STM32定时器实现红外接收与解码

一路上

一、前言

NEC为红外遥控最常用的编码，红外载波频率为38KHz，其协议小巧简单，非常适合家电设备的控制。其他的还有 Phillips（RCA）的RC-5和RC-6，但那只是IR协议的少数。

二、NEC协议

红外遥控是一种比较常用的通讯方式，目前红外遥控的编码方式中，应用比较广泛的是NEC协议。

NEC协议的特点如下：

• 载波频率为38KHz；
• 8位地址和8位指令长度；
• 地址和命令2次传输（确保可靠性）；
• PWM脉冲位置调制，以发射红外载波的占空比代表“0”和“1”。
其逻辑1与逻辑0的表示，如下图所示：

可以看到，逻辑1的位时间为2.25ms，脉冲时间560us；逻辑0的位时间为1.12ms，脉冲时间560us。

一个完整的NEC数据包如下：

首次发送的是9ms高电平+4.5ms低电平，为引导码。

接下来是8bit的地址码+8bit地址码的反码+8bit命令码+8bit命令码的反码。

以上是一个正常的数据包，但可能存在一种情况：当长按某个键时，发送的是以110ms为周期的重复码，如下图所示：

重复码由9ms高电平和2.25ms的低电平以及560us的高电平组成。

三、解码程序       

在上面的图中可以看到，逻辑1和逻辑0的位时间是不同的，占空比也不同。所以我们可以根据位时间的长短来解码，也可以根据占空比的不同（1/2或1/4）来解码，或者二者同时作为解码条件，这里我们介绍根据位时间来解码。

需要注意的是，很多红外一体接收头为了提高接受灵敏度。输入高电平，其输出的是相反的低电平。

下图为示波器实际捕获的一组数据：

可以看到，空闲时为高电平，引导码为9ms低电平+4.5ms高电平。根据位时间解码的话，我们就不必关系高低电平各自的时间，只需关系总时间就行，即：引导码为13.5ms，逻辑1为2.25ms，逻辑0为1.12ms。
首先，用STM32CubeMx配置定时器。系统时钟等的配置这里不在赘述，参考其它教程。
这里使用TIM3的Channel1作为捕获通道，配置如下：

•  定时器时钟为内部时钟；
•  Channel1配置为输入捕获模式；
•  分频系数为63，因为系统时钟为64M，这样定时器实际时钟为64/（63+1）=1M，主要是为了程序中方便计算；
•  捕获方式为下降沿捕获；
•  最后别忘了打开定时器的中断。

最后一步，生成代码。在生成的TIM3中断函数中，屏蔽生成的中断处理还是，添加自己的解码程序如下：

1. 
   
2. uint32_t TIM3_Over_Cnt = 0;//tim3溢出次数
   
3. uint32_t TIM3_Sum_Cnt = 0;//两次下降沿之间的时间间隔
   
4. uint32_t cnt0 = 0;
   
5. uint8_t IR_Data[60];
   
6. 
   
7. void TIM3_IRQHandler(void)
   
8. {
   
9.   /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn 0 */
   
10. 
    
11.   /* USER CODE END TIM3_IRQn 0 */
    
12. //  HAL_TIM_IRQHandler(&htim3);
    
13.   /* USER CODE BEGIN TIM3_IRQn 1 */
    
14.     if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE))      //定时器溢出中断
    
15.     {
    
16.         __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE);    //清除中断标记
    
17.         TIM3_Over_Cnt++;
    
18.     }
    
19.     cnt0 = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);
    
20.     TIM3_Sum_Cnt = (TIM3_Over_Cnt << 16) + cnt0;//获取计数器的值
    
21.     __HAL_TIM_SetCounter(&htim3,0);//清零重新计数
    
22.     TIM3_Over_Cnt = 0;//清零重新计数
    
23. 
    
