STM32F1与STM32CubeIDE编程实例-NEC协议红外接收与解码

NEC协议红外接收与解码

1、红外遥控及红外遥控协议介绍

红外线遥控(IR Remote)是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强、信息传输可靠、功耗低、成本低、易于实现等显着优点。它被许多电子设备，尤其是家用电器广泛使用。

红外线遥控，越来越多地应用于计算机系统。同类产品的红外遥控器可以有相同的遥控频率或遥控码，不会出现遥控信号“过门(cross-door)”的情况。目前广泛使用的红外遥控代码：NEC协议的PWM（脉冲宽度调制）和飞利浦RC-5协议的PPM（脉冲位置调制）。本文使用的是NEC Protocol的PWM协议。

1.1 NEC协议介绍

1）NEC协议具有以下特点：

8位地址和8位指令长度；
地址和命令的两次传输（保证可靠性）
PWM脉宽调制，由红外载波0”和“1”的占空比表示；
载波频率为38Khz；
位时间为 1.125ms 或 2.25ms。

2）NEC 代码的位定义

一个脉冲对应一个560us的连续载波。逻辑1传输需要2.25ms（56.5us脉冲+1687.5us低电平）；逻辑0传输需要1.125ms（562.5us脉冲+562.5us低电平）。遥控接收器接收到脉冲时为低电平，无脉冲时为高电平。这样，我们在接收头收到的信号就是：逻辑1应该是560us低+1687.5us高，逻辑0应该是562.5us低+562.5us高。

3）NEC遥控指令格式

NEC遥控指令的数据格式为：同步对接、地址码、地址反转、控制码、控制反转。同步码由一个 9ms 的低电平和一个 4.5ms 的高电平组成。地址码、地址反转、控制码、控制反转都是8位数据格式。按照低位在前，高位在后的顺序发送。反码用于增加传输的可靠性（可用于验证）。即，传输过程如下：

每当按下一个键时，都会传输以下内容：-

1）一个 9 ms 的超前脉冲
2）4.5 毫秒的间隔
3）8位地址
4）地址的8位逻辑取反
5）8位指令
6）指令的8位逻辑逆
7）最后一个 562.5µs 的脉冲串表示消息传输结束

1.2 NEC协议解码

解码任何 IR 协议一点都不难。 IR 接收器是一个光电二极管和前置放大器，可将 IR 光转换为电信号。它将高电平有效信号转换为低电平有效信号。信号脉冲也是连续的，如下图所示：

第一步：为了首先解码，我们必须等待输入引脚变低。一旦引脚为低电平，我们将等待引脚变为高电平。这应该需要大约 9 毫秒。假如，红外接收器的引脚连接端口为GPIOA，引脚为GPIO_Pin_1，则这一过程实现的代码如下：

1
2
3

while (HAL\_GPIO\_ReadPin (GPIOA, GPIO_PIN_1));   // 等待引脚切换成低电平
while (!(HAL\_GPIO\_ReadPin (GPIOA, GPIO_PIN_1)));  // 等待引脚切换为高电平，9ms

第二步：再次等待引脚变低，这大约需要 4.5 毫秒。开始帧结束，开始接收数据

1 2	while (HAL\_GPIO\_ReadPin (GPIOA, GPIO_PIN_1));

最后，现在我们将读取 32 位并将它们存储在一个变量中。在这一过程中，将检查高代电平间隔的长度，然后是 562.5µs。如果此间隔的长度大于 1.2 ms，则表示该位为“1”。如果长度小于 1 ms，则该位为“0”。

for (int i = 0; i < 32; i++) {
		count = 0;
		// 等待引脚变高，这是562.5us的低电平信号
		while (!(HAL\_GPIO\_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1)))
			;
		// 计算引脚高电平时的间隔长度
		while ((HAL\_GPIO\_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1))) {
			count++;
			dwt\_delay\_us(50);
		}

		if (count >= 25) { // 如果间隔超过 1.2 毫秒
			code |= (1UL << (31 - i));   // 写 1
		} else {
			code &= ~(1UL << (31 - i));  // 写 0
		}
	}

2、红外接收器配置

开发环境搭建、系统时钟配置、调试配置及串口配置，请参考：

传感器配置如下：

3、驱动代码实现

1）基本定义

/\*
 \* ir\_remote.h
 \*
 \* Created on: May 1, 2022
 \* Author: jenson
 \*/

#ifndef \_\_IR\_REMOTE\_H\_\_
#define \_\_IR\_REMOTE\_H\_\_

typedef struct {
	uint16\_t id;
	GPIO_TypeDef \*GPIOx;           // 总线端口
	uint16\_t GPIO_Pin;             // 总线引脚
	uint32\_t decoded_data;
} ir\_remote\_t;
/\*\*
 \* @brief 初始化
 \* @params ir 红外接收设备对象
 \*/
void ir\_remote\_init(ir\_remote\_t \*ir);

