黃 華，李曉鋒,曾小寶

(張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 張家界 427000)

0 引言

紅外線是光譜中波長為0.76～1.5μm的一段不可見光，紅外光波長短、方向性好，對復(fù)雜電磁環(huán)境不敏感，通常使用的紅外發(fā)射器件(紅外發(fā)光管)與紅外接收器件(光敏二極管、三極管)的發(fā)光與受光峰值波長一般在0.8～0.94μm，二者的光譜正好重合，能夠很好的匹配[1]。利用紅外光的這種特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的直接數(shù)據(jù)傳輸，可以獲得較高的傳輸效率及可靠性，因此廣泛用于紅外遙控系統(tǒng)。目前采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)紅外解碼已經(jīng)得到普遍運(yùn)用，但大多采用中斷加延時(shí)等待的方法實(shí)現(xiàn)，但在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中通常不能長時(shí)間地延時(shí)等待，這使得該方法使用范圍受到限制。筆者研究使用賽元推出的低成本單片機(jī)SC92F8463B結(jié)合有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)紅外解碼，具有較少資源占用和高可靠性的特點(diǎn)。

1 SC92F846x簡介

SC92F8463B是一顆增強(qiáng)型的高速1T 8051內(nèi)核工業(yè)級集成觸控按鍵功能的Flash微控制器，指令系統(tǒng)完全兼容傳統(tǒng)8051產(chǎn)品系列。SC92F8463B內(nèi)部集成有16 Kbytes Flash ROM、1 Kbytes SRAM 、128 bytes EEPROM、最多26個(gè)GPI/O、13個(gè)IO可外部中斷、3個(gè)16位定時(shí)器、11路12位高精度ADC、6路獨(dú)立10位PWM、內(nèi)部1%高精度高頻12/6/2 MHz振蕩器和4%精度低頻128K振蕩器、可外接晶體振蕩器、一個(gè)UART，一個(gè)UART/SPI/IIC三選一通信口SSI。SC92F8463B具有非常優(yōu)異的抗干擾性能和性能極好的觸控按鍵性能，非常適合應(yīng)用于各種使用場合的觸控按鍵和主控控制，如大小智能家電和智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、無線通訊、游戲機(jī)等工業(yè)控制和消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域。

2 紅外遙控協(xié)議

不同公司在紅外遙控中采用了不同的編碼格式，其中比較常用的是NEC標(biāo)準(zhǔn)。遙控器采用頻率為38 kHz、占空比為1/3的紅外光發(fā)射編碼信號，編碼信號由引導(dǎo)碼、客戶碼、客戶反碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼組成。引導(dǎo)碼由9 ms的載波和4.5 ms的SPACE信號組成?？蛻舸a及客戶反碼16位、數(shù)據(jù)碼及數(shù)據(jù)反碼16位，共32位，客戶碼用于區(qū)別不同的紅外遙控設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼的相互干擾，后16位為8位的操作碼和8位的操作反碼，用于核對數(shù)據(jù)是否接收正確，接收端依據(jù)數(shù)據(jù)碼的值判斷應(yīng)該執(zhí)行何種操作。NEC協(xié)議典型的編碼脈沖如圖1所示。

在編碼信號中，邏輯1采用560μs的載波和1.69 μs的SPACE信號表示，邏輯0采用560μs的載波和560μs的SPACE信號組成，如圖2、圖3所示。

圖1 NEC標(biāo)準(zhǔn)的紅外碼

圖2 邏輯1的定義

圖3 邏輯0的定義

NEC協(xié)議還規(guī)定，若按鍵超過108 ms仍未松開，將每隔108 ms發(fā)送一個(gè)Repeat Code信號，信號由9ms的起始碼和2.5 ms的SPACE信號組成，如圖4所示。

圖4 Repeat Code的定義

3 紅外解碼的有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用一體化紅外接收頭接收紅外遙控信號，接收頭檢測到38kHz的載波信號后，將輸出高電平，因此紅外解碼的關(guān)鍵是檢查接收頭輸出引腳的電平變化，并識別信號高低電平持續(xù)時(shí)間。

