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51单片机基础-红外遥控（NEC协议）

news 2025/10/27 9:35:58

第十八章红外遥控实验（NEC协议）

1. 导入

红外遥控是家电最常见的人机交互方式。常用接收头（如 VS1838B、HS0038、TSOP1738）将38kHz调制的载波解调为电平脉冲，单片机只需“测时间、看长短”即可解码。本章以最普及的 NEC 协议为例，采用外部中断 + 定时器测时，完成地址/命令码解码与按键响应。

目标：

认识红外接收头与NEC时序；
配置 INT0（P3.2）捕获下降沿；
使用 Timer0 计时并按阈值解码0/1位；
识别引导码、重复码、32位数据，并验证反码；
用LED/串口显示解码结果，或触发功能。

2. 硬件设计

器件：51单片机（STC89C52 等）、红外接收头（VS1838B/HS0038/TSOP1738）、LED若干（或串口）。
连接（典型接法）：
- 接收头 OUT → P3.2/INT0
- 接收头 VCC → +5V
- 接收头 GND → GND
- 建议近 VCC/GND 处加 0.1µF 去耦电容。
注意：接收头输出为解调后信号，空闲高，收到载波时输出低电平脉冲。

3. NEC 协议速览

帧结构：
- 引导码：9ms 低 + 4.5ms 高（两次下降沿间隔约 13.5ms）
- 数据：32位（LSB先传）= 地址(8) + 地址反码(8) + 命令(8) + 命令反码(8)
- 每位：0/1 皆为 560µs 低，随后空闲高为
  - “0”：约 560µs
  - “1”：约 1.69ms
- 重复码（长按）：9ms 低 + 2.25ms 高 + 560µs 低（相邻下降沿约 11.25ms），不再发送32位数据。
实际解码技巧：
- 仅用“相邻下降沿时间间隔”即可区分：引导（≈13.5ms）、重复（≈11.25ms）、位0（≈1.125ms）、位1（≈2.25ms）。

4. 解码思路

配置 INT0 为下降沿触发。每次下降沿进入中断：
- 读取 Timer0 计数并清零，得到“与上次下降沿的间隔”；
- 首先判断是否为“引导码间隔”→ 进入接收状态，准备收32位；
- 接着的每个间隔判断位宽：≈1.1ms 记为 0，≈2.25ms 记为 1（LSB先）；
- 收满32位后按反码校验，得到地址与命令；
- 若识别到重复码，则认为是“上一个命令的长按重复”。
计时基准：
- 11.0592MHz 时，定时器每计数≈1.085µs。
- 经验阈值（单位：计数tick）：
  - 引导：11000~~14000（≈12~~14ms）
  - 重复： 9500~~12500（≈10~~12.5ms）
  - 位0： 900~~1500（≈1.0~~1.5ms）
  - 位1： 1700~~2600（≈1.8~~2.6ms）
- 不同晶振/接收头可能略有差异，阈值可微调。