/\*\*
 \*@brief 接收并解码红外设备数据
 \*@params ir 红外接收设备对象
 \*/
void ir\_remote\_receive\_data(ir\_remote\_t \*ir);

/\*\*
 \* @brief 等待红外数据
 \* @params ir 红外接收设备对象
 \*/
void ir\_remote\_wait(ir\_remote\_t \*ir);

#endif /\* \_\_IR\_REMOTE\_H\_\_ \*/

2）NEC协议红外数据接收与解码实现

/\*
 \* ir\_remote.c
 \*
 \* Created on: May 1, 2022
 \* Author: jenson
 \*/
#include "dwt/dwt\_delay.h"
#include "ir\_remote.h"

void ir\_remote\_init(ir\_remote\_t \*ir) {
	dwt\_init();
	ir->decoded_data = 0x00;
	HAL\_GPIO\_ReadPin(ir->GPIOx, ir->GPIO_Pin);

}
static uint32\_t count;
void ir\_remote\_receive\_data(ir\_remote\_t \*ir) {
	uint32\_t code = 0;
	// NEC格式信号的 START序列从这里开始，
	// 会有一个 9ms低电平信号 和 4.5ms 间高电平信号的脉冲
	// 9ms 低电平信号
	while (!(HAL\_GPIO\_ReadPin(ir->GPIOx, ir->GPIO_Pin)))
		;
	// 4.5ms高电平信号
	while ((HAL\_GPIO\_ReadPin(ir->GPIOx, ir->GPIO_Pin)))
		;
	// START序列结束，开始接收数据
	// 在 562.5us脉冲后检查间隔，
	// 如果间隔为 562.5us，则该位表示“0”，
	// 如果间隔在 1.6ms 左右，则该位为“1”

	for (int i = 0; i < 32; i++) {
		count = 0;
		// 等待引脚变高，这是562.5us的低电平信号
		while (!(HAL\_GPIO\_ReadPin(ir->GPIOx, ir->GPIO_Pin)))
			;
		// 计算引脚高电平时的间隔长度
		while ((HAL\_GPIO\_ReadPin(ir->GPIOx, ir->GPIO_Pin))) {
			count++;
			dwt\_delay\_us(50);
		}

		if (count >= 25) { // 如果间隔超过 1.2 毫秒
			code |= (1UL << (31 - i));   // 写 1
		} else {
			code &= ~(1UL << (31 - i));  // 写 0
		}
	}
	ir->decoded_data = code;
	// 处理需要至少延时100us左右，否则可能会下次导致解析结果不稳定
	dwt\_delay\_ms(100);
}

void ir\_remote\_wait(ir\_remote\_t \*ir) {
	while (HAL\_GPIO\_ReadPin(ir->GPIOx, ir->GPIO_Pin))
		;
}

本次驱动使用了DWT模块的延时功能，关于DWT的延时功能使用，请参考前面的文章：

STM32F1与STM32CubeIDE快速入门-DWT精确延时

3）主程序

在main.c文件中，添加如下代码：

/\* Private includes ----------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN Includes \*/
#include <stdio.h>
#include <ir\_remote/ir\_remote.h>
/\* USER CODE END Includes \*/

/\* USER CODE BEGIN PV \*/
ir\_remote\_t ir;
/\* USER CODE END PV \*/

int main(void) {
	/\* USER CODE BEGIN 1 \*/

	/\* USER CODE END 1 \*/

	/\* MCU Configuration--------------------------------------------------------\*/

	/\* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. \*/
	HAL\_Init();

	/\* USER CODE BEGIN Init \*/

	/\* USER CODE END Init \*/

	/\* Configure the system clock \*/
	SystemClock\_Config();

	/\* USER CODE BEGIN SysInit \*/

	/\* USER CODE END SysInit \*/

	/\* Initialize all configured peripherals \*/
	MX\_GPIO\_Init();
	MX\_USART1\_UART\_Init();
	/\* USER CODE BEGIN 2 \*/
	ir.GPIO_Pin = IR_RECEIVER_Pin;
	ir.GPIOx = IR_RECEIVER_GPIO_Port;
	ir.id = 0;
	ir\_remote\_init(&ir);
	printf("\*\*\*\*STM32CubeIDE:IR Remote\*\*\*\*\r\n");
	/\* USER CODE END 2 \*/

	/\* Infinite loop \*/
	/\* USER CODE BEGIN WHILE \*/
	while (1) {
		/\* USER CODE END WHILE \*/

		/\* USER CODE BEGIN 3 \*/
		ir\_remote\_wait(&ir);
		ir\_remote\_receive\_data(&ir);
		if (ir.decoded_data > 0) {
			printf("recv-> hex:0x%x,dec:%u\r\n", ir.decoded_data,
					ir.decoded_data);
		}

	}
	/\* USER CODE END 3 \*/
}