STM32: NEC红外线协议解码(超低成本无线传输方案)

一、环境介绍

MCU: STM32F103ZET6

编程软件环境: keil5

红外线传输协议: NEC协议---38KHZ载波:。NEC协议是红外遥控协议中常见的一种。

解码思路: 外部中断 + 定时器方式

代码风格: 模块化编程，寄存器直接操作方式

二、NEC协议与解码思路介绍

2.1 采用的相关硬件

图1: 这是NEC协议的红外线遥控器: 如果自己手机没有红外线遥控器的功能，可以淘宝上买一个小遥控器来学习测试，成本不高,这个遥控器也可以自己做，能解码当然也可以编码发送，只需要一个红外光发射管即可。

图2: 这是红外线接收头模块。如果自己的开发板没有自带这个接收头，那就单独买一个接收头模块，使用杜邦线接到开发板的IO口上即可用来测试学习，接线很方便。

图3: 这是红外线发射管,如果自己想做遥控器的发射端，自己做遥控器，那么就可以直接购买这种模块即可。

2.2 红外线协议介绍

在光谱中波长自760nm至400um的电磁波称为红外线，它是一种不可见光。红外线通信的例子我们每个人应该都很熟悉，目前常用的家电设备几乎都可以通过红外遥控的方式进行遥控，比如电视机、空调、投影仪等，都可以见到红外遥控的影子。这种技术应用广泛，相应的应用器件都十分廉价，因此红外遥控是我们日常设备控制的理想方式。

红外线的通讯原理： 红外光是以特定的频率脉冲形式发射，接收端收到到信号后，按照约定的协议进行解码，完成数据传输，在消费类电子产品里，脉冲频率普遍采用 30KHz 到 60KHz 这个频段，NEC协议的频率就是38KHZ。 这个以特定的频率发射其实就可以理解为点灯，不要被复杂的词汇难住了，就是控制灯的闪烁频率(亮灭)，和刚学单片机完成闪光灯一样的意思，只不过是灯换了一种类型，都是灯。 接收端的原理: 接收端的芯片对这个红外光比较敏感，可以根据有没有光输出高低电平，如果发送端的闪烁频率是有规律的，接收端收到后输出的高电平和低电平也是有规律对应的，这样发送端和接收端只要约定好，那就可以做数据传输了。

红外线传输协议可以说是所有无线传输协议里成本最低，最方便的传输协议了，但是也有缺点，距离不够长，速度不够快；当然，每个传输协议应用的环境不一样，定位不一样，好坏没法比较，具体要看自己的实际场景选择合适的通信方式。

2.3 NEC协议介绍

NEC协议是众多红外线协议中的一种(这里说的协议就是他们数据帧格式定义不一样，数据传输原理都是一样的)，我们购买的外能遥控器、淘宝买的mini遥控器、电视机、投影仪几乎都是NEC协议。 像格力空调、美的空调这些设备使用的就是其他协议格式，不是NEC协议，但是只要学会一种协议解析方式，明白了红外线传输原理，其他遥控器协议都可以解出来。

下图是NEC协议传输一次数据的完整格式：

NEC协议一次完整的传输包含: 引导码、8位用户码、8位用户反码、8位数据码、8位数据反码。

(注意：下面的解释都是站在红外线接收端的角度来进行说明的，就是解码端的角度)

引导码: 由9ms的高电平+4.5ms的低电平组成。

4个字节的数据: 用户码+用户反码+数据码+数据反码。 这里的反码可以用来校验数据是否传输正确，有没有丢包。

重点: NEC协议传输数据位的时候，0和1的区分是依靠收到的高、低电平的持续时间来进行区分的---这是解码关键。

标准间隔时间：0.56ms

收到数据位0: 0.56ms

收到位1: 1.68ms

所以，收到一个数据位的完整时间表示方法是这样的：

收到数据位0: 0.56m低电平+ 0.56ms的高电平

收到数据位1: 0.56ms低电平+1.68ms的高电平

红外线接收头模块输出电平的原理： 红外线接收头感应到有红外光就输出低电平，没有感应到红外光就输出高电平。

这是使用逻辑分析采集红外线接收头输出的信号:

