVTH0,#00H
MOVTL0,#00H
SETBTR0
TK3:JBTF0,TKE;超時(shí)無(wú)效返回
JBP3.3,TK3
CLRTR0
MOVA,TH0
MOVX@R0,A
INCR0
MOVA,TL0
MOVX@R0,A
INCR0
DJNZR1,TK1;循環(huán)
TKE:RET
這段程序首先將TC0設(shè)置成16位定時(shí)器方式，初始化RAM地址指針R0和循環(huán)計(jì)數(shù)指針R1,每當(dāng)引腳的邏輯電平發(fā)生跳變時(shí)，停止計(jì)時(shí)，將計(jì)時(shí)值保存到連續(xù)的RAM中。這段程序可以連續(xù)測(cè)量40個(gè)脈沖的時(shí)間值（包括40個(gè)低電平脈寬）。筆者以TC9012芯片的遙控器為對(duì)象，采集了所有按鍵的編程脈沖波形，并且對(duì)同一按鍵進(jìn)行了重復(fù)實(shí)驗(yàn)。限于篇幅，采樣數(shù)據(jù)不能給出，僅給出脈沖流的規(guī)律（仿真機(jī)CPU晶振為6MHz）：
①引導(dǎo)脈沖是一個(gè)時(shí)間值為0937H——0957H的低電平和時(shí)間值為084FH——086FH的高電平；
②數(shù)據(jù)脈沖的低電平時(shí)間值約為0.127H——0177H;
③高電平時(shí)間值有2種情況：00BBH——00FFH（窄）、02EFH——0333H（寬）。
由大量數(shù)據(jù)總結(jié)分析，按鍵編碼有如下規(guī)律：
①除引導(dǎo)脈沖外的脈沖是數(shù)據(jù)編碼脈沖，數(shù)據(jù)“位”信息由高電平脈寬決定：窄脈寬表示“0”、寬脈寬表示“1”;
②每個(gè)按鍵的脈沖流譯碼后，包含4個(gè)字節(jié)的信息：
*所有按鍵的前2個(gè)字節(jié)編碼都一樣，都是2個(gè)字節(jié)的“0EH”;
*第3字節(jié)是鍵碼；
*第4字節(jié)是鍵碼的反碼。
經(jīng)過(guò)對(duì)相同按鍵脈沖進(jìn)行多次采樣發(fā)現(xiàn)，相同按鍵脈沖序列的對(duì)應(yīng)位置脈寬時(shí)間值是在一個(gè)小范圍內(nèi)波動(dòng)的（不是一個(gè)確定值），因此，對(duì)模式的識(shí)別不能采取精確比較法。對(duì)此，本人采取模糊的辦法進(jìn)行了抽象處理。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)規(guī)律，將軟件譯碼時(shí)對(duì)脈沖的分析判斷依據(jù)及算法設(shè)計(jì)思想總結(jié)如下：
①引導(dǎo)脈沖的低電平和高電平寬度的判斷依據(jù)是時(shí)間值的“高字節(jié)大于08H”,低字節(jié)忽略；
②數(shù)據(jù)脈沖流的低電平脈寬相同，忽略不判斷；
③高電平脈寬是判斷數(shù)據(jù)流每位是“0”還是“1”的依據(jù)。本人抽取的判斷是脈寬的高字節(jié)若小于2表示“0”,否則表示“1”,脈寬的低字節(jié)忽略。
實(shí)踐證明，上述判據(jù)是有效可行的。這樣處理不僅使解碼軟件的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，而且大大提高了解碼的速度。使用上述判據(jù)編寫(xiě)軟件解碼程序時(shí)，要注意脈沖流采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址與脈沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。軟件主要有如下幾部分：
①判斷遙控信號(hào)的到來(lái)（在解碼前調(diào)用1個(gè)獨(dú)立的子程序）；
②采樣并存儲(chǔ)脈沖流；
③判斷引導(dǎo)脈沖是否有效；
④解碼前2個(gè)字節(jié)并判斷是否為“0EH”;
⑤解碼第3個(gè)字節(jié)，該字節(jié)即為有效鍵碼；
⑥鍵碼的查表映射（如果使用原鍵碼，可省略這一步）。
3解碼軟件的設(shè)計(jì)
基于上述思路設(shè)計(jì)的軟件解碼系統(tǒng)成功地應(yīng)用于多個(gè)控制系統(tǒng)。下面給出一個(gè)實(shí)例（用MCS-51系列MC交通規(guī)則TC9012紅外遙控器進(jìn)行軟件解碼）的匯編語(yǔ)言程序。程序中使用的參數(shù)是針對(duì)MCU使用6MHz晶振的情況，使用其它頻率的晶振，只需修改脈寬判據(jù)即可。為便于理解，盡量保持與原理敘述中的致性，程序中給出了較詳細(xì)的注翻譯，詳見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版。
本文雖然是用MCS-51系列MCU對(duì)TC9012紅外遙控器軟件解碼的研究，但其方法具有一般性。具體的應(yīng)用，可自行變通。
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