基于STM32F4的紅外控制

紅外控制原理

從紅外接收頭接收到的編碼可以看出，-幀編碼以引導碼開始，然後跟随32位的系統和資料碼。引導碼是以下降沿開始，按照輸入捕獲的原理，在引導碼的第一個下降沿到來時,将此時的計數值捕獲，第二個下降沿到來時，再次捕獲計數值,計算第二次 的計數值和第一次計數值的內插補點，如果內插補點時間在13.5ms附近(編碼時間上會有一定誤差)，則認為是引導碼,例如時間差Δt在13ms-14ms之間,則認為是引導碼。同理,如果時間差Δt在1ms-1.3ms之間，則認為時編碼‘0’，如果時間差Δt在2ms-2.5ms之間，則認為時編碼‘1’。 還要注意的是，計數內插補點機關是個數，而兩次紅外編碼兩次下降沿時間間隔機關為ms，它們相比較需要機關統一，是以要将計數內插補點轉換為ms或者将ms轉換成內插補點個數，轉換時需要用到定時器驅動時鐘的周期，如果将ms轉換為個數，則隻需要将兩次下降沿時間差除以時鐘周期即可得到個數，如果将個數轉換為ms，則隻需将內插補點個數乘以時鐘周期即可得到ms的機關時間差。

接收端接收到碼除引導碼外有32位二進制碼組成，其中前16位為使用者識别碼，能差別不同的電器裝置，防止不同機種遙控碼互相幹擾。後16位為8位操作碼(功能碼)及其反碼，可以進行編碼的校驗。發射端發射的碼和接收端的碼波形是相反的。遙控器在按鍵按下後，周期性地發出同一種32位二進制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續時間随它包含的二進制“0”和“1”的個數不同而不同,大約在45-63ms之間, 下圖為接收波形圖。

按鍵擡起檢測

當一個鍵按下超過36ms，振蕩器使晶片激活，将發射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發射代碼由一個引導碼(9ms) ,一個結果碼(4. 5ms) ,低8位位址碼(9ms-18ms) ,高8位位址碼(9ms-18ms) , 8位資料碼(9ms-18ms)和這8位資料的反碼(9ms-18ms) 組成。如果鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發射的代碼(連發碼)将僅由起始碼(9ms) 和結束碼(2. 25ms)組成。

定時器的捕獲

STM32F4除了定時5和6不能捕獲外，其他的定時器都可一進行捕獲，即捕獲脈沖波形的下降沿或者是上升沿。

下圖是定時器捕獲紅外編碼原理，其中定時器先進行（168-1）的分頻，時鐘頻率為84MHz，即2us定時器加1，定時器自動重裝為0xFFFF，即溢出時間約為65536*2us = 131ms，以使得定時器可以在1-2個定時器溢出周期獲得紅外編碼。

定時器捕獲共有兩種情況，第一種情況是在一個定時器溢出周期能夠采集完，即兩次捕獲的下降沿時間為t2 - t1，第二種情況是在第二個定時器溢出周期獲得紅外編碼，那麼他的捕獲下降沿的時間差為0xFFFF - t3 + t4。

定時器的配置和紅外解碼源碼

下面是定時器的的配置函數

Remote_Init

.采用定時器3的channel3進行捕獲，并對IO口進行複用，系統時鐘為84MHz，溢出時間為2us。

//紅外遙控初始化
//設定IO以及TIM3_CH3的輸入捕獲
void Remote_Init(void)    			  
{		
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_ICInitTypeDef  TIM_ICInitStructure;  
 
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE); //使能PORTB時鐘 
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);	//TIM3 時鐘使能 

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;			// PB0 輸入 
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; 		// 上拉輸入 
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
 	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);	//初始化GPIOB0
	
	GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource0, GPIO_AF_TIM3); //GPIOB0複用為TIM3
						  
 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xffff; 			//設定計數器自動重裝值 最大131ms溢出  
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = (176 - 1); 	//預分頻器,2us加1.t = (arr+1)*(psc+1)/84000000	   	
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //設定時鐘分割:TDTS = Tck_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計數模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根據指定的參數初始化TIMx

    TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_3;  // 選擇輸入端 IC3映射到TI3上
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Falling;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;	 //配置輸入分頻,不分頻 
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;	//IC4F=0011 配置輸入濾波器 8個定時器時鐘周期濾波
    TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);		//初始化定時器輸入捕獲通道
	
	TIM_ITConfig( TIM3,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC3,ENABLE);//允許更新中斷 ,允許CC4IE捕獲中斷
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE ); 	//使能定時器3
	
	TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_IT_CC3|TIM_IT_Update);
	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  //TIM3中斷
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  //先占優先級1級
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //從優先級3級
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根據NVIC_InitStruct中指定的參數初始化外設NVIC寄存器	
}
           