这是采集红外线遥控器上的LED灯输出电平时序图，刚好和接收端相反：

单片机编写解码程序的时候，常见的方式就是采用外部中断+定时器的方式进行解析，中断可以设置为低电平触发，因为接收头没有感应到红外光默认是输出高电平，如果收到NEC引导码，就会输出低电平，进入到中断服务函数，完成解码，解码过程中开启定时器记录每一段的高电平、低电平的持续时间，按照NEC协议进行判断，完成最终解码。

STM32可以使用输入捕获方式完成解码，其实输入捕获就是外部中断+定时器的组合，只不过是STM32内部封装了一层。

完整keil工程源码下载(解压即可编译运行测试):

https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19863275

外部中断服务器里的解码程序如下(这个在其他单片机上思路是一样的)：

/*

函数功能:  外部中断线9_5服务函数

*/

void EXTI9_5_IRQHandler(void)

{

    u32 time;

    u8 i,j,data=0;

    //清除中断线9上的中断请求

EXTI->PR|=1<<9;

    time=Infrared_GetTime_L();       //得到低电平时间

    if(time<7000||time>10000)return; //标准时间: 9000us

    time=Infrared_GetTime_H();       //得到高电平时间

    if(time<3000||time>5500)return;  //标准时间4500us

    //正式解码NEC协议

    for(i=0;i<4;i++)

    {

        for(j=0;j<8;j++)

        {

             time=Infrared_GetTime_L();       //得到低电平时间

             if(time<400||time>700)return;    //标准时间: 560us

             time=Infrared_GetTime_H();       //得到高电平时间

             if(time>1400&&time<1800)         //数据1 1680us

             {

                data>>=1;

                data|=0x80;

             }

             else if(time>400&&time<700)   //数据0 560us

             {

                data>>=1;

             }

             else return;

        }

        InfraredRecvData[i]=data; //存放解码成功的值

      }

      //解码成功

      InfraredRecvState=1;

}

三、核心完整代码

本程序的解码思路是： 将红外线接收模块的输出脚接到STM32的PB9上，配置STM32的PB9为外部中断模式，下降沿电平触发；如果收到红外线信号就进入到中断服务函数里解码，如果解码过程中发现数据不符合要求就终止解码，如果数据全部符合要求就按照协议接收，直到解码完成，设置标志位，在main函数里打印解码得到的数据。

代码都是模块化编程，阅读起来也很方便。

3.1 红外线解码.c

复制

#include 'nec_Infrared.h'

u8 InfraredRecvData[4]; //存放红外线解码接收的数据

u8 InfraredRecvState=0; //0表示未接收到数据,1表示接收到数据 

/*

函数功能: 红外线解码初始化(接收)

*/

void Infrared_RecvInit(void)

{

    Infrared_Time6_Init(); //定时器初始化

    /*1. 配置GPIO口*/

    RCC->APB2ENR|=1<<3; //PB

    GPIOB->CRH&=0xFFFFFF0F;

    GPIOB->CRH|=0x00000080;

    GPIOB->ODR|=1<<9;

    /*2. 配置外部中断*/

    EXTI->IMR|=1<<9; //外部中断线9，开放中断线的中断请求功能

    EXTI->FTSR|=1<<9; //中断线9_下降沿

    RCC->APB2ENR|=1<<0; //开启AFIO时钟

    AFIO->EXTICR[2]&=~(0xF<<1*4);

    AFIO->EXTICR[2]|=0x1<<1*4;

    STM32_NVIC_SetPriority(EXTI9_5_IRQn,1,1);