本方案中使用SC92F8463B的外部中斷檢測引腳電平變化，在后臺啟動一個(gè)定時(shí)器用于計(jì)時(shí)。SC92F8463B的外部中斷相對于傳統(tǒng)51單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于可以設(shè)置為下降沿、上升沿和雙沿觸發(fā)，在中斷處理程序中，清0計(jì)時(shí)器，并改變觸發(fā)邊沿設(shè)置，在下一次觸發(fā)中斷時(shí)，計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)值就是一個(gè)電平的持續(xù)時(shí)間。采用有限狀態(tài)機(jī)進(jìn)行紅外解碼時(shí)，需要根據(jù)紅外遙控協(xié)議設(shè)計(jì)多個(gè)狀態(tài)，每一個(gè)狀態(tài)代表已經(jīng)檢測到某一個(gè)信號，在中斷服務(wù)程序中，根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)和電平持續(xù)時(shí)間來判斷是否協(xié)議規(guī)定時(shí)間，并轉(zhuǎn)移到新的狀態(tài)。

根據(jù)NEC的編碼規(guī)范，筆者設(shè)計(jì)出如圖5所示的紅外解碼狀態(tài)圖。圖中IDLE_STATE狀態(tài)代表空閑，沒有檢測到紅外信號。下降沿觸發(fā)中斷，轉(zhuǎn)移到RECEIVE 9MS LEADING狀態(tài)，該狀態(tài)代表已經(jīng)檢測到紅外信號，并期待9ms的引導(dǎo)電平，RECEIVE 4.5 ms SPACE狀態(tài)代表已經(jīng)接收到9ms LEADING，期待4.5ms的SPACE信號，Receive 32bit Data狀態(tài)作為一個(gè)過渡狀態(tài)，進(jìn)入到1、0 Identtify狀態(tài)，判斷SPACE的長度進(jìn)而識別邏輯1或0，32bit識別完成后，回到IDLE_STATE狀態(tài)，完成一次紅外解碼，設(shè)置標(biāo)志變量，通知用戶程序處理紅外遙控命令[2]。狀態(tài)圖中也引入了RECEIVE Repaeat Code用于識別重復(fù)按鍵信號。

圖5 紅外解碼狀態(tài)圖

4 解碼程序

根據(jù)狀態(tài)圖，可以較容易地實(shí)現(xiàn)紅外解碼的中斷處理函數(shù)。關(guān)鍵代碼如下所示，因?yàn)槠拗?，所附代碼中省略了部分狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)。代碼中有幾點(diǎn)值得特別說明，第一，每次中斷通過取反INT1F、INT1R改變了中斷觸發(fā)的邊沿；第二，電平持續(xù)時(shí)間是通過讀取TH0、TL0實(shí)現(xiàn)的；第三，電平持續(xù)時(shí)間判斷是將其與一個(gè)范圍比較，以提高程序的抗干擾能力。

void irdecode_isr(void) interrupt 2

{

static unsigned char ir_receive_bits=0;

unsigned char i=0;

uint16_t interval=MAKEWORD(TH0,TL0);//捕捉兩次中斷之間的時(shí)間

TL0=0;TH0=0;//清零計(jì)數(shù)器,

INT1F^=(1<<0);//改變電平觸發(fā)邊沿

INT1R^=(1<<0);

switch(ir_decode_state)

{

case eIR_IDLE://此狀態(tài)下，引腳為高電平，等待下降沿觸發(fā)中斷

ir_decode_state=eIR_LEADING_9MS;

break;

case eIR_LEADING_9MS:

if(interval>8000 && interval<10000){

ir_decode_state=eIR_LEADING_4MS5;

}else{

ir_decode_state=eIR_IDLE;

}

break;

...

case eIR_IDENTIFY_1or0:

i=ir_receive_bits>>3;

ir_receive_buffer[i]>>=1;

if(interval>1380&&interval<1980)

{//1.6785ms

ir_receive_buffer[i]|=0x80;

}

++ir_receive_bits;

ir_decode_state=eIR_32BIT_DATA;

break;

}

}

5 結(jié)語

本紅外解碼方案采用有限狀態(tài)機(jī)技術(shù)，避免了長時(shí)間的延時(shí)，有效地提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；方案使用的硬件資源只有一個(gè)雙沿觸發(fā)的外部中斷引腳和一個(gè)定時(shí)器資源，這在各種低成本單片機(jī)中都是標(biāo)配硬件資源，可移植性強(qiáng)。