24.     if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_CC1) != RESET)//TIM3CH1捕获中断
    
25.     {
    
26.        if(StartRevFlag == 1)//接收到引导码，开始解码
    
27.        {
    
28.          if(TIM3_Sum_Cnt > 36000)//大于36ms认为是结束
    
29.          {
    
30.            RevComplete = 1;//解码完成
    
31.            IR_Tick = 0;
    
32.          }
    
33.          else if(RevComplete == 0)
    
34.          {
    
35.            if(TIM3_Sum_Cnt > 1000 && TIM3_Sum_Cnt < 1300)//1ms~1.3ms认为是低电平
    
36.             IR_Data[IR_Idx] = 0;
    
37.            else  if(TIM3_Sum_Cnt > 2100 && TIM3_Sum_Cnt < 2400)//2.1ms~2.4ms认为是高电平
    
38.             IR_Data[IR_Idx] = 1;
    
39.            else //接收错误，重新开始
    
40.              StartRevFlag = 0;
    
41.            IR_Idx++;
    
42.            if(IR_Idx > 59)
    
43.              IR_Idx = 59;
    
44.         }
    
45. 
    
46.        }
    
47.        else
    
48.        {
    
49.          if(TIM3_Sum_Cnt > 13000 && TIM3_Sum_Cnt < 14000)//13~14ms引导码
    
50.          {
    
51.            StartRevFlag = 1;
    
52.          }
    
53.          IR_Tick = 0;
    
54.          RevComplete = 0;//解码完成标志置零
    
55.          IR_Idx = 0;//有效解码位
    
56.          TIM3_Over_Cnt = 0;
    
57.          TIM3_Sum_Cnt = 0;//定时器计数清零
    
58.        }
    
59.         __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim3, TIM_IT_CC1);
    
60.     }
    
61. 
    
62.   /* USER CODE END TIM3_IRQn 1 */
    
63. }

复制代码

解码程序根据每次捕获下降沿之间的间隔判断是引导码还是逻辑1或逻辑0，接收到引导码之后，再开始将解码的数据保存下来，最后通过也是时长来判断解码结束。这里没有判断重复码，有兴趣的小伙伴可以自己加上。

中断函数中，只是将每一位解码并保存，最后还需要在主程序中组合成字节并判断处理。

1. 
   
2. void IR_Rev()
   
3. {
   
4.   uint8_t num = IR_Idx / 8;
   
5.   uint8_t IRValue[8];
   
6. 
   
7.   if(RevComplete == 1 && StartRevFlag == 1 && IR_Tick > 20)
   
8.   {
   
9.     if(num > 7)
   
10.       num = 7;
    
11. 
    
12.     for(uint8_t j=0;j<num;j++)//将每一位解码数据组合成字节数据
    
13.     {
    
14.       for(uint8_t i = 0;i< 8;i++)
    
15.       {
    
16.         IRValue[j] = IRValue[j]>>1;
    
17.         if(IR_Data[j*8+i])
    
18.           IRValue[j] |= 0x80;
    
19.       }
    
20.     }
    
21.     if(IRValue[0] == 0x00 && IRValue[1] == 0xFF)//地址码正确
    
22.     {
    
23.       switch(IRValue[2])//判断数据码
    
24.       {
    
25.         case 0x46:
    
26.           KeyValue = S_key_Menu;
    
27.           break;
    
28.         case 0x43:
    
29.           KeyValue = S_key_Set;
    
30.           break;
    
31.         case 0x40:
    
32.           KeyValue = S_key_Rst;
    
33.           break;
    
34.         case 0x15:
    
35.           KeyValue = S_key_Down;
    
36.           break;
    
37.         case 0x09:
    
38.           KeyValue = S_key_Up;
    
39.           break;
    
40.       }
    
41.     }
    
42.     StartRevFlag = 0;
    
43.     RevComplete = 0;
    
44.     IR_Tick = 0;
    
45.   }
    
46. }

复制代码

作者：Mr张工