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51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)之 紅外線遙控篇

作者: 時間:2016-11-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
大家好,通過以前的學(xué)習(xí),我們已經(jīng)對51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的使用方法及學(xué)習(xí)方式有所了解與熟悉,學(xué)會了12864點陣型液晶顯示的基本知識,體會到了綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的易用性與易學(xué)性,這一期我們將一起學(xué)習(xí)紅外線遙控的基本原理與使用方法。

先看一下我們將要使用的51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)能完成哪些實驗與產(chǎn)品開發(fā)工作:分別有流水燈,數(shù)碼管顯示,液晶顯示,按鍵開關(guān),蜂鳴器奏樂,繼電器控制,IIC總線,SPI總線,PS/2實驗,AD模數(shù)轉(zhuǎn)換,光耦實驗,串口通信,紅外線遙控,無線遙控,溫度傳感,步進(jìn)電機(jī)控制等等。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201611/320395.htm

上圖是我們將要使用的51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)硬件平臺,本期實驗我們用到了綜合系統(tǒng)主機(jī),1602液晶屏、超薄型紅外線遙控器,綜合系統(tǒng)其它功能模塊原理與使用詳見前幾期《電子制作》雜志及后期連載教程介紹。

紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控方式。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、成本低等特點,因而,繼彩電、錄像機(jī)之后,在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空凋機(jī)以及玩具等其它小型電器裝置上也被紛紛采用。

1、紅外遙控系統(tǒng)

通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成,應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作,如圖1所示。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器;接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。


這就是我們將要實驗使用的高質(zhì)量超薄型紅外線遙控器。

2、遙控發(fā)射器及其編碼

遙控發(fā)射器專用芯片很多,根據(jù)編碼格式可以分成兩大類,這里我們以運用比較廣泛,解碼比較容易的一類來加以說明,現(xiàn)以日本NEC的uPD6121G組成發(fā)射電路為例說明編碼原理,我們使用的超薄型紅外線遙控器使用的就是6121編碼。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后,即有遙控碼發(fā)出,所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征:

采用脈寬調(diào)制的串行碼,以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”;以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”,其波形如圖2所示。

上述“0”和“1”組成的32位二進(jìn)制碼經(jīng)38kHz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率,達(dá)到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射,如圖3所示。

UPD6121G產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的32位二進(jìn)制碼組,其中前16位為用戶識別碼,能區(qū)別不同的電器設(shè)備,防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾,如我們可以同時使用電視機(jī)、機(jī)頂盒、功放等遙控器,但它們不會產(chǎn)生誤觸發(fā)。該芯片的用戶識別碼固定為十六進(jìn)制01H;后16位為8位操作碼(功能碼)及其反碼。UPD6121G最多額128種不同組合的編碼。

遙控器在按鍵按下后,周期性地發(fā)出同一種32位二進(jìn)制碼,周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時間隨它包含的二進(jìn)制“0”和“1”的個數(shù)不同而不同,大約在45~63ms之間,圖4為發(fā)射波形圖。

當(dāng)一個鍵按下超過36ms,振蕩器使芯片激活,將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個起始碼(9ms),一個結(jié)果碼(4.5ms),低8位地址碼(9ms~18ms),高8位地址碼(9ms~18ms),8位數(shù)據(jù)碼(9ms~18ms)和這8位數(shù)據(jù)的反碼(9ms~18ms)組成。如果鍵按下超過108ms仍未松開,接下來發(fā)射的代碼(連發(fā)代碼)將僅由起始碼(9ms)和結(jié)束碼(2.5ms)組成。

代碼格式(以接收代碼為準(zhǔn),接收代碼與發(fā)射代碼反向)

①位定義

           

②單發(fā)代碼格式

③連發(fā)代碼格式



注:代碼寬度算法:

16位地址碼的最短寬度:1.12×16=18ms 16位地址碼的最長寬度:2.24ms×16=36ms

可以得知8位數(shù)據(jù)代碼及其8位反代碼的寬度和不變:(1.12ms+2.24ms)×8=27ms

所有32位代碼的寬度為(18ms+27ms)~(36ms+27ms)