5. 完整示例代码（Keil C51，NEC解码 + 串口打印 + LED示例）

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>/* 硬件定义 */
sbit LED = P1^0;      // 指示灯
// 红外接收头 OUT 接 P3.2（INT0），VCC=5V，GND=GND/* 串口（用于打印解码结果，可选） */
void uart_init(void) {TMOD |= 0x20;     // T1方式2TH1  = 0xFD;      // 9600bps @11.0592MHzTL1  = 0xFD;TR1  = 1;SCON = 0x50;      // 8N1，允许接收ES   = 0;         // 此处不使用串口中断EA   = 1;
}
void uart_send_byte(unsigned char ch) {SBUF = ch; while(!TI); TI = 0;
}
void uart_send_str(const char *s){ while(*s) uart_send_byte(*s++); }
void uart_send_hex8(unsigned char v){const char hx[]="0123456789ABCDEF";uart_send_byte(hx[(v>>4)&0xF]); uart_send_byte(hx[v&0xF]);
}/* 简单延时（演示用） */
void delay_ms(unsigned int ms) {unsigned int i,j;for(i=0;i<ms;i++)for(j=0;j<125;j++);
}/* -------- NEC 解码相关 -------- */
/* 阈值（单位：Timer0 tick，~1.085us每tick） */
#define TH_LEAD_MIN  11000u
#define TH_LEAD_MAX  14000u#define TH_REP_MIN    9500u
#define TH_REP_MAX   12500u#define TH_BIT0_MIN    900u
#define TH_BIT0_MAX   1500u
#define TH_BIT1_MIN   1700u
#define TH_BIT1_MAX   2600u#define TH_FRAME_GAP 20000u   // >20ms 视为无效/超时/* 状态机 */
typedef enum {IR_IDLE = 0,IR_RECV_BITS
} ir_state_t;volatile ir_state_t ir_state = IR_IDLE;
volatile unsigned char  ir_bit_index = 0;
volatile unsigned long  ir_shift = 0;   // 按LSB先方式装入
volatile bit            ir_new = 0;     // 获取到完整新码
volatile bit            ir_repeat = 0;  // 重复码标志
volatile unsigned char  ir_addr = 0, ir_addr_n = 0;
volatile unsigned char  ir_cmd  = 0, ir_cmd_n  = 0;
volatile unsigned char  last_cmd = 0, last_addr = 0;/* 定时器与外部中断初始化：T0计时，INT0测下降沿 */
void ir_hw_init(void) {// Timer0: 16位方式1，清零启动作自由计数TMOD = (TMOD & 0xF0) | 0x01;TH0 = 0; TL0 = 0;TR0 = 1;// 外部中断0：下降沿触发IT0 = 1;    // 1=下降沿触发EX0 = 1;    // 允许INT0中断EA  = 1;    // 开总中断
}/* INT0 中断服务：每次下降沿，读取间隔与状态机解码 */
void ext0_isr(void) interrupt 0 {unsigned int dur;// 读取本次距离上一次下降沿的tick数TR0 = 0;dur = ((unsigned int)TH0 << 8) | TL0;TH0 = 0; TL0 = 0;TR0 = 1;// 过长间隔，复位状态if (dur > TH_FRAME_GAP) {ir_state = IR_IDLE;ir_bit_index = 0;return;}// 1) 先判断是否引导码if (dur >= TH_LEAD_MIN && dur <= TH_LEAD_MAX) {ir_state = IR_RECV_BITS;ir_bit_index = 0;ir_shift = 0;return;}// 2) 判断是否重复码（长按）if (dur >= TH_REP_MIN && dur <= TH_REP_MAX) {ir_repeat = 1;ir_new = 1;      // 交给主循环处理（沿用上次命令）return;}// 3) 接收位数据if (ir_state == IR_RECV_BITS) {if (dur >= TH_BIT0_MIN && dur <= TH_BIT0_MAX) {// 位0：装入0// ir_shift |= (0UL << ir_bit_index); // 无需写ir_bit_index++;} else if (dur >= TH_BIT1_MIN && dur <= TH_BIT1_MAX) {// 位1：装入1ir_shift |= (1UL << ir_bit_index);ir_bit_index++;} else {// 无效脉宽，丢弃ir_state = IR_IDLE;ir_bit_index = 0;return;}// 收满32位，拆分与校验if (ir_bit_index >= 32) {unsigned char a, an, c, cn;a  =  (unsigned char)( ir_shift        & 0xFF);an =  (unsigned char)((ir_shift >> 8)  & 0xFF);c  =  (unsigned char)((ir_shift >> 16) & 0xFF);cn =  (unsigned char)((ir_shift >> 24) & 0xFF);// 反码校验（NEC：an=~a, cn=~c）if ((unsigned char)(a ^ an) == 0xFF && (unsigned char)(c ^ cn) == 0xFF) {ir_addr = a; ir_addr_n = an;ir_cmd  = c; ir_cmd_n  = cn;last_addr = a; last_cmd = c;ir_repeat = 0;ir_new = 1;}ir_state = IR_IDLE;ir_bit_index = 0;}}
}/* -------- 应用层示例 -------- */
void main(void) {LED = 1;              // 低有效LED请按实际调整uart_init();          // 打开串口查看解码结果（可不用）ir_hw_init();uart_send_str("NEC IR Decode Start\r\n");while (1) {if (ir_new) {ir_new = 0;if (ir_repeat) {// 重复码：认为长按上次键uart_send_str("REPEAT CMD: 0x"); uart_send_hex8(last_cmd);uart_send_str(" ADDR: 0x");       uart_send_hex8(last_addr);uart_send_str("\r\n");// 示例：长按同样执行上次命令动作// 这里简单闪烁LED以示响应LED = !LED;} else {// 新的完整32位码uart_send_str("ADDR="); uart_send_hex8(ir_addr);uart_send_str(" CMD="); uart_send_hex8(ir_cmd);uart_send_str("\r\n");// 示例：根据命令码执行// 不同遥控器命令码不同，请先观察打印再映射// 例如：若某键CMD=0x45，切换LEDif (ir_cmd == 0x45) {LED = !LED;}}}// 其他任务……}
}

说明：

将接收头 OUT 接到 P3.2（INT0）。若需改口，请同步修改外部中断配置。
阈值为经验值，若解码不稳，请轻微调整 TH_* 宏。
大多数遥控器不同键的命令码不同，先用串口观察，再按需映射到功能。

6. 调试与验证

步骤：
- 确认接收头接线正确、5V供电，靠近板上避免环境光干扰；
- 打开串口助手（9600-8N1），复位单片机；
- 对准接收头按遥控器按键，应看到形如 “ADDR=xx CMD=yy” 的打印；
- 记录常用键的 CMD 值，在代码里映射到相应功能（LED/蜂鸣器/电机等）。
常见问题：
- 无打印：检查 INT0 是否使能，是否设置下降沿；接收头OUT是否接到P3.2。
- 乱码/不稳定：阈值过松或过紧；接收头附近电源滤波不足；强光干扰。
- 只有重复码：遥控器按下过快或只识别到重复帧；靠近一些再试，或加大引导阈值容差。
- 反码校验失败：非NEC遥控或时序判定误差；尝试微调阈值，尤其是位0/1边界。