}

/*

函数功能: 初始化定时器,用于红外线解码

*/

void Infrared_Time6_Init(void)

{

    RCC->APB1ENR|=1<<4;

RCC->APB1RSTR|=1<<4;

RCC->APB1RSTR&=~(1<<4);

    TIM6->PSC=72-1; //预分频器

    TIM6->ARR=65535;   //重装载寄存器

    TIM6->CR1|=1<<7; //开启缓存功能

  //TIMx->CR1|=1<<0; //开启定时器

}

/*

函数功能: 测量高电平持续的时间

*/

u32 Infrared_GetTime_H(void)

{

    TIM6->CNT=0;

    TIM6->CR1|=1<<0;    //开启定时器

    while(NEC_IR){}     //等待高电平结束

    TIM6->CR1&=~(1<<0); //关闭定时器

    return TIM6->CNT;

}

/*

函数功能: 测量低电平持续的时间

*/

u32 Infrared_GetTime_L(void)

{

    TIM6->CNT=0;

    TIM6->CR1|=1<<0;    //开启定时器

    while(!NEC_IR){}     //等待低电平结束

    TIM6->CR1&=~(1<<0); //关闭定时器

    return TIM6->CNT;

}

/*

函数功能:  外部中断线9_5服务函数

*/

void EXTI9_5_IRQHandler(void)

{

    u32 time;

    u8 i,j,data=0;

    //清除中断线9上的中断请求

EXTI->PR|=1<<9;

    time=Infrared_GetTime_L();       //得到低电平时间

    if(time<7000||time>10000)return; //标准时间: 9000us

    time=Infrared_GetTime_H();       //得到高电平时间

    if(time<3000||time>5500)return;  //标准时间4500us

    //正式解码NEC协议

    for(i=0;i<4;i++)

    {

        for(j=0;j<8;j++)

        {

             time=Infrared_GetTime_L();       //得到低电平时间

             if(time<400||time>700)return;    //标准时间: 560us

             time=Infrared_GetTime_H();       //得到高电平时间

             if(time>1400&&time<1800)         //数据1 1680us

             {

                data>>=1;

                data|=0x80;

             }

             else if(time>400&&time<700)   //数据0 560us

             {

                data>>=1;

             }

             else return;

        }

        InfraredRecvData[i]=data; //存放解码成功的值

      }

      //解码成功

      InfraredRecvState=1;

}

poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

3.2 主函数.c

#include 'stm32f10x.h'

#include 'led.h'

#include 'delay.h'

#include 'key.h'

#include 'usart.h'

#include 'at24c02.h'

#include 'W25Q64.h'

#include 'spi.h'

#include 'nec_Infrared.h'

int main()

{

LED_Init();

BEEP_Init();

KeyInit();

  USARTx_Init(USART1,72,115200);

  IIC_Init();

  W25Q64_Init();

  printf('芯片ID号:0x%Xn',W25Q64_ReadID());

  Infrared_RecvInit();

while(1)

{

if(InfraredRecvState)

    {

        InfraredRecvState=0;

        printf('用户码:%d,按键码:%dn',InfraredRecvData[0],InfraredRecvData[2]);

        printf('user反码:%d,key反码:%dn',(~InfraredRecvData[1])&0xFF,(~InfraredRecvData[3])&0xFF);

        BEEP=!BEEP;

        LED0=!LED0;

    }

}

}

poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

四、扩展提高

如果上面的NEC的解码思路已经看到，程序已经可以自己编写，就可以试着使用STM32的输入捕获+定时器方式写一版解码代码，既能更加熟悉NEC协议、也可以学习STM32定时器捕获捕获的用法；也可以做一些小东西来锻炼，比如：红外线遥控小车、音乐播放器支持红外线遥控器切歌，电机的开关、灯的开关等等。

搞定协议解码之后，我们下一步就是完成自定义的NEC协议红外线制作，采用STM32模拟一个万能红外线遥控器。