下面是定時器3的回調函數

TIM3_IRQHandler

.分别進入定時器3的溢出中斷和捕獲中斷對紅外遙控器進行解碼。

void TIM3_IRQHandler(void)
{ 		    	 
 
	if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_CC3) != RESET)
	{
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_CC3);
		IR_Up = 0;								// 每次進入捕獲中斷就清除溢出次數計數值
		IR_ThisPulse = TIM_GetCapture3(TIM3);	// 擷取通道3的捕獲值
		
		if(IR_ThisPulse > IR_LastPulse)			// 這次捕獲的值大于上次捕獲的值
		{
			IR_PulseSub = IR_ThisPulse - IR_LastPulse;	// 得到時間差
		}
		else									// 小于時要加上0xffff
		{
			IR_PulseSub = 0xffff - IR_LastPulse + IR_ThisPulse;	// 得到時間差
		}
		IR_LastPulse = IR_ThisPulse;			// 将本次得到值作為下一次編碼的前一個值
		IR_PulseCnt++;					// 解碼位數加1
		if(IR_PulseCnt == 2)
		{
			if((IR_PulseSub > 6000) && (IR_PulseSub < 8000))	// 引導碼範圍，13.5ms 13.5ms/2us = 6750
			{
				IR_Sta = 0x01;			// 标志位為1， 表示引導碼已經收到
			}
			else
				IR_PulseCnt = 0;		// 如果時間差沒有在引導碼範圍内，中斷次數清零，重新編碼
		}
		if((IR_PulseCnt > 2) && (IR_Sta == 0x01))	// 中斷次數大于2，并且引導碼已經解完
		{
			IR_Code <<= 1;				// 存儲紅外編碼的寄存器向左移一位， 以便于存儲下一位放到最低位
			if((IR_PulseSub > 450) && (IR_PulseSub < 700))	// 編碼‘0’範圍， 1.125ms	1.125/2us = 562.5
			{
				IR_Code |= 0x00;		// 存儲0
			}
			else if((IR_PulseSub > 800) && (IR_PulseSub) < 1300) // 編碼‘1’範圍， 2.25ms	2.25/2us = 1125
			{
				IR_Code |= 0x01;		// 存儲1
			}
			else				// 如果不是0碼也不是1碼， 變量清零，重新解碼
			{
				IR_Sta = 0;
				IR_Code = 0;
				IR_PulseCnt = 0;
			}
			
		}
		if(IR_PulseCnt == 34)		// 如果解完碼， 第34次進入中斷正好解完一幀碼
		{
			IR_Key = IR_Code;		// 存放解出的碼
			IR_Sta = 0x02;			// 進入連發碼的狀态
			flag = 1;				// 解完碼标志位1，進行編碼處理
		}
		if((IR_PulseCnt == 36) && (IR_Sta == 0x02)) // 2位引導碼，32位資料碼
		{
			IR_PulseCnt = 34;			// 按鍵不松手便認為他在34
			if((IR_PulseSub > 4500) && (IR_PulseSub < 6000))	// 進入連發狀态， 11.5ms/2us = 5525
			{
				LianfaCnt++;
				IR_Key = IR_Code;
				flag = 1;
			}
		}		
	}
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update) != RESET)
	{
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);	
		if(RDATA == 1)
		{
			IR_Up++;
			if(IR_Up >= 2)
			{
				IR_Code = 0;
				IR_Sta = 0;
				IR_PulseCnt = 0;
				LianfaCnt = 0;
			}
		}
	}
	
}
           

總結

解碼的關鍵是如何識别“0”和“1”，解碼方法也有很多種方法，第一種使用讀取GPIO端口的輸入電平的方法：從位的定義我們可以發現“0”“1”均以0. 56ms的低電平開始。不同的是高電平的寬度不同，“0”為0. 56ms,“1”為1. 68ms,是以必須根據高電平的寬度差別“0”和“1”。如果從0.56ms低電平過後，開始延時，0. 56ms以後，若讀到的電平為低，說明該位為“0”，反之則為“1”，為了可靠起見，延時必須比0. 56ms長些，但又不能超過1.12ms,否則如果該位為“0”，讀到的已是下一位的高電平，是以取(1. 12ms+0. 56ms )/2=0. 84ms最為可靠，一般取0. 84ms左右均可;第二種采用單片機的外部中斷功能:由于編碼0和編碼1的周期不同，隻要計算兩次下降沿之間的時間差，即可判斷是編碼0還是編碼1;第三種采用單片機的輸入捕獲功能，在紅外編碼的下降沿捕捉計數器的值，記錄兩次下降沿捕捉到的計數器的值，然後後- -次減前一次即可得到時間差，進而判斷是編碼0還是編碼1.

源碼如下：

連結: 紅外遙控.