對于紅外線遙控對于很多電子愛好者來講,都感覺到非常神奇,看不到,摸不著,但能實現(xiàn)無線遙控,其實控制的關(guān)鍵就是我們要用單片機(jī)芯片來識別紅外線遙控器發(fā)出紅外光信號,即我們通常所說的解碼,單片機(jī)得知發(fā)過來的是什么信號,然后再做出相應(yīng)的判斷與控制,如我們按電視機(jī)遙控器的頻道按鈕,則單片機(jī)會控制更換電視頻道,如按的是遙控器音量鍵,則單片機(jī)會控制增減音量。而解碼的關(guān)鍵是如何識別“0”和“1”,從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“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,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“0”和“1”。如果從0.56ms低電平過后,開始延時,0.56ms以后,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,因此?。?.12ms+0.56ms)/2=0.84ms最為可靠,一般取0.84ms左右均可。根據(jù)碼的格式,應(yīng)該等待9ms的起始碼和4.5ms的結(jié)果碼完成后才能讀碼。

接收器及解碼

一體化紅外線接收器是一種集紅外線接收和放大于一體,不需要任何外接元件,就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作,而體積和普通的塑封三極管大小一樣,它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。你可以在51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的右上角發(fā)現(xiàn)黑色的一體化紅外線接收頭。

說了這么多,下面我們來一起看一下一個簡單實驗,我們按紅外遙控器上的按鈕,一體化接收頭將輸出怎么樣的信號。由于文章篇幅有限,解碼源程序比較長,所以讀者朋友可以通過網(wǎng)絡(luò)或電子郵件向我們索取,當(dāng)然,也可以在51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的配套光盤中找到,有若干紅外線解碼程序供讀者學(xué)習(xí)使用。我們將通過示波器來察看紅外線遙控器波形的過程圖。與傳統(tǒng)的示波器不同,數(shù)字示波器可以記錄下一定時間內(nèi)的波形變化,因此,用來分析紅外線編碼非常方便。

如圖所示,是一個紅外解碼,并通過1602液晶顯示的實驗實例,源程序在配套光盤中找到,然后運行該程序,按遙控器上任一按鍵,液晶屏將顯示出遙控器按鍵的鍵碼值,用16進(jìn)制表示,如圖中所示的鍵碼為:26H。這是一個程序顯示結(jié)果,那么在一體化紅外線接收頭輸出的到底是什么信號呢?下面我們就用示波器來一起看一下。


按紅外線遙控器上的按鈕,我們通過數(shù)字示波器的波形捕捉功能,截取圖像如上,可以看到示波器屏幕上出現(xiàn)脈沖波形。在此,要特別說明一點,紅外線遙控器的發(fā)射和接收端的電平狀態(tài)為反相的關(guān)系,即發(fā)射是“1”的話,則接收端的數(shù)據(jù)為“0”。


現(xiàn)在波形已被我們截下來了,然后我們需要根據(jù)前面所講的6121編碼規(guī)則來進(jìn)行紅外線信號的分析。從示波器的屏幕中,我們可以清楚地看到,紅外遙控信號的編碼組成規(guī)律,最前面的是引導(dǎo)碼,其次是地址碼,最后是數(shù)據(jù)碼。圖中上面部分顯示完整的一串波形全覽。下方放大的波形看上去顯示不全,還有一部分?jǐn)?shù)據(jù)不在顯示范圍之內(nèi),可以通過示波器旋鈕來移動左右位置。

相信看到這里,你應(yīng)該可以理解原來看似神奇的紅外線遙控功能其實真正內(nèi)在原理是怎么樣的了,你也可以自己來完成紅外線遙控電路的設(shè)計與應(yīng)用。由于篇幅有限,讀者朋友可以通過網(wǎng)站或電子郵件一起交流與學(xué)習(xí)。在下幾期中,我們將陸續(xù)介紹51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的其它功能原理與應(yīng)用。


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